实用指南：2. 单片机基础概述

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这一章主要讲述的内容有:
①在数字设备中进行算术运算的基本知识–数制和编码;
②数字电路中一些常用逻辑运算及其图形符号。它们是学习单片机这门课程的基础。

1.1 什么是单片机/微控制器

在一个芯片上实现一个完整的计算机系统就是单片微型计算机，简称单片机，俗称 MCU/微控制器当然，有些有机械件的外围，由于材料的问题无法集成，如键盘，如显示器。

1.1.1经典单片机 89C52RC/89C58RD+系列组成框图

1.1.2 经典单片机 12C5A60S2组成框图

1.1.3 STC8H8K64U内部结构图

1.1.4 Ai8051U内部结构图

32 位(兼容 16/8/1 位)。就是Ai8051U 系列内部的数据总线宽度

1.1.4.1 Ai8051U8-Bit内部结构图，内部总线工作在8位宽度

1.1.4.2 Ai8051U 32-Bit内部结构图，内部总线工作在32位宽度

Ai8051U-32Bit 内部数据总线是 32 位宽度，从而确保 32 位的 edata 数据可以一个 CPU 时钟就可完成数据读写。而 Intel 的 80251，由于制造工艺和成本的原因，芯片内部的数据总线是8位宽度设计，同样 32位的 edata 材料的读写，Intel 的 80251 则必须读写4次，再进行数据合并。即使读1个8位字节，也是读 32 位，只是舍弃不得的 24 位即使读1个 16 位的 WORD，2 个字节，也是读 32 位，只是舍弃不需要的 16 位这样设计成本低，速度快!

Intel80251 读写 32位4个字节的数据，要分4次读写4个8位的字节，效率低。
Intel80251读写16位2个字节的数据，要分2次读写2个8位的字节，效率低。

1.1.5 Intel80251内部结构图

Intel的 80251 芯片内部数据总线宽度是8位，但是 32 位指令集，号称 16 位单片机。内部结构图如下:

1.2 STC8H 单片机性能概述

• 宽电压/高速/高可靠低功耗/强抗静电/较强抗干扰的新一代 8051单片机，超级加密。指令代码完全兼容传统 8051。就是STC8H 系列单片机是不需要外部品振和外部复位的单片机，是以超强抗干扰/超低价/高速/低功耗为目标的 8051单片机,在相同的工作频率下,STC8H 系列单片机比传统的 8051约快 12 倍(速度快 11.2~13.2倍)，依次按顺序执行完全部的111条指令，STC8H 系列单片机仅需 147 个时钟，而传统 8051 则需要1944 个时钟。STC8H 系列单片机是 STC 生产的单时钟/机器周期(1T)的单片机，

1.3 STC8H 单片机产品线

1.4 数制与编码

要理解编码中的“权”以及8421编码的权重逻辑，我们可以从有权编码的定义和具体编码的设计原理来分析：

一、“权”的含义

在有权编码中，“权”指的是二进制编码中每一位的固定数值权重。对于4位二进制编码的十进制数（如表格中的编码），每一位的权值相加，即可得到对应的十进制数。

二、8421码（BCD码）的权重逻辑

8421码是最常用的十进制编码，属于有权编码，其4位二进制位的权值从高位到低位依次为：

• 第1位（最高位）：8（即 (2^3)）
• 第2位：4（即 (2^2)）
• 第3位：2（即 (2^1)）
• 第4位（最低位）：1（即 (2^0)）

举例：十进制数5的8421编码是0101，计算方式为：
(8 \times 0 + 4 \times 1 + 2 \times 0 + 1 \times 1 = 5)，与十进制数完全对应。

三、其他有权编码的权重与设计逻辑

1. 2421码（权值：2、4、2、1）

• 编码规则：4位二进制位的权值从高位到低位依次为2、4、2、1。
• 示例：十进制数5的编码是1011，计算过程为：
  $$2\times 1+4\times 0+2\times 1+1\times 1=5$$

2. 5211码（权值：5、2、1、1）

• 编码规则：4位二进制位的权值从高位到低位依次为5、2、1、1。
• 示例：十进制数5的编码是1000，计算过程为：
  $$5\times 1+2\times 0+1\times 0+1\times 0=5$$

3. 7321码（权值：7、3、2、1）

• 编码规则：4位二进制位的权值从高位到低位依次为7、3、2、1。
• 示例：十进制数5的编码是0110，计算过程为：
  $$7\times 0+3\times 1+2\times 1+1\times 0=5$$

四、无权编码（以余3码为例）

余3码属于无权编码，即二进制位没有固定权值，其编码逻辑是“8421码 + 3（二进制0011）”。例如：

• 十进制0的余3码是0011（0000 + 0011 = 0011）；
• 十进制1的余3码是0100（0001 + 0011 = 0100）。

由于没有固定权值，无法通过“权值相加”直接得到十进制数，只能通过编码间的偏移关系（+3）推导。

总结

• 有权编码的“权”是每一位的固定数值权重，通过“权值×位值之和”可直接得到十进制数（如8421、2421等）；
• 8421码的权重8、4、2、1最直观的二进制-十进制映射；就是，源于二进制位的幂次（(2^3, 2^2, 2^1, 2^0)），
• 无权编码（如余3码）无固定权值，需借助编码间的逻辑关系（如偏移）推导十进制数。

要搞懂余3码，我们可能从它的生成规则、编码示例、特性三个维度逐步拆解，保证通俗易懂：

一、余3码的定义：“8421码 + 3”

余3码是一种无权十进制编码（没有固定位权，不能利用“位权×位值”计算十进制数），生成规则很简单：
余3码 = 对应的8421 BCD码 + 3（二进制 0011）

二、逐个十进制数推导余3码（结合8421码对比）

我们把十进制数 0~9 对应的8421码和余3码列出来，一步一步看推导过程：

十进制数	8421 BCD码（4位二进制）	加3（二进制 0011）	余3码（结果）
0	0000	0000 + 0011 =	0011
1	0001	0001 + 0011 =	0100
2	0010	0010 + 0011 =	0101
3	0011	0011 + 0011 =	0110
4	0100	0100 + 0011 =	0111
5	0101	0101 + 0011 =	1000
6	0110	0110 + 0011 =	1001
7	0111	0111 + 0011 =	1010
8	1000	1000 + 0011 =	1011
9	1001	1001 + 0011 =	1100

三、余3码的核心特性（为什么要学它？）

1. “余3”的含义：
   余3码的每个编码都比对应的十进制数大3。例如：

   • 十进制0的余3码是0011（0 + 3 = 3，二进制0011）；
   • 十进制5的余3码是1000（5 + 3 = 8，二进制1000）。

2. 无权码，无固定位权：
   余3码没有像8421码那样的“8、4、2、1”位权，不能利用“位权×位值相加”得到十进制数，只能通过“余3码 - 3（二进制0011）”反推十进制数。

3. 自反性（对称特性）：
   余3码中，十进制n和9-n的编码是“反码”关系。例如：

   • 十进制0（余3码0011）和9（余3码1100）是反码；
   • 十进制1（余3码0100）和8（余3码1011）是反码。
     该特性在某些十进制运算（如减法）中可以简化逻辑。

四、快速记忆&验证方法

记住“余3码 = 8421码 + 3”，遇到余3码时，只需将其减去3（二进制0011），就能得到对应的十进制数。

例如：

• 看到余3码1000，计算 1000 - 0011 = 0101（8421码0101对应十进制5），所以该余3码代表十进制5。
• 看到余3码0110，计算 0110 - 0011 = 0011（8421码0011对应十进制3），所以该余3码代表十进制3。

总结

余3码是一种“给8421码加3”得到的无权编码，核心逻辑是**“编码值 = 十进制数 + 3”**。虽然实际应用不如8421码广泛，但它的“余3”规则和自反性很有特点，理解了“加3/减3”的推导，就能轻松掌握啦~

1.5 几种常用的逻辑运算及其图形符号