第1章 微机基础知识

1、第一章第一章 微机基础知识微机基础知识l学习目的及要求学习目的及要求熟悉微处理器、微型机和单片机的概念及组成；熟悉微处理器、微型机和单片机的概念及组成；掌握计算中常用数制及数制间的转换；掌握计算中常用数制及数制间的转换；熟悉计算机中常用的编码熟悉计算机中常用的编码BCDBCD码和码和ASCASC码及其特点；码及其特点；熟悉数据在计算机中的表示方法，即带符号数（原码、熟悉数据在计算机中的表示方法，即带符号数（原码、反码及补码）和无符号数。反码及补码）和无符号数。1.1 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)(Micropr

2、ocessor)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 UnitCentral Processing Unit）。微型计算机微型计算机（Microcomputer,Microcomputer,简称微机简称微机 MCMC）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) 如图如图1-11-1所示。所示。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/O

3、I/O）设备。）设备。图图1-1 微机的组成微机的组成 主板显卡显卡声卡声卡存储器接口存储器接口网卡网卡输入输出接口输入输出接口内存条内存条CPU单片机单片机（Single-Chip MicrocomputerSingle-Chip Microcomputer） 是将微处理器、一定容量是将微处理器、一定容量RAMRAM和和ROMROM以及以及I/OI/O口、口、定时器等电路集成在一块芯片上，构成单片微型计定时器等电路集成在一块芯片上，构成单片微型计算机。算机。 单单 硅硅 晶晶 片片 CPU存储器存储器控制电路控制电路定时器定时器时钟电路时钟电路I / O口口单片机外观单片机就是单片机就是一块

4、集成芯片一块集成芯片，但这块集成芯片具有一些特殊，但这块集成芯片具有一些特殊功能，而它的功能的实现就要靠我们使用者自己来编程完功能，而它的功能的实现就要靠我们使用者自己来编程完成。编程的目的就是控制成。编程的目的就是控制这块芯片的各个引脚在不同时间这块芯片的各个引脚在不同时间输出不同的电平（高电平或低电平），进而控制与单片机输出不同的电平（高电平或低电平），进而控制与单片机各个引脚相连接的外围电路的电气状态。各个引脚相连接的外围电路的电气状态。微型计算机系统微型计算机系统：微型计算机与外围设备、电：微型计算机与外围设备、电源、系统软件一起构成的系统，称为微型计算源、系统软件一起构成的系统，称为

5、微型计算机系统。机系统。单片机系统：单片机系统：在一块单片机芯片的基础上，扩在一块单片机芯片的基础上，扩展了显示、键盘以及其他外围芯片，实现一定展了显示、键盘以及其他外围芯片，实现一定功能的应用系统。功能的应用系统。恒温控制系统恒温控制系统恒温控制系统恒温控制系统图图1-2 一个计算机模型一个计算机模型一、一、 微微处处理理机机的的组组成成1 1、运算器、运算器1 1）、组成）、组成2 2）、作用作用3 3）、ALUALU的两个主要的输入来源的两个主要的输入来源4 4）、运算器的两个主要功能）、运算器的两个主要功能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ALUA

6、LU）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算术或逻辑运算。是把传送到微处理器的数据进行算术或逻辑运算。3 3）ALUALU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）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。2 2、控制器、控制器1 1）、控制器的组成）、控制器的组成2 2）、控制器的作用）、控制器的作用3

7、 3）、控制器的主要功能）、控制器的主要功能控制器的组成控制器的组成程序计数器程序计数器指令寄存器指令寄存器指令译码器指令译码器时序产生器时序产生器操作控制器操作控制器2 2）作用）作用它是发布命令的它是发布命令的“决策机构决策机构”，即协调和指挥整，即协调和指挥整个计算机系统的操作。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

8、。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。3 3、CPUCPU中的主要寄存器中的主要寄存器1 1）累加器（）累加器（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

9、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）数据（缓冲）寄存器（数据（缓冲）寄存器（DR）是通过数据总线）是通过数据总线（DBUS）向存储器（）向存储器（M）和输入）和输入/输出设备输出设备I/O送送（写）或取（读）数据的（写）或取（读）数据的暂存单元暂存单元。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。当执行一条指令时先把它从内存取到数据寄存器中，当执行一条指令时先把它从内存取

10、到数据寄存器中，然后再传送到指令寄存器中。然后再传送到指令寄存器中。4 4）指令译码器（）指令译码器（IDID）当执行任何给定的指令，必须对操作码进行译码，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。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。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，即可向操作码一经译码后，即可向控制器控制器发出具体操作的特定发出具体操作的特定信号。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。在程序开始执行前，必须将其起始地址，即程序的第一在

11、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条指令所在的内存单元地址送到PCPC。当执行指令时，当执行指令时，CPUCPU将自动修改将自动修改PCPC的内容，使之总是保的内容，使之总是保存将要执行的下一条指令的地址。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）地址寄存器用来保存当前地址寄存器用来保存当前CPUCPU所要访问的内存单元所要访问的内存单元或或I/OI/O设备的地址。设备的地址。因为内存（因

12、为内存（I/OI/O设备）和设备）和CPUCPU之间存在着速度上的差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，直别，所以必须使用地址寄存器来保存地址信息，直到内存（到内存（I/OI/O设备）设备）读读/ /写写操作完成为止。操作完成为止。二、二、 存储器和输入输出接口存储器和输入输出接口1 1、存储器、存储器图图1-4 随机存取存储器随机存取存储器2 2、I/OI/O接口及外设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每个外设与微处理器的连接必须经过接口适配器（I/OI/O接口）。接口）。每个每个I/OI/O接口及其对应的外设都有一个固定的地址，接口及其对应的外设

13、都有一个固定的地址，在在CPUCPU的控制下实现对外设的输入（读）和输出的控制下实现对外设的输入（读）和输出（写）操作。（写）操作。 1.4 89C51单片机单片机 一、单片机的发展概况一、单片机的发展概况目前，应用广泛的主流机型是目前，应用广泛的主流机型是80C5180C51系列系列8 8位位单片机。单片机。 第一阶段：单片机探索阶段。第一阶段：单片机探索阶段。自自1975年美国德克萨斯仪器公司首次推出年美国德克萨斯仪器公司首次推出4位单片机位单片机TMS-1000后，各个计算后，各个计算机生产公司竞相推出机生产公司竞相推出4位单片机。日本电气公司位单片机。日本电气公司(NEC)的的PD75

14、XX系列系列第二阶段：单片机完善阶段。第二阶段：单片机完善阶段。 1976年年9月，美国月，美国Intel公司首先推出了公司首先推出了MCS-48系列系列8位单片机以后，单片机位单片机以后，单片机发展进入了一个新的阶段，发展进入了一个新的阶段，8位单片机纷纷应运而生位单片机纷纷应运而生第三阶段：第三阶段：8 8位机和位机和1616位机争艳阶段，也是位机争艳阶段，也是 单片机向微控制器发展的阶段。单片机向微控制器发展的阶段。 第四阶段：微控制器全面发展阶段。第四阶段：微控制器全面发展阶段。近年来，各个计算机生产厂家已进入更高性能的近年来，各个计算机生产厂家已进入更高性能的32位单片机研制、生产阶

15、段。位单片机研制、生产阶段。 二、二、80C5180C51优点：优点：性能价格比高；性能价格比高；开发装置多；开发装置多；国内技术人员熟悉；国内技术人员熟悉；芯片功能够用适用；芯片功能够用适用；有众多芯片制造厂商加盟，可广泛选择。有众多芯片制造厂商加盟，可广泛选择。 有优异的性能价格比。有优异的性能价格比。 集成度高，体积小，可靠性好。集成度高，体积小，可靠性好。 控制能力强。控制能力强。 低功耗低功耗, ,低电压低电压, ,便于生产便携式产品。便于生产便携式产品。 易扩展。易扩展。 三、单片机特点三、单片机特点四、单片机的应用四、单片机的应用 智能化家用电器。智能化家用电器。 办公自动化设备

16、。办公自动化设备。 商业营销设备。商业营销设备。 工业自动化控制。工业自动化控制。 智能化通信产品。智能化通信产品。 智能化仪表。智能化仪表。 汽车电子产品。汽车电子产品。 航空航天系统和国防军事、尖端武器等。航空航天系统和国防军事、尖端武器等。 五、五、 89C51单片机单片机 51系列单片机有多种型号的产品，如普通型（系列单片机有多种型号的产品，如普通型（51子系列）子系列）80C51、80C31、87C51和和89C51等，增强型等，增强型（52子系列）子系列）80C32、80C52、87C52和和89C52等。它等。它们的结构基本相同，其主要差别反映在存储器的配置上。们的结构基本相同，其主要差别反映在存储器的配置上。 80C31片内没有程序存储器，片内没有程序存储器， 80C51内部设有内部设有4 KB的掩膜的掩膜ROM程序存储器。程序存储器。 87C51是将是将80C51片内的片内的ROM换成换成EPROM， 89C51则换成则换成4 KB的闪速的闪速E2PROM。 51增强型的程序存储器容量为普通型的增强型的程序存储器容量为普通型的2倍。倍。通常以通常以8C51代表这一系列的单片机，代表这一系列的单片机，其中其中=0掩膜掩膜ROM = 7EPROM