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

1. 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
2. 位寻址区
3. 一般 RAM 区：也称用户 RAM 区，80 字节
4. 堆栈区与堆栈指针，安装 LIFO 原则
5. 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；