【正文】 第一章 計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)及MCS51單片機(jī)硬件結(jié)構(gòu) 數(shù)制與編碼 在計(jì)算機(jī)中，任何命令和信息都是以二進(jìn)制數(shù)據(jù)的形式存儲(chǔ)的。本節(jié)將講解常用的十進(jìn)制、二進(jìn)制、十六進(jìn)制的含義及相互轉(zhuǎn)換的方法。 二進(jìn)制數(shù)二進(jìn)制數(shù)只有兩個(gè)數(shù)字符號(hào)：0和1。計(jì)數(shù)時(shí)按“逢二進(jìn)一”的原則進(jìn)行計(jì)數(shù)。在計(jì)算機(jī)中，二進(jìn)制數(shù)的每一位是數(shù)據(jù)的最小存儲(chǔ)單位。將8位（bit）二進(jìn)制數(shù)稱(chēng)為一個(gè)字節(jié)（B），字節(jié)是計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)信息的基本數(shù)據(jù)單位。存儲(chǔ)器的容量常用以下單位表示：1B=8bit1024B=1KB1024KB=1MB1024MB=1GB1024GB=1TB對(duì)于8位二進(jìn)制數(shù)（D0～D7），各位所對(duì)應(yīng)的值為D7D6D5D4D3D2D1D0例如：二進(jìn)制數(shù)10110111，按位權(quán)展開(kāi)求和計(jì)算可得=1+0+1+1+0+1+1+1 =128+0+32+16+0+4+2+1 =對(duì)于含有小數(shù)的二進(jìn)制數(shù)，小數(shù)點(diǎn)右邊第一位小數(shù)開(kāi)始向右各位的權(quán)值分別為… 十六進(jìn)制數(shù)計(jì)算機(jī)在輸入輸出或書(shū)寫(xiě)時(shí)，可采用十六進(jìn)制數(shù)表示相應(yīng)的二進(jìn)制數(shù)。十六進(jìn)制數(shù)有16個(gè)數(shù)字符號(hào)，其中0～9與十進(jìn)制數(shù)相同，剩6個(gè)為A～F，分別表示十六進(jìn)制數(shù)的確10～15，計(jì)數(shù)時(shí)按“逢十六進(jìn)一”的原則進(jìn)行計(jì)數(shù)。為了便于區(qū)別不同進(jìn)制的數(shù)據(jù)，一般情況下可在數(shù)據(jù)后跟一后綴：二進(jìn)制數(shù)用“B”表示（如1001111B）十六進(jìn)制數(shù)用“H”表示（如3AH）十進(jìn)制數(shù)用“D”表示（如39D或39） 不同數(shù)制之間的轉(zhuǎn)換計(jì)算機(jī)中的數(shù)只能用二進(jìn)制數(shù)表示，十六進(jìn)制數(shù)適合讀寫(xiě)方便的需要，日常生活使用的是十六進(jìn)制數(shù)，計(jì)算機(jī)根據(jù)需要對(duì)各種進(jìn)制進(jìn)轉(zhuǎn)換。1．二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)對(duì)任意二進(jìn)制數(shù)均可按權(quán)展開(kāi)將其轉(zhuǎn)化為十進(jìn)制數(shù)。例如：=1+0+1+1+0+1+1+1 =128+0+32+16+0+4+2+1 =183D2．十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)，可將整數(shù)部分與小數(shù)部分別進(jìn)行轉(zhuǎn)換，然后合并。其中整數(shù)部分可采用“除2取余法”進(jìn)行轉(zhuǎn)換，小數(shù)部分可采用“乘2取整法”進(jìn)行轉(zhuǎn)換。例如：將37D轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)。2371低位（每一次余數(shù)為低位）2180291240220211高位（直到商數(shù)等于0為止）0結(jié)果為37D=100101B。3．二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為十六進(jìn)制數(shù) 因?yàn)?16，所以4位二進(jìn)制數(shù)相當(dāng)于1位十六進(jìn)制數(shù)，二進(jìn)制、十進(jìn)制、十六進(jìn)制對(duì)應(yīng)數(shù)的轉(zhuǎn)換關(guān)系見(jiàn)表11。表11 二進(jìn)制、十進(jìn)制、十六進(jìn)制對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)換表十進(jìn)制二進(jìn)制十六進(jìn)制000000100011200102300113401004501015601106701117810008910019101010A111011B121100C131101D141110E151111F例如：1000101B=45H ASCLL碼對(duì)于計(jì)算機(jī)非數(shù)值型數(shù)據(jù)不能直接裝入計(jì)算機(jī)，必須將其轉(zhuǎn)換為特定的二進(jìn)制代碼（即將其編碼），以二進(jìn)制代碼所表示的字符數(shù)據(jù)的形式裝入計(jì)算機(jī)。ASCLL碼是一種國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)信息交換碼，它利用7位二進(jìn)制代碼來(lái)表示字符，再加上1位校驗(yàn)位，故在計(jì)算機(jī)中用1個(gè)字節(jié)8位二進(jìn)制數(shù)來(lái)表示一個(gè)字符。（ASCLL碼表可查資料） 單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)組成單片機(jī)又稱(chēng)單片微控制器，其基本結(jié)構(gòu)是將微型計(jì)算機(jī)的基本功能部件：中央處理機(jī)（CPU）、存儲(chǔ)器、輸入接口、輸出接口、定時(shí)器/計(jì)算器、中斷系統(tǒng)等全部集成在一個(gè)半導(dǎo)體芯片上。 MCS51單片機(jī)總體結(jié)構(gòu) MCS51 單片機(jī)總體結(jié)構(gòu)框圖及功能單片機(jī)內(nèi)部各功能部件通常都掛靠在內(nèi)部總線上，它們通過(guò)內(nèi)部總線傳送數(shù)據(jù)信息和控制信息，各功能部件分時(shí)使用總線，即所謂的內(nèi)部單總線結(jié)構(gòu)。圖21為8051單片機(jī)內(nèi)部基本結(jié)構(gòu)框圖。外部事件計(jì)數(shù)外時(shí)鐘源振蕩器和時(shí)序OSC程序存儲(chǔ)器4KB ROM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器256B RAM/SFR振蕩器和時(shí)序OSC8051CPU64KB 總線擴(kuò)展控制器可編程I/O可編程全雙工串行口外中斷內(nèi)中斷控制并行口串行通信圖11 8051單片機(jī)內(nèi)部基本結(jié)構(gòu)框圖1．CPUCPU是單片機(jī)內(nèi)部的核心部件，是單片機(jī)的指揮和控制中心。從功能上看，CPU可分為運(yùn)算器和控制器兩大部分?？刂破髦饕ǔ绦蛴?jì)算器PC、指令寄存器、指令譯碼器及定時(shí)控制電路等。PC是一個(gè)16位的專(zhuān)用寄存器，用來(lái)存放CPU要執(zhí)行的存放在程序存儲(chǔ)器中的下一條指令地地址。當(dāng)系統(tǒng)上電復(fù)位后，PC的內(nèi)容為0000H，所以單片機(jī)主控制程序的首地址自然應(yīng)定位為0000H。運(yùn)算器由算術(shù)邏輯運(yùn)算部件ALU、累加器ACC、程序狀態(tài)字寄存器PSW等組成。程序狀態(tài)寄存器PSW用于寄存當(dāng)前指令執(zhí)行后的某些狀態(tài)信息，PSW各位定義見(jiàn)表12。表12 PSW各位定義D7D6D5D4D3D2D1D0CyACF0RS1RS0OVF1PCy：進(jìn)位/借位標(biāo)志位。AC：輔助進(jìn)位標(biāo)志。F0：用戶(hù)標(biāo)志位。RS0及RS1寄存器組選擇控制位。RS0、RS1與寄存器組的對(duì)應(yīng)關(guān)系見(jiàn)表13。表13RS0、RS1與寄存器組的對(duì)應(yīng)關(guān)系見(jiàn)表RS1RS2寄存器組片內(nèi)RAM地址指令助符000組00H～07HR0～R7011組08H～0FHR0～R7102組10H～17HR0～R7113組18H～1FHR0～R7OV：溢出標(biāo)志。2．RAMRAM為單片機(jī)內(nèi)部程序存儲(chǔ)器，其存儲(chǔ)器空間包括隨機(jī)存儲(chǔ)器區(qū)、寄存器區(qū)、特殊功能寄存器及位尋址區(qū)。3．ROMROM為單片機(jī)內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。4．并行I/O口P0～P3是四個(gè)8位并行I/O口，每個(gè)口既可作為輸入，也可作為輸出。5．定時(shí)器/計(jì)數(shù)器6．中斷系統(tǒng)MCS51單片機(jī)有5個(gè)中斷源。7．串行接口串行接口提供對(duì)數(shù)據(jù)各位按序一位一位地傳送。MCS51中的串行接口是一個(gè)全雙工通信接口，即能同時(shí)進(jìn)行發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。8．時(shí)鐘電路CPU執(zhí)行指令的一系列動(dòng)用都是在時(shí)序電路的控制下一拍一拍進(jìn)行的，時(shí)鐘電路用于產(chǎn)生單片機(jī)中最基本的時(shí)間單位。 MCS51 引腳功能VCC：芯片電源，接+5V。VSS：接地端。XTALXTAL2：晶體振蕩電路反相輸入端和輸出端。ALE/PROG：地址鎖存允許/片內(nèi)EPROM編程脈沖 ALE功能：用來(lái)鎖存P0口送出的低8位地址 PROG功能：片內(nèi)有EPROM的芯片，在EPROM編程期間，此引腳輸入編程脈沖。PSEN：外ROM讀選通信號(hào)。RST/VPD：復(fù)位/備用電源。 在Vcc掉電情況下，接備用電源。 EA/Vpp：內(nèi)外ROM選擇/片內(nèi)EPROM編程電源。P0、PPP3口，共32個(gè)引腳。均可作為普通I/O口使用，但P3口均有第二功能。 RXD 串行輸入口 TXD 串行輸出口 INT0 外部中斷0（低電平有效） INT1 外部中斷1（低電平有效） T0 定時(shí)計(jì)數(shù)器0 T1 定時(shí)計(jì)數(shù)器1 WR 外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)選通（低電平有效） RD 外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通（低電平有效）P0口有三個(gè)功能1．外部擴(kuò)充存儲(chǔ)器時(shí)，當(dāng)作數(shù)據(jù)總線（D0～D7）。2．外部擴(kuò)充存儲(chǔ)器時(shí)，當(dāng)作低8位地址總線（A0～A7）。3．不擴(kuò)充時(shí)，可做一般I/O使用，但內(nèi)部無(wú)上拉電阻，作為輸入輸出時(shí)應(yīng)在外部接上拉電阻。P1只做I/O使用，其內(nèi)部有上拉電阻。P2有兩個(gè)功能1．?dāng)U充外部存儲(chǔ)器時(shí)，當(dāng)作高8位地址總線（A8～A15）使用。2．做一般I/O使用，其內(nèi)部有上拉電阻。 CS51存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)及位處理器由于時(shí)間有限，這一部分內(nèi)容只作簡(jiǎn)要介紹。從物理結(jié)構(gòu)上劃分方法如下：（1）.片內(nèi)程序存儲(chǔ)器（2）.片處程序存儲(chǔ)器（3）.片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（4）.片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 程序存儲(chǔ)器程序存儲(chǔ)器用于存放編好的程序及程序中常用的常數(shù)，程序存儲(chǔ)器由ROM構(gòu)成，單片機(jī)掉電后ROM內(nèi)容不會(huì)丟失。在程序存儲(chǔ)器中，MCS51定義7個(gè)單元用于特殊用途。0003H:外部中斷0中斷入口地址000BH:定時(shí)器0中斷入口地址0013H: 外部中斷1中斷入口地址001BH: 定時(shí)器1中斷入口地址0023H: 外部中斷2中斷入口地址 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器用于放程序運(yùn)算的中間結(jié)果、狀態(tài)標(biāo)志等。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器由RAM構(gòu)成，一旦掉電，其數(shù)據(jù)將丟失。圖12 片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的配置1．通用寄存器區(qū)在低128的RAM區(qū)中，將地址00～1FH共32個(gè)單元設(shè)為工作寄存器區(qū)，這32個(gè)單元又分為4組，每組由8個(gè)單元按序組成通用寄存器R0～R7。2．可位尋址區(qū)即可對(duì)字節(jié)的某一位直接進(jìn)行處理。3．只能字節(jié)尋址的RAM區(qū)在30H～7FH區(qū)的80個(gè)RAM單元為用戶(hù)RAM區(qū)，只能按字節(jié)存取。堆棧區(qū)一般設(shè)在些區(qū)域。堆棧指針SP指向棧頂單元，堆棧按“先入后出，后入先出”的原則進(jìn)行。 專(zhuān)用寄存器區(qū)（SFR）在片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的80H～FFH單元（高128B）中，有21個(gè)單元作為專(zhuān)用寄存器，又稱(chēng)為特殊功能寄存器。如下表。表14 特殊功能寄存器（SFR）地址寄存器位地址及位名字節(jié)地址D7D6D5D4D3D2D1D0BF7HF6HF5HF4HF3HF2HF1HF0HF0HACCE7HE6HE5HE4HE3HE2HE1HE0HE0HPSWD7HD6HD5HD4HD3HD2HD1HD0HD0HCyACF0RS1RS0OVF1PIPBFHBEHBDHBCHBBHBAHB9HB8HB8HPSPT1PX1PT0PX0P3B7HB6HB5HB4HB3HB2HB1HB0HB0HIEAFHAEHADHACHABHAAHA9HA8HA8HEAESET1EX1ET0EX0P2A7HA6HA5HA4HA3HA2HA1HA0HA0HSBUF99HSCON9FH9EH9DH9CH9BH9AH99H98H98HSM0SM1SM2RENTB8RB8TIRIP197H96H95H94H93H92H91H90H90HTH18DHTH08CHTL18BHTL08AHTMODGATEC/TM1M0GATEC/TM1M089HTCON8FH8EH8DH8CH8BH8AH89H88H88HTF1TR1TF0TR0IE1IT1IE0IT0PCON87HDPH83HDPL82HSP81HP087H86H85H84H83H82H81H80H80H MCS51工作方式MCS51單片機(jī)的工作方式包括：復(fù)位方式、程序執(zhí)行方式、節(jié)電方式和EPROM的編程和校驗(yàn)方式。復(fù)位方式：MCS51的復(fù)位電路包括上電復(fù)位電路和按鍵（外部）復(fù)位電路，如圖13所示。圖13 MCS51復(fù)位電路程序執(zhí)行方式是單片機(jī)的基本工作方式，通常可分為連續(xù)執(zhí)行和單步執(zhí)行兩種工作方式。節(jié)電方式：一種能減少單片機(jī)功耗的工作方式，通常有空閑方式和掉電方式兩種。 MCS51單片機(jī)的時(shí)序計(jì)算機(jī)執(zhí)行指令的過(guò)程分為取指令、分析指令、和執(zhí)行指令三個(gè)步驟，每個(gè)步驟又由許多微操作組成，這些微操