第一章 微机基础知识

1、第第1 1章章 微机基础知识微机基础知识第1页 共28页第第1 1章章 微机基础知识微机基础知识第2页 共28页单片机的功能：单片机的功能：1、数据采集与处理；、数据采集与处理；2、实时控制。、实时控制。第第1 1章章 微机基础知识微机基础知识第3页 共28页单片机的特点单片机的特点p结构简单，体积小，性价比高，功能齐全，功耗结构简单，体积小，性价比高，功能齐全，功耗小，可靠性高，应用范围广。小，可靠性高，应用范围广。第第1 1章章 微机基础知识微机基础知识第4页 共28页 u 军事技术军事技术 通常在这些电子系统的集中显示系统、动通常在这些电子系统的集中显示系统、动力监测控制系统、自动驾驭系

2、统、通讯系统以力监测控制系统、自动驾驭系统、通讯系统以及运行监视器（黑匣子）都会用到单片机技术。及运行监视器（黑匣子）都会用到单片机技术。单片机应用领域单片机应用领域第第1 1章章 微机基础知识微机基础知识第5页 共28页u人工智能人工智能 工业机器人的控制系统由中央控制器、感觉系工业机器人的控制系统由中央控制器、感觉系统、行走系统、擒拿系统等节点构成的单机或多机统、行走系统、擒拿系统等节点构成的单机或多机网络系统。而其中的每一个小系统（如数据采集、网络系统。而其中的每一个小系统（如数据采集、远程监控系统）都是由单片机进行控制的。远程监控系统）都是由单片机进行控制的。第第1 1章章 微机基础知

3、识微机基础知识第6页 共28页u工业控制工业控制 单片机的应用为传统的仪器仪表行业的产品单片机的应用为传统的仪器仪表行业的产品“更新更新换代换代”提供了非常理想的条件。目前各种变送器、电提供了非常理想的条件。目前各种变送器、电器测量仪表普遍采用单片机系统代替原来的测量系统，器测量仪表普遍采用单片机系统代替原来的测量系统，使测量系统的各种功能如存储、数据处理、查找、判使测量系统的各种功能如存储、数据处理、查找、判断、联网和语音等功能得以实现断、联网和语音等功能得以实现第第1 1章章 微机基础知识微机基础知识第7页 共28页u消费类电子产品消费类电子产品第第1 1章章 微机基础知识微机基础知识第8

4、页 共28页单片机的应用领域单片机的应用领域p智能仪器仪表：智能仪器仪表：如各种智能电气测量仪表、智能如各种智能电气测量仪表、智能传感器等，如数字示波器，数字万用表传感器等，如数字示波器，数字万用表p机电一体化：机电一体化：如机器人、数控机床、自动包装机、如机器人、数控机床、自动包装机、点钞机、医疗设备、打印机、传真机、复印机等点钞机、医疗设备、打印机、传真机、复印机等p实时过程控制：实时过程控制：如电机转速控制、温度控制、自如电机转速控制、温度控制、自动生产线动生产线p日常生活：日常生活：如空调器、电冰箱、洗衣机、电饭煲、如空调器、电冰箱、洗衣机、电饭煲、高档洗浴设备、高档玩具等高档洗浴设备

5、、高档玩具等p其它方面：其它方面：汽车、火车、飞机、航天器等均有单汽车、火车、飞机、航天器等均有单片机的广泛应用。如汽车自动驾驶系统、航天测控片机的广泛应用。如汽车自动驾驶系统、航天测控系统、黑匣子等。系统、黑匣子等。第第1 1章章 微机基础知识微机基础知识第9页 共28页目 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

6、及通信技术串行口及通信技术第第1 1章章 微机基础知识微机基础知识第10页 共28页1.11.1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。）设备。1 1、微处理器、微处理器(Microprocessor):(Microprocessor):是小型计算机或微型计算是小型计算机或微型计算机的控制和处理部分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 Central Processing

7、 UnitProcessing Unit）2、微型计算机（、微型计算机（Microcomputer）:是具有完整是具有完整运算及控制功能的计算机运算及控制功能的计算机第第1 1章章 微机基础知识微机基础知识第11页 共28页3 3、单片机（、单片机（Single-Chip MicrocomputerSingle-Chip Microcomputer）: :是将是将微处理器、一定容量微处理器、一定容量RAMRAM和和ROMROM以及以及I/OI/O口、定时器口、定时器等电路集成在一块芯片上，构成单片微型计算机。等电路集成在一块芯片上，构成单片微型计算机。也称为也称为嵌入式系统嵌入式系统。嵌入式系

8、统的定义：嵌入式系统的定义：嵌入嵌入到对象体系中的到对象体系中的专用计算专用计算机系统。机系统。单片机把微型计算机的各主要部分集成在一块芯单片机把微型计算机的各主要部分集成在一块芯片上片上,大大缩短了系统内信号传送距离，从而提高大大缩短了系统内信号传送距离，从而提高了系统的可靠性及运行速度。了系统的可靠性及运行速度。第第1 1章章 微机基础知识微机基础知识第12页 共28页单片机分类：单片机分类：通用型与专用型两类通用型与专用型两类通用型与专用型是按某一型号单片机适用范围区分通用型与专用型是按某一型号单片机适用范围区分的。的。p通用型单片机：通用型单片机：是一个基本的芯片，内部资源丰富，性能全

9、面是一个基本的芯片，内部资源丰富，性能全面且通用性强，覆盖多种需求。且通用性强，覆盖多种需求。例如，MCS51系列是通用型单片机，它并不是为某一种专门用途设计的单片机；第第1 1章章 微机基础知识微机基础知识第13页 共28页p专用型单片机：专用型单片机：针对某一类产品甚至某个产品需要而设计、生产的针对某一类产品甚至某个产品需要而设计、生产的单片机。设计时已经使设备最简，软硬件资源利用单片机。设计时已经使设备最简，软硬件资源利用最优，可靠性及经济成本最佳。最优，可靠性及经济成本最佳。例如，来电显示电话中配有液晶驱动器接口的单片机和全自动洗衣机中的微控制器，都是专用单片机；特别是小家电、玩具领域

10、的单片机，因为小封装、价格低廉一外围器件、外设接口集成度高，多数为专用单片机。第第1 1章章 微机基础知识微机基础知识第14页 共28页89C51单片机的外观单片机的外观DIP双列直插式双列直插式Dual In-line Package 第第1脚脚第第1 1章章 微机基础知识微机基础知识第15页 共28页PQFP 塑料方块平面封装塑料方块平面封装 Plastic Quad Flat Package 第第1 1章章 微机基础知识微机基础知识第16页 共28页PLCC塑封J引线芯片封装 Plastic Leaded Chip Carrier 第第1 1章章 微机基础知识微机基础知识第17页 共28

11、页1.1.11.1.1 微处理器微处理器( (机）的组成机）的组成（一）、运算器（一）、运算器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 寄存器寄存器第第1 1章章 微机基础知识微机基础知识第18页 共28页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是把传送到微处理器的数据进行运算或逻辑运算。算。ALUALU可对两个操作数进行加、减、与、或、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。比较大小等操作，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执行不同的运算操作是由不同控制线上的

12、信息所确定的。的信息所确定的。第第1 1章章 微机基础知识微机基础知识第19页 共28页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第第1 1章章 微机基础知识微机基础知识第20页 共28页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（二）、控制器（二）、控制器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，即协调和指挥整个计算机系统的操作。挥整个计算机系统的操作。第第1 1章章 微机基础知识微机基础知识第21页 共28页控制器的主要功能

13、：控制器的主要功能：a)从内存中取出一条指令，并指出下一条指令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。在内存中的位置。b)对指令进行译码或测试，并产生相应的操作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。控制信号，以便启动规定的动作。c)指挥并控制指挥并控制CPU、内存和输入、内存和输入/输出设备之间输出设备之间数据流动的方向。数据流动的方向。二、控制器二、控制器第第1 1章章 微机基础知识微机基础知识第22页 共28页（三）、（三）、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

14、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）第第1 1章章 微机基础知识微机基础知识第23页 共28页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。第第1 1章章 微机基础知识微机基础知识第24页

15、 共28页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（DRDR）是通过数据总线）是通过数据总线（DBUSDBUS）向存储器（）向存储器（M M）和输入）和输入/ /输出设备输出设备I/OI/O送（写）或取（读）数据的暂存单元。送（写）或取（读）数据的暂存单元。第第1 1章章 微机基础知识微机基础知识第25页 共28页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指令寄存器用来保存当前正在执行的一条指令条指令当执行一条指令时先把它从内存取到数据寄当执行一条指令时先把它从内存取到数据寄存器中，然后再传送到指令译码器中。存器中，

16、然后再传送到指令译码器中。第第1 1章章 微机基础知识微机基础知识第26页 共28页4 4、指令译码器（、指令译码器（IDID）指令分为操作码和地址码字段，由二进制数字指令分为操作码和地址码字段，由二进制数字组成。当执行任何给定的指令，必须对操作码组成。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。进行译码，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指令寄存器中操作码字段的输出就是指令译码器的输入。器的输入。操作码一经译码后，即可向控制器发出具体操操作码一经译码后，即可向控制器发出具体操作的特定信号。作的特定信号。第第1 1章章 微机基础知识微机基础知识

17、第27页 共28页5 5、程序计数器（、程序计数器（PCPC） p通常又称为指令地址计数器。通常又称为指令地址计数器。p在程序开始执行前，必须将其起始地址，即程序在程序开始执行前，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的第一条指令所在的内存单元地址送到PC。p当执行指令时，当执行指令时，CPU将自动修改将自动修改PC的内容，使的内容，使之总是保存将要执行的下一条指令的地址。之总是保存将要执行的下一条指令的地址。p由于大多数指令都是按顺序执行的，所以修改的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过程通常是简单的加1操作。操作。第第1 1章章 微机基础知识微

18、机基础知识第28页 共28页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所要访问的内存所要访问的内存单元或单元或I/OI/O设备的地址。设备的地址。因为内存（因为内存（I/OI/O设备）和设备）和CPUCPU之间存在着速度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上的差别，所以必须使用地址寄存器来保存地址信息，直到内存（地址信息，直到内存（I/OI/O设备）读设备）读/ /写操作写操作完成为止。完成为止。第第1 1章章 微机基础知识微机基础知识第29页 共28页一、存储器一、存储器地址总线、数据总线和若干控制线把存储器和微处地址

19、总线、数据总线和若干控制线把存储器和微处理器连接起来。理器连接起来。存储器从存储器从CPUCPU接收控制信号，以确定存储器执行读接收控制信号，以确定存储器执行读/ /写操作。写操作。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到存储器的数到存储器的数据信息。据信息。1.1.2 存储器和输入存储器和输入/输出接口输出接口第第1 1章章 微机基础知识微机基础知识第30页 共28页二、二、I/OI/O接口及外设接

20、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接口及其对应的外设都有一个固定的地址，在址，在CPUCPU的控制下实现对外设的输入（读）和的控制下实现对外设的输入（读）和输出（写）操作。输出（写）操作。第第1 1章章 微机基础知识微机基础知识第31页 共28页(1)二进制二进制(Binary，用，用B表示表示) 数码：数码：0、1，基数为，基数为2，进位规则：逢二进一，进位规则：逢二进一如：如：1001B=123+022+021+120 =9D,式中式中2n称称为各数

21、位的权为各数位的权(2)十进制十进制(Decimal，用，用D表示表示)数码数码(数字符号数字符号)：09，基数，基数(数码的个数数码的个数)为为10，进，进位规则：逢十进一位规则：逢十进一 如：如：1135.5D=1103+1102+3101+5100 +510-1 ,式中式中10n称为各数位的权称为各数位的权 1.2 1.2 常用数制和编码常用数制和编码第第1 1章章 微机基础知识微机基础知识第32页 共28页(3)十六进制十六进制(Hexadecimal，用，用H表示表示) 数码：数码：09，A,B,C,D,E,F，基数为，基数为16，进位规则：，进位规则：逢逢16进一，进一，如：如：1

22、C5H=1162+12161+5160 =453D ,式中式中16n称称为各数位的权为各数位的权 1.2 1.2 常用数制和编码常用数制和编码当最高位是AF中的任意一个时，应在前面加0，说明是数字而不是文字，如A7H应写为0A7H第第1 1章章 微机基础知识微机基础知识第33页 共28页总之，总之，N N进制数，进制数，N N个数码，基为个数码，基为N,N,逢逢N N进一进一R进制进制X=(an-1a1a0.a-1a-2 a-m)可以可以按权展按权展开为开为十进制数十进制数N ：120120111.nnnnnmimiimNaRaRaRaRaRaR如：如：11.01 B=121+120+02-1

23、+12-2 =3. 25D如：如：1F.8 H=1161+15160+816-1 =31. 5D第第1 1章章 微机基础知识微机基础知识第34页 共28页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将二、十六进制数按权展开相加即为相应的十进制数。进制数。如：如：1101 B=123+122+021+120 =13 D如：如：1F H=1161+15160 =31 D2)、十进制数转换成二、十六进制数、十进制数转换成二、十六进制数任意十进制数任意十进制数N转换成转换成R进制数，需将整数部分进制数，需将整数部分和小数部分分开，采用不同

24、方法分别进行转换，然和小数部分分开，采用不同方法分别进行转换，然后用小数点将这两部分连接起来。后用小数点将这两部分连接起来。二、不同进制之间相互转换二、不同进制之间相互转换第第1 1章章 微机基础知识微机基础知识第35页 共28页2)、十进制数转换成二、十六进制数、十进制数转换成二、十六进制数(1)(1)整数部分：整数部分：除基取余法除基取余法 将十进制数除基取余，商为将十进制数除基取余，商为0 0止，余数倒置止，余数倒置如如168D = 10101000B = 0A8H168D = 10101000B = 0A8H0第第1 1章章 微机基础知识微机基础知识第36页 共28页(2)(2)小数部

25、分：小数部分：乘基取整法乘基取整法 将十进制数乘基取整，积为将十进制数乘基取整，积为0 0 或或满足精度要求满足精度要求时止，整数顺排。时止，整数顺排。如如0.645D = 0.10100B 0.645D = 0.10100B = 0.A51EBH= 0.A51EBH 所以，168.645D = 10101000.10100B = 0A8.A51EBH第第1 1章章 微机基础知识微机基础知识第37页 共28页3)3)、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，用一位十六进制数代替四位二进制数。一位十六进

26、制数代替四位二进制数。如：如：1 0011 1100 B = 00011 0011 1100 B = 0001 00110011 11001100 B= B= 13C H13C H4)4)、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。一位十六进制数。如：如：0D4E H=11010D4E H=1101 01000100 11101110 B B第第1 1章章 微机基础知识微机基础知识第38页 共28页1.3 1.3 数据在计算机中的表示数据在计算机中的表示 1 1、机器数与真值、机器数与真

27、值 机器只认识二进制数：机器只认识二进制数：0 0、1 1。这是因为，电路。这是因为，电路状态常有两个，如通、断；高电平、低电平；可用状态常有两个，如通、断；高电平、低电平；可用0 0、1 1表示。表示。这种这种0 0、1 1、0 0、1 11 1在机器中的表现形式在机器中的表现形式( (也即也即以二进制形式表示的数以二进制形式表示的数) )称为称为机器数机器数。一般为。一般为8 8位。位。机器数代表的数值称为机器数代表的数值称为真值真值。第第1 1章章 微机基础知识微机基础知识第39页 共28页1.3 1.3 数据在计算机中的表示数据在计算机中的表示 1 1、机器数与真值、机器数与真值机器数

28、机器数无符号数：无符号数：00000000B 11111111B即即00H FFH带符号数：带符号数：+1010110B、-1101001真值真值 01010110、11101001机器数机器数对带符号数而言，有原码、反码、补码之分，对带符号数而言，有原码、反码、补码之分，计算机内所有有符号数都是计算机内所有有符号数都是以补码的形式以补码的形式存放存放。第第1 1章章 微机基础知识微机基础知识第40页 共28页1 1、原码、原码一个二进制数同时包含符号和数值两部分。它一个二进制数同时包含符号和数值两部分。它的最高位为符号位，其余位表示数值。符号位为的最高位为符号位，其余位表示数值。符号位为0

29、0时，时，表示正数，为表示正数，为1 1时，表示负数。时，表示负数。如：如：X1=+4DX1=+4D则：则：X1X1原原 =0000 0100 B=0000 0100 B如：如：X2=-4DX2=-4D则：则：X2X2原原 =1000 0100 B=1000 0100 B+0+0原原0000000000，-0-0原原1001000000第第1 1章章 微机基础知识微机基础知识第41页 共28页2 2、反码、反码a)、正数：正数：它的反码与原码相同。它的反码与原码相同。如：如：X1=+4D则：则：X1反反 = X1原原 =0000 0100 Bb)、负数负数：它的反码为它的原码除符号位：它的反码

30、为它的原码除符号位外，其余各位按位取反外，其余各位按位取反;也等于也等于2n+X-1如：如：X2=-4D 则：则： X2原原 =1000 0100 B，X2反反 =1111 1011 Bc)、零零：+0反反00000，-0反反11111第第1 1章章 微机基础知识微机基础知识第42页 共28页3 3、补码、补码由此可见由此可见, , 在以在以1212为模的系统中为模的系统中, , 加加8 8和减和减4 4的效果的效果是一样的是一样的, , 即即 -4=+8-4=+8（mod 12mod 12）以时钟为例以时钟为例, 设当前时钟指向设当前时钟指向11点点, 而准确时间为而准确时间为7点点,调整时

31、间的方法有两种调整时间的方法有两种, 一种是时钟倒一种是时钟倒拨拨4小时小时, 即即11-4=7;另一种是时钟正拨另一种是时钟正拨8小时小时, 即即11+8=12+7=7。第第1 1章章 微机基础知识微机基础知识第43页 共28页对于对于n位计算机来说位计算机来说, 数数X的补码定义为的补码定义为:,2,XXXn补02)2(mod;2011XXnnn1D-1D=1D+(-1)D=000000001B-00000001B=00000001B+10000001B=10000010=-2D00000001B-00000001B=00000001B+11111111B=100000000=0D使用补码

32、可以使符号位直接参与运算，也就可以减法运算化使用补码可以使符号位直接参与运算，也就可以减法运算化为补码加法运算为补码加法运算第第1 1章章 微机基础知识微机基础知识第44页 共28页a)、正数：它的补码与原码相同。、正数：它的补码与原码相同。如：如：X1=+4D则：则：X1补补 = X1原原 = X1反反 =0000 0100 Bb)、负数：它的补码为它的反码、负数：它的补码为它的反码+1。如：如：X2=-4D则：则：X2原原 =1000 0100 BX2反反 =1111 1011 B X2补补 =1111 1100 BC)、零的补码为零、零的补码为零,+0补补-0补补00000练习：练习：有十进制数：有十进制数：-15D，20D，写出