第一章單片微型計算機基礎知識

單片微機原理（1）楊明欣電子實驗中心EMAIL:fjymx@課件密碼：5402Tel公室五教5504側課程內(nèi)容

微型計算機的基礎知識圍繞MCS-51系列單片機的原理結構、匯編指令系統(tǒng)、匯編語言程序設計，系統(tǒng)總線擴展技術，單片機定時計數(shù)、中斷、串口通信，初步掌握單片機系統(tǒng)的設計開發(fā)方法及單片機的簡單應用。學生能力與本門課程的關系學習本課程的建議抓住7個環(huán)節(jié)：練習、實驗、預習、聽課、復習、記筆記、作業(yè)注重兩個能力：自學能力、實踐能力注意兩個交流：與同學、老師的交流實現(xiàn)一個轉變：基礎課向專業(yè)基礎課學習方法的轉變。處理好課程與教材的關系：課程學時及內(nèi)容安排，學習參考書理論課教學形式課堂教師講授為主課堂教師提示，課后學生自學為主（思考題等）完全學生自學為主，討論課，安排在答疑時間，同學討論，教師答疑總結。學習要求：成績考核考試成績80％平時成績20％歸納總結所學其中某章內(nèi)容平時成績：考勤、課后作業(yè)(專用一本）、課堂表現(xiàn)課程學習總結第一章微型計算機基礎知識一、（1.1）微型計算機發(fā)展二、（1、4）微型計算機中數(shù)的表示和運算三、（1.2）微型計算機模型四、（1.3）單片微型計算機

一計算機的歷史與發(fā)展計算機發(fā)展的五個階段（基本電子器件）

電子管計算機(1946—1956)用機器語言、匯編語言編寫程，用于軍事和國防尖端技術晶體管計算機(1956—1962)開始使用高級語言，開始用于工程技術、數(shù)據(jù)處理和其它科學領域小規(guī)模集成電路計算機(1962—1975)采用微程序、流水線等技術，提高運行速度；出現(xiàn)操作系統(tǒng)、診斷程序等軟件大規(guī)模集成電路計算機(1975—1981)采用半導體存儲器、采用圖形界面操作系統(tǒng)器件速度更快,軟件、外設更加豐富超大規(guī)模集成電路計算機(1981—至今)微型化、巨型化、多媒體及人工智能聯(lián)網(wǎng)應用。1、1微型計算機的分類1)按形態(tài)分類2)按CPU的字長分類3)按主機裝置分類4）應用類型按形態(tài)分類單片機、單板機、微機系統(tǒng)單板機單片機系統(tǒng)機三種應用形態(tài)圖示4）按應用類型分：用于數(shù)值計算、數(shù)據(jù)處理及信息管理方向通用微機，例如：PC微機功能越強越好、使用越方便越好。用于過程控制、智能化儀器儀表方向、實時信號處理的專用微機。例如：單片機、工控機可靠性高、實時性強程序相對簡單、處理數(shù)據(jù)量小。DSP硬件計算，速度快。計算機的應用范圍科學計算信息處理實時控制：工業(yè)現(xiàn)場控制、家用電器等計算機輔助設計人工智能：模式識別、專家系統(tǒng)、機器人等二、計算機的數(shù)

1.進位計數(shù)制計算機中采用的是二進制數(shù)。二進制數(shù)的要素有：每一位數(shù)是0或1兩個數(shù)碼中的一個；逢二進一，借一為二。二進制數(shù)的尾符為：B十進制數(shù)是日常生活中使用最多的數(shù)制。十進制數(shù)的要素有：每一位數(shù)是0~9十個數(shù)碼中的一個；逢十進一，借一為十。十進制數(shù)的尾符為：D1.位(bit)2.字節(jié)(Byte)3.字和字長(word)4.位編號5.指令、指令系統(tǒng)和程序注意：計算機以二進制代碼的形式表示信息有關術語

位(bit)

指計算機能表示的最基本最小的單位在計算機中采用二進制表示數(shù)據(jù)和指令，故：位就是一個二進制位，有兩種狀態(tài)，“0”和“1”字節(jié)(Byte)

相鄰的8位二進制數(shù)稱為一個字節(jié)1Byte=8bit

如：1100001101010111位1或01位字節(jié)110000118位字110000110011110016位雙字1100001100111100110000110011110032位高字節(jié)低字節(jié)高字低字把一個字定為16位，1Word=2Byte

一個雙字定為32位

1DWord=2Word=4Byte字長

字長是每一個字所包含的二進制位數(shù)。表示信息的二進制代碼單元的基本長度位數(shù)）稱為字長，字長越長。表示的數(shù)值范圍就越大，精度就越高。

字長常與CPU內(nèi)部的寄存器、運算裝置、總線寬度一致。三總線：AB、DB、CB例某CPU內(nèi)含8位運算器，則：參加運算的數(shù)及結果均以

8位

表示,最高位產(chǎn)生的進位或借位在8位運算器中不保存，而將其保存到標志寄存器中10110101被加數(shù)8位

+10001111加數(shù)8位進位1

11111101000100和8位PSW標志寄存器運算器標志寄存器運算器被加數(shù)加數(shù)和進位字長是衡量CPU工作性能的一個重要參數(shù)。不同類型的CPU有不同的字長。如:Intel4004是4位

8051是8位

8088/8086/80286是16位

80386/80486、Pentium是32位10101100011001011001100001000011被加數(shù)

+11000011110000110001010101011000加數(shù)進位

11111111111101110000001010001010110110011011和

4位8次8位4次16位2次32位1次位編號為便于描述，對字節(jié),字和雙字中的各位進行編號。從低位開始，從右到左依次為0、1、2．．．←編號7654321010100010D7D6D5D4D3D2D1D0A7A6A5A4A3A2A1A0字節(jié)數(shù)據(jù)Data地址AddressD0D7D15D8158101010101010101070A0A7A15A8字的編號為15~0雙字的編號依此類推，為31~0例如0+1=11+1=1011+1=10010–1=1（1）

二進制(Binary)

(xxx)2或(xxx)B

例如(1011.11)2或(1011.11)B

數(shù)碼：0、1

進位規(guī)律：逢二進一，借一當二

權：2i

基數(shù)：2系數(shù)：0、1

按權展開式表示

(1011.11)2=1×23+0×22+1×21+1×20+1×2-1+1×2-2

將按權展開式按照十進制規(guī)律相加，即得對應十進制數(shù)。=8+0+2+1+0.5+0.25(1011.11)2=(11.75)10

=11.75(1011.11)2=1×23+0×22+1×21+1×20+1×2-1+1×2-2（2）八進制和十六進制

進制數(shù)的表示計數(shù)規(guī)律基數(shù)

權數(shù)碼八進制

(Octal)(xxx)8

或(xxx)O逢八進一，借一當八

80~78i

十六進制(Hexadecimal)

(xxx)16

或(xxx)H

逢十六進一，借一當十六160

~

9、A、B、C、D、E、F

16i例如(437.25)8=4×82+3×81+7×80+2×8-1+5×8-2=256+24+7+0.25+0.078125=(287.328125)10

例如(3BE.C4)16=3×162+11×161+14×160+12×16-1+4×16-2=768+176+14+0.75+0.015625=(958.765625)10

二、不同數(shù)制間的關系與轉換

(1)不同數(shù)制間的關系

2不同數(shù)制間的關系與轉換

不同數(shù)制之間有關系嗎？十進制、二進制、八進制、十六進制對照表77011176601106550101544010043300113220010211000110000000十六八二十F17111115E16111014D15110113C14110012B13101111A121010109111001981010008十六八二十非十進制換成十進制：按權展開相加

(2)不同數(shù)制間的轉換

（10101.11）B=1×24+1×22+1×20+1×2-1+1×2-2

=16+4+1+0.5+0.25

=（21.75）D

（2A.8）H

=2×161+10×160+8×16-1

=32+10+0.5=（42.5）D（165.2）O

=1×82+6×81+5×80+2×8-1

=64+48+5+0.25

=（117.25）D十進制換成其他進制十進制數(shù)轉換為其他進制數(shù)時，可將十進制數(shù)分為整數(shù)和小數(shù)兩部分進行。整數(shù)的轉換——基數(shù)除法

規(guī)則：除基取余，商零為止，逆序排列。小數(shù)的轉換——基數(shù)乘法

規(guī)則：乘基取整，滿足精度要求為止，順序排列。1.500

1整數(shù)0.750

0［例］將十進制數(shù)(26.375)10轉換成二進制數(shù)

26

6

1

3

01

10

12(26)10=(11010)2

×2×21.000

1.37522220.375×2一直除到商為0為止

余數(shù)13

0讀數(shù)順序讀數(shù)順序

.011每位八進制數(shù)用三位二進制數(shù)代替，再按原順序排列。八進制→二進制二進制→八進制(11100101.11101011)2=(345.726)8

(745.361)8=(111100101.011110001)2

補0(11100101.11101011)2=(?)8

11100101.11101011

00

345726從小數(shù)點開始，整數(shù)部分向左

(小數(shù)部分向右)

三位一組，最后不足三位的加0補足三位，再按順序寫出各組對應的八進制數(shù)。補01110010111101011二進制與八進制間的相互轉換一位十六進制數(shù)對應四位二進制數(shù)，因此二進制數(shù)四位為一組。(10011111011.111011)2=(4FB.EC)16

(3BE5.97D)16=(11101111100101.100101111101)2

補0(10011111011.111011)2=(?)16

10011111011.11101100

4FBEC0

十六進制→二進制:每位十六進制數(shù)用四位二進制數(shù)代替，再按原順序排列。二進制→十六進制:從小數(shù)點開始，整數(shù)部分向左(小數(shù)部分向右)

四位一組，最后不足四位的加0補足四位，再按順序寫出各組對應的十六進制數(shù)。補010011111011111011二進制和十六進制間的相互轉換計算機中兩個重要的數(shù)位LSB：最低有效位。MSB：最高有效位。對八位二進制數(shù)：D0-D6：表示數(shù)字本身。D7：表示符號位。即MSB為符號位。表示的方法:原碼、反碼及補碼。3帶符號數(shù)的表示原碼MSB=0表示正數(shù)；MSB=1表示負數(shù)。X1=+105D則［X1］原＝01101001BX2=-105D則［X1］原＝11101001B0有兩種表示方法：00000000B與10000000B。

［＋0］原＝00000000［-0］原＝10000000可表示的正數(shù)與負數(shù)個數(shù)相等。可表示的數(shù)據(jù)范圍：(-127—127)反碼正數(shù)的反碼=原碼；負數(shù)的反碼=符號位不變，數(shù)字位逐個取反。

［+31］原＝00011111［-31］原＝10011111［+31］反＝00011111［-31］反＝111000000有兩種表示方法：00000000B與11111111B。

［＋0］反＝00000000［-0］反＝11111111可表示的正數(shù)與負數(shù)個數(shù)相等?？杀硎镜臄?shù)據(jù)范圍：(-127—127)

［+127］原＝01111111［-127］反＝10000000補碼正數(shù)的補碼=原碼；負數(shù)的補碼=反碼+1。

［＋7］原＝00000111［-7］原＝10000111［＋7］反＝00000111［-7］反＝11111000［＋7］補＝00000111［-7］補＝111110010的表達式是唯一的：00000000B

［＋0］原＝00000000［-0］原＝10000000［＋0］反＝00000000［-0］反＝11111111［＋0］補＝00000000［-0］補＝00000000表示的范圍：(-128—127)可表示的負數(shù)比正數(shù)多一個。補碼的運算

8位二進制補碼所能表示的數(shù)值范圍是-128～＋127。對于微型計算機，如果運算結果超過了它所能表示的數(shù)值范圍，稱為溢出。引入補碼可以將減法運算化成加法運算。[X－Y]補=[X]補+[－Y]補5、計算機中的編碼制度編碼制度：指用一組二進制數(shù)表示某個符號(數(shù)字、字符)的方法。BCD碼：用四位二進制數(shù)表示一位十進制數(shù)的方法，多用8421BCD碼。ASCII碼：美國國家標準信息交換碼。用七位二進制數(shù)表示一個字符。擴展ASCII碼：用八位二進制數(shù)表示一個字符。對于漢字，通常使用兩個擴展ASCII碼表示一個漢字。（2）與自然二進制數(shù)排列一至，1010～1111為冗余碼；（3）運算時按逢10進1的原則,并且要進行調(diào)整。調(diào)整原則:有進位或出現(xiàn)冗余碼時：加+6調(diào)整。（1）有權碼，從左到右為8421；8421BCD碼例:8+9=171000+)1001

10001

有進位＋6+)01100111例:7+6=130111+)01101101

+)011010011丟棄8421碼運算舉例冗余碼＋6用BCD碼表示十進制數(shù)舉例：

(36)10

=()8421BCD

(4.79)10=()8421BCD

(01010000)8421BCD=

()10注意區(qū)別BCD碼與數(shù)制：(150)10=(000101010000)8421BCD

=(10010110)2=(226)8=(96)16

60110

30011

4.0100.70111910010101500000BCD碼與二進制數(shù)之間轉換沒有直接關系，必須先轉換成十進制,然后轉換成二進制。ASCII碼美國國家信息交換標準代碼ASCIIAmericanStandardCodeforInformationInterchange），目前微型計算機的字符編碼都采用ASCII碼。ASCII碼是一種8位代碼，用1個字節(jié)中的7位對字符進行編碼，最高位是奇偶校驗位，用以判別數(shù)碼傳送是否正確。用7位碼來代表字符信息，共可表示128個字符。ASCII（美國標準信息交換碼）微機中普遍采用的字符編碼，如鍵盤、打印機、顯示器等D:\>DEBUG

;進入DEBUG-EDS:0‘HelloWorld!’

;向當前數(shù)據(jù)段填寫入字符串-DDS:0

;查看字符串在內(nèi)存存放情況1693:000048656C6C6F20576F-726C642118108A03HelloWorld!....1693:0010181017031810230E-0101010002FFFFFF......#.........1693:0020FFFFFFFFFFFFFFFF-FFFFFFFFE70F4E01..............N.1693:00301F14140018009316-FFFFFFFF00000000................1693:0040070A000000000000-0000000000000000................1693:0050CD21CB0000000000-0000000000202020.!...........1693:00602020202020202020-0000000000202020.....1693:00702020202020202020-0000000000000000........-Q

;退出DEBUG1693:000048656C6C6F20576F-726C