单片机原理及其接口技术
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单片机原理及接口技术pdf单片机（Microcontroller Unit, MCU）是一种集成了中央处理器（CPU）、内存和输入输出接口等功能的微型计算机，它被广泛应用于嵌入式系统中。
在本文中，我们将介绍单片机的基本原理及接口技术。
一、单片机的基本原理单片机的基本原理是通过中央处理器（CPU）来执行程序代码，它包含了指令寄存器和程序计数器等关键部件。
通过程序计数器，CPU能够自动读取存储器中的指令，并根据指令中的操作码进行相应的操作。
同时，单片机还包含了一些寄存器，用于存放数据和临时结果。
单片机的工作过程可以大致分为以下几个步骤：1.初始化：在程序开始执行之前，单片机需要进行一些初始化操作，例如设置时钟源、端口方向等。
2.读取指令：单片机从存储器中读取一条指令，并将其存入指令寄存器中。
3.解码指令：CPU解析指令包含的操作码，并根据操作码执行相应的操作。
4.执行指令：根据指令中的操作码，CPU执行相应的操作，例如运算、存储数据等。
5.更新程序计数器：在执行一条指令后，CPU将程序计数器的值递增，以指向下一条指令。
二、单片机的接口技术单片机的接口技术是指单片机与外部设备之间的连接和通信方式。
常见的单片机接口技术包括串口、并口、I2C、SPI等。
1. 串口（Serial Port Interface）：串口是单片机与其他设备之间进行数据传输的一种常见接口技术。
串口通信包括异步串口和同步串口两种方式。
异步串口通信适用于短距离和低速度传输，同步串口通信适用于长距离和高速度传输。
2. 并口（Parallel Port Interface）：并口是一种广泛应用的单片机接口技术，它能够同时传输多位数据。
并口通常通过其中一种并口控制器与其他设备相连，该控制器负责将单片机内部的并行信号转换为相应的串行信号。
3. I2C（Inter-Integrated Circuit）：I2C是一种双线制的串行总线接口，用于连接单片机与其他设备。
单片机原理及接口技术
单片机原理及接口技术
单片机（Microcontroller）是集成了微处理器核心、存储器、输入输出接口和定时器等外设功能于一芯片之中的微型计算机。
单片机的工作原理是通过中央处理器（CPU）来执行存储于存储器中的程序，根据程序中的指令进行运算和控制。
它的输入输出接口用于与外部设备连接，如传感器、执行器等，完成信号的输入、输出和控制操作。
单片机的工作流程通常包括以下几个步骤：
1. 初始化：单片机启动时对各个外设进行初始化设置。
2. 输入数据：通过输入接口从外部设备或传感器中接收数据。
3. 运算处理：CPU对接收到的数据进行运算和处理，执行程序指令。
4. 输出数据：通过输出接口将处理后的数据送给外部设备
或执行器进行控制。
单片机的接口技术包括以下几种：
1. 数字输入输出（Digital I/O）：用于处理数字信号的输
入和输出，通过高低电平的变化来进行数据传输和控制。
2. 模拟输入输出（Analog I/O）：用于处理模拟信号的输
入和输出，通过模数转换器（ADC）将模拟信号转换为数
字信号进行处理。
3. 串口通信（Serial Communication）：通过串口接口与外部设备进行数据的收发和通信，如RS-232、RS-485等。
4. 并口通信（Parallel Communication）：通过并口接口与外部设备进行数据的并行传输和通信，如打印机接口。
5. 定时器计数器（Timer/Counter）：用于生成定时和计
数功能，可实现时间的测量、延时等操作。
单片机的接口技术可以根据应用需求进行选择和配置，以实现与外部设备的连接和通信，完成各种控制和数据处理任务。
单片机原理及接口技术
单片机原理及接口技术在当今数字化时代，单片机已经成为嵌入式系统设计中不可或缺的重要组成部分。
本文将介绍单片机的工作原理以及与外部设备进行通信的接口技术。
单片机工作原理单片机是一种集成了处理器、存储器和输入输出设备等功能模块的微型计算机系统。
它通常由中央处理器（CPU）、存储器（RAM和ROM）、计时器（Timer）、串行通信接口（UART）和引脚（Port）组成。
单片机的工作原理可以简要描述为以下几个步骤：1.初始化：单片机在上电时会执行初始化程序，设置各种工作模式、配置寄存器等。
2.执行程序：单片机会根据存储器中存储的程序指令序列来执行相应的操作，包括算术逻辑运算、控制流程等。
3.输入输出操作：单片机通过输入输出接口与外部设备进行通信，如传感器、执行器等。
4.中断处理：单片机可以在特定条件下触发中断请求，暂停当前执行的程序，转而执行中断服务程序，处理相应的事件或信号。
单片机接口技术单片机与外部设备的通信主要依赖于接口技术，包括数字输入输出接口、模拟输入输出接口以及通信接口等。
数字输入输出接口数字输入输出接口用于与二进制设备进行通信，通过配置相应的引脚工作在输入或输出模式，实现信号的采集与输出。
常用的数字输入输出方式包括GPIO口、SPI接口、I2C接口等。
模拟输入输出接口模拟输入输出接口用于处理模拟信号，包括模拟输入端口和模拟输出端口。
模拟输入端口通过模数转换器将模拟信号转换为数字信号，模拟输出端口则通过数模转换器将数字信号转换为模拟信号。
通信接口通信接口是单片机与外部设备进行数据交换的重要手段，主要有串行通信接口（UART）、并行通信接口（Parallel）、CAN接口等。
通过这些通信接口，单片机可以实现与其他设备的数据交换与通信。
结语单片机原理及接口技术是嵌入式系统设计的基础知识，通过深入了解单片机的工作原理和接口技术，可以更好地应用单片机进行系统设计与开发。
希望本文对读者有所帮助，谢谢！以上是关于单片机原理及接口技术的简要介绍，希望能对读者有所启发。
胡汉才.单片机原理及其接口技术
胡汉才.单片机原理及其接口技术《单片机原理及其接口技术》是一本系统全面深入的关于单片机原理和接口技术的书籍。
本书共分为8章，分别介绍了单片机的基本概念、单片机的内部结构及指令系统、单片机的存储器系统、单片机的时钟与定时器、数字量输入输出的接口技术、模拟量输入输出的接口技术、串口通信和中断。
第一章介绍了单片机的概念、分类、历史以及应用领域，为后续学习奠定了基础。
第二章详细讲解了单片机的内部结构和指令系统，包括CPU、寄存器、存储器、I/O端口等部分的功能与工作原理，强调了指令的特点和指令系统的构成。
第三章主要介绍了单片机的存储器系统，包括ROM、RAM、EEPROM等存储器的特点、分类、读写方式等，并针对不同的存储器进行了详细的讲解。
第四章是关于单片机的时钟与定时器的，由于单片机需要时钟信号来同步主频和指令周期，所以时钟电路的设计十分重要。
同时，定时器是单片机的重要外设之一，本章详细介绍了定时器的种类、特点和使用方法。
接下来的三章主要介绍了数字量输入输出的接口技术、模拟量输入输出的接口技术和串口通信。
数字量输入输出是单片机最基础的输入输出方式，包括并口和串口两种方式，本书对这两种方式进行了详细的讲解。
模拟量输入输出是单片机重要的应用之一，主要用于对信号进行采集和控制，本章对这方面的内容进行了深入的探讨。
串口通信是单片机应用中非常重要的一部分，也是单片机与外界通信的主要方式，详细介绍了串口通信的原理和常用协议。
最后一章是中断技术，介绍了中断的基本概念，中断技术在单片机应用中的作用以及中断优先级和应用场景等内容。
本书讲解内容深入浅出，理论知识与实际应用相结合，有助于读者系统地掌握单片机的基础知识和接口技术，适合广大工程技术人员以及单片机学习爱好者阅读。
单片机原理及接口技术
单片机原理及接口技术单片机（Microcontroller）是一种集成了微处理器核心、存储器、输入/输出端口和定时器等功能于一体的计算机系统。
它具有成本低廉、体积小巧、功耗低等优点，广泛应用于各个领域。
本文将介绍单片机的原理及接口技术。
一、单片机原理1. 单片机的组成结构单片机通常由CPU、存储器、输入/输出口、定时/计数器、中断系统等组成。
其中，CPU是单片机的核心，负责执行程序指令；存储器用于存储程序和数据；输入/输出口用于与外部设备进行数据交互；定时/计数器用于计时和计数；中断系统可以处理外部事件。
2. 单片机的工作原理单片机工作时，先从存储器中加载程序指令到CPU的指令寄存器中，然后CPU执行指令并根据需要从存储器中读取数据进行计算和操作，最后将结果写回存储器或输出到外部设备。
3. 单片机的编程语言单片机的程序可以使用汇编语言或高级语言编写。
汇编语言是一种低级语言，直接使用机器码进行编程，对硬件的控制更加精细，但编写和调试难度较大。
而高级语言（如C语言）可以将复杂的操作用简单的语句描述，易于编写和阅读，但对硬件的控制相对较弱。
二、单片机的接口技术1. 数字输入/输出接口（GPIO）GPIO是单片机与外部设备进行数字信号交互的通道。
通过配置GPIO的输入或输出状态，可以读取外部设备的状态或者输出控制信号。
GPIO的配置包括引脚的模式、电平状态和中断功能等。
应根据具体需求合理配置GPIO，以实现与外部设备的稳定通信。
2. 模拟输入/输出接口单片机通常具有模数转换器（ADC）和数模转换器（DAC），用于模拟信号的输入和输出。
ADC将模拟信号转换为数字信号，以便单片机进行处理。
而DAC则将数字信号转换为模拟信号，用于驱动模拟设备。
模拟输入/输出接口的配置需要考虑转换精度、采样率和信噪比等因素。
3. 串行通信接口串行通信接口允许单片机与其他设备进行数据交换。
常见的接口包括UART（通用异步收发器）、SPI（串行外设接口）和I2C（串行外设接口），它们具有不同的通信速率和传输协议。
单片机原理及接口技术 李朝青 第4版
3、CPU中的主要寄存器
1）累加器（A） 2）数据寄存器（DR） 3）指令寄存器（IR） 4）指令译码器（ID） 5）程序计数器（PC） 6）地址寄存器（AR）
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1）累加器（A）
累加器是微处理器中最繁忙的寄存器。 在算术和逻辑运算时，它具有双重功能：
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。
例如： 两个数（7和9）相加，在相加之前，操作数
9放在累加器中，7放在数据寄存器中，执行两 数相加运算的控制线发出“加”操作信号，ALU 即把两个数相加并把结果（16）存入累加器， 取代累加器前面存放的数9。
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3）ALU的两个主要的输入来源
输入来源
累加器 数据寄存器
单片机原理及接口技术
设计者：刘艳玲
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第1章 微机基础知识
1.1 微处理器、微机和单片机的概念 1.2 微机的工作过程 1.3 常用数制和编码 1.4 数据在计算机中的表示 1.5 89C51/S51单片机 1.6 思考题与习题
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§1.1 微处理器、微机和单片机的概念
§1.1.1 微处理器(机)的组成 §1.1.2 存储器和输入输出接口
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5）程序计数器（PC）
通常又称为指令地址计数器。 在程序开始执行前，必须将其起始地址，即程序的
第一条指令所在的内存单元地址送到PC。
当执行指令时，CPU将自动修改PC的内容，使之总是保 存将要执行的下一条指令的地址。
由于大多数指令都是按顺序执行的，所以修改的过程 通常是简单的加1操作。
1）运算器的组成
运算器
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单片机原理及接口技术单片机原理及接口技术（上）一、单片机基本原理单片机（Microcontroller）是由中央处理器（CPU）、存储器（ROM、RAM）、输入/输出接口（I/O）和定时/计数器等模块所组成的一个微型计算机系统。
单片机通过程序控制，能够完成各种控制任务和数据处理任务。
目前，单片机已广泛应用于计算机、通讯、电子、仪表、机械、医疗、军工等领域。
单片机的基本原理是程序控制。
单片机执行的程序，是由程序员以汇编语言或高级语言编制而成，存放在存储器中。
当单片机加电后，CPU按指令序列依次从存储器中取得指令，执行指令，并把执行结果存放到存储器中。
程序员通过编写的程序，可以对单片机进行各种各样的控制和数据处理。
单片机的CPU是整个系统的核心，它负责执行指令、处理数据和控制系统的各种操作。
CPU通常包括运算器、控制器、指令译码器和时序发生器等模块。
其中，运算器主要用于执行算术和逻辑运算；控制器用于执行指令操作和控制系统的运行；指令译码器用于识别指令操作码，并将操作码转化为相应的操作信号；时序发生器用于产生各种时序信号，确保系统按指定的时间序列运行。
存储器是单片机的重要组成部分，用于存储程序和数据。
存储器一般包括ROM、EPROM、FLASH和RAM等类型。
其中，ROM是只读存储器，用于存储程序代码；EPROM是可擦写可编程存储器，用于存储不经常改变的程序代码；FLASH是可擦写可编程存储器，用于存储经常改变的程序代码；RAM是随机存储器，用于存储数据。
输入/输出接口（I/O）用于与外部设备进行数据交换和通信。
单片机的I/O口可分为并行I/O和串行I/O两类。
并行I/O通常包括数据总线、地址总线和控制总线等，用于与外部设备进行高速数据传输。
串行I/O通常通过串口、I2C总线、SPI总线等方式实现，用于与外部设备进行低速数据传输。
定时/计数器是单片机中的重要组成部分，它可以产生各种时间、周期和脉冲信号，用于实现各种定时和计数操作。
单片机原理与接口技术
单片机原理与接口技术单片机是一种集成电路，它包含了中央处理器、存储器、输入输出端口和定时器等功能模块。
单片机的出现极大地推动了电子技术的发展，它被广泛应用于各种电子设备中，如家电、汽车、医疗设备等。
本文将介绍单片机的原理和接口技术。
一、单片机原理单片机的核心是中央处理器（CPU），它负责执行程序指令和控制系统的运行。
单片机的CPU通常采用哈佛结构，即指令存储器和数据存储器分开存储。
指令存储器用于存储程序指令，数据存储器用于存储数据。
单片机的指令集通常比较简单，但是可以通过编程实现各种功能。
单片机的存储器包括闪存、RAM和EEPROM等。
闪存用于存储程序代码，RAM用于存储临时数据，EEPROM用于存储非易失性数据。
单片机的存储器容量通常比较小，但是可以通过外部存储器扩展。
单片机的输入输出端口用于与外部设备进行通信。
输入端口用于接收外部信号，输出端口用于控制外部设备。
单片机的输入输出端口通常采用并行口和串行口两种方式。
并行口可以同时传输多个数据位，速度较快，但是需要较多的引脚。
串行口只能传输一个数据位，速度较慢，但是引脚较少，适合于小型设备。
单片机的定时器用于计时和延时。
定时器可以通过编程设置计时器的时钟源和计数器的初值，从而实现各种计时和延时功能。
定时器通常包括多个计数器和比较器，可以实现多种计时和延时方式。
二、单片机接口技术单片机的接口技术是指单片机与外部设备之间的通信方式。
单片机的接口技术包括并行口、串行口、模拟输入输出和中断等。
1. 并行口并行口是单片机与外部设备之间最常用的接口方式。
并行口可以同时传输多个数据位，速度较快，适合于大型设备。
并行口通常采用8位或16位数据总线，可以通过编程设置输入输出方向和数据值。
并行口的缺点是需要较多的引脚，不适合于小型设备。
2. 串行口串行口是单片机与外部设备之间另一种常用的接口方式。
串行口只能传输一个数据位，速度较慢，但是引脚较少，适合于小型设备。
串行口通常采用异步串行通信或同步串行通信方式。
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进位计数制
十进制。0～9，如45D。 二进制。0，1，如01010011B。 十六进制。0～9，A，B，C，D，E，F，如3BH。 八进制。0～7，如76O。
进位数制之间的转换
十进制转为二进制。 二进制转为十进制。 二进制转为十六进制。 十六进制转为二进制。 十进制转为十六进制。
I/O端口
并行I/O端口－8位
P1、P2、P3、P4
串行I/O端口
并行I/O端口
串行I/O口
定时器/计数器
中断系统
MCS-51单片机的封装
双列直插式封装－HMOS器件 方形封装－CHMOS器件
端口线
控制线
电源线
Vcc：+5V Vss：GND
几种晶振连接电路
8031连接片外存储器
MCS-51单片机的工作方式
复位方式 程序执行方式
单步执行 连续执行 掉电方式 空闲方式
节电方式
编程与校验方式
复位方式
程序执行方式
单步执行
逐条执行用户指令，用于调试用户程序 利用单片机的外部中断功能实现 所有单片机都需要的一种工作方式，被执行程序可 放置在片内或片外ROM中 单片机复位后PC＝0000H，因此需要在0000H放 置一条跳转指令将PC指向程序开始的位置
单片机在DCS中的应用
第2章
MCS-51单片机结构与时序
MCS-51单片机内部结构。
重点：专用寄存器组名称及功能、存储器结构及地址分配、 位地址、I/O端口、定时器与计数器、中断系统
MCS-51单片机引脚及其功能。
重点：端口线、控制线
重点：有几种工作方式、各有何用途 重点：时钟周期、机器周期、指令周期、典型操作时序
二进制中符号位的表示。”0”为正，”1”为负
+69=01000101
-69=11000101
机器数与真值，如上例中
+69=01000101(机器数)= +1000101(真值) -69=11000101(机器数)= -1000101(真值) 原码 反码 补码
带符号数表示法。
原码表示法
MCS-51单片机工作方式。
MCS-51单片机时序。
MCS-51系列单片机
CPU结构
专用寄存器组
MCS-51系列单片机中的专用寄存器组包括：
程序寄存器PC（16位） 累加器A（8位） 通用寄存器B（8位） 程序状态寄存器PSW（8位） 堆栈指针SP（8位） 数据指针DPTR（16位）
正数的表示同原码，负数的反码：符号位为”1”，其余各 位按位求反。
X＝＋0011111，则[X]反＝00011111 X＝－0011111，则[X]反＝11100000 [＋0]：X＝＋0000000，则[X]反＝00000000 [－0]：X＝－0000000，则[X]反＝11111111
预备知识：
第1章
微型计算机基础
定点数与浮点数 计算机中的数制和编码
二进制、十六进制、八进制 BCD编码、ASCII编码 原码、反码、补码的表示及运算规则
单片计算机的基本结构、原理及分类
计算机的数制与数的转换
数制是指数的制式，即利用符号计数的方法。微型计算机中 常用的数值有十进制、二进制、八进制、十六进制等。 微型计算机中的所有信息都是采用二进制数进行表示，二进 制数及编码是所有计算机的基本语言。
单片机原理及接口技术
课程安排
40学时。 上课共10周。 课程设计一周。
课程重点
教材内容比较多，讲授1～9章内容，重点在MCS-51单片机原理、指 令系统、单片机系统接口技术的学习。 每次课前回列出重要知识点。 主题可分为6大部分
微型计算机基础。 51单片机结构及工作原理。 51单片机指令系统及汇编程序设计。 半导体存储器及其与51单片机的连接。 51单片机中断技术 基本I/O接口技术（并口、串口、A/D、D/A） 模电、数电、C/C++程序设计、微型计算机原理与接口技术
BCD编码二进制数的运算修正
加法修正。 减法修正。
字符代码－ASCII编码
以7位二进制数表示128种不同的字符（包括字母、数字及控 制符号等）。 标准ASCII码最高为为0，最高为为1的为扩展ASCII码，常用 于双字节编码领域，如汉字编码（GB2312，BIG5，GBK 等）。 见附录A
校验码编码
奇偶校验码。
奇校验 偶校验
海明码。
单片机的基本结构
中央处理器
中央处理器，是单片机的核心，集成了
运算器。 控制器。 专用寄存器组。
存储器
用于存放程序及数据的部件。 单片机中使用半导体存储器。 存储器单元使用存储器地址标识。 CPU需要读写存储器单元的内容时，需要首先提供存储器的 地址。
程序状态寄存器PSW
堆栈指针SP
数组指针DPTR
存储器结构
MCS-51内部的存储器分为ROM与RAM两类
ROM存储器结构 RAM存储器结构 特殊功能寄存器
ROM存储器结构
RAM存储器结构
特殊功能寄存器SFR
指有特殊功能的寄存器集合。SFR的实际个数与单片机具体型号有关。 8031/8051有21个，8032/8052有26个，允许位寻址的有11个，如下 所示。
EPROM保密编程
MCS-51三种周期
时序
时序示例
读外部ROM指令时序
读外部RAM指令时序
第3章
MCS-51单片机指令系统
寻址方式。 指令系统。
基本概念
指令。指使计算机完成某种操作的命令。 指令系统。指令的集合称为指令系统。 计算机的机器指令包括操作码和操作数两部分。 操作码。表示计算机执行什么样的操作。 操作数。表示计算机参加运算操作要处理的数据信息。
补码表示法
为什么需要补码？ 补码中的“模”－时钟的例子。 [X]补＝模＋[X]。 补码的计算：
正数的补码等于原码。 负数的补码等于反码+1。 X＝＋1001111，则[X]补＝01001111 X＝－1001111，则[X]补＝10110001 [＋0]：X＝＋0000000，则[X]原＝00000000 [－0]：X＝－0000000，则[X]补＝00000000
对外部ROM的读数指令
对外部ROM的读数指令举例
对外部RAM的读写指令
对外部RAM的读写指令举例
堆栈操作指令
堆栈操作共两条指令
压栈指令 弹出指令
压栈指令
弹出指令
堆栈指令举例
数据交换指令
数据交换指令共4条
数据交换指令（3条） 半字节交换指令（1条）
数据交换指令
半字节交换指令
不带Cy的加法指令
不带Cy加法指令示例1
不带Cy加法指令示例2
带Cy加法指令
加1指令
加法指令例子
带Cy减法指令
带Cy减法指令示例
减1指令
减法指令例子
BCD调整指令
BCD加法调整
BCD减法调整
乘除指令
逻辑运算指令
逻辑乘指令（6条）。 逻辑加指令（6条）。 逻辑异获指令（6条）。 累加器清零和求反指令（2条）
位寻址
数据传送类指令
内部数据传送指令
立即型数据传送指令
直接型传送指令
寄存器寻址的传送指令
寄存器间址传送指令
内部数据传送指令小结
外部ROM/RAM的传送指令
指令共7条，分为3类
16位数的传送指令（1条） 对外部ROM的读数指令（2条） 对外部RAM的读写指令（4条）
16位数的传送指令
指令的格式
指令的三种表现形式
指令的字节数
指令的分类
指令中的符号说明
指令对标志位的影响
寻址方式
MCS-51有7种寻址方式：
直接寻址。 立即寻址。 寄存器寻址。 寄存器间址。 变址寻址。 相对寻址。 位寻址。
直接寻址
立即寻址
寄存器寻址
寄存器间址
变址寻址
相对寻址
计算机中数的表示方法
定点数表示法。二进制数的小数点位置不变。
定点整数 定点小数
浮点数表示法。小数点位置随阶码的大小浮动。
二进制数的运算
算术运算
加、减、乘、除 逻辑乘（与）、逻辑加、逻辑非、逻辑异或
逻辑运算
二进制数的表示方法
在计算机中，有3种数据类型：
无符号二进制数。 带符号二进制数。 无符号十进制数（BCD码）。
Cs：表示最高位（符号位）的进位情况。 Cy：表示数值部分最高位的进位情况。 溢出＝Cs 异或 Cy
例1.22 例1.23
应用举例
二进制编码
为什么需要编码？ 常用编码类型。
BCD编码（二－十编码）。 ASCII编码。 校验码编码。
BCD编码表
采用二进制对十进制数进行编码，又称8421BCD编码。