一天掌握C51单片机基础1-计算机数值与MCS51单片机
目录
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- 简介
- 计算机的数值表示
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- 源码
- 反码
- 补码
- MCS51 单片机
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- 型号与构成
- 存储结构
- 外部引脚与总线接口
- 并行 IO 口工作原理
- 工作周期
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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
P1
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
P3
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
P2
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；