单片机教程二、单片机内部结构及基本概念 张飞实战电子
二、几个基本概念
1、数的本质和物理现象。
我们知道，计算机可以进行数学运算，这可令我们非常的难以理解，计算机吗，我们虽不了解它的组成，但它总只是一些电子元器件，怎么可以进行数学运算呢?我们做数学题如37+45是这样做的，先在纸上写37，然后在下面写45，然后大脑运算，最后写出结果，运算的原材料：37、45和结果：82都是写在纸上的，计算机中又是放在什么地方呢?为了解决这个问题，先让我们做一个实验：这里有一盏灯，我们知道灯要么亮，要么不亮，就有两种状态，我们可以用’0’和’1’来代替这两种状态，规定亮为’1’，不亮为’0’。现在放上两盏灯，一共有几种状态呢?我们列表来看一下：
请大家自已写上3盏灯的情况000 001 010 011 100 101 110 111
我们来看，这个000，001，101 不就是我们学过的的二进制数吗?本来，灯的亮和灭只是一种物理现象，可当我们把它们按一按的顺序排更好后，灯的亮和灭就代表了数字了。让我们再抽象一步，灯为什么会亮呢?看电路1，是因为输出电路输出高电平，给灯通了电。因此，灯亮和灭就可以用电路的输出是高电平还是低电平来替代了。这样，数字就和电平的高、低联系上了。（请想一下，我们还看到过什么样的类似的例子呢?（海军之）灯语、旗语，电报，甚至红、绿灯）
2、位的含义：
通过上面的实验我们已经知道：一盏灯亮或者说一根线的电平的高低，可以代表两种状态：0和1。实际上这就是一个二进制位，因此我们就把一根线称之为一“位”，用BIT表示。
3、字节的含义：
一根线可以表于0和1，两根线可以表达00，01，10，11四种状态，也就是可以表于0到3，而三根可以表达0-7，计算机中通常用8根线放在一起，同时计数，就可以表过到0-255一共256种状态。这8根线或者8位就称之为一个字节（BYTE）。
存储器的工作原理：
1、存储器构造
存储器就是用来存放数据的地方。它是利用电平的高低来存放数据的，也就是说，它存放的实际上是电平的高、低，而不是我们所习惯认为的1234这样的数字，这样，我们的一个谜团就解开了，计算机也没什么神秘的吗。
如上图左所示：一个存储器就象一个个的小抽屉，一个小抽屉里有八个小格子，每个小格子就是用来存放“电荷”的，电荷通过与它相连的电线传进来或释放掉，至于电荷在小格子里是怎样存的，就不用我们操心了，你可以把电线想象成水管，小格子里的电荷就象是水，那就好理解了。存储器中的每个小抽屉就是一个放数据的地方，我们称之为一个“单元”。
有了这么一个构造，我们就可以开始存放数据了，想要放进一个数据12，也就是00001100，我们只要把第二号和第三号小格子里存满电荷，而其它小格子里的电荷给放掉就行了（看上图右）。可是问题出来了，看上图右，一个存储器有好多单元，线是并联的，在放入电荷的时候，会将电荷放入所有的单元中，而释放电荷的时候，会把每个单元中的电荷都放掉，这样的话，不管存储器有多少个单元，都只能放同一个数，这当然不是我们所希望的，因此，要在结构上稍作变化，看上图右，在每个单元上有个控制线，我想要把数据放进哪个单元，就给一个信号这个单元的控制线，这个控制线就把开关打开，这样电荷就可以自由流动了，而其它单元控制线上没有信号，所以开关不打开，不会受到影响，这样，只要控制不同单元的控制线，就可以向各单元写入不同的数据了，同样，如果要某个单元中取数据，也只要打开相应的控制开关就行了。（张飞实战电子：欢迎咨询QQ：437521793 ）
2、存储器译码
那么，我们怎样来控制各个单元的控制线呢?这个还不简单，把每个单元元的控制线都引到集成电路的外面不就行了吗?事情可没那么简单，一片27512存储器中有65536个单元，把每根线都引出来，这个集成电路就得有6万多个脚?不行，怎么办?要想法减少线的数量。我们有一种方法称这为译码，简单介绍一下：一根线可以代表2种状态，2根线可以代表4种状态，3根线可以代表几种，256种状态又需要几根线代表?8种，8根线，所以65536种状态我们只需要16根线就可以代表了。
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3、存储器的选片及总线的概念
至此，译码的问题解决了，让我们再来关注另外一个问题。送入每个单元的八根线是用从什么地方来的呢?它就是从计算机上接过来的，一般地，这八根线除了接一个存储器之外，还要接其它的器件，如图4所示。这样问题就出来了，这八根线既然不是存储器和计算机之间专用的，如果总是将某个单元接在这八根线上，就不好了，比如这个存储器单元中的数值是0FFH另一个存储器的单元是00H，那么这根线到底是处于高电平，还是低电平?岂非要打架看谁历害了?所以我们要让它们分离。办法当然很简单，当外面的线接到集成电路的引脚进来后，不直接接到各单元去，中间再加一组开关就行了。平时我们让开关打开着，如果确实是要向这个存储器中写入数据，或要从存储器中读出数据，再让开关接通就行了。这组开关由三根引线选择：读控制端、写控制端和片选端。要将数据写入片中，先选中该片，然后发出写信号，开关就合上了，并将传过来的数据（电荷）写入片中。如果要读，先选中该片，然后发出读信号，开关合上，数据就被送出去了。读和写信号同时还接入到另一个存储器，但是由于片选端不同，所以虽有读或写信号，但没有片选信号，所以另一个存储器不会“误会”而开门，造成冲突。那么会不同时选中两片芯片呢?只要是设计好的系统就不会，因为它是由计算控制的，而不是我们人来控制的，如果真的出现同时出现选中两片的情况，那就是电路出了故障了，这不在我们的讨论之列。
从上面的介绍中我们已经看到，用来传递数据的八根线并不是专用的，而是很多器件大家共用的，所以我们称之为数据总线，总线英文名为BUS，总即公交车道，谁者可以走。而十六根地址线也是连在一起的，称之为地址总线。
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一般情况下，LCD1602与单片机连接的线路共有11条，其中有8条数据线，3条控制线（其余的5条为电源和地）。如果把它们都连接上，将占用较多的单片机的接口。那么如何减少接口呢?
LCD1602还有一种使用高4位数据线的接法，可以减少单片机的负担。另外，RW的控制也并非是必用的，如果仅仅是用于读取LCD1602“忙”的状态，就可以用稍事等待来代替。这样一来，RW就可以直接接地，使LCD1602永远处于写入的状态。那么，LCD1602和单片机之间就仅仅需要6条线了，这算是一种比较简洁的接法了。
下面的一个例子是使用P1口的高4位连接到LCD1602的高4位数据线。
源代码： 1602.c (4.39 KB, 下载次数: 55)
对应的原理图： 51start单片机开发板V3.0.pdf (805.5 KB, 下载次数: 151)
（备注：程序中只使用了八位数据线的高四位）
/*==========================================================
* 开发人员：laowang
* 当前版本：V1.0
* 创建时间：12/8/2013
* 修改时间：
* 功能说明：让1602显示“51Start：” “the best one！”
*==========================================================*/
* 数据口：P1.4-P1.7
* 控制口：lcdrs=P3^2 lcdrw=P3^3 lcden=P3^4
* 传输方式：并口,四线（高四位）
*==========================================================*/
#include<reg52.h>
#define uchar unsigned char
#define uint unsigned int
sbit lcdrs=P3^2; //数据/命令选择端，低电平为指令，高电平为数据
sbit lcdrw=P3^3; //读写控制端，低电平为写
sbit lcden=P3^4; //使能端
uchar code table1[]=" 51Start: ";
uchar code table2[]=" the best one！ ";
void delay(uint x) //延时 x 毫秒
{
uint i,j;
for(i=x;i>0;i--)
for(j=110;j>0;j--);
}
/*==========================================================
*函数名称：Lcd_1602_write(uchar com,date)
*功 能：向1602写数据/指令
*入口参数：com(com=0 写命令 com=1 写数据）
*出口参数:
*说 明：四线用的是1602的高四位DB4-DB7，单片机的数据口为P1口的高四位P1.4-P1.7
*==========================================================*/
void Lcd_1602_write(uchar com,date)
{
uchar i;
lcdrw=0; //设置为写
lcdrs=com; //将形参传给lcdrs
for(i=0;i<2;i++) //每次写四位，写完一个数据/命令（8位）需要两次
{
lcden=1;
P1=(P1&0x0f)|(date&0xf0); //将date的高四位送入P1，同时保持P1的低四位不变
//如果使用P1的低四位的话，则该处应该改为：P1=(P1&0xf0)|((date>>4)&0x0f);
delay(3); //适当延时，数据稳定
lcden=0; //送入数据
date<<=4; //低四位左移到高四位
}
}
/*==========================================================
*函数名称：void Lcd_1602_init()
*功 能：对1602进行初始化
*入口参数：
*出口参数：
*说 明：用四线时，1602的初始化只需要高四位数据就可以完成，在初始化完成之后必须再传入四位数据，需注意。
* 执行完write_1602(0,0x28);之后液晶已经初始化，其实在执行了一半的时候就已经初始化完成，此时又传入了
四位数据（一个写语句会传入8位数据），这时候如果直接写数据的话，就会形成乱码
*==========================================================*/
void Lcd_1602_init()
{
Lcd_1602_write(0,0x28); //0x28=0010 1000，将液晶设置为16*2显示，5*7点阵，4位数据口
delay(5); //
lcden=1; //
lcden=0;
Lcd_1602_write(0,0x28); //显示方式设置
Lcd_1602_write(0,0x0e); //设置开显示，不显示光标
Lcd_1602_write(0,0x06); //默认(0x06)写入新数据后光标右移 屏幕不移动
Lcd_1602_write(0,0x01); //显示清0，数据指针清0
}
//主函数
void main()
{
uchar num;
Lcd_1602_init();
Lcd_1602_write(0,0x80); //第一行
for(num=0;num<16;num++)
{
Lcd_1602_write(1,table1[num]); //写数据
delay(3);
}
Lcd_1602_write(0,0xc0); //第二行
for(num=0;num<16;num++)
{
Lcd_1602_write(1,table2[num]);
delay(3);
}
while(1);
}