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单片机原理及接口技术(第三版)讲述

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单片机原理及接口技术(第三版)讲述

多媒体演示系统多媒体演示系统 编著:李朝青 设计:刘艳玲 (第三版) 目 录 & 第一章 微机基础知识 & 第二章 89C51单片机的结构和原理 & 第三章 89C51指令系统 & 第四章 汇编语言程序设计知识 & 第五章 中断系统 & 第六章 定时器及应用 & 第七章 89C51串行口及通信技术 & 第八章 单片机小系统片外扩展 & 第九章 应用系统配置及接口技术 & 附录A 89C51指令系统表 & 参考资料 第一章 微机基础知识 ʧ1.1 微处理器、微机和单片机的概念 微处理器(Microprocessor) 是小型计算机或微型计算机的控制和处理部分。 又称中央处理单元CPU(Central Processing Unit)。 微型计算机(Microcomputer,简称微机 C) 是具有完整运算及控制功能的计算机。 包括 微处理器(CPU) 存储器 接口适配器(输入输出接口电路) 输入/输出(I/O)设备。 单片机 (Single-Chip Microcomputer) 是将微处理器、一定容量RAM和ROM以及I/O 口、定时器等电路集成在一块芯片上,构成单 片微型计算机。 微处理器 RAM ROM I/O口 定时器 单片微型计算机 (一)、运算器 §1.1.1 微处理器(机)的组成 1、运算器的组成 算术逻辑单元(简称ALU) 运算器 累加器 寄存器 2、运算器的作用 是把传送到微处理器的数据进行运算或逻辑运算 。 举例 ALU可对两个操作数进行加、减、与、或、 比较大小等操作,最后将结果存入累加器。 ALU执行不同的运算操作是由不同控制线上 的信息所确定的。 例如: 两个数(7和9)相加,在相加之前,操作 数9放在累加器中,7放在数据寄存器中,执 行两数相加运算的控制线发出“加”操作信号 ,ALU即把两个数相加并把结果(16)存入累 加器,取代累加器前面存放的数9。 3、ALU的两个主要的输入来源 输入来源 数据寄存器 累加器 4、运算器的两个主要功能 (1)执行各种算术运算。 (2)执行各种逻辑运算,并进行逻辑测试 。 如零值测试或两个值的比较。 控制器的组成 程序计数器 指令寄存器 指令译码器 时序产生器 操作控制器 1、控制器的组成 (二)、控制器 2、作用 它是发布命令的“决策机构”,即协调和 指挥整个计算机系统的操作。 3、控制器的主要功能 对指令进行译码或测试,并产生相应 的操作控制信号,以便启动规定的动作 。 指挥并控制CPU、内存和输入/输出设 备之间数据流动的方向。 从内存中取出一条指令,并指出下一 条指令在内存中的位置。 (三)、CPU中的主要寄存器 1、累加器(A) 2、数据寄存器(DR) 3、指令寄存器(IR) 4、指令译码器(ID) 6、地址寄存器(AR) 5、程序计数器(PC) 1、累加器(A) 在算术和逻辑运算时,它具有双重功能: 运算前,用于保存一个操作数; 运算后,用于保存所得的和、差或逻辑运算结果 。 累加器是微处理器中最繁忙的寄存器。 2、数据寄存器(DR) 数据(缓冲)寄存器(DR)是通过数据总线( DBUS)向存储器(M)和输入/输出设备I/O送( 写)或取(读)数据的暂存单元。 3、指令寄存器(IR) 指令寄存器用来保存当前正在执行的一条指令。 当执行一条指令时先把它从内存取到数据寄 存器中,然后再传送到指令译码器中。 4、指令译码器(ID) 指令分为操作码和地址码字段,由二进制数字组成。 当执行任何给定的指令,必须对操作码进行译码,以 便确定所要求的操作。 指令寄存器中操作码字段的输出就是指令译码器 的输入。 操作码一经译码后,即可向控制器发出具体操作 的特定信号。 5、程序计数器(PC) 通常又称为指令地址计数器。 在程序开始执行前,必须将其起始地址,即程 序的第一条指令所在的内存单元地址送到PC。 当执行指令时,CPU将自动修改PC的内容,使之总是 保存将要执行的下一条指令的地址。 由于大多数指令都是按顺序执行的,所以修改的 过程通常是简单的加1操作。 6、地址寄存器 (AR) 地址寄存器用来保存当前CPU所要访问的内存单元或 I/O设备的地址。 因为内存(I/O设备)和CPU之间存在着速度上的 差别,所以必须使用地址寄存器来保存地址信息 ,直到内存(I/O设备)读/写操作完成为止。 一、存储器 地址总线、数据总线和若干控制线把存储器和微 处理器连接起来。 存储器从CPU接收控制信号,以确定存储器执行读 /写操作。 §1.1.2 存储器和输入/输出接口 地址总线将8位地址信息送入地址译码器,地址译码器的 输出可以确定唯一的存储单元。 数据总线用来传送存储器到CPU或CPU到存储器的数据信息 。 二、I/O接口及外设 每个外设与微处理器的连接必须经过接口适配 器(I/O接口)。 每个I/O接口及其对应的外设都有一个固定的地 址,在CPU的控制下实现对外设的输入(读)和 输出(写)操作。 一. 二进制、十进制、十六进制 *1.二进制:是“0”和“1”这样的数、逢2进位。按权展开时权的基数为 2。用后缀字母“B”表示。 如:1001=1×23+0×22+0×21+1×20 =9(十进制数) *2.十进制:是“0”“9”之间的数、逢10进位。按权展开时权的基数 为10。用后缀字母“D”表示。 如:1135=1×103+1×102+3×101+5×100 *3.十六进制:是“0”“9”,“A,B,C,D,E,F”之间的数、逢16进位。按 权展开时权的基数为16。用后缀字母“H”表示。 如:1C5H=1×162+12×161+5×160 =453D §1.2 常用数制和编码 二、不同进制之间相互转换 4、二进制转换成十六进制数: 将二进制数以小数点为界四位一分,不足补0,用一位十六进制数代替四位二进制数 。 如:1 0011 1100 B=0001 0011 1100 B= 13C H 5、十六进制转换成二进制数: 将十六进制数以小数点为界,用四位二进制数代替一位十六进制数。 如:D4E H=1101 0100 1110 B 2 11 余数 2 5 1 2 2 1 2 1 0 0 1 16 100 余数 16 6 4 0 6 1、二进制、十六进制转化成十进制: 将二、十六进制数按权展开相加即为相应的十进制数。 如:1101 B=1×23+1×22+0×21+1×20 =13 D 如:1F H=1×161+15×160 =31 D 2、十进制转换成二进制数: 将十进制数除2取余,商为0止余数倒置。 如:11D= 1011B 3、十进制转换成十六进制数: 将十进制数除16取余,商为0止余数倒置。 如:100D=64H 三. 原码、反码及补码 1、原码: 一个二进制数同时包含符号和数值两部分。它的最高位为符号位,其余位表示数 值。符号位为0时,表示正数,为1时,表示负数。 如:X1=+4D则:X1原 =0000 0100 B 如:X2=-4D则:X2原 =1000 0100 B 2、反码: 正数:它的反码与原码相同。 负数:它的反码为它的原码除符号位外,其余各位按位取反。10,0 1。 如:X1=+4D则:X1反 = X1原 =0000 0100 B 如:X2=-4D则: X2原 =1000 0100 B X2反 =1111 1011 B 三. 原码、反码及补码 3、补码: 正数:它的补码与原码相同。 负数:它的补码为它的反码+1。 如:X1=+4D 则:X1补 = X1原 = X1反 =0000 0100 B 如:X2=-4D 则:X2原 =1000 0100 B X2反 =1111 1011 B + 1 X2补 =1111 1100 B 练习: 有:十进制数:-15D,20D 写出它们的原码、反码、补码。 三. 原码、反码及补码4、求真值: 在计算机中都是用补码表示一个带符号的数据。 最高位是0:正数。最高位是1:负数。 当给出一个补码表示的有符号二进制数(十六进制数)时,怎样得到其对应的十 进制数,就是求真值的问题。 (1)正数: 因为:正数它的补码与原码相同,所以:直接将其按权展开相加。 例如:有符号数:0001 0101 B (最高位 0:正数) =+21 D (2)负数: 将补码表示的负数,按位取反,再+1,再按权展开相加,在得到对应的十进制数 前加负号。 例如:有符号数:1010 0111 B (最高位 1:负数) 所以:取反:0101 1000 B 加1:+ 1 B = 0101 1001 B =89 D 因此: 1010 0111 B = - 89 D 练习: 有符号数:0111 1111 B,1001 1101 B 求它们的真值(或十进制数)。 四. 八位计算机的数值范围 *无符号数: 0000 0000 B 1111 1111 B 00 H FF H 0 D 255 D *有符号数: 正数:0000 0000 B 0111 1111 B 00 H 7F H 0 D 127 D 负数:1000 0000 B 1111 1111 B 80 H FF H -128 D -1 D 五. 单片计算机常用编码 1、BCD(Binary-Coded Decimal)码 用二进制对十进制0-9进行编码BCD码。 用四位二进制数0000-1001表示0-9。 例如:13 D=0001 0011 BCD 例如:1001 0111 BCD=97 D 第一章结束 2、ASCII码(美国信息交换标准码) 用7位二进制代码表示(编码)128个字符编码。 如:数字0-9的ASCII码为30H-39H. 如:字母A-Z的ASCII码为41H-5AH.

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