单片机keil与Proteus联机C51编程第2章 - 图文

第2章单片机系统电路基础

本章简要地阐述最主要的数学知识及计算机中最基本的单元电路。本章的内容是必要的入门知识，是以后各章的基础。对于已掌握这些知识的读者，本章将起到复习和系统化的作用。

第2章单片机系统电路基础

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???2.1 数制与编码2.2 单片机系统常用数字集成电路2.3 单片机系统中的常用存储器电路本章小结2.1 数制与编码

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2.1.1 进位计数制?2.1.2 进位计数制的相互转换?2.1.3 数码和字符的代码表示2.1.1 进位计数制

1. 十进制计数制

十进制的基为10，它所使用的数码为0～9，共10个数字。计数规律：逢10进1

任意一个十进制数( S )10，可以表示为

( S)10 = kn-110n-1+kn-210n-2+…+k0100+k-110-1+k-210-2+…+k-m-110-m-1

例：

(2001.9)10 = 2 ×103 + 0 ×102 + 0 ×101 + 1 ×100 + 9 ×10-1

2.1.1 进位计数制

2. 二进制计数制

二进制的基为2，它所使用的数码为0、1，共2个数字。计数规律：逢2进1。

任意一个二进制数( S )2可以表示成

( S )2 = kn-12n-1 + kn-22n-2 +…+ k020 + k-12-1 + k-22-2 +…+k-m-12-m-1例：

(1101.101)2 =

l×23 + 1 ×22 + 0 ×21 + 1 ×20 + 1 ×2-1 + 0 ×2-2 + 1 ×2-3

2.1.1 进位计数制

3. 十六进制计数制

十六进制的基为16，其使用的数码为0～9、A～F，共16个数字用A～F表示10～15 计数规律：逢16进1

任意一个十六进制数( S)16可以表示成

( S )16 = kn-116n-1+kn-216n-2+…+k0160+k-116-1+k-216-2+…+k-m-116-m-1

例：(8AE6)16 = 8×163+A×162+E×161+6×160

(8AE6)16也可表示为8AE6H

2.1.2 进位计数制的相互转换

1. 十进制转换成十六进制

一个十进制整数转换成十六进制数时，按除16取余的方法进行。

例：

)16 16 7 2 5 余数 5 16 4 5 余数 13，即16进制数D 16 2 余数 2 转换结果，得到(725)10 = (2D5)16。

(725)10 = ( ? )16

1. 十进制转换成十六进制

一个十进制小数转换成十六进制小数时，可按乘16取整的方法进行。

例：(0.7875)10 = ( ? )16

0. 7 8 7 5

×1 6 1 2. 6 0. 6

×16 9. 6 0. 6×1 6 9. 6 转换结果，可得(0.7875)10= (0.C99)16

取整数12，即16进制数C取整数9取整数9

2. 十六进制转换成十进制数

十六进制数转换成等值的十进制数时，可用按权相加的方法进行。

例：

(1C4.68)16 = 1×162+C×161十4×160+6×16-1+8×16-2

= 256+192+4+0.375+0.03125 =(452.40625)10

3. 十六进制与二进制数的转换

一位十六进制数表示的数值恰好相当于4位二进制数能表示的数值。因此彼此之间的转换极为方便，只要从小数点开始分

别向左右展开即可。

(3AB4)16 ＝(0011 1010 1011 0100)2(1111 1101.0100 1111)2＝(FD.4F)16

2.1.3 数码和字符的代码表示

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一、数码：代表一个确切的数字

代码：特定的二进制数码组，是不同信号

编码：三个术语

的代号，不一定有数的意义

n位二进制数可以组合成2n个不同

的信息，给每个信息规定一个具体码组，这个过程叫作编码。

二、二进制码：

自然码：有权码，每位代码都有固定权值，

结构形式与二进制数完全相同循环码：无权码，每位代码无固定权值，任何

相邻的两个码组中，仅有一位代码不同。

详细见主教材第12页表2.1 两种4位二进制编码

三、二-十进制码（BCD码）

BCD码用二进制代码对十进制数进行编码，它既具有二进制码的形式（4位二进制码），又有十进制数的特点（每4位二进制码是1位十进制数）。

例：

(6840)10 = (0110 1000 0100 0000)BCD

四、字母与字符的编码

由于计算机中采用二进制数码表示。要在计算机中表示字母、字符等都要用特定的二进制数码表示。字母与字符用二进制码表示的方法很多，目前在计算机中普遍采用的是ASCII码（American Standard Code for Information Interchange，美国标准信息交换码）。它采用8位二进制编

码，故可以表示256个字符。其中包括数码0～9、英文字母以及打印和不可打印的字符。详细见主教材第13页表2.2 ASCII码字符表

2.2 单片机系统常用数字集成电路

?2.2.1 常用的逻辑门电路?2.2.2 集电极开路门输出电路?2.2.3 常用组合逻辑电路?2.2.4 常用时序逻辑电路

2.2.1 常用的逻辑门电路

1、与门

与运算表达式

Y = A·B = AB与运算符，也有用“∧”、“∩”、“&”表示与门逻辑符号BA&YBAY与运算真值表

A B Y

0 0 00 1 0 1 0 01 1 1

有“0”出“0”；全“1”出“1”。

与逻辑功能口诀：

2、或门

或运算表达式

Y = A+B或运算符，也可用“∨”、“∪”表示或门逻辑符号BA≥1YBAY或运算真值表

A B Y0 0 00 1 1 1 0 11 1 1或逻辑功能口诀：

有“1”出“1”；全“0”出“0”。

3、非门

“－”非逻辑运算符非运算表达式Y = A非门逻辑符号A1YAY非运算真值表

A Y

0 11 04、恒等门

运算表达式

Y = A

恒等门逻辑符号A1YAY恒等门运算真值表

A Y

0 01 15、与非门

与非逻辑表达式

Y?AB与非门逻辑符号BA&YBAY与非逻辑真值表

A B Y0 0 10 1 1 1 0 11 1 0

与非逻辑功能口诀：

有“0”出“1”；全“1”出“0”。

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2. 寄存器

?由若干个正沿D触发器构成的一次能存储多位

二进制代码的时序逻辑电路，叫作寄存器，也称为数据触发器。

寄存器的工作特点为，时钟信号有效滞后于数据信号有效。这意味着数据信号先建立，时钟信号后建立。在CP上升沿时刻打入到触发器。

8位寄存器74HC374/74HC574（图中只画出4位）

74HC374/74HC574功能表输出控制0001CP??0xD10xx输出10Qn高阻74HC374/74HC574寄存器时序图

单片机系统中常用的锁存器和寄存器

功能双D型触发器4D型锁存器6D型触发器8D型触发器8D型触发器8D型锁存器型号74HC7474HC7574HC17474HC27374HC57474HC573触发送数方式上升沿高电平上升沿上升沿上升沿高电平备注带清0端带清0端带清0端2.3 单片机系统中的常用存储器电路

存储器是用来存放数据的集成电路或介质，常见的存储器有半导体存储器（ROM、RAM）、光存储器

（如CD、VCD、MO、MD、DVD）、磁介质存储器（如磁带、磁盘、硬盘）等。存储器是计算机极为

重要的组成部分，有了它计算机才具有存储信息的功能，使计算机可以脱离人的控制自动工作。单片机系统中主要使用的存储器是半导体存储器，从使用功能上，可分为随机存取存储器（RAM）和只读存储器（ROM）两类。

6、或非门

或非逻辑表达式

Y?A?B或非门逻辑符号BA≥1YBAY或非逻辑真值表

A B Y0 0 10 1 0 1 0 01 1 0

或非逻辑功能口诀：

有“1”出“0”；全“0”出“1”。

逻辑代数中的逻辑运算

7、异或门

异或逻辑表达式

异或门逻辑符号ABABAB=1Y?A?B?AB?AB异或逻辑真值表

YYA B Y

⊕Y0 0 00 1 1 1 0 11 1 0

异或逻辑功能口诀：

同为“0”；异为“1”。

2.2.2 集电极开路门输出电路

TTL门电路中，因为输出级采用了推拉式电路，无论输出高电平还是低电平，它的输出电阻都很低，从而有效地降低了输出级的静态功耗并提高了驱动负载的能力。但推拉式输出结构有其局限性：1）它们的输出端不能并联使用，

2）无法满足对不同输出高低电平的需要；

3）不能满足驱动较大电流、较高电压的负载的要求。

克服上述局限的方法就是，门电路的输出级采用集电极开路的三极管结构，制成集电极开路门电路（OC门, Open Collector Gate）。

OC与非门逻辑符号

OC门在单片机系统中主要作用：1、线与

应用时输出端要接一上拉负载电阻RL

2、作为驱动器。

利用OC门可以控制一些较大电流的执行机构，如控制电动机。

与非门驱动发光二极管

OC2.2.3 常用组合逻辑电路

?

1.编码器（ENC）

?1）普通编码器

在普通编码器中，任何时刻只允许输入一个编码信号，否则输出将发生混乱。普通编码器是多输入、多输出的组合逻辑电路：有多个输入端N，1为有信号，0为无信号（或相反）；多个输出端n。两者关系满足2n = N。某一输入与它的编码输出是唯一对应关系。

4-2编码器看作计算机配有的4个外部设备：声卡（A0）、硬盘驱动器（A1）、鼠标（A2）、网卡（A3）作为输入信号，B0、B1作为编码输出。逻辑表达式为：

B0? A2A0?A3?A1?4-2编码器真值表

A30001B1? A1A0?A3?A2?A01000A20010A10100B10011B00101?2）优先编码器

在优先编码器电路中，允许同时输入两个以上的信号。不过在设计优先编码器时将所有的输入信号按优先顺序排队，当几个输入信号同时出现时，只对其中优先权最高的一个进行编码。

A3优先权最高，A0优先权最低。优先排队电路的逻辑表达式为：

A?A0A1 A2 A3B?A1 A2A3C?A2 A3D?A34-2优先编码器真值表

A30001A2001xA101xxA01xxxB10011B00101

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