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第1章 单片微型计算机基础 本章定位 进门知识 11 微型计算机基础 111 微型计算机基本结构 112 微型计算机系统的主要指标 113 微型计算机的运算基础 12 单片微型计算机 121 单片机的特点 122 单片机的发展历史 123 单片机的发展趋势 124 单片机的应用领域 125 MCS-51单片机 第1章 单片微型计算机基础 11 微型计算机基础 111 微型计算机基本结构 微型计算机，硬件系统由CPU（中央处理单元 ）、存储器和输入输出设备组成。其中核心 部件是CPU。CPU通过总线连接内存储器构成 微型计算机的主机。主机通过接口电路配上 输入/输出设备就构在了微机系统的基本硬件 结构。 微型计算机系统通常由多块印刷电路板制成 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CPU 112 微型计算机系统的主要指标 有六项 1 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。字长越长，数据处理的速度越快。然而， 字长越长，计算机的硬件代价相应也增大。 目前微型计算机的字长以32位为主，小型机、网 络服务器和大中型机以64位为主。 复习：位 bit -字节Byte 8 2 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。容量大，能存入的字数就多，能直接接纳 和存储的程序就长，计算机的解题能力和规模就 大。 复习： kB MB GB TB 112 微型计算机系统的主要指标 有六项 3 指令执行时间 执行一条指令所需要的平均时间。反映快慢。 4 系统总线 是连接计算机系统各功能部件的公共数据通道。 反映整体性能 5 外部设备配置 输入、输出及存储设备等。影响整体性能。 6 系统软件配置 是计算机硬件性能得以充分发挥的重要因素 113 微型计算机的运算基础 微机原理 1 计算机中的数制. 数制（即计数制，亦称记数制）是计数的规则。 十进制是人们日常生活中最熟悉的进位计数制。 二进制是在计算机系统中采用的进位计数制。 位号76543210 字节 单单字节节表示范围围：0255 双字节节表示范围围：065535 位号 1514131211109876543210 字 十六进制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0，1，9和A，B，F（或a，b，f） 这16个符号来描述 。 八进制 复习：书写时数字后边的标识是什么？ 自然数十进进制二进进制十六进进制 自然数十进进制二进进制十六进进制 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 8H十七171 0001B 11H 部分自然数的3种进制表 示 阅读作业：P3-P4 + 微机原理 定点数表示 浮点数表示 2 计算机中的码制 微机原理 复习 1）机器数及其真值 带符号的正数 +100 0101B（+45H），可以表示成 0100 0101B；（45H ） 带符号的负数 - 101 0101B（- 55H），可以表示成 1101 0101B。（ D5H） 数在计算机内的表示形式称为机器数。而这 个数本身称为该机器数的真值。 如，上述的“45H”和“D5H”为2个机器数 ，它们的真值分别为“+45H”和“-55H”。 2）原码和反码 对于带符号二进制数（字节、字或双字），直接用最高 位表示数的符号，数值用其绝对值表示的形式称为原码 。 正数的反码与其原码相同；负数的反码符号位为1，数 值位为其原码数值位逐位取反。如： 带符号正数 +100 0101B， 原码为 0100 0101B，反码为0100 0101B；（45H） 带符号负数 - 101 0101B， 原码为 1101 0101B，反码为1010 1010B。（AAH） 二进制数采用原码和反码表示时，符号位不能同数值 一道参加运算。 3） 补码 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1。 如： 带符号正数 +100 0101B，反码为 0100 0101B，补码为0100 0101B；（45H ） 带符号负数 - 101 0101B，反码为1010 1010B，补码为1010 1011B。（ABH ） 已知一个负数的补码求其真值的方法是：对该补码求补 （符号位不变，数值位取反加1）即得到该负数的原码（符号 位+数值位），依该原码可知其真值。 补码的优点是可以将减法运算转换为加法运算，同时数 值连同符号位可以一起参加运算。如： 45H-55H= -10H，用补码运算时可以表示为：45H补+-55H补= - 10H补 结果1111 0000B为补码； 求补得到原码为：1001 0000B； 真值为 -001 0000B（即 -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 几个典型的带符号数据的8位编码 表 采用补码时，“0”只有一种表示方式，单字 节表示的范围是：+127 -128。 真 值值原 码码反 码码补补 码码 +1270111 1111B0111 1111B0111 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） 4）编码 计算机中数以及数以外的其它信息（如字符或字符串 ）要用二进制代码来表示。这些二进制代码称为二进制编码 。 1字符的二进制编码-ASCII码 常用字符的ASCII 码 字符ASCII码码字符ASCII码码字符ASCII码码字符ASCII码码 030HA41Ha61HSP(空格)20H 131HB42Hb62HCR(回车车)0DH 232HC43Hc63HLF(换换行)0AH BEL(响铃铃)07H 939HZ5AHz7AHBS(退格)08H 2二进制编码的十进制数-BCD码 用二进制码表示十进制数的代码称为BCD码 。 十进进制数BCD码码十进进制数BCD码码 00000B50101B 10001B60110B 20010B70111B 30011B81000B 40100B91001B 8421BCD码表 用1个字节表示2位十进制数的代码，称为压缩的BCD 码。 二进制码在1010B1111B范围时，属于非法码。 1.2 单片微型计算机 什么是单片机 在半导体硅片上集成了微处理器(CPU)，存储器(RAM、 ROM、EPROM)和各种输入、输出接口。 具有一台计算机的属性。也称为： 微控制器 MCU(MicroController Unit) 嵌入式控制器 EMCU（Embedded croController Unit）。 我国，习惯使用“单片机”这一名称。 按用途可分为通用型和专用型两大类： （1）通用型 可开发的内部资源：RAM、ROM、I/O等功能部件，全部提供 给用户。用户根据需要，设计一个以通用单片机芯片为核 心的测控系统。 （2）专用型 专门针对某些产品的特定用途而制作的单片机，针对性强且 数量巨大。 对系统结构的最简化、可靠性和成本的最佳化等方面都作了 全面的考虑。 “专用”单片机具有十分明显的综合优势。 1.2.1 单片机的特点 （1）较高的性价比 （2）集成度高，体积小，可靠性好。 （3）控制功能强。 （4）低电压，低功耗，便于便携产品。 （5）开发周期短、易于产品化。 1.2.2 单片机的发展历史 四个阶段: 萌芽1971年 INTEL公司 第一阶段(1974年1976年)：单片机初级阶段。双片 的形式，且功能比较简单。 第二阶段（1976年1978年）：低性能单片机阶段。 以Intel 公司制造的MCS-48单片机为代表。 第三阶段(1978年现在)：高性能单片机阶段。 Intel公司的MCS-51系列、Mortorola公司的6801系列 等。 第四阶段(1982年现在)：8位单片机巩固发展及16 位单片机、32位单片机推出阶段。 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！ 8位单片机的主要生产厂家和机型 （1）美国Intel公司 MCS-51系列及其增强型、扩展型 系列。 （2）美国ATMEL公司89C51、89C52、89C55、89S52等。 （3）荷兰PHILIPS（菲力浦）公司 8xC552系列 。 此外：AVR、PIC、MICROCHIP等单片机 广泛应用 MCS-51系列单片机在我国得到了广泛的应用，主流 系列,软、硬件设计资料丰富齐全。 更多见P8 1.2.3 单片机的发展趋势 了解 见P8 （1）CMOS化 （2）低电压低功耗 （3）大容量化 （4）高速化 （5）低噪声和高可靠性 （6）小容量，低价格 （7）集成多种外设 1.2.4 单片机的应用 充电站：使用温度： 民品：0 +70C 工业品：-40 +85C 汽车：-40 +105C 军品： -55 +125C 在下述的各个领域广泛的应用： （1）智能仪器仪表 （2）实时控制 （3）多机分布式系统 （4）机电一体化 （5）军工武器装备 （6）家用电器，消费电子 1.6 MCS-51系列单片机 20世纪80年代后期:Intel公司以专利或技术交换的 形 式把8051内核技术转让给厂家。 如：AMTEL、PHILIPS、ANALOG DEVICES、DALLAS公 司。 这些厂家生产的兼容单片机，与8051的系统结构（ 主要是指令系统）相同，采用CMOS工艺。 80C51系列：所有具有8051指令系统的单片机，不应 直接称为MCS-51系列单片机，MCS只是Intel公司 专用的单片机系列符号。 MCS-51系列单片机及其兼容产品通常分成以下3类： MCS-51系列单片机有三个基本产品，它们是8031、 8751、8051。三个增强产品，它们是8032、8752 、8052。 1.8031（3