单片机基础知识

第一章单片机入门知识概述1.1 单片机的发展历程单片机的应用在后PC时代得到了前所未有的发展，但对处理器的综合性能要求也越来越高。

综观单片机的发展，以应用需求为目标，市场越来越细化，充分突出以“单片”解决问题，而不像多年前以MCS51/96等处理器为中心，外扩各种接口构成各种应用系统。

单片机系统作为嵌入式系统的一部分，主要集中在中、低端应用领域（嵌入式高端应用主要由DSP、ARM、MIPS等高性能处理器构成），在这些应用中，目前也出现了一些新的需求，主要体现在以下几个方面：（1）以电池供电的应用越来越多，而且由于产品体积的限制，很多是用钮扣电池供电，要求系统功耗尽可能低，如手持式仪表、水表、玩具等。

（2）随着应用的复杂，对处理器的功能和性能要求不断提高。

既要外设丰富、功能灵活，又要有一定的运算能力，能做一些实时算法，而不仅仅做一些简单的控制。

（3）产品更新速度快，开发时间短，希望开发工具简单、廉价、功能完善。

特别是仿真工具要有延续性，能适应多种MCU，以免重复投资，增加开发费用。

（4）产品性能稳定，可靠性高，既能加密保护，又能方便升级。

1. 单片机技术的发展特点自单片机出现至今，单片机技术已走过了近20年的发展路程。

纵观20年来单片机发展历程可以看出，单片机技术的发展以微处理器(MPU)技术及超大规模集成电路技术的发展为先导，以广泛的应用领域拉动，表现出较微处理器更具个性的发展趋势。

（1）单片机寿命长这里所说的长寿命，一方面指用单片机开发的产品可以稳定可靠地工作十年、二十年，另一方面是指与微处理器相比的长寿命。

随着半导体技术的飞速发展，MPU更新换代的速度越来越快，以386、486、586为代表的MPU，很短的时间内就被淘汰出局，而传统的单片机如68HC05、8051等年龄已有20岁以上，产量仍是上升的。

这一方面是由于其对相应应用领域的适应性，另一方面是由于以该类CPU为核心，集成以更多I/O功能模块的新单片机系列层出不穷。

51单片机基础知识单片机作为一种嵌入式微控制器，具有广泛的应用领域和技术需求。

本文将介绍51单片机的基础知识，包括其概述、硬件结构、编程语言和开发环境等内容。

通过本文的学习，读者可以对51单片机有初步了解，并为之后的学习和应用打下基础。

一、概述51单片机，是指Intel公司开发的一种8位微处理器。

它以其简单、稳定和可靠的特点，成为嵌入式系统开发中最常用的单片机之一。

51单片机由存储器、中央处理器、输入输出端口、计时器/计数器和各种外围设备组成。

二、硬件结构51单片机的硬件结构主要包括中央处理器、存储器、输入输出端口和计时器/计数器。

1.中央处理器51单片机的中央处理器是一种基于哈佛架构的8位微处理器，具有高性能和低功耗的特点。

它可以执行指令、进行算术逻辑运算和控制外围设备的工作。

2.存储器51单片机的存储器包括程序存储器和数据存储器。

程序存储器用来存储运行的程序代码，而数据存储器用于存储程序需要的数据。

3.输入输出端口51单片机通过输入输出端口与外部设备进行通信。

输入端口用于接收外部信号，输出端口用于输出控制信号。

4.计时器/计数器51单片机内置了多个计时器/计数器，用于定时和计数应用。

它们可以实现精确的时间控制，并为系统提供准确的时间基准。

三、编程语言51单片机的常用编程语言有汇编语言和C语言。

汇编语言是51单片机最早的编程语言，它直接与硬件进行交互，执行效率高。

而C语言是一种高级编程语言，具有结构化、可移植等特点，编写的程序更加易读易维护。

1.汇编语言汇编语言是一种低级别的编程语言，需要程序员直接处理寄存器和内存地址。

它的语法相对复杂，但可以更直接地控制硬件资源，实现更高效的程序执行。

2.C语言C语言是一种结构化的高级编程语言，具有简洁、易读和可移植等特点。

C语言程序需要通过编译器将源代码转化为机器指令，然后才能在51单片机上运行。

四、开发环境51单片机的开发环境包括硬件开发工具和软件开发工具。

第一章、绪论单片机定义：把CPU、寄存器、RAM/ROM、I/O接口等电路集成在一块集成电路芯片上，构成一个完整的微型计算机。

单片机特点：体积小、功耗低、性价比高；数据大都在片内传送，抗干扰能力强，可靠性高；结构灵活，应用广泛。

单片机发展趋势：数据位长1-->4-->8-->16-->32位;CPU处理能力和速度不断提高;增大片内RAM和ROM容量;增加片内I/O口和功能模块种类和数量;扩大对外部RAM/IO口和程序存储器寻址能力;缩小体积，降低功耗。

单片机应用：控制应用：应用范围广泛，从实时性角度可分为离线应用和在线应用。

软硬件结合：软硬件统筹考虑，不仅要会编程，还要有硬件的理论和实践知识。

应用现场环境恶劣：电磁干扰、电源波动、冲击震动、高低温等环境因素的影响。

要考虑芯片等级选择、接地技术、屏蔽技术、隔离技术、滤波技术、抑制反电势干扰技术等。

应用空间大：工业自动化、仪器仪表、家用电器、信息和通信产品、军事装备、物联网等领域。

第三章：MCS-51单片机结构与原理3.1 MCS-51单片机的物理结构及逻辑结构51单片机的引脚定义：P0、P1、P2、P3（输入输出口）；RST（复位）/ VPD（后备电源引入端）；EA （读内/外ROM控制）/Vpp（编程电压）；ALE（地址低8位锁存）/ PROG（编程脉冲）；PSEN （外部ROM读选通信号）；XTAL1、XTAL2 （外接晶振端）Vcc （+5v电源）；Vss （地）逻辑结构--51单片机的系统结构图（教材P26）51单片机基本组成：一个8位微处理器CPU；数据存储器RAM和特殊功能寄存器SFR；内部程序存储器ROM；两个定时/计数器，用以对外部事件进行计数，也可用作定时器；四个8位可编程的I/O（输入/输出）并行端口；一个串行端口，用于数据的串行通信；中断控制系统；内部时钟电路。

MCS-51单片机的CPU：运算器：由8位算术逻辑运算单元ALU（Arithmetic Logic Unit）、8位累加器ACC（Accumulator）、8位寄存器B、程序状态字寄存器PSW（Program Status Word）、8位暂存寄存器TMP1和TMP2等组成。

1.“与“：“必须都有，否则就没有”。

符号“&”。

如(01010101)&
（10101010）=00000000
2.“或”：“只要其中之一有就有“。

符号”｜“。

如（01010101）｜
（10101010）=11111111
3.“非“：”求反“。

符号”！“。

单片机中用”～”表示“按外取反”。

如～01010101=10101010.而”！“只对单一位进行运算。

4.“同或“：”必须相同，否则就没有：。

符号“⊙”。

如0⊙0=1，0⊙
1=0， 1⊙0=0，1⊙1=1。

5.“异或”：“必须不同，否则就没有”。

符号“⊕”。

如0⊕0=0，0⊕1=1，
1⊕0=1，1⊕1=0。

C语言中注释的写法
(1)//……..两个斜杠后面跟着的为注释语句.这种写法只能注释一行,当换行时,又必须在新行上重新写两个斜杠.
(2)/*……..*/,斜杠与星号结合使用,这种写法可以注释任意行,即斜杠星号与星号斜杠之间的所有文字都作为注释.
Main( )主函数的写法
格式：void main( ) 注意：后面没有分号。

特点：无返回值，无参数。

电路中，除单片机外，主要原件有三类。

第二章习题参考答案一、填空题：1、当MCS-51引脚ALE有效时，表示从P0口稳定地送出了低8位地址。

2、MCS-51的堆栈是软件填写堆栈指针临时在片内数据存储器内开辟的区域。

3、当使用8751且EA=1，程序存储器地址小于 1000H 时，访问的是片内ROM。

4、MCS-51系统中，当PSEN信号有效时，表示CPU要从外部程序存储器读取信息。

5、MCS-51有4组工作寄存器，它们的地址范围是 00H~1FH 。

6、MCS-51片内20H~2FH范围内的数据存储器，既可以字节寻址又可以位寻址。

7、PSW中RS1 RS0=10时，R2的地址为 12H 。

8、PSW中RS1 RS0=11时，R2的地址为 1AH 。

9、单片机系统复位后，（PSW）=00H，因此片内RAM寄存区的当前寄存器是第 0 组，8个寄存器的单元地址为 00H ~ 07H 。

10、PC复位后为 0000H 。

11、一个机器周期= 12 个振荡周期= 6 个时钟周期。

12、PC的内容为将要执行的的指令地址。

13、在MCS－51单片机中，如果采用6MHz晶振，1个机器周期为 2us 。

14、内部RAM中，位地址为30H的位，该位所在字节的字节地址为 26H 。

15、若A中的内容为63H，那么，P标志位的值为 0 。

16、8051单片机复位后，R4所对应的存储单元的地址为 04H ，因上电时PSW=00H 。

这时当前的工作寄存器区是第 0 工作寄存器区。

17、使用8031芯片时，需将/EA引脚接低电平，因为其片内无程序存储器。

18、片内RAM低128个单元划分为哪3个主要部分：工作寄存器区、位寻址区和用户RAM区。

19、通过堆栈操作实现子程序调用，首先就要把 PC 的内容入栈，以进行断点保护。

调用返回时，再进行出栈保护，把保护的断点送回到 PC 。

20、MCS－51单片机程序存储器的寻址范围是由程序计数器PC的位数所决定的，因为MCS－51的PC是16位的，因此其寻址的范围为 64 KB。