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1、第一章第一章第一章第一章 单片机基础知识单片机基础知识单片机基础知识单片机基础知识 2023/2/51内容内容单片机概述单片机概述 1.1微型计算机系统组成微型计算机系统组成 1.2微型计算机的运算基础知识微型计算机的运算基础知识 1.32023/2/521.1单片机概述单片机概述1.1.1 什么是单片机什么是单片机?单片机单片机是指在是指在一块半导体芯片一块半导体芯片上，集成了微处上，集成了微处理器、存储器、输入理器、存储器、输入/输出接口、定时器输出接口、定时器/计数器计数器以及中断系统等功能部件，构成一台完整的微型以及中断系统等功能部件，构成一台完整的微型计算机。计算机。单片机实物图单片
2、机实物图12023/2/53单片机实物图单片机实物图(2)单片机芯片单片机芯片AT89C51AT89S51AT89S52AT89C2051双列直插式DIP40(Dual In-line Package)封装 2023/2/54单片机实物图单片机实物图(3)单片机芯片单片机芯片STC89C52塑料扁平式PQFP/TQFP(Plastic Quad Flat Package)封装 带引线的塑料芯片封装PLCC44(Plastic Leaded Chip Carrier)2023/2/551.1.2单片机与微型计算机的关系单片机与微型计算机的关系 计算机的发展经历了从计算机的发展经历了从电子管、晶体
3、管、集成电路到大规电子管、晶体管、集成电路到大规模集成电路模集成电路四代的演变。四代的演变。微型计算机属于第四代计算机。微型计算机属于第四代计算机。微型计算机的发展微型计算机的发展以微处理器的发展以微处理器的发展为特征，为特征，主要表现：主要表现：芯片集成度芯片集成度的提高的提高(从最初的约从最初的约20002000个晶体管个晶体管/片发展到片发展到目前的几百万个晶体管目前的几百万个晶体管/片片)；处理器位数处理器位数的增加（从的增加（从4 4位增加到位增加到6464位）；位）；时钟频率时钟频率的加快的加快(从从1MHz1MHz到约几个到约几个GHz)GHz)；价格价格的逐渐降低等方面。的逐渐
4、降低等方面。2023/2/561.1.2单片机与微型计算机的关系单片机与微型计算机的关系 微型计算机有两个主要发展方向：微型计算机有两个主要发展方向：一是向高速度、高性能、大容量的一是向高速度、高性能、大容量的高档微型计算高档微型计算机方向机方向发展；发展；二是向稳定可靠、小而廉、能适应各种控制领域二是向稳定可靠、小而廉、能适应各种控制领域需要的需要的单片机方向单片机方向发展。发展。单片机是微型计算机发展的一个重要分支！单片机是微型计算机发展的一个重要分支！2023/2/571.1.3常用的单片机系列常用的单片机系列MCS-51系列及与之兼容的系列及与之兼容的80C51系列单片机系列单片机At
5、mel公司的公司的AVR系列系列Microchip公司的公司的PIC系列系列Motorola公司的单片机公司的单片机 TI公司公司MSP430系列单片机系列单片机基干基干ARM核的核的32位单片机位单片机 2023/2/58MCS-51系列及与之兼容的系列及与之兼容的80C51系列单片机系列单片机MCS-51系列系列单片机是单片机是美国美国Intel公司公司在在1980年年推出的高性推出的高性能单片机。能单片机。型号：型号：8051、8751、8031、8032、8052等。等。其中其中8051是最典型的产品，其它单片机都是在是最典型的产品，其它单片机都是在8051的基础的基础上进行功能的增、
6、减改变而来的，所以人们习惯于用上进行功能的增、减改变而来的，所以人们习惯于用8051来来称呼称呼MCS-51系列单片机。系列单片机。20世纪世纪80年代中期年代中期Intel公司将公司将MCS-51的核心技术授权的核心技术授权给给了很多其他公司，如：了很多其他公司，如：Atmel、Philips、STC、Siemens、Winbond等，这些厂商生产的芯片是等，这些厂商生产的芯片是MCS-51系列的兼容产系列的兼容产品，准确地说是品，准确地说是与与MCS-51指令系统指令系统兼容兼容的单片机的单片机，这些单，这些单片机的系统结构与片机的系统结构与8051相同，并且都采用相同，并且都采用CHMO
7、S工艺，因工艺，因而常用而常用80C51系列来称呼它们。系列来称呼它们。2023/2/59Atmel公司的公司的AVR系列系列AVR系列单片机系列单片机是是1997年年Atmel公司公司为了充分发为了充分发挥其挥其Flash的技术优势，而推出的全新配置的精简的技术优势，而推出的全新配置的精简指令集指令集(ReducedInstructionSetComputer，简称，简称RISC)单片机。该系列单片机一进入市场，就以其单片机。该系列单片机一进入市场，就以其卓越的性能而大受欢迎。通过这几年的发展，卓越的性能而大受欢迎。通过这几年的发展，AVR单片机已形成系列产品，其单片机已形成系列产品，其At
8、tiny系列、系列、AT90S系系列与列与Atmega系列分别对应为低、中、高档产品系列分别对应为低、中、高档产品(高高档产品含档产品含JTAGICE仿真功能仿真功能)。2023/2/510Microchip公司的公司的PIC系列系列Microchip单片机是市场份额增长最快的单片机。它单片机是市场份额增长最快的单片机。它的主要产品是的主要产品是PIC系列系列8位单片机，它的位单片机，它的CPU采用了精采用了精简指令集简指令集(RISC)结构的嵌入式微控制器，其高速度、结构的嵌入式微控制器，其高速度、低电压、低功耗、大电流低电压、低功耗、大电流LCD驱动能力和低价位驱动能力和低价位OTP技术等
9、都体现出单片机产业的新趋势。技术等都体现出单片机产业的新趋势。PIC8位单片机产品共有位单片机产品共有3个系列，即基本级、中级个系列，即基本级、中级和高级。用户可根据需要选择不同档次和不同功能的和高级。用户可根据需要选择不同档次和不同功能的芯片芯片。2023/2/511Motorola公司的单片机公司的单片机(现在的飞思卡尔公司现在的飞思卡尔公司)Motorola公司是世界上最大的单片机厂商，该公司的特点公司是世界上最大的单片机厂商，该公司的特点是品种全、选择余地大、新产品多，在是品种全、选择余地大、新产品多，在8位机方面有位机方面有68HC05和升级产品和升级产品68HC08，68HC05有
10、有30多个系列，多个系列，200多个品种，多个品种，产量已超过产量已超过20亿片。亿片。8位增强型单片机位增强型单片机68HC11也有也有30多个品多个品种，年产量在种，年产量在1亿片以上。升级产品有亿片以上。升级产品有68HC12。16位机位机68HC16也有也有10多个品种。多个品种。32位单片机的位单片机的683XX系列也有几系列也有几十个品种。十个品种。Motorola单片机特点之一是在同样速度下所用的时钟频率单片机特点之一是在同样速度下所用的时钟频率较较Intel类单片机低很多，因而使得高频噪声低，抗干扰能力类单片机低很多，因而使得高频噪声低，抗干扰能力强，更适合用于工控领域及恶劣的
11、环境。强，更适合用于工控领域及恶劣的环境。Motorola8位单片位单片机过去的策略是以掩膜为主，最近推出了机过去的策略是以掩膜为主，最近推出了OTP计划以适应单计划以适应单片机发展新趋势。在片机发展新趋势。在32位机上，位机上，M.CORE在性能和功耗方面在性能和功耗方面都胜过都胜过ARM7。由于由于Motorola单片机产品以前主要是以掩膜为主，不太适单片机产品以前主要是以掩膜为主，不太适合于教学，所以没有被选做教学用机型。合于教学，所以没有被选做教学用机型。2023/2/512TI公司公司MSP430系列单片机系列单片机TI公司公司MSP430系列单片机是超低功耗系列单片机是超低功耗Fl
12、ash型单片机，型单片机，有有“绿色微控制器绿色微控制器(GreenMCUs)”称号，是目前单片机业界所称号，是目前单片机业界所有内部集成闪速存储器有内部集成闪速存储器(FlashROM)产品中功耗最低的，消产品中功耗最低的，消耗功率仅为其他闪速微控制器耗功率仅为其他闪速微控制器(FlashMCUs)的的1/5。在。在3V工工作电压下其耗电电流低于作电压下其耗电电流低于350A/MHz，待机模式仅为，待机模式仅为1A/MHz，具有，具有5种节能模式。种节能模式。该系列产品的工作温度范围为该系列产品的工作温度范围为-40oC85oC，可满足工业，可满足工业应用要求。应用要求。MSP430微控制器
13、可广泛地应用于煤气表、水表、电子电微控制器可广泛地应用于煤气表、水表、电子电度表、医疗仪器、火警智能探头、通信产品、家庭自动化产度表、医疗仪器、火警智能探头、通信产品、家庭自动化产品、便携式监视器及其他低耗能产品。由于品、便携式监视器及其他低耗能产品。由于MSP430微控制微控制器的功耗极低，可设计出只需一块电池就可以使用长达器的功耗极低，可设计出只需一块电池就可以使用长达10年年的仪表应用产品。的仪表应用产品。MSP430Flash系列的确是不可多得的高性系列的确是不可多得的高性价比单片机。价比单片机。2023/2/513基于基于ARM核的核的32位单片机位单片机 ARM(AdvancedR
14、ISCMachine)是一种通用的是一种通用的32位位RISC处理器。处理器。32位是指处理器的外部数据总线是位是指处理器的外部数据总线是32位的，与位的，与8位和位和16位的相同主频位的相同主频处理器相比性能更强大。处理器相比性能更强大。ARM是一种功耗很低的高性能处理器，如是一种功耗很低的高性能处理器，如ARM7TDMI具有每瓦生具有每瓦生产产690MIPS(MillionsInstructionPerSecond，百万条指令，百万条指令/秒秒)的能力，的能力，已被证明在工业界处于领先水平。已被证明在工业界处于领先水平。ARM公司并不生产芯片，而是将公司并不生产芯片，而是将ARM的技术授权
15、其他公司生产。的技术授权其他公司生产。ARM本质并不是一种芯片，而是一种芯片结构技术，不涉及芯片生本质并不是一种芯片，而是一种芯片结构技术，不涉及芯片生产工艺。产工艺。授权生产授权生产ARM结构芯片的公司采用不同的半导体技术，面对不同结构芯片的公司采用不同的半导体技术，面对不同的应用进行扩展和集成，标有不同的系列号。的应用进行扩展和集成，标有不同的系列号。目前可以提供含目前可以提供含ARM核核CPU芯片的著名半导体公司有：芯片的著名半导体公司有：Intel、TI、三星半导体、摩托罗拉、飞利浦半导体、意法半导体、亿恒半导体、三星半导体、摩托罗拉、飞利浦半导体、意法半导体、亿恒半导体、科胜讯、科胜
16、讯、ADI公司、安捷伦、高通公司、公司、安捷伦、高通公司、Atmel、Intersil、Alcatel、Altera、CirrusLogic、Linkup、Parthus、LSILogic、Micronas等。等。ARM的应用范围非常广泛，如嵌入式控制的应用范围非常广泛，如嵌入式控制汽车、电子设备、保安汽车、电子设备、保安设备、大容量存储器、调制解调器、打印机，数字消费产品设备、大容量存储器、调制解调器、打印机，数字消费产品数码相数码相机、数字式电视机、游戏机、机、数字式电视机、游戏机、GPS、机顶盒、便携式产品、机顶盒、便携式产品手提式计手提式计算机、移动电话、算机、移动电话、PDA、灵巧电
17、话、灵巧电话。2023/2/5141.1.4单片机的应用单片机的应用单片机属于控制类数字芯片，目前其应用领域已非常广单片机属于控制类数字芯片，目前其应用领域已非常广泛，典型应用如下：泛，典型应用如下：1.工业自动化。工业自动化。如数据采集、测控技术。如数据采集、测控技术。2.智能仪器仪表。智能仪器仪表。如数字示波器、数字信号源、数字万如数字示波器、数字信号源、数字万用表、感应电流表等。用表、感应电流表等。3.消费类电子产品。消费类电子产品。如洗衣机、电冰箱、空调机、电视如洗衣机、电冰箱、空调机、电视机、微波炉、机、微波炉、IC卡、汽车电子设备等。卡、汽车电子设备等。4.通信方面。通信方面。如调
18、制解调器、程控交换技术、手机、小如调制解调器、程控交换技术、手机、小灵通等。灵通等。5.武器装备。武器装备。如飞机、军舰、坦克、导弹、航天飞机、如飞机、军舰、坦克、导弹、航天飞机、鱼雷制导、智能武器等。鱼雷制导、智能武器等。2023/2/515(1)单片机单片机(2)电源电源(3)晶振晶振(4)复位电路复位电路就构成了真正就构成了真正可使用的单片可使用的单片机最小应用系机最小应用系统统1.1.5一个简单的单片机控制系统实例一个简单的单片机控制系统实例系统硬件设计系统硬件设计点亮一个发光二极管的单片机控制系统点亮一个发光二极管的单片机控制系统 2023/2/516系统软件设计系统软件设计/*点亮
19、一个发光二极管的程序点亮一个发光二极管的程序*/#include/包含包含52系列单片机头文件系列单片机头文件sbitled1=P10;/声明单片机声明单片机P1口的第一位，口的第一位，P1.0的位名称位的位名称位led1voidmain()/主程序主程序led1=0;/*P1.0口输出低电平，点亮口输出低电平，点亮LED发光二极管发光二极管while(1);/程序运行到此处停止程序运行到此处停止2023/2/517相关网站相关网站http:/ Proteus仿真软件教程网址仿真软件教程网址 http:/天祥电子天祥电子http:/ 2023/2/518单片机原理与接口技术课程的学习单片机原理
20、与接口技术课程的学习1 1 学习本课程应学习本课程应硬件、软件兼顾并重硬件、软件兼顾并重，既要注意单片机，既要注意单片机 的结构、原理，也要注意其语句和程序，做到两者融会的结构、原理，也要注意其语句和程序，做到两者融会 贯通，能够将两者相互渗透。贯通，能够将两者相互渗透。2 2 会组成单片机应用系统。学习时对单片机扩展用到的芯会组成单片机应用系统。学习时对单片机扩展用到的芯 片、接口、以及各种应用实例片、接口、以及各种应用实例(环节环节)须给予足够的重视。须给予足够的重视。3 3 学习本课程时，宜结合习题、学习本课程时，宜结合习题、实验、课程设计实验、课程设计，以提高，以提高 学习质量，巩固和
21、扩大学习收获。学习质量，巩固和扩大学习收获。4 4 总学时总学时 64+S16 64+S16 周学时周学时6 6（1-111-11周）周）2023/2/519考核方法和成绩评定说明考核方法和成绩评定说明 考试采用统一命题，闭卷考试，考试时间为考试采用统一命题，闭卷考试，考试时间为120分钟。分钟。成成绩绩评评定定：闭闭卷卷笔笔试试（70）实实验验（20）平平时时成成绩绩（10）其中：平时成绩含作业及课堂学习情况。其中：平时成绩含作业及课堂学习情况。2023/2/520参考文献参考文献1.新概念新概念51单片机单片机C语言教程语言教程入门、提高、开发拓展全攻略入门、提高、开发拓展全攻略郭天祥编著
22、郭天祥编著电子工业出版社电子工业出版社2010.32.单片机原理及应用单片机原理及应用张毅刚主编张毅刚主编高等教育出版社高等教育出版社2008.53.单片机单片机C语言程序设计实训语言程序设计实训100例例基于基于8051+Proteus仿真仿真彭彭伟编著伟编著电子工业出版社电子工业出版社2010.64.张大明张大明.单片机控制实训指导及综合应用实例单片机控制实训指导及综合应用实例M.北京：清北京：清华大学出版社，华大学出版社，20045.张齐，朱宁西张齐，朱宁西.单片机应用系统设计技术单片机应用系统设计技术基于基于C51的的Proteus仿真仿真M.北京：化学工业出版社，北京：化学工业出版社
23、，2004.2023/2/521辅导与答疑联系方式辅导与答疑联系方式电话：电话：13004489266Email：课程网站：课程网站：盐城工学院天空教室教学平盐城工学院天空教室教学平台台-单片机原理与接口技术单片机原理与接口技术2023/2/522预备知识：元器件实物图预备知识：元器件实物图单片机芯片单片机芯片AT89C51AT89S51AT89S52AT89C20512023/2/523通信芯片通信芯片MAX232CPE时钟芯片时钟芯片DS13022023/2/524EEPROM24C02温度传感温度传感器器18B20ADAD变换器变换器08320832稳压片稳压片78L052023/2/5
24、25晶晶振振电阻和排电阻电阻和排电阻2023/2/526瓷片小电容瓷片小电容零压力插座零压力插座万用焊接板万用焊接板仪器盒仪器盒2023/2/527步进电机步进电机2023/2/528液晶字符显示屏液晶字符显示屏液晶图形点阵显示屏液晶图形点阵显示屏2023/2/529拨动开关拨动开关2023/2/530红外遥控用红外遥控用发射接受一体管发射接受一体管继电器继电器2023/2/5312023/2/532各类接插件各类接插件2023/2/533遥控组件遥控组件超声波发射接受头超声波发射接受头2023/2/534双路遥控组件双路遥控组件2023/2/535长距离遥控器长距离遥控器30004000M2
25、023/2/53688二极管点阵二极管点阵八段数码管八段数码管2023/2/537B电气电气05-吴欣吴欣-单片机控制的单片机控制的GPS定位信息显示器系统定位信息显示器系统 2023/2/538B电气电气06-张新文张新文-单片机控制的超声波测距器单片机控制的超声波测距器2023/2/539BMZ电气电气061-邵邵轩轩-单片机控制的交通灯系统单片机控制的交通灯系统2023/2/540BMZ电气电气061-于祥键于祥键-单片机控制的步进电机系统单片机控制的步进电机系统2023/2/541B电气电气07-单片机课程设计作品单片机课程设计作品2023/2/542更多精彩图片请看：更多精彩图片请看
26、：盐城工学院电气与新能源综合实验教学中心网站盐城工学院电气与新能源综合实验教学中心网站http:/ 微型计算机硬件微型计算机硬件 微型计算机软件微型计算机软件2023/2/5441.2微型计算机系统组成微型计算机系统组成1.2.1计算机的基本结构计算机的基本结构计算机的基本结构计算机的基本结构运算器：运算器：是计算机处理信息的主要部件。是计算机处理信息的主要部件。控制器：控制器：产生一系列控制命令，控制计产生一系列控制命令，控制计 算机各部件自动地、协调一致地工作。算机各部件自动地、协调一致地工作。存储器：存储器：是存放程序与数据的部件。是存放程序与数据的部件。输入设备：输入设备：用来输入用来
27、输入程序与数据程序与数据，常用的，常用的输入设备有键盘、鼠标、光电输入机等。输入设备有键盘、鼠标、光电输入机等。输出设备：输出设备：将计算机的处理结果用数字、将计算机的处理结果用数字、图形等形式表示出来。常用的输出设备图形等形式表示出来。常用的输出设备有显示终端、数码管、打印机、绘图仪有显示终端、数码管、打印机、绘图仪等。等。2023/2/5451.2微型计算机系统组成微型计算机系统组成1.2.1计算机的基本结构计算机的基本结构计算机的基本结构计算机的基本结构中中央央处处理理单单元元CPU：运运算算器器、控控制制 器器 合合 称称 为为 中中 央央 处处 理理 单单 元元CPU(Central
28、ProcessingUnit)。主机：主机：通常把运算器、控制器、存通常把运算器、控制器、存储器这三部分称为计算机主机。储器这三部分称为计算机主机。外设：外设：输入、输出设备称为计算机输入、输出设备称为计算机的外围设备的外围设备(简称简称“外没外没”)。2023/2/5461.2.2微型计算机的结构微型计算机的结构随着大规模集成电路技术的发展，已经将运算器、随着大规模集成电路技术的发展，已经将运算器、控制器集成在一块硅片上，成为独立的器件，该芯片控制器集成在一块硅片上，成为独立的器件，该芯片称为称为微处理器或微处理机微处理器或微处理机(Micro-processor)。存储器存储器(Memor
29、y)也已经成为一块独立的芯片。也已经成为一块独立的芯片。微处理器芯片、存储器芯片与输入输出接口微处理器芯片、存储器芯片与输入输出接口(Input/Output，简称，简称IO接口接口)电路芯片电路芯片构成了微型构成了微型计算机计算机(Micro-computer)，芯片之间用总线，芯片之间用总线(Bus)连接。连接。微型计算机结构微型计算机结构2023/2/5471.微处理器微处理器微处理器是微型计算机的核心，它通常包括微处理器是微型计算机的核心，它通常包括3个部分：个部分：(1)算术逻辑部件算术逻辑部件(ArithmeticLogicUnit，简称，简称ALU)：对传送到微处理器的数据进行算
30、术运算或逻辑运算，：对传送到微处理器的数据进行算术运算或逻辑运算，如执行加法、减法运算，逻辑与、逻辑或运算等。如执行加法、减法运算，逻辑与、逻辑或运算等。(2)工作寄存器组。工作寄存器组。CPU中有多个工作寄存器，用来存放操作数及运算的中有多个工作寄存器，用来存放操作数及运算的中间结果等。中间结果等。(3)控制部件：控制部件：包括包括时钟电路时钟电路和和控制电路控制电路。时钟电路产。时钟电路产生时钟脉冲，用于计算机各部分电路的同步定时。控生时钟脉冲，用于计算机各部分电路的同步定时。控制电路产生完成各种操作所需的控制信号。制电路产生完成各种操作所需的控制信号。2023/2/5482.存储器存储器
31、介绍存储器有关概念之前，先介绍微型计算机中的几个介绍存储器有关概念之前，先介绍微型计算机中的几个常用术语：常用术语：(1)位（位（bit）是计算机所能表示的最小的数据单位，即是计算机所能表示的最小的数据单位，即1位二进制数位二进制数。它有两种状态：。它有两种状态：0和和1。(2)字节（字节（Byte）一个连续的一个连续的8位二进制数称为一个字节，位二进制数称为一个字节，即即1Byte8bit。(3)字（字（Word）通常把通常把16位二进制数称为一个字，位二进制数称为一个字，32位二位二进制数称为一个双字。进制数称为一个双字。(4)字长字长CPU一次能够处理二进制信息的位数称为字长，一次能够处
32、理二进制信息的位数称为字长，通常也指通常也指CPU与输入与输入/输出设备或内存储器之间一次传输出设备或内存储器之间一次传送二进制数据的位数。送二进制数据的位数。2023/2/549计算机的计算机的字长字长与与处理能力处理能力和和计算精度计算精度有关。有关。(1)字长越长，计算精度越高，处理能力越强，但计算机字长越长，计算精度越高，处理能力越强，但计算机的结构也变得更复杂。的结构也变得更复杂。(2)CPU的字长有的字长有1位、位、4位、位、8位、位、16位、位、32位和位和64位，位，对应的计算机就是对应的计算机就是1位机、位机、4位机、位机、8位机、位机、16位机、位机、32位机和位机和64位
33、机。位机。本书所介绍的本书所介绍的80C51系列单片机就是系列单片机就是8位机，这意味着位机，这意味着如果要处理如果要处理16位数据的话就应分两次处理。位数据的话就应分两次处理。2023/2/5502.存储器存储器存储器由许多存储单元组成，在存储器由许多存储单元组成，在8位字长的微机中，位字长的微机中，每个存储单元存放每个存储单元存放8位二进制代码，即存放一个字位二进制代码，即存放一个字节节(Byte)。2023/2/551存储器的一个重要指标是存储器的一个重要指标是容量容量。假如存储器有假如存储器有256个单元，每个单元存放个单元，每个单元存放8位二进制数位二进制数那么该存储器容量为那么该存
34、储器容量为256字节，或字节，或2568位。位。存储容量存储容量单位单位：“KB”、“MB”、“GB”1KB1024B210B，1MB1024KB220B，1GB1024MB230B。2023/2/552存储器的存储器的读写读写操作：操作：(1)计算机工作时，将计算机工作时，将数据数据存入存储器的过程称为存入存储器的过程称为“写写”操作操作。(2)CPU从存储器中取数据的过程为从存储器中取数据的过程为“读读”操作。操作。(3)写入存储单元的数据取代了原有的数据，而且在下一写入存储单元的数据取代了原有的数据，而且在下一个新的数据写入之前一直保留着，即存储器具有个新的数据写入之前一直保留着，即存储
35、器具有记忆记忆数据数据的功能。的功能。(4)在执行读操作后，存储单元中原有的内容不变，即存在执行读操作后，存储单元中原有的内容不变，即存储器的读出储器的读出是非破坏性是非破坏性的。的。2023/2/553存储单元的存储单元的地址和容量的关系：地址和容量的关系：(1)为了便于读、写操作，要对存储器所有单元按顺序编为了便于读、写操作，要对存储器所有单元按顺序编号，这种号，这种编号就是存储单元的地址编号就是存储单元的地址。(2)地址的二进制位数地址的二进制位数N与存储容量与存储容量Q之间的关系是：之间的关系是：Q2N。2023/2/5543.输入输入/输出接口电路输出接口电路(1)I/O接口是沟通接
36、口是沟通CPU与外与外围围设备的不可缺少的重要部设备的不可缺少的重要部件。件。(2)外部设备种类繁多，其运行速度、数据形式、电平等外部设备种类繁多，其运行速度、数据形式、电平等各不相同，常常与各不相同，常常与CPU不一致，所以要用不一致，所以要用I/O接口作桥接口作桥梁，起到梁，起到信息转换与协调信息转换与协调的作用。的作用。2023/2/5554.总线总线总线总线（Bus）是在微型计算机各芯片之间或芯片内部各部是在微型计算机各芯片之间或芯片内部各部件之间传输信息的一组公共通信线件之间传输信息的一组公共通信线。各芯片之间的一组各芯片之间的一组8位总线位总线2023/2/556根据传递信息种类，
37、总线分为根据传递信息种类，总线分为地址总线地址总线、数据总线数据总线和和控控制总线制总线。(1)地址总线地址总线AB（AddressBus）是是CPU用于给存储器或输入用于给存储器或输入/输出接口发送地址信息的单向通信总线，以选择相应的存储输出接口发送地址信息的单向通信总线，以选择相应的存储单元或寄存器。地址总线的宽度（根数）决定了单元或寄存器。地址总线的宽度（根数）决定了CPU的寻址的寻址范围（即范围（即CPU所能访问的存储单元的个数）。所能访问的存储单元的个数）。(2)数据总线数据总线DB（DataBus）是用于实现是用于实现CPU、存储器及、存储器及I/O接口接口之间数据信息交换的双向通
38、信总线。之间数据信息交换的双向通信总线。(3)控制总线控制总线CB（ControlBus）是传输各种控制信号的单向是传输各种控制信号的单向总线，其中有的用于传送从总线，其中有的用于传送从CPU发出的信息；有的是其它部发出的信息；有的是其它部件发给件发给CPU的信息。的信息。2023/2/5571.2.3微型计算机系统微型计算机系统微型计算机系统框图微型计算机系统框图2023/2/5581.2.4微型计算机软件微型计算机软件1.软件定义软件定义硬件：硬件：是在执行任务过程中相对固定的一种物质体现。是在执行任务过程中相对固定的一种物质体现。软软件件：则则是是在在执执行行任任务务过过程程中中比比较较
39、灵灵活活的的信信息息的的体体现现，即指使用和管理计算机的各种程序即指使用和管理计算机的各种程序(Program)。2.指令指令指令：指令：控制计算机进行各种操作的命令称为指令。控制计算机进行各种操作的命令称为指令。操作码：表示该指令执行何种操作。操作码：表示该指令执行何种操作。操作数：表示参加运算的数据或操作数：表示参加运算的数据或数据所在的地址数据所在的地址3.程序程序 程序：程序：一系列指令的有序集合称为程序。一系列指令的有序集合称为程序。程序设计：程序设计：编制程序的过程称为程序设计。编制程序的过程称为程序设计。2023/2/5594.机器语言、汇编语言和高级语言机器语言、汇编语言和高级
40、语言(1)汇汇编编语语言言：用用助助记记符符(通通常常是是指指令令功功能能的的英英文文缩缩写写)表表示示操操作作码码、用用字字符符(字字母母、数数字字、符符号号)表表示示操操作作数数的的指指令令称称为为汇汇编指令。用汇编指令编制的程序称为汇编语言程序。编指令。用汇编指令编制的程序称为汇编语言程序。特特点点：这这种种程程序序占占用用存存储储器器单单元元少少，执执行行速速度度较较快快，能能够够准准确掌握执行时间，可实现精细控制，因此特别适用于实时控制。确掌握执行时间，可实现精细控制，因此特别适用于实时控制。然而汇编语言是然而汇编语言是面向机器面向机器的语言，各种计算机的汇编语的语言，各种计算机的汇
41、编语言是不同的，必须对所用机器的结构、原理和指令系统比较清言是不同的，必须对所用机器的结构、原理和指令系统比较清楚，才能编写出它的各种汇编语言程序，而且不能通用于其他楚，才能编写出它的各种汇编语言程序，而且不能通用于其他机器，这是汇编语言的不足之处。机器，这是汇编语言的不足之处。2023/2/560(2)高高级级语语言言：为为使使用用户户编编程程容容易易，程程序序中中所所用用的的语语句句与与实实际际更更接接近近，而而且且使使用用户户不不必必了了解解具具体体的的机机器器，就就能能编编程程，使使编编出的程序通用性更强，于是产生了高级语言。出的程序通用性更强，于是产生了高级语言。常用的高级语言有常用
42、的高级语言有BASIC、FORTRAN、C等。等。特特点点：高高级级语语言言是是面面向向过过程程的的语语言言，用用高高级级语语言言编编写写程程序序时时主主要要着着眼眼于于算算法法，而而不不必必了了解解计计算算机机的的硬硬件件结结构构和和指指令令系系统统，因因此此易易学学易易用用。高高级级语语言言是是独独立立于于机机器器的的，一一般般地地说说，同同一一个程序可在任何种类的机器中使用。个程序可在任何种类的机器中使用。应用：应用：高级语言适用于科学计算、数据处理等方面高级语言适用于科学计算、数据处理等方面。2023/2/561(3)机机器器语语言言：二二进进制制代代码码形形式式的的程程序序就就是是机
43、机器器语语言言程程序序。二二进进制制代代码码形形式式的的指指令令又又称称机机器器指指令令或或机机器器码码。汇汇编编指指令令与与机器指令具有一一对应的关系，机器指令具有一一对应的关系，特点：特点：计算机最终执行的都是机器语言程序。计算机最终执行的都是机器语言程序。机机器器语语言言只只有有0和和1两两个个符符号号，用用它它来来直直接接编编写写程程序序十十分分困困难难。因因此此，往往往往先先用用汇汇编编语语言言或或高高级级语语言言编编写写程程序序，然然后后再再转换成目标程序。转换成目标程序。2023/2/562(4)几个概念：几个概念：源程序：源程序：汇编语言程序与高级语言程序统称为源程序汇编语言程
44、序与高级语言程序统称为源程序目标程序：目标程序：机器语言程序又称为目标程序。机器语言程序又称为目标程序。汇编：汇编：将汇编语言程序翻译成目标程序的过程称为汇编。将汇编语言程序翻译成目标程序的过程称为汇编。手手工工汇汇编编：由由编编程程人人员员对对照照指指令令表表，一一条条一一条条查查找找、翻翻译译的的方法称为手工汇编。方法称为手工汇编。机机器器汇汇编编：由由计计算算机机自自动动完完成成汇汇编编语语言言转转换换为为机机器器语语言言的的称称为机器汇编。为机器汇编。汇编程序：汇编程序：机器汇编时用到的软件称为汇编程序。机器汇编时用到的软件称为汇编程序。编编译译程程序序：高高级级语语言言转转换换成成机
45、机器器语语言言的的工工作作只只能能由由计计算算机机完完成，转换时所用的软件为编译程序。成，转换时所用的软件为编译程序。2023/2/5635、程序分类、程序分类计算机软件示意图计算机软件示意图2023/2/5641.3微型计算机的微型计算机的运算运算基础知识基础知识在数字电子计算机中，无论是大型计算机还是单片在数字电子计算机中，无论是大型计算机还是单片微型计算机，都是将所有的信息作为数值进行处理微型计算机，都是将所有的信息作为数值进行处理的，包括数字的，包括数字(如如7、-8、4)，英文字符，英文字符(如如A、B、k、m)，各种符号，各种符号(如如+、-、%、)。2023/2/565一个数值，
46、可以用不同进制的数表示。一个数值，可以用不同进制的数表示。1.十进制十进制日常习惯使用日常习惯使用2.二进制二进制数字计算机最终均是用二进制数实现的数字计算机最终均是用二进制数实现的3.十六进制十六进制和二进制转换很方便和二进制转换很方便4.八进制、十二进制、六十进制等八进制、十二进制、六十进制等 1.3.1数制的概念数制的概念2023/2/566为了表示不同的数制，可以在数的后面放一个英文字母为了表示不同的数制，可以在数的后面放一个英文字母作为标识符。作为标识符。1.二进制数用二进制数用B(Binary)2.十六进制数用十六进制数用H(Hexdecimal)3.十进制数用十进制数用D(Dec
47、imal)，D可以省略不用，即不带标识符可以省略不用，即不带标识符的数是十进制数。的数是十进制数。也也可以在数的右下方加一个小数字说明，例：可以在数的右下方加一个小数字说明，例：(1011011)2，(896)10，(896)16。如何区分不同进位计数制的数字如何区分不同进位计数制的数字数制的基：数制的基：计数制中所具有的数码的个数。计数制中所具有的数码的个数。数制的权：数制的权：计数制中每一位所具有的值。计数制中每一位所具有的值。2023/2/5671、十进制数、十进制数特点：特点：有十个不同的数字符号：有十个不同的数字符号：0、1、2、39。逢十进位，即各位的权是以十为底的幂。逢十进位，即
48、各位的权是以十为底的幂。一般表达式：一般表达式：1.3.2与计算机有关的数制与计算机有关的数制其中其中m、n为正整数，为正整数，i表示数字符号所在的位，表示数字符号所在的位，Di是第是第i位的位的数码，数码，10i表示第表示第i位的位权。位的位权。2023/2/568十进制数十进制数398.6可表示为：可表示为：398.6310291018100610-1 例：例：2023/2/5692.二进制数二进制数特点：特点：(1)有两个不同的数字符号：有两个不同的数字符号：0、1。(2)逢二进位，即各位的权是以逢二进位，即各位的权是以2为底的幂。为底的幂。一般表达式：一般表达式：其中其中m、n为正整数
49、，为正整数，i表示数字符号所在的位，表示数字符号所在的位，Bi是第是第i位的位的数码，数码，2i表示第表示第i位的位权。位的位权。2023/2/570二进制数二进制数111.1B可表示为：可表示为：111.1B122121120121例例2023/2/5713.十六进制数十六进制数特点：特点：(1)有十六个不同的数字符号：有十六个不同的数字符号：09、AF。(2)逢十六进位，即各位的权是以十六为底的幂。逢十六进位，即各位的权是以十六为底的幂。表达式：表达式：其中其中m、n为正整数，为正整数，i表示数字符号所在的位，表示数字符号所在的位，Hi是第是第i位的位的数码，数码，16i表示第表示第i位的
50、位权。位的位权。2023/2/572十六进制数十六进制数18AF.CBH可表示为：可表示为：18AF.CBH11638162A161F160C161B162 例：例：2023/2/573十、二、十六进制数之间的对应关系十、二、十六进制数之间的对应关系十进制数十进制数二进制数二进制数十六进制数十六进制数十进制数十进制数二进制数二进制数十六进制数十六进制数000000810008100011910019200102101010A300113111011B401004121100C501015131101D601106141110E701117151111F2023/2/5741.二进制、十六进制数