第1章微机基础知识.ppt

程素娥程素娥课程的特点：课程的特点： 以应用为目的，实践性强以应用为目的，实践性强硬件与软件紧密结合硬件与软件紧密结合学习方法：学习方法：课前预习，课后复习课前预习，课后复习理清概念，勤于实践理清概念，勤于实践广览书刊、网络，立足实际应用广览书刊、网络，立足实际应用目 录& 第一章第一章 微机基础知识微机基础知识& 第二章第二章 89C5189C51单片机的结构和原理单片机的结构和原理& 第三章第三章 89C5189C51指令系统指令系统& 第四章第四章 汇编语言程序设计知识汇编语言程序设计知识& 第五章第五章 中断系统中断系统& 第六章第六章 定时器及应用定时器及应用& 第七章第七章 89C5189C51串行口及通信技术串行口及通信技术& 第八章第八章 单片机小系统片外扩展单片机小系统片外扩展& 第九章第九章 应用系统配置及接口技术应用系统配置及接口技术& 第十章第十章 系统应用程序系统应用程序第一章第一章 微机基础知识微机基础知识ʧ1.1 §1.1 微处理器、微机和单片机的概念微处理器、微机和单片机的概念微处理器微处理器(Microprocessor)(Microprocessor)是小型计算机或微型计算机的控制和处理部分。

是小型计算机或微型计算机的控制和处理部分 又称中央处理单元又称中央处理单元CPUCPU（（Central Processing Central Processing UnitUnit）微型计算机微型计算机（（Microcomputer,Microcomputer,简称微机简称微机 C C））是具有完整运算及控制功能的计算机是具有完整运算及控制功能的计算机包括包括微处理器微处理器(CPU)(CPU)存储器存储器接口适配器（输入输出接口电路）接口适配器（输入输出接口电路）输入输入/ /输出（输出（I/OI/O））设备单片机单片机（（Single-Chip Microcomputer）） 是将微处理器、一定容量是将微处理器、一定容量RAM和和ROM以及以及I/O口、定时器等电路集成在一块芯片上，构口、定时器等电路集成在一块芯片上，构成单片微型计算机成单片微型计算机微处理器微处理器RAM ROMI/O口口定时器定时器单片微型计算机单片微型计算机（一）运算器（一）运算器§1.1.1§1.1.1 微处理器微处理器( (机）的组成机）的组成1.1.运算器的组成运算器的组成算术逻辑单元算术逻辑单元( (简称简称ALUALU））运算器运算器累加器累加器 寄存器寄存器2 2. .运算器的作用运算器的作用是把传送到微处理器的数据进行运算或逻辑运算。

是把传送到微处理器的数据进行运算或逻辑运算举例举例ALUALU可对两个操作数进行加、减、与、或、比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较大小等操作，最后将结果存入累加器ALUALU执行不同的运算操作是由不同控制线上的执行不同的运算操作是由不同控制线上的信息所确定的信息所确定的例如：例如： 两个数（两个数（7 7和和9 9）相加，在相加之前，操作）相加，在相加之前，操作数数9 9放在累加器中，放在累加器中，7 7放在数据寄存器中，执放在数据寄存器中，执行两数相加运算的控制线发出行两数相加运算的控制线发出““加加””操作信操作信号，号，ALUALU即把两个数相加并把结果（即把两个数相加并把结果（1616）存入）存入累加器，取代累加器前面存放的数累加器，取代累加器前面存放的数9 93 3.ALU.ALU的两个主要的输入来源的两个主要的输入来源输入来源输入来源数据寄存器数据寄存器累加器累加器4.4.运算器的两个主要功能运算器的两个主要功能（（1 1）执行各种算术运算执行各种算术运算（（2 2）执行各种逻辑运算，并进行逻辑测试执行各种逻辑运算，并进行逻辑测试。

如零值测试或两个值的比较如零值测试或两个值的比较1.1.控制器的组成控制器的组成（二）控制器（二）控制器2.2.作用作用它它是是发发布布命命令令的的““决决策策机机构构””，，即即协协调调和指挥整个计算机系统的操作和指挥整个计算机系统的操作3.3.控制器的主要功能控制器的主要功能对指令进行译码或测试，并产生相应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的操作控制信号，以便启动规定的动作指挥并控制指挥并控制CPUCPU、、内存和输入内存和输入/ /输出设输出设备之间数据流动的方向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条指令在内存中的位置（三）（三）CPUCPU中的主要寄存器中的主要寄存器1.1.累累 加加 器器 （（A A））2.2.数据寄存器（数据寄存器（DRDR））3.3.指令寄存器（指令寄存器（IRIR））4.4.指令译码器（指令译码器（IDID））6.6.地址寄存器（地址寄存器（ARAR））5.5.程序计数器（程序计数器（PCPC））1.1.累加器（累加器（A A））在算术和逻辑运算时，它具有双重功能：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。

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累加器是微处理器中最繁忙的寄存器2.2.数据寄存器（数据寄存器（DRDR））数数据据（（缓缓冲冲））寄寄存存器器（（DRDR））是是通通过过数数据据总总线线（（DBUSDBUS））向向存存储储器器（（M M））和和输输入入/ /输输出出设设备备I/OI/O送送（（写写））或或取取（读）数据的暂存单元读）数据的暂存单元3.3.指令寄存器（指令寄存器（IRIR））指令寄存器用来保存当前正在执行的一条指令指令寄存器用来保存当前正在执行的一条指令当当执执行行一一条条指指令令时时先先把把它它从从内内存存取取到到数数据据寄寄存器中，然后再传送到指令译码器中存器中，然后再传送到指令译码器中4.4.指令译码器（指令译码器（IDID））指指令令分分为为操操作作码码和和地地址址码码字字段段，，由由二二进进制制数数字字组组成成当当执执行行任任何何给给定定的的指指令令，，必必须须对对操操作码进行译码，以便确定所要求的操作作码进行译码，以便确定所要求的操作指指令令寄寄存存器器中中操操作作码码字字段段的的输输出出就就是是指指令令译码器的输入。

译码器的输入操操作作码码一一经经译译码码后后，，即即可可向向控控制制器器发发出出具具体操作的特定信号体操作的特定信号5.5.程序计数器（程序计数器（PCPC）） 通常又称为指令地址计数器通常又称为指令地址计数器在在程程序序开开始始执执行行前前, ,必必须须将将其其起起始始地地址址，，即即程程序的第一条指令所在的内存单元地址送到序的第一条指令所在的内存单元地址送到PCPC当当执执行行指指令令时时，，CPUCPU将将自自动动修修改改PCPC的的内内容容，，使之总是保存将要执行的下一条指令的地址使之总是保存将要执行的下一条指令的地址由由于于大大多多数数指指令令都都是是按按顺顺序序执执行行的的，，所所以以修修改的过程通常是简单的加改的过程通常是简单的加1 1操作操作6.6.地址寄存器地址寄存器 （（ARAR））地地址址寄寄存存器器用用来来保保存存当当前前CPUCPU所所要要访访问问的的内内存存单单元元或或I/OI/O设备的地址设备的地址因因为为内内存存（（I/OI/O设设备备））和和CPUCPU之之间间存存在在着着速速度度上上的的差差别别，，所所以以必必须须使使用用地地址址寄寄存存器器来来保保存存地地址址信信息息，，直到内存（直到内存（I/OI/O设备）读设备）读/ /写操作完成为止。

写操作完成为止一一. .存储器存储器地地址址总总线线、、数数据据总总线线和和若若干干控控制制线线把把存存储储器器和和微微处理器连接起来处理器连接起来存存储储器器从从CPUCPU接接收收控控制制信信号号，，以以确确定定存存储储器器执执行行读读/ /写操作§1.1.2 §1.1.2 存储器和输入存储器和输入/ /输出接口输出接口地址总线将地址总线将8 8位地址信息送入地址译码器，地址译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数据总线用来传送存储器到CPUCPU或或CPUCPU到存储器的到存储器的数据信息数据信息二二.I/O.I/O接口及外设接口及外设每每个个外外设设与与微微处处理理器器的的连连接接必必须须经经过过接接口口适适配配器（器（I/OI/O接口）每每个个I/OI/O接接口口及及其其对对应应的的外外设设都都有有一一个个固固定定的的地地址址，，在在CPUCPU的的控控制制下下实实现现对对外外设设的的输输入入（（读读））和和输出（写）操作输出（写）操作一一. . 二进制、十进制、十六进制二进制、十进制、十六进制*1.1.二二进进制制：：是是““0”0”和和““1”1”这这样样的的数数、、逢逢2 2进进位位。

按按权权展展开开时时权权的的基基数为数为2 2用后缀字母用后缀字母““B”B”表示如：如：1001=1×1001=1×2 23 3+0×+0×2 22 2+0×+0×2 21 1+1×+1×2 20 0 =9=9（十进制数）（十进制数）*2.2.十十进进制制：：是是““0”—“9”0”—“9”之之间间的的数数、、逢逢1010进进位位按按权权展展开开时时权权的的基数为基数为1010用后缀字母用后缀字母““D”D”表示如：如：1135=1×1135=1×10103 3+1×+1×10102 2+3×+3×10101 1+5×+5×10100 0 *3.3.十十六六进进制制：：是是““0”—“9”0”—“9”，，““A,B,C,D,E,F”A,B,C,D,E,F”之之间间的的数数、、逢逢1616进进位按权展开时权的基数为位按权展开时权的基数为1616用后缀字母用后缀字母““H”H”表示如：如：1C5H=1×1C5H=1×16162 2+12×+12×16161 1+5×+5×16160 0 =453D=453D§1.2 §1.2 常用数制和编码常用数制和编码二、不同进制之间相互转换二、不同进制之间相互转换4 4、、二进制转换成十六进制数：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，不足补将二进制数以小数点为界四位一分，不足补0 0，用一位十六进制数代替四位二进制数。

用一位十六进制数代替四位二进制数如：如：1 1 0011 0011 11001100 B= B=0001 0001 00110011 11001100 B= B= 1 13 3C C H H5 5、、十六进制转换成二进制数：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：如：D D4 4E E H= H=11011101 01000100 11101110 B B2 11 余数余数 2 5 1 2 2 1 2 1 0 0 116 100 余数余数 16 6 4 0 6 1 1、二进制、十六进制转化成十进制：、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将二、十六进制数按权展开相加即为相应的十进制数如：如：1101 B=11101 B=1×2 23 3+1+1×2 22 2+0+0×2 21 1+1+1×2 20 0 =13 D=13 D如：如：1F H=11F H=1×16161 1+15+15×16160 0 =31 D=31 D2 2、、十进制转换成二进制数：十进制转换成二进制数：将十进制数除将十进制数除2 2取余，商为取余，商为0 0止余数倒置。

止余数倒置如：如：11D=11D= 1011B1011B3 3、、十进制转换成十六进制数：十进制转换成十六进制数：将十进制数除将十进制数除1616取余，商为取余，商为0 0止余数倒置止余数倒置如：如：100D=100D=64H64H三三. . 原码、反码及补码原码、反码及补码1 1、原码：、原码：一一个个二二进进制制数数同同时时包包含含符符号号和和数数值值两两部部分分它它的的最最高高位位为为符符号号位位，，其其余余位位表表示示数数值符号位为值符号位为0 0时，表示正数，为时，表示正数，为1 1时，表示负数时，表示负数如：如：X1=+4DX1=+4D则：则：[X1][X1]原原 =0000 0100 B=0000 0100 B如：如：X2=-4DX2=-4D则：则：[X2][X2]原原 =1000 0100 B=1000 0100 B2 2、、反码：反码：正数：它的反码与原码相同正数：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，其余各位按位取反负数：它的反码为它的原码除符号位外，其余各位按位取反1→01→0，，0 →10 →1如：如：X1=+4DX1=+4D则：则：[X1][X1]反反 = [X1]= [X1]原原 = =0000 0100 B0000 0100 B如：如：X2=-4DX2=-4D则：则： [X2][X2]原原 =1000 0100 B=1000 0100 B [X2] [X2]反反 =1111 1011 B=1111 1011 B三三. . 原码、反码及补码原码、反码及补码3 3、、补码：补码：正数：它的补码与原码相同。

正数：它的补码与原码相同负数：它的补码为它的反码负数：它的补码为它的反码+1+1如：如：X1=+4DX1=+4D 则：则：[X1][X1]补补 = [X1]= [X1]原原 = [X1]= [X1]反反 = =0000 0100 B0000 0100 B如：如：X2=-4DX2=-4D 则：则：[X2][X2]原原 =1000 0100 B=1000 0100 B [X2] [X2]反反 =1111 1011 B=1111 1011 B + 1+ 1 [X2] [X2]补补 =1111 1100 B=1111 1100 B练习：练习：有：十进制数：有：十进制数：-15D-15D，，20D20D写出它们的原码、反码、补码写出它们的原码、反码、补码三三. . 原码、反码及补码原码、反码及补码4 4、、求真值：求真值：在计算机中都是用补码表示一个带符号的数据在计算机中都是用补码表示一个带符号的数据最高位是最高位是0 0：正数最高位是：正数最高位是1 1：负数当当给给出出一一个个补补码码表表示示的的有有符符号号二二进进制制数数（（十十六六进进制制数数））时时，，怎怎样样得得到到其其对对应应的的十十进制数，就是求真值的问题。

进制数，就是求真值的问题1 1）正数：）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：例如：有符号数：0001 0101 B0001 0101 B （（最高位最高位 0 0：正数）：正数） =+21 D=+21 D（（2 2））负数：负数： 将将补补码码表表示示的的负负数数，，按按位位取取反反，，再再+1+1，，再再按按权权展展开开相相加加，，在在得得到到对对应应的的十十进进制制数数前加负号前加负号例如：有符号数：例如：有符号数：1010 0111 B1010 0111 B ( (最高位最高位 1 1：负数）：负数）所以：取反：所以：取反：0101 1000 B0101 1000 B 加加1 1：：+ 1 B+ 1 B = = 0101 1001 B =89 D0101 1001 B =89 D 因此：因此： 1010 0111 B = - 89 D1010 0111 B = - 89 D练习：练习：有符号数：有符号数：0111 1111 B0111 1111 B，，1001 1101 B1001 1101 B求它们的真值（或十进制数）。

求它们的真值（或十进制数）四四. . 八位计算机的数值范围八位计算机的数值范围*无符号数：无符号数：0000 0000 00000000 B B ～～ 1111 1111 B1111 1111 B 00 H 00 H ～～ FF HFF H 0 D 0 D ～～ 255 D255 D*有符号数：有符号数：正数：正数：0000 0000 00000000 B B ～～ 0111 1111 B0111 1111 B 00 H 00 H ～～ 7F H7F H 0 D 0 D ～～ 127 D 127 D 负数：负数：1000 0000 B 1000 0000 B ～～ 1111 1111 B1111 1111 B 80 H 80 H ～～ FF HFF H -128 D -128 D ～～ -1 D -1 D 五五. . 单片计算机常用编码单片计算机常用编码1 1、、BCDBCD（（Binary-Coded Decimal)Binary-Coded Decimal)码码用二进制对十进制用二进制对十进制0-90-9进行编码进行编码——BCD——BCD码。

码用四位二进制数用四位二进制数0000-10010000-1001表示表示0-90-9例如：例如：13 D=0001 0011 BCD13 D=0001 0011 BCD例如：例如：1001 0111 BCD=97 D1001 0111 BCD=97 D第一章结束第一章结束2 2、、ASCIIASCII码码( (美国信息交换标准码）美国信息交换标准码）用用7 7位二进制代码表示（编码）位二进制代码表示（编码）128128个字符编码个字符编码如：数字如：数字0-90-9的的ASCIIASCII码为码为30H-39H.30H-39H.如：字母如：字母A-ZA-Z的的ASCIIASCII码为码为41H-5AH.41H-5AH.1.3 1.3 单片机的发展过程及产品近况单片机的发展过程及产品近况1.3.1 单片机的发展过程单片机的发展过程三个主要三个主要阶阶段：段： 单单芯片微机形成芯片微机形成阶阶段段 1976年，年，Intel公司推出了公司推出了MCS-48系列系列单单片片机机 8位位CPU、、1K字字节节ROM、、64字字节节RAM、、27根根I/O线线和和1个个8位定位定时时/计计数器。

数器 特点：存特点：存储储器容量小，器容量小，寻寻址范址范围围小（不大于小（不大于4K），），无串行接口，指令系无串行接口，指令系统统功能不功能不强强  特点是：结构体系完善，性能已大大提高，特点是：结构体系完善，性能已大大提高，面向控制的特点进一步突出现在，面向控制的特点进一步突出现在，MCS-51已成为公认的单片机经典机种已成为公认的单片机经典机种 性能完善提高性能完善提高阶段阶段 1980年，年，Intel公司推出了公司推出了MCS-51系列系列单单片片机：机：8位位CPU、、4K字字节节ROM、、128字字节节RAM、、4个个8位并口、位并口、1个全双工串行口、个全双工串行口、2个个16位定位定时时/计计数器寻寻址范址范围围64K，，并有控制功能并有控制功能较较强强的的布布尔尔处处理器 微控制器化阶段微控制器化阶段 特点：片内面向测控系统电路增强，使之可特点：片内面向测控系统电路增强，使之可以方便灵活地用于复杂的自动测控系统及设备以方便灵活地用于复杂的自动测控系统及设备微控制器微控制器”的称谓更能反应单片机的本质的称谓更能反应单片机的本质 1982年，年，Intel推出推出MCS-96系列单片机。

芯系列单片机芯片内集成：片内集成：16位位CPU、、8K字节字节ROM、、232字节字节RAM、、5个个8位并口、位并口、1个全双工串行口、个全双工串行口、2个个16位定时位定时/计数器寻址范围计数器寻址范围64K片上还有片上还有8路路10位位ADC、、1路路PWM输出及高速输出及高速I/O部件等1.3.2 1.3.2 单片机产品近况单片机产品近况 ATMELATMEL公司融入公司融入FlashFlash存存储储器技器技术术的的AT89AT89系列系列 PhilipsPhilips公司的公司的8080C51C51、、80C55280C552系列系列 华华邦公司的邦公司的W78C51W78C51、、W77C51W77C51高速低价系列高速低价系列 ADIADI公司的公司的ADμC8xxADμC8xx高精度高精度ADCADC系列系列 LGLG公司的公司的GMS90/97GMS90/97低低压压高速系列高速系列 MaximMaxim公司的公司的DS89C420DS89C420高速（高速（5050MIPSMIPS））系列系列 CygnalCygnal公司的公司的C8051FC8051F系列系列高速高速SOCSOC单单片机片机 8080C51C51系列系列产产品繁多，主流地位已形成，已推品繁多，主流地位已形成，已推出的出的与与8080C51C51兼容兼容的主要的主要产产品有：品有： 非非80C51结构结构单片机新品不断推出，给用户单片机新品不断推出，给用户提供了更为广泛的选择空间提供了更为广泛的选择空间 ，近年来推出的非，近年来推出的非80C51系列的主要产品有：系列的主要产品有： Intel的的MCS-96系列系列16位单片机位单片机 Microchip的的PIC系列系列RISC单片机单片机 TI的的MSP430F系列系列16位低功耗单片机位低功耗单片机 。

1.4 1.4 单片机的特点及应用领域单片机的特点及应用领域1.4.1 单片机的特点单片机的特点 控制性能和可靠性高控制性能和可靠性高 可可对对I/OI/O端口直接操作，位操作能力更是其端口直接操作，位操作能力更是其它它计计算机无法比算机无法比拟拟的由于CPUCPU、、存存储储器及器及I/OI/O接口集成在同一芯片内，数据在接口集成在同一芯片内，数据在传传送送时时受受干干扰扰的影响的影响较较小，且不易受小，且不易受环环境条件的影响境条件的影响体积小、价格低、易于产品化体积小、价格低、易于产品化 应用系统的印制板减小、接插件减少、安应用系统的印制板减小、接插件减少、安装简单方便装简单方便1.4.2 1.4.2 单片机的应用领域单片机的应用领域 智能智能仪仪器器仪仪表表 机电一体化产品机电一体化产品实时工业控制实时工业控制分布式系统的前端模块分布式系统的前端模块家用电器家用电器。