微机原理与单片机应用课件：第1章 微机基础知识

1、微机原理与单片机应用课程简介微机原理与单片机应用课程是电子与通信工程等工科学生学习和掌握微机及单片机知识的课程。通过学习，使学生从理论上掌握微机及单片机的基本组成、工作原理、接口电路及功能部件的连接，通过微机系统或单片机相关的具体实践，使同学们具有微机及单片机系统软硬件开发的初步能力。教材、参考书 微型计算机原理及应用（第四版）郑学坚主编，清华大学出版社 单片机原理与应用技术 高惠芳主编，科学出版社本课程要学的内容 1计算机的基础知识（绪论，数制及转换，逻辑电路，二进制运算等） 2基于8086的微机组成与工作原理3基于8086的汇编语言程序设计 4基于8086的微机接口技术5单片机工作原理6.

2、 单片机汇编语言设计 7. 单片机C语言程序设计8. 单片机应用技术微机原理部分单片机原理部分 微机原理部分的主要内容第二章： 三态输出电路、 总线结构、存储器第三章：基本工作原理，以一个简单的模型机为例，系统的介绍微机的基本结构。第四章：16位微处理器（以最小工作模式为主）第一章：数制、 二进制数的运算及其加法电路、复习数码（ASCII码、BCD码）、二进制有符号数的的表示方法及运算第五章：8086系列微计算机的指令系统 第六章：程序设计（简单汇编语言程序设计）第七章：汇编语言及汇编程序第九章：输入/输出接口并行通信及接口芯片8255A，串行通信及接口芯片8251、可编程计数/定时控制器82

3、53第十章：A/D及D/A转换器 D/A转换器、A/D转换器工作原理及其主要性能指标、DAC0832数模转换器、ADC0809模数转换器第八章：存储器系统 存储器的概念、分类及主要技术指标、存储器接口 微机原理部分的主要内容（续）1.电子计算机发展简史（1）1946-1958第一代:电子管计算机。磁鼓存储器，机器语言、汇编语言编程。世界上第一台电子数字计算机ENIAC（Electronic Numerical Integrator And calculator），1946年由美国宾夕法尼亚大学研制，字长12位，运算速度5000次/秒，使用18800个电子管、1500个继电器，功耗150kw，占

4、地170m2，重达30吨，造价100万美元。见下页图。 （2）1958-1964第二代:晶体管计算机。磁芯作主存储器, 磁盘作外存储器，开始使用高级语言编程。（3）1964-1971第三代：集成电路计算机。使用半导体存储器，出现多终端计算机和计算机网络。（4）1971- 第四代：大规模集成电路计算机。出现微型计算机、单片微型计算机，外部设备多样化。（5）1981- 第五代：人工智能计算机。模拟人的智能和交流方式。绪论2、计算机发展趋势微型化 便携式、低功耗高性能 尖端科技领域的信息处理，需要超大容量、高速度智能化 模拟人类大脑思维和交流方式，多种处理能力系列化、标准化 便于各种计算机硬、软件兼

5、容和升级网络化 网络计算机和信息高速公路多机系统 大型设备、生产流水线集中管理(独立控制、 故障分散、资源共享)绪论输入/输出接口(PIO、SIO、CTC、ADC、DAC) (I/O接口)微型计算机系统硬件微型计算机（主机）微处理器 (CPU)软件外围设备运算器控制器存储器 (内存)RAMROM外部设备辅助设备 输入设备(键盘鼠标、扫描仪、摄像头)输出设备(显示器、打印机、绘图仪、) 辅助存储器(磁带、磁盘、光盘) 总线 (AB、DB、CB)系统软件(操作系统，编辑、编译程序，故障诊断,监控程序)应用软件(科学计算，工业控制，数据处理)程序设计语言(机器语言、汇编语言、高级语言)电源电路时钟电

6、路绪论3、微型计算机系统的组成与结构运算器 控制器 寄存器组 内存储器 总线输入输出接口电路外部设备 软件微处理器微型计算机微型计算机系统微处理器、微型计算机、微型计算机系统之间的联系与区别：单片机简介：单片机即单片微型计算机，是将计算机主机(CPU、内存和I/O接口等)集成在一小块硅片上的微型机。单片机为工业测控而设计，又称微控制器(MCU)。具有三高优势(集成度高、可靠性高、性价比高)。主要应用于工业检测与控制、计算机外设、智能仪器仪表、通讯设备、家用电器等。 特别适合于嵌入式微型机应用系统。单片机实验系统用于实现单片机应用系统的硬、软件学习与开发。第一章 微机基础知识计算机中的数制逻辑电

7、路二进制数的运算及其加法电路二进制编码及常用术语本章主要内容1.1 计算机中的数制数制 是人们利用符号来计数的科学方法。数制可以有很多种，但在计算机的设计和使用上常用的则为十进制、二进制、八进制和十六进制。 数制的基和权 数制所使用的数码的个数称为基，数制每一位所具有的值称为权十进制： 基为“10”，权为以10为底的幂， D二进制： 基为“2”，权为以2为底的幂， B八进制： 基为“8”，权为以8为底的幂， O十六进制：基为“16”，权为以16为底的幂 H数制的基与权十进制数:二进制数:数 制 的 转 换十进制数转换成二进制代码的方法： 对于十进制数整数部分采用除2取余法 对于十进制数小数部分

8、采用乘2取整法 例1：求十进制数17的二进制代码例2：求十进制数0.25的二进制代码思考：如何完成十进制数向十六进制数的转换？例1：求十进制数17的二进制代码被除数 除数 商 余数 17 2 8 1 8 2 4 0 4 2 4 0 2 2 1 010001D0D1D2D3D4方法总结：对于十进制数整数部分采用除2取余法例2：求十进制数0.25的二进制代码被乘数 乘数 积 取整 0.25 2 0.5 0 0.5 2 1.0 1 0 01 D-1 D-20 D0方法总结：对于十进制数小数部分采用乘2取整法 数 制 的 转 换二进制数11011.0111 幂24232221202-12-22-32-

9、4 权1684210.50.250.125.0625 数 值16802100.250.125.0625十进制数16 + 8 + 4 + 2 + 1 + 0 + .25 + .125 + .0625 = 27.4375例3：将二进制代码11011.0111转换为十进制数数 制 的 转 换 例4: 将下面给出的二进制数转换成十六进制的数注意二进制数转换为十六进制数的方法: 从小数点开始分别向左和向右把整数和小数部分每四位分段，每段分别转换为一位。若整数最高位的一组不足位，则在其左边补零；若小数最低位的一组不足位，则在其右边补零0010000001011010011111100100十六进制数205

10、A7E4二进制数数 制 的 转 换二进制十进制十六进制二进制十进制十六进制000000100088000111100199001022101010A001133101111B010044110012C010155110113D011066111014E011177111115F思考题为什么要用二进制？ 由于电路中通常有两种稳态：导通与阻塞，饱和与截止，高电位与低电位，因此可采用二值电路来描述这种电路的状态。采用二进制，可利用电路进行计数工作，而用二值电路来组成的计算机，则有运算迅速、电路简便、成本低廉等优点，所以要用二进制。 为什么要用十六进制？为了简化二进制的书写，便于记忆。1.2 逻辑电路

11、1AYY = A1AYBY=A + B 非门（反向器） 或门 与门&AYBY=A B掌握： 与、或、非门逻辑符号和逻辑关系（真值表） 与非门、或非门的应用其 它 逻 辑 电 路1AYB或非门Y = A + B与非门&AYBY = A B=1AYB异或门Y = AB + AB异或非门=1AYBY = AB + AB1AY1Y = A缓冲器1.3 布尔代数或 运算表达式：Y = A + B异或 运算 特点：相同为0，相异为1与 运算表达式：Y = A B非 运算表达式：Y = A 1.4 二进制数的运算及其加法电路算术的四种基本运算：加、减、乘、除。微型计算机中无专用的减法器，只有加法电路。问题：

12、如何完成算数的四则运算？试计算011与010之和结论：两个二进制数相加是通过逐位相加来实现的。 0 A 1 A+) 0 B +)0 B 00 S 01 S 0 A 1 A+)1 B +) 1 B 01 S 1 0 S二进制数的加法运算C二进制数的加法运算推广:设两个二进制数分别为A=A3A2A1A0，B=B3B2B1B0两数之和为S=S3S2S1S0S0=A0+B0 进位C1S1=A1+B1+C1 进位C2S2=A2+B2+C2 进位C3S3=A3+B3+C3 进位C4A+B=C4S3S2S1S0半加器电路要求： 有两个输入端，以供两个代表数字（A0 , B0） 的电位输入；有两个输入端，用来

13、输出总和 S0及进位C1 .真 值 表HA电路图全加器电路FA加法电路设A1010，B1011，则可安排如下图所示加法电路：二进制数的减法运算原理：将减数变成补码后，再与被减数相加，其和（如有进位的话，则舍去进位）就是两个数之差。几个概念：原码:真值X的原码记为X真，在原码表示法中不论数的正负，数值部分均保持原真值不变。反码:真值X的反码记为X反。正数的反码同原码。负数的反码的数值部分为真值的各位按位取反。补码：真值X的补码记为X补。正数的补码同原码。负数的补码的数值部分为真值的各位按位取反加1。无专用的减法器，将减法运算改变为加法运算A-B= A+（-B）=A+（-B的补码）可控反相器电路利

14、用补码可将减法变为加法来运算，可控反相器就是为此而设计的，其特点是：两者相同则输出为0，两者不同则输出为1（异或)。=1B0SUBY0可控反相器SUBB0YY与B0的关系000相同同相11相同101相反反相10相反异或门二进制的运算及其加法电路=1FAC4A3B3S3C3=1FAA2B2S2C2=1FAA1B1S1C1=1FAA0B0S0C0SUBA-B=A+（-B），-B为B的补码，当SUB=1时进行减法运算，上面电路可使B转换成B的补，即（-B），当SUB=0时做加法运算，B的值不变。1.5 二进制编码及常用术语BCD码（8421BCD码）：用二进制编码表示的十进制数 ，计数规律与十进制相

15、同“逢十进一” ASCII码：美国国家标准信息交换码，用七位二进制编码表示128个字符和符号BCD码压缩BCD码 用4位二进制码表示一位十进制数扩展BCD码 用8位二进制码表示一位十进制数注意：BCD码数的正负不在数码中体现BCD码与二进制数之间的转换先转换为十进制数，再转换二进制数；反之亦然例：（0001 0001 .0010 0101）BCD =11 .25 =（1011 .01） B运算时关于BCD码调整的问题例一：8+715。用组合的BCD码表示，运算结果为： 000001110000100000001111 即结果为0FH。在BCD码中,只允许09这10个数字出现，0FH不代表任何B

16、CD 码,因此要对它进行变化。BCD码应该是逢10进1，但计算机在这里是逢16进1。因此，可以在个位上补一个6，让其产生进位，而此进位作为十位数出现。000001100000111100010101 结论：如果一位BCD码所对应的4位二进制超过9,那就应该补上一个6产生进位来进行调整。BCD码调整例题9+918，用组合BCD码表示运算过程为：000010010000100100010010000001100001001000011000错误的原因是：计算机在运算时，遇到低四位往高四位产生进位时是按照逢16进1的规则进行的，但BCD 码要求逢10进1，可见，BCD码运算时只要产生了进位，就会丢失

17、一个6。因此，在出现进位时要进行调整。 结论：对BCD码进行运算时，只要半字节进位AF变为1就要在低6位进行调整。结果为12 00000011 03 00000011 03+00000001 +01 + 00001000 +08 00000100 04 00001011 11 + 00000110 00010001BCD码调整示例03+01=04,没出现大于9的数，也没有半进位，结果正确，不需调整 03+08=11低4位出现大于9的数，需加6进行调整 00001000 08 00110000 30+00001001 +09 + 10000000 +80 00010001 17 10110000

18、 110 +00000110 + 01100000 00010111 (1)00010000BCD码调整示例08+09=17,没出现大于9的数,有半进位,结果 不正确,需加6进行调整 30+80=110高4位出现大于9的数,需加60进行调整38+89=127，高4位与低4位皆出现大于9 或者有进位，结果不正确，需加66进行调整 00111000 38 +10001001 +89 11000001 127 +01100110 (1)00100111 显然,压缩BCD码调整共有需加00H、06H、60H和加66H四种情况BCD码调整示例调整原理总结: 凡是遇上某4位二进制码对应的BCD码大于9时，则加6进行调整；凡是遇上低4位产生了进位时，则加6进行调整。 当对多个字节进行BCD码运算时，如果低位字节往高位字节产生进位则CF1，而当一个字节的低4位往高4位产生进位时，AF1。十进制调整指令会根据CF和AF的值判断是否进行“加6调整”，并进行具体的调整操作。然后，程序再对高位字节进行运算，再进行十进制调整。AS