认识单片机结构及应用教程

‘壹’ MCS-51单片机原理及应用技术教程的介绍

《MCS-51单片机原理及应用技术教程》由高洪志编写，人民邮电出版社于2009年出版发行。该书以MCS-51单片机为学习平台，讲解了单片机的组成原理、各功能模块的使用方法及扩展方法。全书共10章。内容包括单片机的种类、功能及用途；MCS-51单片机的组成；MCS-51单片机指令系统和汇编语言程序设计；单片机内部各种硬件资源的组成、工作原理及编程使用方法；C语言在单片机编程中的使用方法；单片机扩展和接口技术，包括I/O扩展、存储器扩展、人机接口扩展以及模拟接口扩展；串行通信技术，并给出了案例；系统设计开发方法、调试方法和抗干扰技术以及用C51语言编写了单片机课程的部分实训案例。

‘贰’ 什么是单片机，单片机学习方法，单片机原理及应用

什么是单片机？

单片机（Microcontrollers）是一种集成电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU、随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计数器等功能（可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D转换器等电路）集成到一块硅片上构成的一个小而完善的微型计算机系统，在工业控制领域广泛应用。从上世纪80年代，由当时的4位、8位单片机，发展到现在的300M的高速单片机。

单片机学习方法：

第一阶段:先浏览教科书里的硬件部分，大至了解单片机的硬件结构。如ROM、RAM、地址、I／O口等，以及看一些厂家的MCU资料（Data Sheet），来加强MCU所提供各项资源的印象。简单点的说单片机就是一块集成芯片，但是不同的地方就是可以通过编程来改变其引脚的电平高低。可以用计算机的原理来理解单片机。比如说 ROM 其实就像计算机的硬盘一样，是用来装东西的，装运行的程序。

第二阶段:就是了解二进位数字、十六进位数和软件方面的内容。尽管有很多高级语言可用于单片机的编程，但初学还是以汇编语言为好，更有利于和硬件结合，掌握硬件结构。知道汇编语言、机器语言、指令、 程序等概念后，从MOV指令开始，学习汇编语言和编程，在MCU汇编语言系统有11条指令，简单又好理解它们怎样和硬件联系，更有助于一般学习单片机的指令整合与运用．因此其方法可先了 解几条基本的MOV指令和它的机器语言，大致建立起单片机的硬件和软件概念，来知道单片机的硬件是由指令控制指挥的。

第三阶段按照编程环境的使用手册，熟悉使用编程环境。现在的编程环境一般都和电脑相连，只要具备基本电脑知识的人都可很快掌握步骤。

第四阶段是依靠实验板，学习掌握单片机的汇编语言指令系统和简单编程。同时和前面所学硬件知识结合组装，起到主学软件，巩固硬件的双重作用。

单片机原理：通用计算机是分模块的，比如内存条，CPU，显卡，这些设备是通过系统总线连接成一个计算机系统。所以可以看出，单片机是微计算机系统，因为小巧，价格也便宜，很适合应用于嵌入式系统。当然单片机的功能没有通用型计算机的功能那么强大。

单片机的应用：导弹的导航装置，飞机上各种仪表的控制，计算机的网络通讯与数据传输，工业自动化过程的实时控制和数据处理，广泛使用的各种智能IC卡，民用豪华轿车的安全保障系统，录像机、摄像机、全自动洗衣机的控制，以及程控玩具、电子宠物等等，这些都离不开单片机。

‘叁’ 51单片机教程，要通俗易懂版的

我是一名多年的单片机工程师，下面的51单片机教程学习方法你参考一下

1 首先了解单片机的硬件结构。

2 掌握很基本的数电模电知识，如二进制、十进制、十六进制之间的转换，与、或、非逻辑关系等。

3 熟悉5个基本语句的运用，如：if while for switch/case do-while，讲真的，如果你不懂太多术语，if while for已经可以满足你的日常实验需要，我个人有体会。

4 熟悉上面的就可以从简单的实验入手，把更多的C语言附带术语学上，越积累越多，渐渐变成单片机高手。

5 如果你想学习更多单片机和程序的知识，可以看看我整理好的“17个实验学会单片机”，网络一下“17个实验学会单片机”就可以看到在首页了，从零开始打造一个单片机高手。

6 学单片机靠的是多玩实验，不能三天打鱼两天晒网，只要坚持就会看到希望。如果不坚持，就很难学会，如果坚持，几个月后的单片机就已经很厉害了。加油，祝你成功！

‘肆’ 单片机原理及应用技术

单片机的工作原理与计算机CPU的工作原理是一样的，主要是利用片内的半导体存储器存放用户的程序和数据，单片机的核心中央微处理器CPU中有指令寄存器、指令译码器，程序计数器等部件，由程序计数器寻找下一条要执行的指令，找到后，将指令送给指令寄存器，再由指令译码器翻译执行该指令，完成对指令功能的操作；单片机的工作就是不断地取指令、分析指令、执行指令的循环过程。在计算机中，为了便于管理，常把一条指令的执行过程划分为若干个阶段，每一阶段完成一项工作。例如，取指令、存储器读、存储器写等，这每一项工作称为一个基本操作。

单片机的周期

时钟周期

时钟周期也叫振荡周期或晶振周期，即晶振的单位时间发出的脉冲数，一般有外部的振晶产生，比如12MHZ=12×106，即每秒发出12000000个脉冲信号，那么发出一个脉冲的时间就是时钟周期，也就是1/12μs。通常也叫做系统时钟周期，是计算机中最基本的、最小的时间单位。

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在8051单片机中把一个时钟周期定义为一个节拍(用P表示)，二个节拍定义为一个状态周期(用S表示)。

机器周期

在计算机中，为了便于管理，常把一条指令的执行过程划分为若干个阶段，每一阶段完成一项工作。例如，取指令、存储器读、存储器写等，这每一项工作称为一个基本操作。完成一个基本操作所需要的时间称为机器周期。

‘伍’ 简述单片机的基本结构与功能

单片机的基本结构：运算器、控制器、主要寄存器。运算器功能：执行各种算术运算；执行各种逻辑运算，并进行逻辑测试，如零值测试或两个值的比较。主要寄存器功能：用于保存当前CPU所要访问的内存单元或I/O设备的地址。

控制器功能：从内存中取出一条指令，并指出下一条指令在内存中的位置；对指令进行译码和测试，并产生相应的操作控制信号，以便于执行规定的动作；指挥并控制CPU、内存和输入输出设备之间数据流动的方向。

(5)认识单片机结构及应用教程扩展阅读

应用范围：单片机渗透到我们生活的各个领域。导弹的导航装置，飞机上各种仪表的控制，计算机的网络通讯与数据传输，工业自动化过程的实时控制和数据处理，广泛使用的各种智能IC卡，民用豪华轿车的安全保障系统，录像机、摄像机、全自动洗衣机的控制等等。

还有自动控制领域的机器人、智能仪表、医疗器械以及各种智能机械。因此，单片机的学习、开发与应用将造就一批计算机应用与智能化控制的科学家、工程师。

‘陆’ 单片机基本结构

单片机，全称单片微型计算机，又称微控制器，是把中央处理器、存储器、定时/计数器、各种输入输出接口等都集成在一块集成电路芯片上的微型计算机。 单片机的使用领域已十分广泛，如智能仪表、实时工控、通讯设备、导航系统、家用电器等。

基本结构
1.运算器

运算器由运算部件——算术逻辑单元(Arithmetic&Logical Unit，简称ALU)、累加器和寄存器等几部分组成。ALU的作用是把传来的数据进行算术或逻辑运算，输入来源为两个8位数据，分别来自累加器和数据寄存器。ALU能完成对这两个数据进行加、减、与、或、比较大小等操作，最后将结果存入累加器。例如，两个数6和7相加，在相加之前，操作数6放在累加器中，7放在数据寄存器中，当执行加法指令时，ALU即把两个数相加并把结果13存入累加器，取代累加器原来的内容6。

运算器有两个功能：

(1) 执行各种算术运算。

(2) 执行各种逻辑运算，并进行逻辑测试，如零值测试或两个值的比较。

运算器所执行全部操作都是由控制器发出的控制信号来指挥的，并且，一个算术操作产生一个运算结果，一个逻辑操作产生一个判决。

2.控制器

控制器由程序计数器、指令寄存器、指令译码器、时序发生器和操作控制器等组成，是发布命令的“决策机构”，即协调和指挥整个微机系统的操作。其主要功能有：

(1) 从内存中取出一条指令，并指出下一条指令在内存中的位置。

(2) 对指令进行译码和测试，并产生相应的操作控制信号，以便于执行规定的动作。

(3) 指挥并控制CPU、内存和输入输出设备之间数据流动的方向。

微处理器内通过内部总线把ALU、计数器、寄存器和控制部分互联，并通过外部总线与外部的存储器、输入输出接口电路联接。外部总线又称为系统总线，分为数据总线DB、地址总线AB和控制总线CB。通过输入输出接口电路，实现与各种外围设备连接。

3.主要寄存器

(1)累加器A

图1-2 单片机组成框图

累加器A是微处理器中使用最频繁的寄存器。在算术和逻辑运算时它有双功能：运算前，用于保存一个操作数;运算后，用于保存所得的和、差或逻辑运算结果。

(2)数据寄存器DR

数据寄存器通过数据总线向存储器和输入/输出设备送(写)或取(读)数据的暂存单元。它可以保存一条正在译码的指令，也可以保存正在送往存储器中存储的一个数据字节等等。

(3)指令寄存器IR和指令译码器ID

指令包括操作码和操作数。

指令寄存器是用来保存当前正在执行的一条指令。当执行一条指令时，先把它从内存中取到数据寄存器中，然后再传送到指令寄存器。当系统执行给定的指令时，必须对操作码进行译码，以确定所要求的操作，指令译码器就是负责这项工作的。其中，指令寄存器中操作码字段的输出就是指令译码器的输入。

(4)程序计数器PC

PC用于确定下一条指令的地址，以保证程序能够连续地执行下去，因此通常又被称为指令地址计数器。在程序开始执行前必须将程序的第一条指令的内存单元地址(即程序的首地址)送入PC，使它总是指向下一条要执行指令的地址。

(5)地址寄存器AR

地址寄存器用于保存当前CPU所要访问的内存单元或I/O设备的地址。由于内存与CPU之间存在着速度上的差异，所以必须使用地址寄存器来保持地址信息，直到内存读/写操作完成为止。

显然，当CPU向存储器存数据、CPU从内存取数据和CPU从内存读出指令时，都要用到地址寄存器和数据寄存器。同样，如果把外围设备的地址作为内存地址单元来看的话，那么当CPU和外围设备交换信息时，也需要用到地址寄存器和数据寄存器。