《8051單片機原理及應用》 課件 郭玲 第1-3章 單片機里的數(shù)、單片機的基本結(jié)構(gòu)、輸入輸出GPIO

網(wǎng)絡空間安全學院網(wǎng)絡安全基礎技術(shù)應用第一章單片機里的數(shù)目錄CONTENT1.二進制數(shù)2.進制的轉(zhuǎn)換和有符號數(shù)3.單片機程序中的數(shù)據(jù)類型1.1.1二進制數(shù)的電路實現(xiàn)單片機是一顆集成電路芯片，如圖1.1-1所示。集成電路是采用特定的制造工藝，將晶體管、電容、電阻和電感等元件以及布線互聯(lián)，制作在半導體晶片上，進而封裝在一個管殼內(nèi)，變成具有某種電路功能的微型電子器件。集成電路的基本元器件是晶體管（包括了三極管、場效應管等），它的開關(guān)特性構(gòu)成了計算機世界0和1的物理基礎，是計算機信息存儲和運算的基石。圖1.1-2是三極管輸出特性。圖1.1-1單片機芯片圖1.1-2三極管的輸出特性曲線1.1.1二進制數(shù)的電路實現(xiàn)1.當三極管處于飽和區(qū)，VCE間電壓很小，近似0V，相當于短路。因此三極管飽和時，三極管輸出低電平，用二進制符號“0”表示，如圖1.1-3（a）所示。2.當三極管處于截止狀態(tài)，IC=0，相當于斷路。C極電壓等于電源電壓VCC，三極管輸出高電平，用二進制符號“1”表示，如圖1.1-3（b）所示。圖1.1-3是三極管開關(guān)等效電路圖1.1-3中三極管具有二態(tài)性，要么關(guān)閉要么打開，二進制數(shù)也有這樣的特點，要么“1”要“0”，用二進制數(shù)完美表達了三極管的二態(tài)性，因此我們忽略計算機的底層器件，只關(guān)注計算機的數(shù)。圖1.1-3（a）圖1.1-3（b）圖1.1-31.1.2數(shù)的符號和記法古代人們用石頭記數(shù)、結(jié)繩記數(shù)、刻痕記數(shù)，后來出現(xiàn)了阿拉伯數(shù)字0~9，這10個數(shù)字和人類10個手指的數(shù)量正好吻合，且符號好寫好記，很快成為國際通用數(shù)字符號。阿拉伯數(shù)字是十進制數(shù)，采用位值法，加上小數(shù)點、正負號，可以表示所有的有理數(shù)。所謂進制，就是進位的方法：二進制——逢2進1；八進制——逢8進1；十進制——逢10進1；十六進制——逢16進1。1.1.2數(shù)的符號和記法每種進制使用的符號是不一樣的，“符號”意味著一種表示方法。二進制的符號最少，十六進制的符號最多。如表1.1-1所示。二進制符號0，1。八進制符號：0到7十進制符號：0到9。十六進制符號：0到F。表1.1-1不同進制數(shù)的符號（字母不區(qū)分大小寫）進制符號進位法則二進制0，1逢二進一八進制0，1，2，3，4，5，6，7逢八進一十進制0，1，2，3，4，5，6，7，8，9逢十進一十六進制0，1，2，3，4，5，6，7，8，9，a，b，c，d，e，f逢十六進一1.1.2數(shù)的符號和記法所謂位值法，是一種計數(shù)方法。一組有順序的數(shù)字，每個數(shù)字所表示的大小，既和它本身的數(shù)值有關(guān)，也和它所在的位置有關(guān)。位值法中，數(shù)字所在的位置也稱權(quán)重。位值法的核心思想是，相同的數(shù)字在不同的位置上具有不同的數(shù)值。表1.1-1中的進制都采用位值法計數(shù)，以整數(shù)部分是4位，小數(shù)部分也是4位的任意數(shù)為例，不同進制下的權(quán)重如表1.1-2所示。表1.1-2不同進制的權(quán)重（X代表某進制的任意符號）進制XXXX.XXXX二進制232221202-12-22-32-4八進制838281808-18-28-38-4十進制10310210110010-110-210-310-4十六進制16316216116016-116-216-316-41.1.2數(shù)的符號和記法八、十、十六進制數(shù)的權(quán)重基數(shù)分別是2、8、10、16，權(quán)重的冪和位置有關(guān)。在位值法中，當數(shù)值超過了符號表達的范圍，就從左往右進位。表1.1-3列出了0~20不同進制下的記數(shù)，如果要表達相同數(shù)值的數(shù)字，二進制數(shù)最長，十六進制數(shù)最短。表1.1-3數(shù)字0～20在不同進制下的記法十進制二進制16進制0001112102311341004510156110671117810008910019101010A十進制二進制16進制111011B121100C131101D141110E151111F1610000101710001111810010121910011132010100141.1.2數(shù)的符號和記法為了區(qū)分各種進制，采用后綴、前綴、下標等標記方法書寫不同進制的數(shù)。通常匯編程序使用后綴法，C語言程序使用前綴法，不區(qū)分大小寫。（1）后綴法。B：binary，二進制，123BO：octonary，八進制，123OD：decimal，十進制，123DH：hexadecimal，十六進制，123H。（2）下標法：（101001）2（1321）8（100）10，也可以不寫下標，直接寫100，不寫下標默認是十進制。（3AC）161.1.2數(shù)的符號和記法（3）前綴法。0b：表示二進制。舉例：0b101001,0b11000o：表示八進制。舉例：0o1321，0o144沒有前綴：表示十進制。舉例：10，20，25，1000x：表示16進制數(shù)。舉例：0x64，0x3AC表1.1-4展示了數(shù)字100在不同進制下程序里的前后綴表示方法，單片機程序中最常使用的是十六進制和十進制。表1.1-4計算機語言中不同進制的前后綴（以100為例，不區(qū)分大小寫）進制英文符號前綴（C語言）后綴（匯編語言）二進制Binary0，10b0110010001100100B八進制Octal0-70o144144O十進制Decimal0-9100100D十六進制Hexadecimal0-9，A-F0x6464H1.1.3數(shù)的長度1.比特（bit）一位二進制的數(shù)字要么是0，要么是1，我們說二進制的一個數(shù)字位就是1個比特（bit）。比特也是信息量單位。一串二進制符號構(gòu)成了一個信息塊，信息塊有多少個二進制符號，就說有多少個bit的信息量。在計算機物質(zhì)世界里，1個比特是1個半導體晶體管開關(guān)器件，參考圖1.1-3，它有“0”或“1”兩種可能值，1比特是1個二進制數(shù)字位。怎么理解bit的概念呢？將圖1.1-3中的三極管替換成游戲手柄，1號手柄控制前進和后退兩個方向，手柄向前是前進，手柄向后是后退，此時該“手柄”就是1個bit。現(xiàn)在增加2號手柄，控制左右兩個方向：手柄向左是左拐，手柄向右是右拐。它和1號手柄組合在一起，可控制四個方向，用四組編碼表示：左前=00右前=10左后=01右后=111.1.3數(shù)的長度由此可知，兩位二進制數(shù)，有四種組合，一個組合稱為一個“碼字”，在這個舉例里有４個碼字，分別是00、01、10、11。比特位數(shù)越多，編出的碼字就越多。碼字數(shù)量用2的冪次方計算，對應關(guān)系如表1.1-5所示。表1.1-5二進制位數(shù)和碼字數(shù)量對應關(guān)系二進制位數(shù)碼字數(shù)量121=2=（10）2222=4=（100）2323=8=（1000）2424=16=（10000）2525=32=（100000）2626=64=（1000000）2727=128=（10000000）2828=256=（100000000）2929=512=（1000000000）210210=1024=（10000000000）211211=2048=（100000000000）212212=4096=（1000000000000）21.1.3數(shù)的長度觀察表1.1-5，有如下2個結(jié)論：二進制位的數(shù)量決定了碼字數(shù)量，碼字數(shù)量隨著二進制位數(shù)的增加呈冪增長。 （公式1）2個比特能編出4個碼字；3個比特能編出8個碼字。第1列“位數(shù)”和第2列中“0”的個數(shù)一致，比如，10位二進制數(shù)，碼字數(shù)量是1024個，1024用二進制表示，1的后面有10個“0”，互相呼應。1.1.3數(shù)的長度2.字節(jié)（byte）1個字節(jié)由8位二進制數(shù)構(gòu)成。表1.1-5表明1個字節(jié)的碼字數(shù)量是256，可編碼字從0b00000000到0b11111111，對應數(shù)值范圍0~255。一個字節(jié)足以表達某種生活中很多事務的狀態(tài)，比如天氣的變化，各種組合都沒超出256種；通用計算機的鍵盤也沒達到256個按鍵，……。因此，在計算機世界里字節(jié)是基本單位，單片機程序里使用最多的數(shù)據(jù)類型就是1個字節(jié)長度的數(shù)據(jù)。圖1.1-4展示了1個字節(jié)按位展開的格式，位值高（最高有效位，MSB）的在前，位值低（最低有效位，LSB）的在后。圖1.1-4也是單片機的1個存儲單元，1個存儲單元的容量是1個字節(jié)。bit7bit6bit5bit4bit3bit2bit1bit0字節(jié)Byte

圖1.1-4字節(jié)按位展開1.1.4二進制編碼計算機處理的信息除了數(shù)字，還有字母、圖形、漢字、聲音等非數(shù)值數(shù)據(jù)，這樣就出現(xiàn)了編碼的需求?！熬幋a”是信息從一種形式轉(zhuǎn)換為另一種形式的過程，具體講就是讓多位二進制數(shù)表達某個特定的信息。因為n位二進制數(shù)可以組合成2的n次方個不同的信息，所以給每個信息規(guī)定一個具體碼字，這個過程就叫編碼。1.BCD碼（Binary-CodedDecimal）BCD碼以4位二進制數(shù)為一個單位表示1位十進制數(shù)。按照表1.1-5，4位二進制數(shù)有16個碼字，但是十進制數(shù)只有0~9十個數(shù)字符號，多出來6個，所以BCD碼只用了前10個0000~1001表示十進制的0~9，剩下的碼字不用。BCD碼也用來表示十六進制數(shù)，此時16個碼字全部使用。因為二進制各位的權(quán)值為8、4、2、1，二進制對十進制、十六進制的編碼是加權(quán)求和，因此也稱8421有權(quán)碼。1.1.4二進制編碼表1.1-6列出了BCD編碼。多位的十進制數(shù)要用多組BCD碼表示。十六進制同理。例1：十進制的123用BCD碼表示：0001001000111：1=0×23+0×22+0×21+1×20，1的編碼是0001；2：2=0×23+0×22+1×21+0×20，2的編碼是0010；3：3=0×23+0×22+1×21+1×20，3的編碼是0011；例2：十六進制數(shù)0x6F8用BCD碼表示：0110111110006：1=0×23+1×22+1×21+0×20，6的編碼是0110；F：15=1×23+1×22+1×21+1×20，F(xiàn)的編碼是1111；8：8=1×23+0×22+0×21+0×20，8的編碼是1000；1.1.4二進制編碼十進制數(shù)BCD碼

十六進制數(shù)BCD碼00000000001000110001200102001030011300114010040100501015010160110601107011170111810008100091001910011000010000A10101100010001B10111200010010C11001300010011D11011400010100E11101500010101F111116000101101000010000表1.1-6BCD編碼1.2.1十進制數(shù)轉(zhuǎn)換為R進制計算機里二進制的數(shù)據(jù)有以下幾種長度：位（bit）：一個二進制數(shù)就是一個位，稱為比特，數(shù)值范圍0、1。字節(jié)（byte）：8位二進制數(shù)構(gòu)成，數(shù)值范圍0～255或0x00～0xFF。字（word）：4個字節(jié)構(gòu)成，對應32位二進制數(shù)，數(shù)值范圍0~4294967295（0x00000000~0xFFFFFFFF）。半字（halfword）：2個字節(jié)構(gòu)成，對應16位二進制數(shù)，數(shù)值范圍0~65535（0x0000~0xFFFF）。1.2.1十進制數(shù)轉(zhuǎn)換為R進制計算機里二進制的數(shù)據(jù)有以下幾種長度：位（bit）：一個二進制數(shù)就是一個位，稱為比特，數(shù)值范圍0、1。字節(jié)（byte）：8位二進制數(shù)構(gòu)成，數(shù)值范圍0～255或0x00～0xFF。字（word）：4個字節(jié)構(gòu)成，對應32位二進制數(shù)，數(shù)值范圍0~4294967295（0x00000000~0xFFFFFFFF）。半字（halfword）：2個字節(jié)構(gòu)成，對應16位二進制數(shù)，數(shù)值范圍0~65535（0x0000~0xFFFF）。1.2.1十進制數(shù)轉(zhuǎn)換為R進制采用模運算方法，取余數(shù)的逆序。所謂模運算就是兩個整數(shù)相除，得到的余數(shù)就是模運算結(jié)果。例1和例2用短除法開展除法運算，每個短除號的里面是被除數(shù)，左邊是除數(shù)，下面是商，右邊是余數(shù)，當商為0時運算結(jié)束，轉(zhuǎn)換結(jié)果是余數(shù)的逆序。例1：（1688）10=（011010011000）2開展模2運算例2：（1688）10=（698）16開展模16運算0166161051616888961.2.2R進制數(shù)轉(zhuǎn)換為十進制采用加權(quán)求和運算方法，按照位值展開求和，最左邊的是最低有效位用LSB表示；最右邊的是最高有效位用MSB表示。例1：（011010011000）2=（1688）10首先把二進制按照“位值”展開：MSB

LSB權(quán)重21121029282726252423222120位值0110100110001.2.2R進制數(shù)轉(zhuǎn)換為十進制其次對不為0的位求和：1×23+1×24+1×27+1×29+1×210=1688例2：（698）16=（1688）10首先把二進制按照“位值”展開：MSB

LSB權(quán)重162161160位值698其次對不為0的位求和：8×160+9×161+6×162=16881.2.3有符號數(shù)二進制數(shù)分“無符號數(shù)”和“有符號數(shù)”?！盁o符號數(shù)”都是正數(shù)，沒有符號位；“有符號數(shù)”有正數(shù)也有負數(shù)，最高位是符號位：0——正數(shù)；1——負數(shù)。在編寫程序時，如果數(shù)據(jù)是事務狀態(tài)的抽象，如天氣、鍵盤符號等，就用“無符號數(shù)”；如果數(shù)據(jù)是參與計算的數(shù)值，如溫度，就使用“有符號數(shù)”。表1.2-1是1個字節(jié)的有符號數(shù)，數(shù)值范圍從-128~127，而不是0~255。表1.2-1有符號數(shù)（1個字節(jié)）二進制16進制十進制000000000x000000000010x011………011111110x7f127100000000x80–128100000010x81–127100000100x82–126…。。。。。。111111110xff-11.2.3有符號數(shù)計算機中有符號數(shù)用補碼表示。1.原碼計算機中數(shù)的原碼由符號位和數(shù)值部分組成。最高位是符號位，0代表正數(shù)，1代表負數(shù)，其余位是數(shù)值位，數(shù)值部分與數(shù)的二進制表示一致。原碼表示法舉例：（00000000）2=（0）10；（01111111）2=（127）10；（10000001）2=（-1）10；（11111111）2=（-127）101.2.3有符號數(shù)2.反碼反碼是原碼和補碼之間的過渡碼，正數(shù)的反碼和原碼相同；負數(shù)的反碼，其符號位和原碼相同，數(shù)值位按原碼取反。反碼表示法舉例：（00000000）2=（0）10；（01111111）2=（127）10；（11111110）2=（-1）10；（11111111）2=（-0）10；0無所謂正負，綜上，“0”在反碼中有兩個表達方式。1.2.3有符號數(shù)3.補碼為了避免反碼中“0”的不唯一，補碼規(guī)定：正數(shù)的補碼和原碼相同；負數(shù)的補碼，其符號位和原碼相同，數(shù)值位在反碼上加1。補碼表示法舉例：（00000000）2=（0）10；（01111111）2=（127）10；（11111110）2=（-2）10；（11111111）2=（-1）10；1.2.3有符號數(shù)3.補碼為了避免反碼中“0”的不唯一，補碼規(guī)定：正數(shù)的補碼和原碼相同；負數(shù)的補碼，其符號位和原碼相同，數(shù)值位在反碼上加1。補碼表示法舉例：（00000000）2=（0）10；（01111111）2=（127）10；（11111110）2=（-2）10；（11111111）2=（-1）10；1.2.4小知識：電腦計算器使用電腦自帶的“計算器”小程序可以實現(xiàn)進制轉(zhuǎn)換。打開電腦里的計算器，在“查看”下拉菜單里選擇“程序員”模式，選擇進制。圖1.2-1設置電腦“計算器”程序員模式；圖1.2-2輸入二進制數(shù)10100，點擊其他進制，就實現(xiàn)了進制轉(zhuǎn)換。圖1.2-1計算器里的“程序員”模式圖1.2-2在計算器里進行數(shù)制轉(zhuǎn)換1.3單片機程序中的數(shù)據(jù)類型C語言是一門面向過程的、抽象化的通用計算機編程語言，它可讀性好，易于調(diào)試、修改和移植，C語言兼顧了高級語言和匯編語言的優(yōu)點，編譯效率高，各種計算機平臺包括嵌入式處理器、超級計算機等都支持C語言的編譯，是計算機產(chǎn)業(yè)最重要的編程語言，在編程語言中的具有舉足輕重的地位。C語言的特點：1.具有結(jié)構(gòu)化的控制語句C語言是一種結(jié)構(gòu)化的語言，它有專門的流程控制語句。如順序結(jié)構(gòu)語句、if...else和switch等選擇分支語句、for，while等循環(huán)語句，這些可以實現(xiàn)程序流程的邏輯控制。C語言的主體是函數(shù)，一個C語言程序就是由若干頭文件和函數(shù)組成，但是主函數(shù)只有一個，其他函數(shù)都可以被主函數(shù)調(diào)用，可以以函數(shù)為單位實現(xiàn)模塊化的程序搭建。1.3單片機程序中的數(shù)據(jù)類型2.豐富的數(shù)據(jù)類型C語言包含的數(shù)據(jù)類型廣泛，除了傳統(tǒng)的字符型、整型、浮點型、數(shù)組等數(shù)據(jù)類型，還有指針類型，可以對硬件內(nèi)存地址直接進行讀寫。3.豐富的運算符C語言包含34個運算符，賦值、括號、分號都是運算符，算術(shù)運算、邏輯運算都有對應的運算符，這些使得C語言的表達式類型和運算符類型非常豐富。面向單片機編程的C語言稱為單片機C語言，簡稱C51，C51符合ANSI-C標準，且有一定的擴充，其擴充部分與單片機硬件特性有關(guān)。1.3.1數(shù)據(jù)類型計算機程序由數(shù)據(jù)和算法構(gòu)成，所謂數(shù)據(jù)是指具有一定格式的數(shù)字或數(shù)值。數(shù)據(jù)是計算機操作的對象，不管使用任何語言、何種算法進行程序設計，最終在計算機中運行的只有數(shù)據(jù)流。數(shù)據(jù)的不同格式叫做數(shù)據(jù)類型。數(shù)據(jù)按一定的數(shù)據(jù)類型進行的排列、組合及架構(gòu)稱為數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。C語言有三種數(shù)據(jù)類型：基本型，包括整型（char、int）、實型（float）兩種；構(gòu)造型，包括數(shù)組、結(jié)構(gòu)體等用戶自定義結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)類型；指針型，指向存儲單元地址的數(shù)據(jù)類型。相比普通C語言，C51多出了位、特殊功能寄存器兩種數(shù)據(jù)類型，這兩種數(shù)據(jù)類型都和硬件有關(guān)，完整的數(shù)據(jù)類型見表1.3-1，表中深色底的是C51擴充數(shù)據(jù)類型，C51編譯器自動識別這些擴充數(shù)據(jù)類型。1.3.1數(shù)據(jù)類型數(shù)據(jù)類型名稱長度數(shù)值范圍unsignedchar無符號字符型1字節(jié)0～255signedchar有符號字符型1字節(jié)-128～+127unsignedint無符號整型2字節(jié)0～65535signedint有符號整型2字節(jié)-32768～+32767unsignedlong無符號長整型4字節(jié)0～4294967295signedlong有符號長整型4字節(jié)-2147483648～+2147483647float浮點型4字節(jié)±1.175494E-38～±3.402823E+38*指針型1～3字節(jié)對象的地址bit位型1位0或1sfr特殊功能寄存器型1字節(jié)0～255sfr1616位特殊功能寄存器型2字節(jié)0～65535sbit特殊功能寄存器里的位1位0或1表1.3-1C51數(shù)據(jù)類型1.3.1數(shù)據(jù)類型數(shù)據(jù)類型規(guī)定了數(shù)據(jù)的格式和存儲空間大小。1.字符型（char）字符型有signedchar和unsignedchar之分，默認signedchar，char型數(shù)據(jù)占用1個字節(jié)的存儲空間。unsignedchar是無符號的整型數(shù)據(jù)，表示的數(shù)值范圍為0~255，用來存放西文字符、或者某種狀態(tài)值，如天氣；signedchar是有符號整型數(shù)據(jù)，最高位是符號位，0表示正數(shù)，1表示負數(shù)，負數(shù)用補碼表示，數(shù)值范圍為-128~127。2.整型（int）整型有signedint和unsignedint之分，默認signedint，Int型數(shù)據(jù)占用2個字節(jié)的存儲空間，用于存放雙字節(jié)數(shù)據(jù)。Unsignedint是兩字節(jié)的無符號數(shù)，數(shù)值范圍0~65535，用來存放循環(huán)變量等，當循環(huán)次數(shù)超過256次，那么就要定義它為unsignedint類型；signedint是兩字節(jié)的有符號數(shù)，負數(shù)用補碼表示，數(shù)值范圍-32768~32767。1.3.1數(shù)據(jù)類型3.長整型（long）長整型有signedlong和unsignedlong之分，默認signedlong，long型數(shù)據(jù)占用4個字節(jié)的存儲空間，用于存放四字節(jié)數(shù)據(jù)。Unsignedlong是四字節(jié)的無符號數(shù)，數(shù)值范圍0~4294967295；signedlong是四字節(jié)的有符號數(shù)，負數(shù)用補碼表示，數(shù)值范圍-2147483648~2147483647。4.浮點型（float）浮點型數(shù)據(jù)是帶小數(shù)點的數(shù)，占用4個字節(jié)的存儲空間，數(shù)值以科學記數(shù)法標記，浮點數(shù)不能進行位操作或者邏輯運算。1.3.1數(shù)據(jù)類型5.指針型指針型數(shù)據(jù)是整型數(shù)據(jù)，保存指向另一個數(shù)據(jù)的存儲單元地址。6.位型位型數(shù)據(jù)是C51擴充數(shù)據(jù)類型，只占用字節(jié)中的1個位，分為bit和sbit兩種類型。bit是RAM中20H~27H中的可尋址位；sbit是特殊功能寄存器中的可尋址位。7.特殊功能寄存器特殊功能寄存器（SpecialFunctionRegister）是C51擴充數(shù)據(jù)類型，分為sfr和sfr16兩種類型。sfr在單片機RAM中占用一個存儲單元，且位置固定。sfr16在單片機RAM中占用兩個存儲單元，且位置固定。1.3.2數(shù)據(jù)的運C語言提供了豐富的運算符，運算功能強大，在單片機C語言中，位運算功能強大，常常與硬件相關(guān)，C51中的運算符總結(jié)如下。1.算術(shù)運算符：進行加減乘除運算，運算符號連接兩個操作數(shù)，如表1.3-2所示。運算名稱運算符功能加法+求兩個數(shù)的和，1+1=2減法-求兩個數(shù)的差，10-8=2乘法*求兩個數(shù)的積，25*4=200除法/求除法運算的商，25/4=6模運算%求除法運算的余，25%4=1表1.3-2算術(shù)運算符1.3.2數(shù)據(jù)的運2.賦值運算符：賦值運算符“=”的作用是給變量賦值。書寫格式：變量=表達式;//必須以分號結(jié)尾，表示一個賦值語句結(jié)束。舉例：unsignedchara=10,b;//變量a的初值是10unsignedintc;b=a+9; //變量b的值是19c=a+b; //變量c的值是29，運算結(jié)果是無符號int類型。由此可見，賦值語句將右邊的表達式結(jié)果賦值給左邊。如果“=”兩邊的數(shù)據(jù)類型不一致，編譯器自動進行類型轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后保持左邊的數(shù)據(jù)類型。1.3.2數(shù)據(jù)的運3.關(guān)系運算符：表示兩個數(shù)據(jù)對象的大小關(guān)系，運算結(jié)果是邏輯真（1）或邏輯假（0），關(guān)系運算符如表1.3-3所示。運算名稱運算符功能大于>左邊和右邊的關(guān)系是否成立，如果成立，運算結(jié)果是邏輯真（1）；如果不成立，運算結(jié)果是邏輯假（0）。大于等于>=小于<小于等于<=等于==不等于!=表1.3-3關(guān)系運算符舉例：unsignedchara=10,b=9;//變量a的初值是10，b的初值是9b+2>a; //成立，表達式的值為1a==b; //不成立，表達式的值為0。1.3.2數(shù)據(jù)的運4.邏輯運算符：是與、或、非運算的統(tǒng)稱，運算結(jié)果是邏輯真或邏輯假，邏輯真通常用“1”表示，邏輯假通常用“0”表示。邏輯運算符如表1.3-4所示。運算名稱運算符運算規(guī)則與&&True&&True=TrueTrue&&False=FalseFalse&&False=False或||True||True=TrueTrue||False=TrueFalse||False=False非!!True=False!False=True表1.3-4邏輯運算符1.3.2數(shù)據(jù)的運（1）邏輯與（and）“&&”，雙目運算符，運算符兩側(cè)數(shù)據(jù)要么真（非0的數(shù)都是真），要么假（等于0的數(shù)都是假），只有兩個都為真的數(shù)，運算結(jié)果才為真。舉例：unsignedchara=10,b=9,c=0;//變量a的初值是10，b的初值是9，c的初值是0。a&&b; //運算結(jié)果為真（1），a和b都非0a&&c; //運算結(jié)果為假（0），c的值為0a-b&&c-b; //運算結(jié)果為真（1），符號兩邊都非01.3.2數(shù)據(jù)的運（2）邏輯或（or）“||”，雙目運算符，運算符兩側(cè)數(shù)據(jù)要么真（非0的數(shù)都是真），要么假（等于0的數(shù)都是假），只要有1個為真，運算結(jié)果就為真，只有兩個都為假的數(shù)，運算結(jié)果才為假。舉例：unsignedchara=10,b=9,c=0;//變量a的初值是10，b的初值是9，c的初值是0a||b; //運算結(jié)果為真（1），a和b是真a==b||c; //運算結(jié)果為假（0），符號兩邊的值都為假a>b||c>b; //運算結(jié)果為真（1），a>b是真，c>b是假，有一個是真。（3）邏輯非（not）“！”，單目運算符，運算結(jié)果要么真（1）要么假（0）。舉例：unsignedchara=10,b=9,c=0;//變量a的初值是10，b的初值是9，c的初值是0！(a+b); //運算結(jié)果為假（0），a和b相加后非0，取非后是0！(a==b); //運算結(jié)果為真（1），a和b不相等，取非后是真1.3.2數(shù)據(jù)的運5.位運算符：C51位運算和單片機管腳密切相關(guān)，運算時，要把十進制、十六進制數(shù)先轉(zhuǎn)換為二進制，然后按位操作，表1.3-5列出了位運算符和運算規(guī)則。運算名稱運算符運算規(guī)則按位與&遇0得0：0&0=00&1=01&0=01&1=1按位或|遇1得1：0|0=00|1=11|0=11|1=1按位異或^相異為1：0^0=00^1=11^0=11^1=0按位取反~~0=1~1=0左移<<二進制數(shù)往左移位，空出的位補0右移>>二進制數(shù)往右移位，空出的位補0表1.3-5位運算符1.3.2數(shù)據(jù)的運舉例：unsignedchara=10,b=9;//求a和b的位運算結(jié)果。首先將a，b轉(zhuǎn)換成二進制，其次按照位運算規(guī)則進行二進制的按位運算。a轉(zhuǎn)換成二進制數(shù)是1010，b轉(zhuǎn)換成二進制數(shù)是1001，每種位運算的結(jié)果見表1.3-6所示。表1.3-6a與b的位運算示意圖運算式a&ba|ba^b~aa<<2b>>3運算結(jié)果10000001表1.3-6a與b的位運算示意圖1.3.2數(shù)據(jù)的運表1.3-7中a<<2的過程演示如下，首先左移1位得到0100；繼續(xù)左移1位得到1000。a左移1位：10100移出

補充

a左移2位：101000移出

補充1.3.2數(shù)據(jù)的運6.運算符優(yōu)先級：一個表達式中有多個運算符時，按照優(yōu)先級的順序依次運算。優(yōu)先級從高到低的排列順序見表1.3-7：

表1.3-7運算符優(yōu)先級優(yōu)先級順序（從高到低）運算符號括號（）邏輯非！算術(shù)運算符*＋－關(guān)系運算符>邏輯與&&邏輯或||賦值運算符=1.3.2數(shù)據(jù)的運7.復合賦值運算符：凡是二目運算符，都可以與賦值運算符“=”一起組成復合賦值運算符，由于賦值運算符“=”優(yōu)先級最低，所以一個表達式總是最后執(zhí)行賦值運算，由此形成了復合賦值運算符見表1.3-8。格式為：變量 復合賦值運算符 表達式復合賦值運算符簡化了書寫步驟，使代碼更加簡潔，因為變量只出現(xiàn)1次，所以編譯效率更高。表1.3-8復合賦值運算符運算符舉例等價于運算結(jié)果（a初值是10）+=a+=5;a=a+5;15-=a-=5;a=a-5;5*=a*=5;a=a*5;50/=a/=5;a=a/5;2%=a%=5;a=a%5;0<<=a<<=5;a=a<<5;0>>=a>>=5;a=a>>5;0&=a&=5;a=a&5;0^=a^=5;a=a^5;15|=a|=5;a=a|5;15++a++;a=a+1;11--a--;a=a-1;9謝謝&提問網(wǎng)絡空間安全學院網(wǎng)絡安全基礎技術(shù)應用第二章單片機的基本結(jié)構(gòu)目錄CONTENT2.1.單片機發(fā)展簡史和定義2.2.單片機內(nèi)部結(jié)構(gòu)概述2.3.中央處理器CPU2.4.程序存儲器ROM2.5.數(shù)據(jù)存儲器RAM2.6.常量和變量2.7.單片機最小系統(tǒng)2.8.擴展閱讀：C51編譯器2.1單片機發(fā)展簡史和定義20世紀70年代初，英特爾（Intel）公司推出了世界上第一臺微處理器4004，能夠處理4bit的數(shù)據(jù)如圖2-1所示。到了80年代初，Intel推出了8051單片機，能夠處理8bit的數(shù)據(jù)，這個單片機不僅僅是微處理器，它還把存儲器、通用輸入輸出接口、串行通信接口、定時器系統(tǒng)、中斷系統(tǒng)等都集成在了單顆芯片，是一款單片微型計算機，這樣的單芯片結(jié)構(gòu)應用極為廣泛，比如控制一個馬達一顆單芯片就可以搞定。單片機結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉，廣泛應用于家用電器、汽車、工業(yè)測控、通信等設備中，可以說有“智能”的產(chǎn)品，都有單片機的影子。圖2.1-1

Intel4位處理器2.1單片機發(fā)展簡史和定義Intel在1980年代授權(quán)了8051單片機的設計，世界許多IC制造廠商都能生產(chǎn)基于Intel8051架構(gòu)的單片機，因此，現(xiàn)在市場上有許多不同制造商生產(chǎn)的8051單片機，其架構(gòu)和指令集基本上與Intel的原始8051兼容。如MicrochipTechnology（原Atmel）生產(chǎn)的AT89C51、AT89C52、AT89S52RC等、NXPSemiconductors（原Philips）生產(chǎn)的P89C51、WinbondElectronicsCorporation（華邦）的W77、W78系列、STC公司STC89、STC15、STC8、STC32等系列都是基于8051內(nèi)核的單片機，圖2.1-2是STC公司一款雙列直插單片機外觀。圖2.1-28051單片機

2.1單片機發(fā)展簡史和定義單片機是一顆封裝好的微型計算機芯片，在工業(yè)控制領(lǐng)域應用極為廣泛，也稱微控制器（Micro-ControllerUnit，MCU），單片機把具有數(shù)據(jù)處理能力的中央處理器（CentralProcessingUnit，CPU）、只讀存儲器（ReadOnlyMemory，ROM）、隨機存儲器（RandomAccessMemory，RAM）、定時計數(shù)器（Timer/Counter）、輸入輸出并行接口（Input/Output，I/O）、串行通信接口（SerialCommunication）、中斷系統(tǒng)（InterruptSystem）等功能都集成到一塊硅片上，構(gòu)成了一個小而完善的微型計算機系統(tǒng)。傳統(tǒng)8051單片機（特指早期單片機）內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2.1-3所示，CPU機器周期是12T，RAM有256字節(jié)、ROM有4K字節(jié)，還提供4個8位并口、1個全雙工串行口、2個16位定時/計數(shù)器，5個中斷源的中斷系統(tǒng)。圖2.1-3傳統(tǒng)8051單片機內(nèi)部結(jié)構(gòu)

2.2單片機內(nèi)部結(jié)構(gòu)概述隨著技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代8051單片機，無論是運行速度還是性能都比傳統(tǒng)8051單片機優(yōu)越，稱為增強型單片機。圖2.2-1展示了STC8x系列單片機內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖，CPU、存儲器、數(shù)字外設都比傳統(tǒng)8051單片機性能強。擁有超高速1T8位8051微處理器內(nèi)核，比傳統(tǒng)8051快約12倍。內(nèi)置高精度R/C時鐘，時鐘頻率可任意設置。ROM直接使用Flash閃存，具有斷電數(shù)據(jù)不丟失的特性，讀取速度快，容量可以達到128K字節(jié)。RAM直接使用靜態(tài)RAM（StaticRAM，SRAM），SRAM到目前為止是讀寫速度最快的內(nèi)存工藝之一，傳統(tǒng)8051的RAM容量只有256字節(jié)，但是現(xiàn)代單片機的RAM容量可以擴展到12K字節(jié)。內(nèi)置ISP引導代碼。傳統(tǒng)8051單片機需要手動添加ISP引導碼，現(xiàn)代單片機將ISP引導碼內(nèi)置在芯片里，通過上位機軟件直接串口下載程序，無需使用編程器。2.2單片機內(nèi)部結(jié)構(gòu)概述傳統(tǒng)8051單片機只有4組GPIO，且只有P3口提供第二功能，現(xiàn)代單片機的GPIO口可以達到8組或更多，每個GPIO口都有擴展功能，所有GPIO均支持4種工作模式?，F(xiàn)代單片機定時器數(shù)量增多，有3~5個16位定時器；串行接口數(shù)量增多，有2~4個高速串口。數(shù)字外設增多，自帶超高速ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換器，支持SPI、I2C總線協(xié)議。內(nèi)置復位電路，支持上電復位、復位腳復位、看門狗溢出復位、低壓檢測復位，還支持軟件復位。有4級嵌套中斷系統(tǒng)。傳統(tǒng)8051只有5個中斷源，現(xiàn)代單片機可提供幾十個中斷源，這些中斷源可根據(jù)情況設置為4級嵌套優(yōu)先。

有DMA（DirectMemoryAccess）直接存儲器存取功能，該功能使得單片機可不通過CPU直接訪問單片機內(nèi)部存儲器。2.2單片機內(nèi)部結(jié)構(gòu)概述有看門狗定時器，防止單片機程序跑飛或陷入死循環(huán)。綜上所述，現(xiàn)代51單片機速度更快，存儲容量更大，外設更加豐富，集成度更高，適用于低、中、高多種應用場景的使用。除了8位的STC8H新型單片機，STC公司還推出32位8051內(nèi)核（1T）單片機，比傳統(tǒng)8051快約70倍，內(nèi)嵌DMA、LCD驅(qū)動8080接口，性能可以與ARMCortex微控制器相比擬。圖2.2-1STC8x系列單片機內(nèi)部結(jié)構(gòu)2.2單片機內(nèi)部結(jié)構(gòu)概述STC單片機命名規(guī)則STC公司成立于1999年，STC系列單片機最大特點是擁有超強抗干擾能力，且所有產(chǎn)品都具備在系統(tǒng)可編程（InSystemProgramming，ISP）下載功能，指令幾乎都可以單時鐘完成。STC系列單片機的發(fā)展歷史如表2.2-1所示。年份事件單片機特點2004年STC公司推出STC89系列8051單片機具有ISP在系統(tǒng)編程功能，與傳統(tǒng)8051內(nèi)部結(jié)構(gòu)一致。2006年STC公司推出STC12系列8051單片機全球首款大批量生產(chǎn)的1T8051單片機，工作速度提升2011年STC公司推出STC15系列8051單片機具有IAP在應用編程功能，采用STC-Y5超高速CPU內(nèi)核2019年STC公司推出STC8H/STC8G/STC8A系列超高速8051單片機STC公司最快的1T8051單片機，采用STC-Y6超高速CPU內(nèi)核2021年STC公司推出首款STC32x系列8051單片機32位8051單片機，工作速度更快。表2.2-1STC8051單片機的發(fā)展歷史2.2單片機內(nèi)部結(jié)構(gòu)概述單片機的RAM和ROM容量是非常重要的兩個性能指標，STC單片機命名規(guī)則里就體現(xiàn)了存儲器容量以及增強性的功能特點。STC單片機命名規(guī)則如圖2.2-2所示，由廠家代碼、系列編號、存儲器容量、增強功能等組成，其符號如表2.2-2所示。圖2.2-2STC命名規(guī)則2.2單片機內(nèi)部結(jié)構(gòu)概述廠家系列工作電壓RAM容量ROM容量增強功能STC

8912158X32XF：3.8-5.5V，F(xiàn)lash工作電壓L：2.4-3.6V低電壓W：2.5-5.5V，寬電壓1K：1024字節(jié)2K：2048字節(jié)8K：8192字節(jié)12K：12K字節(jié)08：8K字節(jié)16：16K字節(jié)28：28K字節(jié)60：60K字節(jié)64：64K字節(jié)128：128K字節(jié)W：有掉電喚醒功能專用定時器。S2：有兩組串口S4：有四組串口U：USB接口表2.2-2STC單片機命名規(guī)則2.2單片機內(nèi)部結(jié)構(gòu)概述舉例：STC15F2K60S2：STC公司15系列單片機，程序存儲區(qū)（ROM）是Flash，工作電壓在3.8~5.5V，2K字節(jié)的RAM，60K字節(jié)ROM，有兩組串口。IAP15F2K61S2：IAP（InApplicationProgramming，在應用編程）開頭，表明Flash程序存儲區(qū)可以作為EEPROM使用，單片機通過應用程序就可以改寫程序?qū)崿F(xiàn)仿真。是STC公司15系列單片機，F(xiàn)lash型的ROM有61K字節(jié)，RAM有2K字節(jié)，有兩組串口。STC8H8K64U：STC公司8H系列單片機，8K字節(jié)的RAM，64K字節(jié)ROM，提供USB接口。STC32G12K128：STC公司32G系列單片機，12K字節(jié)的RAM，128K字節(jié)ROM。說明：1.從STC8H系列開設命名里沒有“F”字母，但ROM依然是Flash工藝，F(xiàn)lash已經(jīng)是標配，且都具有IAP在應用下載和仿真功能。2.從STC32G系列開設命名里沒有“U”字母，但芯片依然提供USB接口，USB已經(jīng)是標配。2.2單片機內(nèi)部結(jié)構(gòu)概述任務1.認識單片機本節(jié)講述了現(xiàn)代8051單片機特點，請你對照手上的開發(fā)板，找到單片機芯片，仔細看看，這個單片機是什么型號，型號代碼有什么意義？打開單片機供應商的官方網(wǎng)站，看看網(wǎng)站上都提供了哪些和單片機有關(guān)的資料。找到單片機的使用說明書，說說看這份說明書都講述了哪些內(nèi)容？2.3中央處理器CPU中央處理器（CentralProcessingUnit，簡稱CPU）是計算機系統(tǒng)的運算和控制核心，相當于人的大腦，是計算機程序的執(zhí)行者，圖2.3-1表明CPU由運算器和控制器組成，CPU和存儲器、輸入輸出設備都有聯(lián)系。最早的CPU只能并行操作4位二進制數(shù)，很快發(fā)展到8位、16位、32位，現(xiàn)在通用計算機都已經(jīng)是64位處理器了，CPU并行操作的位數(shù)越多，處理速度越快，另外CPU的處理速度還受系統(tǒng)時鐘影響，系統(tǒng)時鐘也稱“主頻”，主頻越高，處理速度越快。圖2.3-1計算機體系結(jié)構(gòu)

CPU運算器控制器數(shù)據(jù)流指令流控制流輸入設備存儲器輸出設備2.3.1CPU工作過程CPU是單片機的核心配件，是單片機的運算核心和控制核心。CPU由運算器和控制器兩部分組成。1.運算器：運算器由算術(shù)邏輯單元（ALU）、累加器和寄存器組成，ALU完成兩個功能：執(zhí)行加減乘除等算術(shù)運算；執(zhí)行邏輯與，或，比較等邏輯運算。ALU的輸入源是兩個數(shù)據(jù)，分別來自累加器和數(shù)據(jù)寄存器，ALU的運算結(jié)果存回累加器，取代累加器原來的內(nèi)容。運算器執(zhí)行的操作全部由控制器發(fā)出的控制信號指揮，一個算術(shù)操作產(chǎn)生一個運算結(jié)果，一個邏輯操作產(chǎn)生一個真假判決。2.控制器：控制器協(xié)調(diào)和控制整個計算機系統(tǒng)的操作，主要由以下幾個寄存器/控制器組成。（1）程序計數(shù)器PC（ProgramCounter）：也稱程序指針，保存下一條指令的地址，CPU在執(zhí)行程序時，自動修改PC的內(nèi)容，使得它始終指向下一條指令的存放地址。（2）指令寄存器IR（InstructionRegister）：保存當前正在執(zhí)行的一條指令。當執(zhí)行一條指令時，先把它從程序存儲器中取出，然后再傳送到指令寄存器。2.3.2單片機時鐘樹STC8H系列通用系統(tǒng)時鐘結(jié)構(gòu)如圖2.3-2所示，它也是現(xiàn)代單片機典型時鐘樹。豎梯圖形是多選一復用器。主時鐘MCLK可選內(nèi)部高速IRC、外部高速晶振、外部32K晶振或內(nèi)部32KHz，由于32KHz頻率太低，僅用于RTC時鐘，因此MCLK主要在外部高速晶振和內(nèi)部高速高精度IRC之間選擇。主時鐘MCLK經(jīng)過CLKDIV分頻后，得到系統(tǒng)時鐘SYSCLK。SYSCLK就是單片機CPU的工作時鐘。當CLKDIV=1時，系統(tǒng)時鐘與時鐘源的頻率一致。STC8H系列的IRC有四個中心頻率6MHz、10MHz、27MHz、44MHz，圍繞中心頻率，可變化范圍在±27%，從而產(chǎn)生有小數(shù)點的頻率。圖2.3-2STC8H系列通用系統(tǒng)時鐘結(jié)構(gòu)2.3.3CPU的工作時間單片機內(nèi)部是一個同步數(shù)字系統(tǒng)，CPU和存儲器等通過一個統(tǒng)一的節(jié)拍工作，這個統(tǒng)一的節(jié)拍就是單片機系統(tǒng)時鐘，也稱主頻，是圖2.3-2時鐘樹中的SYSCLK。STC主頻在4~48MHz可調(diào)。單片機按照節(jié)拍工作，節(jié)拍的頻率f和節(jié)拍的時間T互為倒數(shù)：

——公式2.3-12.3.3CPU的工作時間CPU有以下幾種工作時間：1.時鐘周期：單片機R/C時鐘電路發(fā)生的振蕩周期，也稱主頻周期、振蕩周期、時鐘節(jié)拍，是單片機最小時間單位。2.機器周期：CPU執(zhí)行一個基本操作所需要的時間稱為機器周期，STC單片機有兩種機器周期方式：12T：和傳統(tǒng)8051單片機一致，一個機器周期由12個時鐘周期組成，稱為12T工作時間。1T：一個機器周期由1個時鐘周期組成，稱為1T工作時間。單片機時鐘周期和機器周期的關(guān)系如圖2.3-3所示。圖2.3-3單片機的工作周期2.3.3CPU的工作時間3.指令周期：CPU執(zhí)行一條指令所需要的時間稱為指令周期，它由若干個機器周期組成。如果指令在一個機器周期內(nèi)完成，就稱為單周期指令；如果指令在兩個機器周期內(nèi)完成，就稱為雙周期指令；還有的指令需要三、四個機器周期才能完成。程序中經(jīng)常用到的跳轉(zhuǎn)指令是單周期指令，執(zhí)行時間最短，加法指令是四周期指令，執(zhí)行時間最長。如果單片機的時鐘源是12MHz晶振，根據(jù)公式2.3-1，時鐘周期是1/12us。表2.3-1列出了1T和12T工作方式下CPU工作時間?？梢?T單片機的CPU運行速度遠比12T單片機的CPU快得多。表2.3-1單片機工作時間1T工作方式12T工作方式時鐘周期1/12us1/12us機器周期1/12us1us單周期指令時間1/12us1us雙周期指令時間1/6us2us任務2.安裝KeilC51軟件任務2.安裝KeilC51軟件任務要求：在電腦上安裝KeiluVision5forC51軟件。步驟1：下載KeilC51安裝軟件包，教材使用版本KeilC51v960auVision5。步驟2：雙擊安裝包，按照提示要求進行安裝。步驟3：在STC官方網(wǎng)站下載最新的STC-ISP編程燒錄軟件，雙擊進行安裝。步驟4：在Keil安裝目錄下添加STC芯片型號和頭文件庫。以上步驟操作視頻見二維碼2.3-1。二維碼2.3-1

keil軟件的安裝任務3.建立一個hello測試工程任務3.建立一個hello測試工程任務要求：在Keil軟件下建立一個hello測試程序，該程序能夠和上位機實現(xiàn)usb通信。步驟1：建立工程文件夾hellotest。在書寫代碼前，先建立工程文件夾，項目相關(guān)文件都在放此文件夾下，方便工程項目的管理。步驟2：新建工程。打開Keil軟件，點擊Project菜單，選中“NewuVisionProject”，如圖2.3-4所示。給工程命名并保存在步驟1建立的文件夾里如圖2.3-5所示。圖2.3-4新建工程

圖2.3-5工程保存及命名2.3.3CPU的工作時間步驟3：選擇器件庫。本項目使用STC8H8K64U芯片，因此首先在Vendor里選擇STCMCUDatabase，如圖2.3-6所示。步驟4：選擇CPU型號。在STCMCUDatabase中尋找STC8H系列單片機，找到STC8H8K64U，如圖2.3-7所示。圖2.3-6選擇器件庫圖2.3-7選擇CPU型號2.3.3CPU的工作時間首次建立工程會跳出“Copy‘STARTUP.a51’toProjectFolderandAddFiletoProject?”的對話框，選擇“是”，如圖2.3-8所示，進入到工程代碼書寫階段。圖2.3-8在工程里自動添加啟動文件步驟5：書寫程序。第1步點擊“新建”按鈕，打開文本編輯器；第2步點擊“保存”按鈕在工程目錄下保存新文件；第3步輸入文件名稱，因為該文件是主文件（main函數(shù)所在的文件），文件名可以和工程名一致，注意后綴名是.c。如圖2.3-9所示。步驟6：在工程文件里添加庫文件如圖2.3-10所示。圖2.3-9新建C語言文件圖2.3-10添加usb-hid庫文件2.3.3CPU的工作時間步驟7：Keil軟件界面的文本框輸入以下語句。#include"stc.h"#include"usb.h"#include"string.h"voidsys_init();char*USER_DEVICEDESC=NULL;char*USER_PRODUCTDESC=NULL;voidmain(){ sys_init();usb_init();//USB初始化EA=1;2.3.3CPU的工作時間while(1){if(bUsbOutReady){if(UsbOutBuffer[0]=='h'&&UsbOutBuffer[1]=='e'&&UsbOutBuffer[2]=='l'&&UsbOutBuffer[3]=='l'&&UsbOutBuffer[4]=='o') { printf_hid("ok"); }usb_OUT_done();//接收應答（固定格式）}}2.3.3CPU的工作時間voidsys_init(){P_SW2|=0x80;//擴展寄存器(XFR)訪問使能P0M1=0x00;P0M0=0x00;//設置為準雙向口P1M1=0x00;P1M0=0x00;//設置為準雙向口P2M1=0x00;P2M0=0x00;//設置為準雙向口P3M1=0x00;P3M0=0x00;//設置為準雙向口P4M1=0x00;P4M0=0x00;//設置為準雙向口P5M1=0x00;P5M0=0x00;//設置為準雙向口2.3.3CPU的工作時間P6M1=0x00;P6M0=0x00;//設置為準雙向口P7M1=0x00;P7M0=0x00;//設置為準雙向口P3M0&=~0x03;P3M1|=0x03;//設置USB使用的時鐘源IRC48MCR=0x80;//使能內(nèi)部48M高速IRCwhile(!(IRC48MCR&0x01));//等待時鐘穩(wěn)定}2.3.3CPU的工作時間步驟8：準備編譯，在編譯前，點擊“OptionsforTarget”菜單，進行如下幾項設置：（1）Device欄目里選擇Linker，如圖2.3-11所示。圖2.3-11選擇Linker2.3.3CPU的工作時間（2）在LX51Misc里添加宏控制語句，如圖2.3-12所示。圖2.3-12添加宏控制語句2.3.3CPU的工作時間步驟9：編譯。點擊“編譯”按鈕，根據(jù)編譯提示結(jié)果進行修改，編譯后的結(jié)果必須是0errors。如圖2.3-13所示。圖2.3-13編譯按鈕和編譯結(jié)果2.3.3CPU的工作時間以上步驟操作視頻見二維碼2.3-2。二維碼2.3-2

建立hello測試工程。2.4程序存儲器ROMROM是只讀存儲器（ReadOnlyMemory）的縮寫，主要用于存放用戶程序以及一些初始化數(shù)據(jù)等，所以也稱程序存儲器。ROM是非易失性存儲器，即使掉電，數(shù)據(jù)也依然保持，可以理解成計算機的硬盤。ROM從字面上看只能讀、不能寫，實際上內(nèi)容可以修改。早期的單片機使用電可擦寫EEPROM（也稱E2PROM），速度慢且讀寫次數(shù)有限?，F(xiàn)在的單片機大多采用Flash閃存工藝，它最大的特點是讀取數(shù)據(jù)快，不僅有EEPROM電可擦除重寫的功能，還有斷電不丟失數(shù)據(jù)、快速讀取數(shù)據(jù)的特點。2.4.2特殊的ROM存儲單元（1）程序計數(shù)器PC程序計數(shù)器（ProgramCounter，PC）保存當前欲執(zhí)行指令的地址，也稱指令指針或程序指針。CPU從ROM里取指，首先要訪問PC寄存器，從PC寄存器里拿到單元地址后，再到ROM的存儲單元取指令，CPU工作的最后一個過程是結(jié)果寫回，這個過程就包括了寫回PC，如果CPU執(zhí)行的指令是單周期的，那么PC里的內(nèi)容就自動增1，如果指令是雙周期的，那么PC里的內(nèi)容就自動增2，所以PC里的內(nèi)容始終指向下一個要執(zhí)行的ROM單元地址。單片機復位后，PC的內(nèi)容為0000H，從0000H單元開始執(zhí)行程序。（2）中斷向量入口地址中斷服務程序的入口地址、中斷編號合起來稱為中斷向量。當中斷發(fā)生并被CPU響應后，單片機就會自動跳轉(zhuǎn)到相應的中斷入口地址獲取指令。2.4.2特殊的ROM存儲單元傳統(tǒng)8051單片機只有5個中斷源，對應5個中斷向量，如表2.4-1所示。中斷編號中斷源入口地址0外部中斷00003H1定時器0000BH2外部中斷10013H3定時器1001BH4串口0023H表2.4-1傳統(tǒng)8051單片機的中斷向量2.4.2特殊的ROM存儲單元STC8系列單片機支持22個中斷源，STC32系列單片機中斷源可達64個。表2.4-2列出了STC8系列單片機常用中斷向量，相較傳統(tǒng)8051，現(xiàn)代單片機增加了ADC、SPI、I2C等中斷源。中斷編號中斷源入口地址

中斷編號中斷源入口地址0外部中斷0(INT0)0003H

11外部中斷3(INT3)005BH1定時器0(Timer0)000BH

12定時器2(Timer2)0063H2外部中斷1(INT1)0013H

13-15系統(tǒng)保留

3定時器1(Timer1)001BH

16外部中斷4(INT4)0083H4串口1(UART1)0023B

17串口3(UART3)008BH5數(shù)模轉(zhuǎn)換(ADC)002BH

18串口4(UART4)0093H6低壓檢測(LVD)0033H

19定時器(Timer3)009BH7比較捕獲(CCP/PCA/PWM)003BH

20定時器(Timer4)00A3H8串口2(UART2)0043B

21比較器(CMP)

9串行接口外設(SPI)004BH

24I2C總線00C3H10外部中斷2(INT2)0053H

25USB00CBH表2.4-2STC8系列對應的中斷向量2.4.3ROM存儲單元的讀寫程序存儲器用于存放用戶程序、數(shù)據(jù)以及表格等信息。1.用戶程序的讀寫方法：首先在編譯軟件里編寫代碼并編譯成二進制文件，然后使用下載軟件或燒寫器將文件下載到單片機ROM存儲單元，單片機上電后，CPU從ROM首地址讀程序。2.用戶數(shù)據(jù)的讀寫方法：程序中用到的查表信息如數(shù)碼管顯示字型、漢字字庫等，這些數(shù)據(jù)是固定不變的，且占用較多存儲空間，此時數(shù)據(jù)可保存在程序存儲器ROM中，減少對RAM空間的消耗，在編寫程序時，通過聲明存儲器類型規(guī)定存儲位置。以8位共陰數(shù)碼管字型編碼為例，在數(shù)據(jù)類型“unsignedchar”后面增加“code”標識符：unsignedcharcodetab[]={0x3F,0x06,0x5B,0x4F,0x66,0x6D,0x7D,0x07,0x7F,0x6F,0x77,0x7C,0x39,0x5E,0x79,0x71};“code”是存儲器類型，表明存儲位置在程序存儲器ROM里。上述舉例定義數(shù)組常量tab[]，數(shù)組元素分別是字型0~F的數(shù)碼管顯示編碼。任務4.hello測試程序的下載和驗證任務4.hello測試程序的下載和驗證任務要求：將hello程序的hex文件下載到開發(fā)板，連接上位機，上位機發(fā)送“hello”，單片機返回“ok”。步驟1：打開hello工程文件，生成hex文件。（1）在任務1的工程里，打開OptionsforTarget窗；（2）勾選CreatHEXFile；（3）點擊OK；點擊“編譯”快捷鍵。如圖2.4-2所示。圖2.4-2生成hex文件并編譯任務4.hello測試程序的下載和驗證步驟2：開發(fā)板連接電腦，usb線纜兩端分別連接開發(fā)板usb插座和電腦USB口；步驟3：打開STC-ISP軟件，設置下載條件。（1）選擇芯片型號，和開發(fā)板中CPU的型號一致。（2）點擊“打開程序文件”，在任務1工程文件目錄的Objects下找到要下載的hex文件，選中并點擊“打開”按鈕。如圖2.4-3所示。圖2.4-3選擇芯片型號，打開程序文件任務4.hello測試程序的下載和驗證步驟4：下載hex文件到開發(fā)板。先按住實驗箱上的INT0按鍵，然后按住ON/OFF電源按鍵，接著松開ON/OFF電源按鍵，最后松開INT0按鍵，正常情況下就能識別出“STCUSBWriter(HID1)”設備。選擇CPU的內(nèi)部時鐘頻率，然后點擊“下載/編程”，若下載成功，提示欄會顯示“成功”，如圖2.4-4中1-3步所示。圖2.4-4程序下載和USB-HID通信驗證2.4.3ROM存儲單元的讀寫步驟5：通信測試。借助USB-HID助手，實現(xiàn)電腦和開發(fā)板的握手，過程如圖2.4-4中4-7步。（1）在STC-ISP軟件中打開“USB-HID助手”的界面；（2）在設備欄選擇“STC\USB-ISP”，點擊“打開設備”。（3）在發(fā)送緩沖書寫“hello”點擊“發(fā)送”。此時，在接收緩沖區(qū)收到“ok”。（4）每點擊“發(fā)送”一次，就收到一個“ok”。圖2.4-4程序下載和USB-HID通信驗證任務4.hello測試程序的下載和驗證步驟5：通信測試。借助USB-HID助手，實現(xiàn)電腦和開發(fā)板的握手，過程如圖2.4-4中4-7步。（1）在STC-ISP軟件中打開“USB-HID助手”的界面；（2）在設備欄選擇“STC\USB-ISP”，點擊“打開設備”。（3）在發(fā)送緩沖書寫“hello”點擊“發(fā)送”。此時，在接收緩沖區(qū)收到“ok”。（4）每點擊“發(fā)送”一次，就收到一個“ok”。圖2.4-4程序下載和USB-HID通信驗證任務4.hello測試程序的下載和驗證以上步驟操作視頻見二維碼2.4-1。二維碼2.4-1hello程序的下載和驗證。2.5數(shù)據(jù)存儲器RAMRAM是隨機存取存儲器（RandomAccessMemory）的縮寫，斷電之后數(shù)據(jù)丟失，用于存放臨時性數(shù)據(jù)，也就是我們俗稱的“內(nèi)存”。STC單片機的RAM采用靜態(tài)RAM（StaticRandom-AccessMemory,SRAM）工藝，在通電情況下，SRAM里存儲數(shù)據(jù)可以恒常保持，但是當斷電后，SRAM儲存的數(shù)據(jù)會消失，它最大的特點是速度快，在普通個人計算機里，SRAM是計算機的一級緩存。單片機型號不同，RAM存儲容量也不同，如：STC15F2K60S2單片機RAM存儲容量2KByte，STC8H8K64U單片機RAM存儲容量8KByte，STC32G12K128單片機的RAM容量是12KByte。RAM內(nèi)部結(jié)構(gòu)和ROM相同，由存儲單元組成，但是RAM和ROM不一樣的地方在于，CPU訪問ROM的時候，ROM地址是固定的，由PC寄存器內(nèi)容指示，而訪問RAM的時候單元地址是隨機的。2.5.1STC單片機RAM結(jié)構(gòu)傳統(tǒng)8051單片機的RAM空間由256個存儲單元構(gòu)成，稱為內(nèi)部RAM?，F(xiàn)代單片機擴展了內(nèi)部RAM空間，分為兩個地址空間——內(nèi)部RAM（256字節(jié)）和擴展RAM。圖2.5-1展示了STC不同單片機型號的RAM內(nèi)部空間。傳統(tǒng)8051單片機的內(nèi)存256個存儲單元，地址范圍00H~FFH；STC15F2K60S2系列有2K個RAM存儲單元，地址范圍00H~07FFH；STC8H4K64U的內(nèi)存地址00H~0FFFH，對應4K個存儲單元；STC8H8K64U的內(nèi)存地址00H~1FFFH，對應8K個存儲單元。STC32G12K28的內(nèi)存地址00H~2FFFH，對應12K個存儲單元。2.5.1STC單片機RAM結(jié)構(gòu)傳統(tǒng)8051單片機的RAM空間由256個存儲單元構(gòu)成，稱為內(nèi)部RAM。現(xiàn)代單片機擴展了內(nèi)部RAM空間，分為兩個地址空間——內(nèi)部RAM（256字節(jié)）和擴展RAM。圖2.5-1展示了STC不同單片機型號的RAM內(nèi)部空間。傳統(tǒng)8051單片機的內(nèi)存256個存儲單元，地址范圍00H~FFH；STC15F2K60S2系列有2K個RAM存儲單元，地址范圍00H~07FFH；STC8H4K64U的內(nèi)存地址00H~0FFFH，對應4K個存儲單元；STC8H8K64U的內(nèi)存地址00H~1FFFH，對應8K個存儲單元。STC32G12K28的內(nèi)存地址00H~2FFFH，對應12K個存儲單元。2.5.1STC單片機RAM結(jié)構(gòu)圖2.5-1STC系列單片機RAM內(nèi)部結(jié)構(gòu)2.5.1STC單片機RAM結(jié)構(gòu)單片機存儲器類型如表2.5-2所示。當常量或變量的存儲器類型省略時，默認數(shù)據(jù)是idata存儲類型。存儲器類型說明data可直接尋址的片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器（內(nèi)部RAM低128字節(jié)），訪問速度最快idata單片機內(nèi)部自帶RAM空間（256字節(jié)）bdata可位尋址的片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器（20H~2FH）xdata單片機擴展RAM空間，當EXTRAM=0，指示單片機內(nèi)部擴展RAM，當EXTRAM=1，指示單片機外部擴展RAMcode程序存儲器ROM表2.5-2STC單片機存儲器類型2.5.2內(nèi)部RAM（256字節(jié)）和SFR內(nèi)部RAM共256字節(jié)，分為三個部分：低128字節(jié)RAM、高128字節(jié)RAM以及特殊功能寄存器區(qū)。高128字節(jié)RAM和SFR區(qū)共用地址如圖2.5-2(a)所示，都使用80H～FFH，地址空間貌似重疊，但物理上是獨立的，在使用的時候，SFR區(qū)的數(shù)據(jù)類型是sfr，實現(xiàn)了獨立映射。1.低128字節(jié)RAM低128字節(jié)RAM也稱通用RAM區(qū)，包含4個工作組、1個位尋址區(qū)、及用戶RAM/堆棧區(qū)，內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2.5-2(b)所示。4個工作組，每組包含8個8位的工作寄存器，編號均為R0-R7，通過使用工作寄存器組，可以提高運算速度。圖2.5-2傳統(tǒng)8051內(nèi)部RAM組成2.5.2內(nèi)部RAM（256字節(jié)）和SFR可位尋址區(qū)20H～2FH如表2.5-2所示，位尋址區(qū)的存儲單元既可以按字節(jié)存取，也可以對單元中的任何一位單獨存取。位尋址區(qū)20H~2FH的位數(shù)據(jù)類型是bit。RAM地址位尋址地址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表2.5-2位尋址區(qū)域2.5.2內(nèi)部RAM（256字節(jié)）和SFR2.堆棧低128字節(jié)RAM中的30H~7FH以及高128字節(jié)80H~FFH是用戶RAM和堆棧區(qū)。在計算機領(lǐng)域中堆棧是一個連續(xù)的存儲空間，用來存儲計算機程序活動中需要暫時保護的數(shù)據(jù)，堆棧區(qū)域一端固定稱為棧底，一端向上生長稱為棧頂，為了指示棧頂位置，引入特殊功能寄存器堆棧指針SP，它是一個8位專用寄存器，它指示出堆棧頂部在內(nèi)部RAM塊中的位置，堆棧的規(guī)則是先進后出，如圖2.5-3所示。數(shù)據(jù)入棧（PUSH）的過程：SP先在原值的基礎上自動加1（SP＝SP+1），然后將要入棧的數(shù)據(jù)存放在SP指定的存儲單元中；數(shù)據(jù)出棧（POP）的過程：先將SP指向的棧頂單元的內(nèi)容傳送到POP指令給定的寄存器或內(nèi)部RAM單元中，然后SP自動減1（SP=SP-1）。`圖2.5-3堆棧先進后出示意圖2.5.2內(nèi)部RAM（256字節(jié)）和SFR3.特殊功能寄存器區(qū)單片機RAM的高