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1、第1章 单片微型计算机基础本讲稿第一页，共二十五页第第1 1章章 单片微型计算机基础单片微型计算机基础1 11 1 微型计算机基础微型计算机基础1 11 11 1 微型计算机基本结构微型计算机基本结构 微微型型计计算算机机，硬硬件件系系统统由由CPUCPU（中中央央处处理理单单元元）、存存储储器器和和输输入入输输出出设设备备组组成成。其其中中核核心心部部件件是是CPUCPU。CPUCPU通通过过总总线线连连接接内内存存储储器器构构成成微微型型计计算算机机的的主主机机。主主机机通通过过接接口口电电路路配配上上输输入入/输输出出设设备备就就构构在在了了微微机机系系统统的的基基本本硬硬件结构。件结构
2、。本讲稿第二页，共二十五页微型计算机微型计算机系统通常由多块印刷电路板制成系统通常由多块印刷电路板制成微型机微型机 主板显卡声卡存储器接口网卡输入输出接口内存条内存条本讲稿第三页，共二十五页1 11 12 2 微型计算机系统的主要指标微型计算机系统的主要指标 有六项有六项1 1 字长字长 字长是计算机内部一次可以处理的二进制数码的位数。字长是计算机内部一次可以处理的二进制数码的位数。字长越长，数据处理的字长越长，数据处理的速度速度越快。然而，字长越长，计算越快。然而，字长越长，计算机的硬件代价相应也增大。机的硬件代价相应也增大。目前微型计算机的字长以目前微型计算机的字长以3232位为主，小型机
3、、网络服位为主，小型机、网络服务器和大中型机以务器和大中型机以6464位为主。位为主。复习复习：位：位 bit-bit-字节字节Byte 8Byte 82 2 存储器容量存储器容量 存储设备所能容纳的二进制信息的总和称为存储容量。存储设备所能容纳的二进制信息的总和称为存储容量。容量大，能存入的字数就多，能直接接纳和存储的程序容量大，能存入的字数就多，能直接接纳和存储的程序就长，计算机的就长，计算机的解题能力解题能力和和规模规模就大。就大。复习复习：kB MB GB TB kB MB GB TB本讲稿第四页，共二十五页1 11 12 2 微型计算机系统的主要指标微型计算机系统的主要指标 有六项有
4、六项3 3 指令执行时间指令执行时间 执行一条指令所需要的平均时间。执行一条指令所需要的平均时间。反映快慢反映快慢。4 4 系统总线系统总线 是连接计算机系统各功能部件的公共数据通道。反映是连接计算机系统各功能部件的公共数据通道。反映整体性能整体性能5 5 外部设备配置外部设备配置输入、输出及存储设备等。输入、输出及存储设备等。影响影响整体性能。整体性能。6 6 系统软件配置系统软件配置 是计算机硬件性能得以充分发挥的是计算机硬件性能得以充分发挥的重要因素重要因素本讲稿第五页，共二十五页1 11 13 3 微型计算机的运算基础微型计算机的运算基础 微机原理微机原理1 1 计算机中的数制计算机中
5、的数制.数制数制（即计数制，亦称记数制）是（即计数制，亦称记数制）是计数的规则计数的规则。十进制十进制是人们日常生活中最熟悉的进位计数制。是人们日常生活中最熟悉的进位计数制。二进制二进制是在计算机系统中采用的进位计数制。是在计算机系统中采用的进位计数制。位号76543210字节单单字字节节表示范表示范围围：0255 双字双字节节表示范表示范围围：065535 位号1514131211109876543210字本讲稿第六页，共二十五页十六进制十六进制是人在计算机指令代码和数据的书写中经常使是人在计算机指令代码和数据的书写中经常使用的数制。用的数制。用用0 0，1 1，9 9和和A A，B B，F
6、 F（或（或a a，b b，f f）这）这1616个符个符号来描述号来描述 。八进制八进制复习复习：书写时数字后边的标识是什么：书写时数字后边的标识是什么？本讲稿第七页，共二十五页自然数十进制二进制十六进制 自然数十进制二进制十六进制 00000B 0H九91001B 9H一10001B 1H十101010B AH二20010B 2H十一111011B BH三30011B 3H十二121100B CH四40100B 4H十三131101B DH五50101B 5H十四141110B EH六60110B 6H十五151111B FH七70111B 7H十六161 0000B 10H八81000B
7、 8H十七171 0001B 11H部分自然数的部分自然数的3 3种进制表示种进制表示 阅读作业：阅读作业：P3-P4 +P3-P4 +微机原理微机原理定点数表示定点数表示浮点数表示浮点数表示本讲稿第八页，共二十五页2 2 计算机中的码制计算机中的码制 微机原理微机原理 复习复习1 1）机器数及其真值）机器数及其真值 带符号的正数带符号的正数+100 0101B+100 0101B（+45H+45H），可以表示成），可以表示成 0 0100 0101B100 0101B；（；（45H45H）带符号的负数带符号的负数-101 0101B-101 0101B（-55H-55H），可以表示成），可以
8、表示成 1 1101 0101B101 0101B。（。（D5HD5H）数数在在计计算算机机内内的的表表示示形形式式称称为为机机器器数数。而而这这个个数数本身称为该机器数的本身称为该机器数的真值真值。如，上述的“45H”和“D5H”为2个机器数，它们的真值分别为“+45H”和“-55H”。本讲稿第九页，共二十五页2 2）原码和反码）原码和反码对对于于带带符符号号二二进进制制数数（字字节节、字字或或双双字字），直直接接用用最最高高位位表表示示数数的符号，数值用其绝对值表示的形式称为原码。的符号，数值用其绝对值表示的形式称为原码。正正数数的的反反码码与与其其原原码码相相同同；负负数数的的反反码码符
9、符号号位位为为1 1，数数值值位位为为其其原码数值位逐位取反。如：原码数值位逐位取反。如：带符号正数带符号正数+100 0101B+100 0101B，原码为原码为 0100 0101B 0100 0101B，反码为，反码为0100 0101B0100 0101B；（；（45H45H）带符号负数带符号负数-101 0101B-101 0101B，原码为原码为 1101 0101B 1101 0101B，反码为，反码为1010 1010B1010 1010B。（。（AAHAAH）二进制数采用原码和反码表示时，符号位二进制数采用原码和反码表示时，符号位不能不能同数值一道参加运同数值一道参加运算。算
10、。本讲稿第十页，共二十五页3 3）补码补码 在计算机中，对带符号数的运算均采用补码。正数的在计算机中，对带符号数的运算均采用补码。正数的补码与其原码相同；负数的补码为其反码末位加补码与其原码相同；负数的补码为其反码末位加1 1。如：。如：带符号正数带符号正数+100 0101B+100 0101B，反码为，反码为 0100 0101B 0100 0101B，补码为，补码为0100 0101B0100 0101B；（；（45H45H）带符号负数带符号负数-101 0101B-101 0101B，反码为，反码为1010 1010B1010 1010B，补码为，补码为1010 1011B1010 1
11、011B。（。（ABHABH）已已知知一一个个负负数数的的补补码码求求其其真真值值的的方方法法是是：对对该该补补码码求求补补（符符号号位位不不变变，数数值值位位取取反反加加1 1）即即得得到到该该负负数数的的原原码码（符符号号位位+数数值值位位），依依该该原原码码可可知其真值知其真值。本讲稿第十一页，共二十五页 补补码码的的优优点点是是可可以以将将减减法法运运算算转转换换为为加加法法运运算算，同同时时数数值值连连同同符符号号位位可以一起参加运算可以一起参加运算。如：45H-55H=-10H，用补码运算时可以表示为：45H补+-55H补=-10H补 结果结果1111 0000B1111 0000
12、B为补码；为补码；求补得到原码为：求补得到原码为：1001 0000B1001 0000B；真值为真值为-001 0000B-001 0000B（即（即-10H-10H）。）。45H补：0 1 0 0 0 1 0 1-55H补：1 0 1 0 1 0 1 1结果：1 1 1 1 0 0 0 0本讲稿第十二页，共二十五页几个典型的带符号数据的几个典型的带符号数据的8 8位编码表位编码表 采用补码时，采用补码时，“0 0”只有一种表示方式，单字节表示的只有一种表示方式，单字节表示的范围是：范围是：+127+127 -128-128。真 值原 码反 码补 码+1270111 1111B0111 11
13、11B0111 1111B（7FH）+10000 0001B0000 0001B0000 0001B（01H）+00000 0000B0000 0000B0000 0000B（00H）-01000 0000B1111 1111B0000 0000B（00H）-11000 0001B1111 1110B1111 1111B（FFH）-1271111 1111B1000 0000B1000 0001B（81H）-128-1000 0000B（80H）本讲稿第十三页，共二十五页4 4）编码）编码 计算机中数以及数以外的其它信息（如字符或字符串）要用计算机中数以及数以外的其它信息（如字符或字符串）要用
14、二进制代码来表示。这些二进制代码称为二进制编码。二进制代码来表示。这些二进制代码称为二进制编码。1 1字符的二进制编码字符的二进制编码-ASCII-ASCII码码 常用字符的常用字符的ASCII码码 字符ASCII码字符ASCII码字符ASCII码字符ASCII码030HA41Ha61HSP(空格)20H131HB42Hb62HCR(回车)0DH232HC43Hc63HLF(换行)0AHBEL(响铃)07H939HZ5AHz7AHBS(退格)08H本讲稿第十四页，共二十五页2 2二进制编码的十进制数二进制编码的十进制数-BCD-BCD码码 用二进制码表示十进制数的代码称为用二进制码表示十进制数
15、的代码称为BCDBCD码码。十进制数BCD码十进制数BCD码00000B50101B10001B60110B20010B70111B30011B81000B40100B91001B8421BCD码表码表 用用1个字节表示个字节表示2位十进制数的代码，称为位十进制数的代码，称为压缩的压缩的BCD码码。二进制码在二进制码在1010B1111B范围时，属于范围时，属于非法码非法码。本讲稿第十五页，共二十五页1.2 1.2 单片微型计算机单片微型计算机什么是单片机什么是单片机在在半导体硅片半导体硅片上集成了微处理器上集成了微处理器(CPU)(CPU)，存储器，存储器(RAM(RAM、ROMROM、EP
16、ROM)EPROM)和各种输入、输出接口。和各种输入、输出接口。具有具有一台计算机的属性一台计算机的属性。也称为：。也称为：微控制器微控制器 MCU(MCU(MicroController Unit)MicroController Unit)嵌入式控制器嵌入式控制器 EMCUEMCU（Embedded croController UnitEmbedded croController Unit）。我国，我国，习惯使用习惯使用“单片机单片机”这一名称。这一名称。本讲稿第十六页，共二十五页按用途可分为按用途可分为通用型通用型和和专用型专用型两大类：两大类：（1 1）通用型）通用型可开发的内部资源：可
17、开发的内部资源：RAMRAM、ROMROM、I/OI/O等功能部件，全部提供给用户等功能部件，全部提供给用户。用户。用户根据需要，设计一个根据需要，设计一个以通用单片机芯片为核心以通用单片机芯片为核心的测控系统。的测控系统。（2 2）专用型）专用型专门针对某些产品的专门针对某些产品的特定用途特定用途而制作的单片机，而制作的单片机，针对性强针对性强且且数量巨大数量巨大。对对系统结构的最简化、可靠性和成本的最佳化系统结构的最简化、可靠性和成本的最佳化等方面都作了全面的考虑。等方面都作了全面的考虑。“专用专用”单片机具有十分单片机具有十分明显的综合优势。明显的综合优势。本讲稿第十七页，共二十五页 1
18、.2.1 1.2.1 单片机的特点单片机的特点（1 1）较高的性价比）较高的性价比（2 2）集成度高，体积小，可靠性好。）集成度高，体积小，可靠性好。（3 3）控制功能强。）控制功能强。（4 4）低电压，低功耗，便于便携产品。）低电压，低功耗，便于便携产品。（5 5）开发周期短、易于产品化。）开发周期短、易于产品化。本讲稿第十八页，共二十五页1.2.2 1.2.2 单片机的发展历史单片机的发展历史四个阶段四个阶段:萌芽萌芽19711971年年 INTELINTEL公司公司 第一阶段第一阶段(1974(1974年年19761976年年)：单片机：单片机初级阶段。初级阶段。双片的形双片的形式，且功
19、能比较简单。式，且功能比较简单。本讲稿第十九页，共二十五页第二阶段（第二阶段（19761976年年19781978年）年）：低性能低性能单片机阶段。以单片机阶段。以Intel Intel 公司制造的公司制造的MCS-48MCS-48单片机为代表。单片机为代表。第三阶段第三阶段(1978(1978年现在年现在)：高性能高性能单片机阶段。单片机阶段。IntelIntel公司的公司的MCS-51MCS-51系列、系列、MortorolaMortorola公司的公司的68016801系列系列等。等。第四阶段第四阶段(1982(1982年现在年现在)：8 8位单片机巩固发展及位单片机巩固发展及1616
20、位位单片机、单片机、3232位位单片机推出阶段。单片机推出阶段。飞得最远的太空探测器旅行者1号（Voyager 1）是一艘无人外太阳系太空探测器，重815千克，于1977年9月5日发射。2009.10.9时距离地球167亿公里！本讲稿第二十页，共二十五页8 8位单片机的主要生产厂家和机型位单片机的主要生产厂家和机型（1 1）美国）美国IntelIntel公司公司 MCS-51 MCS-51系列及其增强型、扩展型系列。系列及其增强型、扩展型系列。（2 2）美国）美国ATMELATMEL公司公司89C5189C51、89C5289C52、89C5589C55、89S5289S52等。等。（3 3）
21、荷兰）荷兰PHILIPSPHILIPS（菲力浦）公司（菲力浦）公司 8xC552 8xC552系列系列 。此外：此外：AVRAVR、PICPIC、MICROCHIPMICROCHIP等单片机等单片机 广泛应用广泛应用MCS-51MCS-51系列系列单片机在我国得到了广泛的应用，单片机在我国得到了广泛的应用，主流主流 系列系列,软、硬件设计软、硬件设计资料资料丰富齐全。丰富齐全。更多见更多见P8P8本讲稿第二十一页，共二十五页1.2.3 1.2.3 单片机的发展趋势单片机的发展趋势 了解了解 见见P8P8（1 1）CMOSCMOS化化（2 2）低电压低功耗）低电压低功耗（3 3）大容量化大容量化
22、（4 4）高速化）高速化（5 5）低噪声和高可靠性低噪声和高可靠性（6 6）小容量，低价格）小容量，低价格（7 7）集成多种外设集成多种外设本讲稿第二十二页，共二十五页1.2.4 1.2.4 单片机的应用单片机的应用充电站：充电站：使用温度：使用温度：民品：民品：00+70C +70C 工业品：工业品：-40-40 +85C+85C汽车：汽车：-40-40+105C +105C 军品：军品：-55 -55 +125C+125C在下述的各个领域广泛的应用：在下述的各个领域广泛的应用：（1 1）智能仪器仪表智能仪器仪表 （2 2）实时控制）实时控制 （3 3）多机分布式系统多机分布式系统 （4 4
23、）机电一体化）机电一体化 （5 5）军工武器装备军工武器装备 （6 6）家用电器，消费电子）家用电器，消费电子本讲稿第二十三页，共二十五页1.6 MCS-511.6 MCS-51系列单片机系列单片机2020世纪世纪8080年代后期年代后期:IntelIntel公司以公司以专利或技术交换专利或技术交换的形的形 式把式把80518051内核技术转让给厂家内核技术转让给厂家。如：如：AMTELAMTEL、PHILIPSPHILIPS、ANALOG DEVICESANALOG DEVICES、DALLASDALLAS公司。公司。这些厂家生产的这些厂家生产的兼容单片机兼容单片机，与，与80518051的
24、系统结构（主要的系统结构（主要是指令系统）相同，采用是指令系统）相同，采用CMOSCMOS工艺工艺。80C5180C51系列：系列：所有所有具有具有80518051指令系统指令系统的单片机的单片机，不应直接，不应直接称为称为MCS-51MCS-51系列单片机，系列单片机，MCSMCS只是只是IntelIntel公司专用的单片公司专用的单片机系列符号。机系列符号。本讲稿第二十四页，共二十五页MCS-51MCS-51系列单片机及其系列单片机及其兼容产品兼容产品通常分成以下通常分成以下3 3类：类：MCS-51MCS-51系系列列单单片片机机有有三三个个基基本本产产品品，它它们们是是80318031
25、、87518751、80518051。三个。三个增强增强产品，它们是产品，它们是80328032、87528752、80528052。1.80311.8031（3232）内内部部包包括括一一个个8 8位位的的CPUCPU，128128个个字字节节的的RAMRAM，2121个个特特殊殊功功能能寄寄存存器器(SFR)(SFR)，4 4个个8 8位位并并行行I/OI/O口口，1 1个个全全双工的串行口，双工的串行口，2 2个个1616位的定时器位的定时器/计数器。计数器。2.2.80518051（5252）是是 在在 80318031的的 基基 础础 上上，片片 内内 又又 集集 成成 有有4KB4KB（8kB8kB）的的ROMROM作作为为程程序序存存储储器器，是是一一个个程程序序不不超超过过4KB4KB的小系统。的小系统。3.3.87518751（5252）是是在在80318031的的基基础础上上，片片内内又又增增加加了了4KB 4KB（8kB8kB）的）的EPROMEPROM，它构成了一个程序小于，它构成了一个程序小于4KB4KB的小系统。的小系统。课本课本P10 P10 表表1-41-4有主要硬件特性供查阅。有主要硬件特性供查阅。本讲稿第二十五页，共二十五页