第2章 单片机基础电路、数制与C51语言入门
2.1 单片机的基础电路
单片机内部主要由数字电路组成。为了以后的学习中更容易理解单片机内、外部电路原理，这里简单介绍一下单片机的一些基础电路知识。
2.1.1 与门
1.与门电路结构与原理
与门电路结构如图2-1所示，它是一个由二极管和电阻构成的电路，其中A、B为输入端，S1、S2为开关，Y为输出端，+5V电压经R1、R2分压，在E点得到+3V的电压。
图2-1 与门的电路结构
与门电路工作原理说明如下：
当S1、S2均拨至位置“2”时，A、B端电压都为0V，由于E点电压为3V，所以二极管VD1、VD2都导通，E点电压马上下降到0.7V,Y端输出电压为0.7V。
当S1拨至位置“2”、S2拨至位置“1”时，A端电压为0V,B端电压为5V，由于E点电压为3V，所以二极管VD1马上导通，E点电压下降到0.7V，此时VD2正端电压为0.7V，负端电压为5V,VD2处于截止状态，Y端输出电压为0.7V。
当S1拨至位置“1”、S2拨至位置“2”时，A端电压为5V,B端电压为0V,VD2导通，VD1截止，E点为0.7V,Y端输出电压为0.7V。
当S1、S2均拨至位置“1”时，A、B端电压都为5V,VD1、VD2均不能导通，E点电压为3V,Y端输出电压为3V。
为了分析方便，在数字电路中通常将0～1V 范围的电压规定为低电平，用“0”表示，将3～5V 范围的电压称为高电平，用“1”表示。根据该规定，可将与门电路工作原理简化如下：
当A=0、B=0时，Y=0；
当A=0、B=1时，Y=0；
当A=1、B=0时，Y=0；
当A=1、B=1时，Y=1。
由此可见，与门电路的功能是：只有输入端都为高电平时，输出端才会输出高电平；只要有一个输入端为低电平，输出端就会输出低电平。
2.真值表
真值表是用来列举电路各种输入值和对应输出值的表格。它能让人们直观地看出电路输入与输出之间的关系。表2-1为与门电路的真值表。
表2-1 与门电路的真值表
3.逻辑表达式
真值表虽然能直观地描述电路输入和输出之间的关系，但比较麻烦且不便记忆。为此可采用关系式来表达电路输入与输出之间的逻辑关系，这种关系式称为逻辑表达式。
与门电路的逻辑表达式是
Y=A·B
式中的“·”表示“与”，读作“A与B”（或“A乘B”）。
4.与门的图形符号
图2-1所示的与门电路由多个元件组成，这在画图和分析时很不方便，可以用一个简单的符号来表示整个与门电路，这个符号称为图形符号。与门电路的图形符号如图2-2所示，其中旧符号是指早期采用的符号，常用符号是指有些国家采用的符号，新标准符号是指我国最新公布的标准符号。
图2-2 与门图形符号
5.与门芯片
在数字电路系统中，已很少采用分立元件组成的与门电路，市面上有很多集成化的与门芯片（又称与门集成电路）。74LS08是一种较常用的与门芯片，其外形和结构如图2-3所示，从图（b）可以看出，74LS08内部有四个与门，每个与门有2个输入端、1个输出端。
图2-3 与门芯片74LS08
2.1.2 或门电路
1.或门电路结构与原理
或门电路结构如图2-4所示，它由二极管和电阻构成，其中A、Ｂ为输入端，Y为输出端。
图2-4 或门电路结构
或门电路工作原理说明如下：
当S1、S2均拨至位置“2”时，A、B端电压都为0V，二极管VD1、VD2都无法导通，E点电压为0,Y端输出电压为0V。即A=0、B=0时，Y=0。
当S1拨至位置“2”、S2拨至位置“1”时，A端电压为0V,B端电压为5V，二极管VD2马上导通，E点电压为4.3V，此时VD1处于截止状态，Y端输出电压为4.3V。即A=0、B=1时，Y=1。
当S1拨至位置“1”、S2拨至位置“2”时，A端电压为5V,B端电压为0V,VD1导通，VD2截止，E点为4.3V,Y端输出电压为4.3V。即A=1、B=0时，Y=1。
当S1、S2均拨至位置“1”时，A、B端电压都为5V,VD1、VD2均导通，E点电压为4.3V,Y端输出电压为4.3V。即A=1、B=1时，Y=1。
由此可见，或门电路的功能是：只要有一个输入端为高电平，输出端就为高电平；只有输入端都为低电平时，输出端才输出低电平。
2.真值表
或门电路的真值表见表2-2。
表2-2 或门电路的真值表
3.逻辑表达式
或门电路的逻辑表达式为
Y=A+B
式中的“+”表示“或”。
4.或门的图形符号
或门电路的图形符号如图2-5所示。
图2-5 或门图形符号
5.或门芯片
74LS32是一种较常用的或门芯片，其外形和结构如图2-6所示，从图2-6（b）可以看出，74LS32内部有4个或门，每个或门有2个输入端、1个输出端。
图2-6 或门芯片74LS32
2.1.3 非门电路
1.非门电路结构与原理
非门电路结构如图2-7所示，它是由三极管和电阻构成的电路，其中Ａ为输入端，Y为输出端。
非门电路工作原理说明如下：
当S1拨至位置“2”时，Ａ端电压为0V时，三极管VT1截止，E点电压为5V,Y端输出电压为5V。即A=0时，Y=1。
当S1拨至位置“1”时，Ａ端电压为5V时，三极管VT1饱和导通，E点电压低于0.7V,Y端输出电压也低于0.7V。即A=1时，Y=0。
图2-7 非门电路结构
由此可见，非门电路的功能是：输入与输出状态总是相反。
2.真值表
非门电路的真值表见表2-3。
表2-3 非门电路的真值表
3.逻辑表达式
非门电路的逻辑表达式为
式中的“
”表示“非”（或相反）。
4.非门的图形符号
非门电路的图形符号，如图2-8所示。
图2-8 非门图形符号
5.非门芯片
74LS04是一种常用的非门芯片（又称反相器），其外形和结构如图2-9所示，从图（b）可以看出，74LS04内部有6个非门，每个非门有1个输入端、1个输出端。
图2-9 非门芯片74LS04
2.1.4 与非门电路
1.结构、原理与图形符号
与非门是由与门和非门组成的，其逻辑结构及符号如图2-10所示。
与非门工作原理说明如下：
当A端输入“0”、B端输入“1”时，与门的C端会输出“0”,C端的“0”送到非门的输入端，非门的Y端（输出端）会输出“1”。
图2-10 与非门
A、B端其他三种输入情况，读者可以按上述方法分析，这里不叙述。
2.逻辑表达式
与非门的逻辑表达式为
3.真值表
与非门的真值表见表2-4。
表2-4 与非门的真值表
4.逻辑功能
与非门的逻辑功能是：只有输入端全为“1”时，输出端才为“0”；只要有一个输入端为“0”，输出端就为“1”。
5.常用与非门芯片
74LS00是一种常用的与非门芯片，其外形和结构如图2-11所示，从图（b）可以看出，74LS00内部有4个与非门，每个与非门有2个输入端、1个输出端。
图2-11 与非门芯片74LS00
2.1.5 或非门电路
1.结构、原理与图形符号
或非门是由或门和非门组合而成的，其逻辑结构和符号分别如图2-12所示。
图2-12 或非门
或非门工作原理说明如下：
当A端输入“0”、B端输入“1”时，或门的C端会输出“1”,C端的“1”送到非门的输入端，结果非门的Y端（输出端）会输出“0”。
A、B端其他三种输入情况，读者可以按上述方法进行分析。
2.逻辑表达式
或非门的逻辑表达式为
根据逻辑表达式很容易求出与输入值对应的输出值，例如，当A=0、B=1时，Y=0。
3.真值表
或非门的真值表见表2-5。
表2-5 或非门的真值表
4.逻辑功能
或非门的逻辑功能是：只有输入端全为“0”时，输出端才为“1”；只要输入端有一个“1”，输出端就为“0”。
5.常用或非门芯片
74LS27是一种常用的或非门芯片，其外形和结构如图2-13所示，从图（b）可以看出，74LS27内部有3个或非门，每个或非门有3个输入端、1个输出端。
图2-13 或非门芯片74LS27