华东交通大学MCS51单片机课件

1、1,微机原理及接口技术,1.1 有关术语 1.2 计算机发展简史 1.3 单片微型计算机 1.4 计算机中的数和编码,第1章 微型计算机概述,1. 位 ( bit ) 2. 字节 ( Byte ) 3. 字和字长 (word) 4. 位编号 5. 指令、指令系统和程序 6. 寄存器 7. 译码器,1.1 有关术语,4,1. 位 ( bit) 指计算机能表示的最基本最小的单位 在计算机中采用二进制表示数据和指 令，故位就是一个二进制位，有两 种状态，“0” 和 “1”.,5,2. 字节 ( Byte ) 相邻的8位二进制数称为一个字节 1 Byte = 8 bit 如： 1100 0011 01

2、01 0111,6,3字和字长,字长：是每一个字所包含的二进制位数。 它常与CPU内部的寄存器、 运算装置、 总线宽度一致。,字：CPU内部进行数据处理的基本单位。,例 某CPU内含 8位运算器，则：参加运算的数及结 果均以 8位 表示,最高位产生的进位或借位在8位 运算器中不保存，而将其保存到标志寄存器中。,字长是衡量CPU工作性能的一个重要参数。 不同类型的CPU有不同的字长。 如: Intel 4004 是 4 位 8080 是 8 位 8088/ 8086/80286 是 16 位 80386/80486、Pentium 是 32 位,一个字定为16 位， 1 Word = 2 Byt

3、e 一个双字定为32位 1 DWord = 4 Byte,4. 位编号 为便于描述，对字节,字和双字中的各位进行编 号。从低位开始，从右到左依次为 0、1、2,指令是CPU能执行的一个基本操作。 如：取数、加、减、乘、除、存数 等 指令系统是CPU所能执行的全部操作。 不同的CPU，其指令系统不同。 程序是用户在使用计算机时，为要解决的问题， 用一条条指令编写的指令序列。,5. 指令、指令系统和程序,6寄存器 寄存器是用来存放数据和指令的一种基本逻辑部件。,根据存放信息的不同，有指令寄存器、数据寄存器、地址寄存器等。,7译码器,译码器是将输入代码转换成相应输出信号的逻辑电路。 指令是CPU能执

4、行的一个基本操作，用户用编码形 式的指令进行编程，程序存放在内存中; CPU的设计者对CPU的所有指令进行编码; CPU从内存取来编码形式的指令，对指令进行译码， 发出执行该指令功能所需的信号,根据译码内容的不同分： 指令译码器: 将指令代码转换成该指令所需的各种控制信号。 地址译码器: 将地址信号转换成各地址单元相应的选通信号。,1.2 计算机发展简史,根据使用的基本电子器件，计算机经历了四个阶段：,1.3.1 微型计算机的基本结构及微型计算机系统 1.3.2 微型计算机的分类及IBM PC机的发展简史 1.3.3 单片微型计算机的特点及发展概况,1.3 单片微型计算机,1.3.1 微型计算

5、机的基本结构及微型计算机系统,1）微型计算机的基本结构,微机的硬件由CPU、存储器、输入/输出设备构成； 输入/输出设备通过输入/输出(I/O )接口与系统相连； 各部件通过总线连接。,构成部件,(1)总线,总线是连接多个功能部件的一组公共信号线。 微机中各功能部件之间的信息是通过总线传输的。,按信号的作用，总线分为三类： 地址总线、数据总线、控制总线,地址总线的条数 决定CPU的寻址能力。 10根 210 1024 1K 20根 220 1024K 1M 32根 232 22 230 4G 36根 236 26 230 64G,地址总线 AB ( Address Bus) ： 单向，用来传送

6、CPU输出的地址信号， 确定被访问的存储单元、I/O端口。,数据总线 DB ( Data Bus )：双向 用来在CPU与存储器、I/O接口之间进行数据传送。,数据总线条数决定一次可最多传送数据的宽度,8 根 一次传送 8位 16 根 一次传送 16位 32 根 一次传送 32位 64 根 一次传送 64位,控制总线CB ( Control Bus ) ：双向 用于传送各种控制信号。有的是CPU 发出的，有的是发向CPU的。,(2) 中央处理器CPU,计算机的核心部件。用来实现指令的自动装入和 自动执行，实现计算机本身的自动化。,ALU 控制器,(3) 内存 内存是存储程序和数据的部件，由地址

7、译码器、内存单元等构成。,n根,C P U,地址线AB,数据线DB,控制线CB,地 址 译 码 器,地址00.0000 地址00.0001 地址00.0010 地址00.0011,地址111111,内存结构示意图,(4) 外设和输入/输出接口（I/O接口） 外设的电信号、运行速度与CPU不匹配，不能与CPU 直接相连，必须通过I/O接口与CPU相连。 CPU通过对I/O端口进行读/写操作，实现对外设的控制。,键 盘 键盘接口 显示器 显示卡 鼠 标 串行接口 网 络 网卡 打印机 并行接口 音箱、麦可风 声卡,IDE2,Pentium III,北桥 440BX,南桥 PIIX4E,CMOS &

8、 RTC,USB,超级I/O,IDE1,COM1,COM2,LPT1,L1Cache,L2 Cache,PCI 插槽,ISA 插槽,内存条,ROM BIOS,显卡,I/O接口结构示意图,31,2）微型计算机系统,1) 按构成分类 2) 按CPU的字长分类 3) 按主机装置分类 4) IBM PC机的发展简史,1.3.2 微型计算机的分类及IBM PC机的发展简史,1) 按构成分类,单片机、单板机、多板机,34,35,2) 按CPU的字长分类,3) 按主机装置分类 桌上型：台式电脑 便携型：笔记本、掌上电脑等,4) IBM PC机的发展简史,39,单片机体积小、功能强、功耗低、可靠性高和性价比高

9、的特点，在过程控制、机电一体化产品、智能仪器、家用电器、计算机网络及通讯等方面得到广泛应用。 单片机经历了一位、4位、8位、16位及32位的发展阶段， Intel、Motorola、Zilog、Philips等半导体器件厂家都开发了单片机。在众多的通用型单片机里，以Intel公司的MCS系列单片机最为著名。,1.3.3 单片微型计算机的发展概况,40,1.4.1 进位计数制及数制间的转换 1.4.2 二进制的运算 1.4.3 带符号数的表示法 1.4.4 定点数与浮点数 1.4.5 BCD码和ASC码,1.4 计算机中的数和编码,例如：二进制数 B=10011101 B=1 27+1 24+1

10、 23+1 22+1 20 =（157）10 日常生活常用十进制数，计算机则是按二进制数进行 运算和处理。二进制数写麻烦，故书写时又以八进制或十 六进制表示。 因此就有：二 十 八 十 二 八 数制之间转换问题 十六 十 二 十六,1.4.1 进位计数制及数制间的转换,一、进位计数制,42,例：十进制数有 : 0、1、2、3、4、5、6、7、8、9十种状态。 我们说：十进制数基数10，变化范围0（10-1）, 逢十进一。 看一个十进制数： 4 0 9 4 每一位十种数码的状态(09) 千 百 十 个 本位绝对值的大小=数位权 103102101100 如：千位= 4103=4000,1. 基与

11、权,十进制数有二个要素 1) 基数：10 （逢 十 进 一） 每一位 0、1、2、3、4、5、6、7、8、10-1 2) 位权：10i 某一位数绝对值大小 = 数位权. 则，第n位的绝对数值大小 ： Mn=Kn-1Rn-1 这二个要素也适用于二、八、十六进制 二进制数：基数2 位权2i 八进制数：基数8 位权8i 十六进制数: 基数16 位权16i,44,2. 二进制 0，1 3. 八进制 0，1，2，3，4，5，6，7， 4. 十六进制 0，1，2，3，4，5，6，7， 8，9，A, B, C, D, E, F,一、进位计数制,45,任意十进制 N=k n 10n+k n-1 10 n-1+

12、k0 100 +k-1 10-1+ +k-m 10-m = k i 10i (i= -mn) 对于任意进制 N= k i R i (i=-mn) R 基数 ， 逢R进一. Ri 位权,5. 进位计数制的表示方法,46,1. 其他数制到十进制的转换 加权求和 2. 十进制到其他位制 整数部分：除基取余法 小数部分：乘基取整法 3. 二进制与八进制转换 二到八：合三为一 八到二：分一为三 4. 二进制与十六进制转换 二到十六：合四为一 十六到二：分一为四,二、 数制的转换,47,1、二进制加法 1110 10011 000 2、二进制减法 101 000 110 011 （借位1）,1.4.2 二

13、进制的运算,一、算术运算,48,3、二进制乘法 000 0 1 1 00 1 11 4、二进制除法 类似于十进制除法的运算过程,一、算术运算,49,1、“与“运算 0 00, 0 11 00, 1 11 2、“或“运算 000 ， 01101 111,二、逻辑运算,50,3、“非“运算 10 01 4、“异或“运算 000 1 0011 110,机器数：数在计算机中的表示形式。 真值：所代表的二进制数的数值,符号,数值,1.4.3 带符号数的表示法,一、机器数与真值,原码：正数的符号位用0表示，负数的符号位用 1 表示，其余7位表示数值的大小，这种 二进制机器数称为原码，用X原表示。 7原00

14、000111 7原10000111 0原00000000 0原10000000,二、原码、反码与补码,53,反码,正数：反码与原码相同 负数：反码等于该负数的原码除符号位外 其余的数值位按位取反。 7反00000111 7反11111000 0反00000000 0反11111111,54,补码,正数：补码与原码相同 负数：补码等于其反码加1。 7补00000111 7补11111001 0补00000000 0补11111111100000000,55,补码的运算规则与溢出判别,1、补码运算规则 XY补 X补 Y补 XY补X补+-Y补 X补补=X原,56,P11例2 已知： X3700100

15、101B Y5100110011B 求:（1）XY （2）XY （3）YX,57,例：X10001100100B Y5000110010B 求 XY 解： XY补 X补 Y补 = 0110010000110010 10010110B XY XY补补11101010B 106,58,双高位判别法 CS 表示符号位的进位 CP 表示最高数值位的进位 CS CP0 运算正确 CS CP1 溢出,三、溢出的判别,59,1、定点整数 例：N1011011,1.4.4 定点数与浮点数,一、定点数,60,2、定点小数 N0.1011011,61,NM2E M：尾数，为纯小数 E：阶码,N110.011=0.

16、110011 2+11,二、浮点表示法,1.4.5 BCD码与ASC码,一、BCD码,BCD码：十进制数的二进制编码,63,BCD码运算与十进制调整,计算机中可以进行十进制的加法：用BCD码 表示十进制数，按二进制运算规则进行运算. 43（0100）BCD+(0011)BCD （0111）BCD 7,64,十进制调整,当两个十进制数相加和大于1001（9）时 要加0110（6）进行调整. 48（0100）BCD+(1000)BCD （1100）BCD（不存在）,65,ASC码：美国标准信息交换码，采用7位二 进制数对字符进行编码，最高位为 奇偶检验位。 例：奇检验 传送字符“F“,二、ASC码

17、与奇偶检验,二、进位计数制,本章小结,一、进位计数制及其表示方法,基数R, 位权Ri ，第n位的数码值Kn-1, 则第n位的数值Mn=Kn-1Rn-1,N= K iR i (i=- mn) 某位数大小 = K i R i,102 整数：102，除2取余，直到商为0。 小数：102，乘2取整，直到要求精度 混合小数：102，整数小数分别转换，然后组合起来。 210 用公式展开或者用凑试法。 28 以小数点为界向左向右三位一段， 不够补0，三位二进制数用一位八进制数表示。 82 一位八进制数用三位二进制数表示。,三、数制之间转换,三、数制之间转换,216 以小数点为界向左向右四位一段，不够补0， 四位二进制数 用一位十六进制数表示。 162 一位十六进制数用四位二进制数表示。 2BCD 先将二进制数十进制数BCD数。 BCD2 先将BCD数变成十进制数二进制数。 810 按8i展开然后再按十进制相加。 108 整数除8取余，小数乘8取整。,69,正数：原，反，补相同 负数：原，