一天掌握C51单片机基础1-计算机数值与MCS51单片机

简介

本笔记参考B站高宏亮老师的教学视频：点击观看

计算机的数值表示

源码

正数：首位 0，其余七位表示实际数值
负数：首位 1，其余七位表示实际数值

缺点是部分运算会出错，需要额外的算法对其进行处理，十分麻烦

反码

正数：首位 0，其余七位表示实际数值
负数：首位 1，其余七位为正数七位的逐位取反结果

例如：正数 01011100，则负数 10100011

缺点是正负运算或者负负运算都会少一个 1

补码

完美的编码方式，不会产生致命性错误，几乎所有计算机都使用该编码系统

正数：首位 0，其余七位表示实际数值
负数：首位 1，其余七位为正数七位的逐位取反后加一

例如：正数 01111000，负数 10000111

最后加一的作用就是为了抵消反码中出现的“误差 1”现象

MCS51 单片机

型号与构成

MCS-51 单片机型号对应参数解析图

基本内部结构图

常用器件介绍

ACC 累加器：ALU 进行运算时，数据绝大部分来自累加器 A
PSW 标志寄存器：一个 8 位寄存器，保存指令执行结果状态

常见控制部件

定时和控制电路
指令寄存器
指令译码器
程序计数器 PC
堆栈指针 SP
数据指针 DPTR

存储结构

程序存储器 ROM

存放单片机工作时的程序，没有 ROM 就无法工作
MCS51 内置程序计数器 PC，他可指示 CPU 下一步所处理的程序在 ROM 中的地址
ROM 有片内存储器和片外存储器（通过总线访问）两种

为便于快速访问片内和片外 ROM，单片机自带控制线 EA，来决定使用内还是外 ROM
EA=1，高电平，当 PC 大于某值时访问片外 ROM，其余时刻访问片内 ROM
EA=0，低电平，片内 ROM 被忽略

ROM 存在七个特殊的地址

数据存储器 RAM

具备快速存取功能，掉电后数据立刻丢失
同样具有片内和片外两个类型

内部寄存器分为以下几个主要区域

工作寄存器：也称通用寄存器，每次存储 8 个信息，共 4 组，每组用 R0-R7 表示
位寻址区
一般 RAM 区：也称用户 RAM 区，80 字节
堆栈区与堆栈指针，安装 LIFO 原则
特殊功能寄存器：类似于一个自定义变量池，用户可以自定义，但是不可以挪作他用

外部引脚与总线接口

P0 口（P0.0-P0.7）
不接片外存储器与扩展 IO 口时，作为双向 IO 口使用；
反之，分时复用为低八位地址总线与双向数据总线；

P1 口（P1.0-P1.7）可做双向 IO 口

P2 口（P2.0-P2.7）一般做双向 IO 口，扩展外存后可做高八位地址总线

P3 口（P3.0-P3.7）除做双向 IO 口外，还可做特殊用途

控制线

MCS51 单片机通过不同信号对内外存储器进行读写操作；
片外数据存储器通过 RD\WR 指令读写；
片外程序存储器读通过 PSEN 指令实现；

并行 IO 口工作原理

主要有四大 IO 口，他们具有特殊锁存作用，分别是 P0 P1 P2 P3

写入时：
D=1，此时锁存器右下角 Q 为对 D 取反，得到 0，此时场效应管 V1=0，不导通，VCC=5v 直接通过上拉电阻输出信号 1
D=0，Q 取反得 1，此时 V1=1，场效应管导通，故与 VCC=5v 相互抵消，输出信号 0

读入时：
D=0，场效应管不导通，外界信号直接流入通过下方绕过

读写流程和 P1 口几乎一致，只不过要注意第二功能区的与非门，即 1 和 1 取 0,1 和 0 取 1，以此类推

MUX 数据选择器，可视为一单刀双掷开关，当控制=0 时，链接锁存器；当控制=1 时，链接地址总线；

工作周期

晶振

XTAL1 以及 XTAL2 口为外接晶振口；
内部晶振由一个反相放大器构成

复位方式

外部电路使 RST 端出现连续两周期的高电平，此时执行复位；

机器周期

机器周期包含 S1-S6 六个
一个状态包含两拍 P1\P2
一个拍称为一个时钟周期

指令周期

定义：机器取一个指令并将其完整执行完毕的周期过程；

一个指令周期一般由 1-2 个机器周期组成；
仅乘除运算需 4 机器周期完成；