51单片机基础知识总结(最新)

1、第0章 计算机的基础知识,单片机原理、接口及应用,内 容 提 要,微型计算机的基本结构和工作原理 计算机中的数制与码制 小结,0.1.1 微机的系统结构,微机系统,软件,硬件,主机,外围设备,微处理器 （cpu）,运算器 控制器 寄存器,存储器 （内存）,ram rom,输入/输出接口 （i/o接口）,并行、串行接口 定时器、a/d、d/a,总线,系统软件 应用软件 程序设计语言,外部设备,辅助设备,输入设备 输出设备 辅助存储器,电源电路 时钟电路,cpu是计算机的控制核心，它的功能是执行指令，完成算术运算、逻辑运算，并对整机进行控制。 存储器用于存储程序和数据。 输入/输出接口（又称i/o

2、接口）是cpu和外设之间相连的逻辑电路，外设必须通过接口才能和cpu相连。不同的外设所用接口不同。每个i/o接口也有一个地址，cpu通过对不同的i/o接口进行操作来完成对外设的操作。 存储器、i/o接口和cpu之间通过总线相连。 用于传送程序或数据的总线称为数据总线；地址总线用于传送地址，以识别不同的存储单元或i/o接口；控制总线用于控制数据总线上数据流送的方向、对象等。,0.1.2 微机的基本工作原理,存储程序、执行程序是微机的工作原理，取指令，译码，执行是微机的基本工作过程。 单片机是微型计算机的一种，是将计算机主机（cpu、存储器和i/o接口）集成在一小块硅片上的微机，又称微控制器。它专

3、为工业测量与设计而设计，具有三高优势（集成度高、可靠性高、性价比高），他的特点是小而全(体积小，功能全），主要应用于工业检测与控制、计算机外设、智能仪器、仪表、通信设备、家用电器等，特别适合于嵌入式微型机应用系统。,0.1.3 微机的主要技术指标,微型计算机主要有如下一些技术指标： 字长：cpu并行处理数据位，由此定为8位机、16位机、32位机等。 存储容量：存储器单元数，例如256b、8kb、1mb等（1b即一个字节，也就是一个8位二进制数，是计算机数据的基本单位）。 运算速度：cpu处理速度，它和内部的工艺结构以及外接的时钟频率有关。 时钟频率：在cpu极限频率以下，时钟频率越高，执行指令

4、速度越快，对单片机而言，有6mhz、12mhz、24mhz等。,0.2.1 计算机中的数,一、进制计数及其特点 数制：进位计数制和非进位计数制 1、非进位计数制（non-carring） 特点：数码所代表的数值同它在数中的位置无关。 eg:罗马数字 2、进位计数制（carring） 特点：每个数码表示的数制，不仅取决于数码本身，而且还取决于该数码在数中的位置。 eg:十进制数,1、十进位（decimal natation）,特点：a、有十个数码 0、1、2、3、4、5、6、7、8、9 b、逢十进一 ex: 5453.25=,2、二进位（binary natation）,特点：a、有两个数码 0

5、、1 b、逢二进一、借一当二 ex: (11 1011.101)2=59.625,3、八进位（octal natation）,特点：a、有八个数码 0、1、2、3、4、5、6、7 b、逢八进一，借一当八,4、十六进位（hexadecimal natation）,特点：a、有十六个数码 0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、a、b、c、d、e、f b、逢十六进一、借一当十六,表0-1 不同进位记数制对照表,二、不同进位制之间的转换,1、二-十进制数的转换 a、二-十进制 方法：按权展开，然后相加 ex: 1 0110.01b=22.25 b、二-十进制 a.整数部分 方法：除2取余法 ex:

6、215.1875=1101 0111.0011b b.小数部分 方法：乘2取整法,2、十六-十进制数的转换 a、十六-十进制 方法：按权展开，然后相加 ex: 7f0.ch = 2023.75 b、十六-十进制 （1）整数部分 方法：除16取余法 ex: 3901.015625 = f3dh.004h b.小数部分 方法：乘16取整法,3、二-十六进制数的转换 a、二-十六进制 法则：从小数点开始，或左或右，四位一组，不足四位以0补足，然后分别把每组用十六进制数表示 1 1011 1110 0011.1001 0100b=1be3.94h b、二-十六进制 法则：把十六进制中每位用二进制表示，

7、再把各位连成一体。 3ab.7a5h=11 1010 1011.0111 1010 0101b,十进制数,二进制数,十六进制数,除2取余/乘2取整,按权相加,除16取余/乘16取整,按权相加,四合一位法,一位分四位法,二进制数的运算,1、逻辑运算 （1）逻辑乘（与） 法则：00=0 10=01=0 11=1 ex: 1101 1010b0000 1111b= 用途：用于从某数中取出某几位,（2）逻辑加（或） 法则：00=0 01=10=1 11=1 ex:1010 1010 0000 1111b= 用途：使某数中某几位置1,（3）逻辑非 法则： （4）逻辑异或（半加，不考虑进位的加法，也称模2

8、加） 法则： 用途：令某数中某几位取反,2、算术运算 （1）加/减法运算 a.加法运算 法则：0+0=0 0+1=1+0=1 1+1=0（逢2进1） ex: bdh+aah=67h,a.减法运算 法则：0-0=1-1=0 1-0=1 0-1=1（有借位） ex: b5h-93h=22h,（2）乘/除法运算 a.乘法运算 法则：00=01=10=0 11=1 在计算机中，乘法采用部分积左移或部分积右移法实现。 b.除法运算 法则：二进制除法类似于十进制除法,0.2.2 计算机中数的几个概念,1.机器数与真值 机器数：机器中数的表示形式，它将数的正、负符号和数值部分一起进行二进制编码，其位数通常为

9、8的整数倍。 真值：机器数所代表的实际数值的正负和大小，是人们习惯表示的数。 2。数的单位 位（bit）：一个二进制数中的1位，其值不是1便是0。 字节（byte）：一个字节，就是一个8位的二进制数。 字（word）：两个字节，就是一个16位的二进制数。 双字：两个字，即四个字节，一个32位二进制数。 只有8位、16位或32位机器数的最高位才是符号位。,0.2.3 计算机中的有符号数的表示,数的两种表示方式： （1）无符号数：只表示数的绝对值大小，不考虑正负 （2）有符号数：用0表示正数，用1表示负数。最高位为符号位。 机器数：符号也码化的二进制数 真值：原来带正号和负号的数值 机器数的三种常

10、用表示方法：原码表示法、反码表示法和补码表示法,1、原码（符号编码）表示法,定义：用“0”和“1”分别表示“+”和“-”，数值部分为真值的绝对值。 eg：x=(+5) 10= x=(-5 ) 10= x=(+0) 10= x=(-0 ) 10=,结论： （1）可见：原码有以下特点： （a）原码中0有两种形式： (+0) 原=00000000b， (-0) 原=10000000b， （b）8位带符号数的原码范围为：-127（11111111b） +127（01111111b）； 16位带符号数的原码范围为：-32767（1111111111111111b） + 32767 （0111111111

11、111111b） （2）原码表示法简单易懂，而且与真值的转换方便，但不适宜用简单的加法来进行运算。 eg : 5+(-3)=,2、反码表示法,原则： （1）正数的反码表示与原码相同，即在原二进制数的前面加符号位0。 （2）负数的反码表示：规定为它对应的正数按位取反（连同符号位）。 eg：x=(+4) 10 x=(-4) 10 x=(+127) 10 x=(-127) 10 x=(+0 ) 10 x=(-0 ) 10,结论： （1）特点： （a）0有两种形式： (+0) 反=00000000b， (-0) 反=11111111b， （b）8位带符号数的原码范围为：-127（10000000b）

12、+127（01111111b）； 16位带符号数的原码范围为：-32767（1000000000000000b） + 32767 （0111111111111111b） 问题：已知一个数的反码，怎么求它的真值呢？ （2）同原码相似，反码表示也不适宜用简单的加法器来进行运算。 eg : 5+(-3)=,3、补码（twos complement）表示法,原则： （1）正数的反码表示与原码相同。 （2）负数的反码表示：规定为它对应的反码加1。 eg：x=(+4) 10 x=(-4) 10 x=(+127) 10 x=(-127) 10 x=(+0 ) 10 x=(-0 ) 10,结论： （1）特点：

13、 （a）0只有一种形式： (+0)补= (-0) 补= 00000000b。 （b）8位带符号数的原码范围为：-128（10000000b） +127（01111111b）； 16位带符号数的原码范围为：-32768（1000000000000000b） + 32767 （0111111111111111b） 补：快速求补码法：将负数原码的最前面的1和最后一个1之间的每一位数求反。 问题：已知一个数的反码，怎么求它的真值呢？ （2）当负数采用补码表示时，就可以把减法运算转换为加法运算。 eg : 5+(-3)=,快速求法：将负数原码的最前面的1和最后一个1之间的每一位取反。例如 x=-4： x

14、原 = 10000100 x补 = 11111100=fch取反 两数互补是针对一定的“模”而言，“模”即计数系统的过量程回零值，例如时钟以12为模（12点也称0点），4和8互补，一位十进制数3和7互补（因为3710，个位回零，模为10110），两位十进制数35和65互补（因为3567100，十进制数两位回零，模为102100），而对于8位二进制数，模为28100000000b=100h,同理16位二进制数，模为21610000h由此得出求补的通用方法：一个数的补数模该数，这里补数是对任意的数而言，包括正、负数。而补码是针对符号机器数而言。,设有原码机器数x, x0, x补=x原 当 x0，

15、x补= 模-x 例如对于八位二进制数： x1=+4： x1补= 00000100=04h； x2= - 4： x2补 = 100h-4=fch 对于16二进制位数： x2=+4： x2补= 0004h； x2= -4： x2补 = 10000h-4=fffch,几点说明： 根据两数互为补的原理，对补码求补码就可以得到其原码，将原码的符号位变为正、负号，即是它的真值 例如求补码数fah的真值 。因为fah为负数求补码 fah补86h=-6 例如求补码数78h的真值 。因为78h为正数求补码 78h补78h=+120 一个用补码表示的机器数，若最高位为0，则其余几位即为此数的绝对值；若最高位为1，

16、其余几位不是此数的绝对值，必须把该数求补（按位取反（包括符号位）加1），才得到它的绝对值。如：x=-15 -15补f1h11110001b 求补得00001110100001111b=15, 当数采用补码表示时，就可以把减法转换为加法。 例1：64-10=64+(-10)=54 64补=40h=0100 0000b 10补=0ah=0000 1010b -10补=1111 0110b 做减法运算过程： 用补码相加过程 结果相同，其真值为36h（=54）。由于数的八位限制，最高位的进位是自然丢失的（再计算机中。进位被存放在进位标志cy中的。）用补码表示后，减法均可以用补码相加完成。因此，在微机中

17、，凡是符号数一律是用补码表示的。用加法器完成加、减运算，用加法器和移位寄存器完成乘、除运算，简化计算机硬件结构。,例2: 34-68=34+(-68)-34 34=22h=0010 0010b 68=44h=0100 0100b -68补=1011 1100b 做减运算过程： 用补码相加过程： 结果相同。因为符号位为1，对其求补，得其真值：-00100010b，即为-34（-22h）。 由上面两个例子还可以看出， 1)用补码相加完成两数相减，相减若无借位，化为补码相加就会有进位；相减若有借位，化作补码相加就不会有进位。 2)补码运算后的结果为补码，需再次求补才能得到运算结果的真值。,0.2.4

18、 进位和溢出,例3 10550155 10569h 5032h 若把结果视为无符号数，为155，结果是正确的。若将此结果视为符号数，其符号位为1，结果为-101，这显然是错误的。其原因是和数155大于8位符号数所能表示的补码数的最大值127，使数值部分占据了符号位的位置，产生了溢出，从而导致结果错误。又如： -105-50=-155 cy=1 两个负数相加，和应为负数，而结果01100101b却为正数，这显然是错误的。其原因是和数-155小于8位符号数所能表示的补码数的最小值-128，也产生了溢出。 结论：当两个补码数相加结果超出补码表示范围，就会产生溢出，导致结果错误。 计算机中设立了溢出标

19、志位ov，通过最高位的进位（符号位的进位）cy和次高位进位（低位向符号位的进位）cy-1异或产生。,例4 74744ah+4ah 0 1 0 0 1 0 1 0 0 01 1 0 0 1 0 1 0 1 0 0 1 0 1 0 0 cy cy-1=0 1=1.有溢出 ov1 cy cy-1 无进位 cy=0 由上两例中，例3的 ov=1、cy=1,例4中ov=1、cy=0，可见溢出和进位并非有必然的联系，这是由于两者产生的原因是不同的，两者判断的方法也是是不同的。重述如下： 溢出ov：两个补码数相加结果超出补码表示范围而产生，ov= cy cy-1 进位cy: 当运算结果超出计算机位数的限制（

20、8位、16位），会产生进位，它是由最高位计算产生的,在加法中表现为进位，在减法中表现为借位。,0.2.5 bcd码,生活中人们习惯于十进制数，计算机只能识别二进制数，为了将十进制数变为二进制数，出现了bcd码，即二进制代码表示的十进制数。故名思意，它即是逢十进一，又是一组二进制代码。用4位二进制数编码表示1位十进制数称为压缩的bcd码，8位二进制数可以放2个十进制数位。也可以用8位二进制数表示1个十进制数位，这种bcd码称为非压缩的bcd码。十进制数和bcd码的对照表见表0-2,表0-2 bcd编码表,例：求十进制数876的bcd码 压缩的bcd码 ： 876bcd = 1000 0111 0

21、110b=876h 非压缩的bcd码： 876bcd=00001000 00000111 00000110b080706h 又如,十进制数1994的压缩的bcd码1944h 1994的非压缩的bcd码01090404h,0.2.6 bcd码的运算,bcd码运算应该得到bcd码结果，由于计算机是按二进制运算，结果不为bcd码，因此要进行十进制调整。调整方法为：当计算结果有非bcd码或产生进位/借位时，加法进行 +6、减法进行 -6 调整运算。 例：计算bcd码 78+69=？ 0111 1000 78h + 0110 1001 + 69h 1110 0001 e1h不调整，结果为二进制 + 0110 0110 + 66h调整， 高4位产生非bcd码+6，和低4位有半进位+6 1 0100 0111 147 调整结果：147 （带进位一起）为十进制结果,例：计算bcd码 38-29=？ 0011 1000 38h - 0010 1001 - 29h 0000 1111 0fh - 0000 0110 - 06 低4位有半借位-6调整 高4位未产生非 bcd且无借位不调整 0000 1001 9 结果：9 在计算机中，有专门的调整指令完成调整操作。