第1章 微機基礎(chǔ)知識.ppt

1、單片機原理及接口技術(shù),第3版,04:26,目 錄,第1章 微機基礎(chǔ)知識 第2章 89C51單片機硬件結(jié)構(gòu)和原理 第3章 指令系統(tǒng) 第4章 匯編語言程序設(shè)計知識 第5章 中斷系統(tǒng) 第6章 定時器及應(yīng)用 第7章 89C51串行口及串行通信技術(shù) 第8章 單片機小系統(tǒng)及擴展 第9章 應(yīng)用系統(tǒng)配置及接口技術(shù) 第10章 系統(tǒng)實用程序,Exit,04:26,第一章 微機基礎(chǔ)知識,1.1 微處理器、微機和單片機的概念,Back,1.2 常用數(shù)制和編碼,1.3 數(shù)據(jù)在計算機中的表示,1.4 89C51單片機,1.5 思考題與習(xí)題,04:26,1.1 微處理器、微機和單片機的概念,Back,1.1.2 存儲器和輸

2、入輸出接口,1.1.1 微處理器(機)的組成,04:26,概 念,1、微處理器,3、單片機,2、微型計算機,04:26,微處理器 (Microprocessor),是小型計算機或微型計算機的控制和處理部分。 又稱中央處理單元CPU(Central Processing Unit),04:26,微型計算機(Microcomputer, 簡稱微機 MC） 是具有完整運算及 控制功能的計算機。,P1圖1-1,接口適配器(輸入輸出接口電路),圖1-1 微機的組成,04:26,微處理器由控制器、運算器和若干個寄存器組成 /設(shè)備與微處理器的連接需要通過接口適配器 (即/接口)； 存儲器是指微機內(nèi)部的存儲器

3、（RAM、ROM和 EPROM等芯片）。,04:26,單片機（Single-Chip Microcomputer） 是將微處理器、一定容量RAM和ROM以及I/O 口、定時器等電路集成在一塊芯片上，構(gòu)成單片 微型計算機。,Back,04:26,1.1.1 微處理器（機）的組成,Back,1、運算器,2、控制器,3、CPU中的主要寄存器,04:26,計算機的模型,微處理單元與存儲器及I/O接口組成的計算機模型: 圖1-2 圖中只畫出CPU主要的寄存器和控制電路，并且假設(shè)所有的計數(shù)器、寄存器和總線都是8位寬度。 ALU、計數(shù)器、寄存器和控制部分除在微處理器內(nèi)通過內(nèi)部總線相互聯(lián)系以外，還通過外部總線

4、和外部的存儲器和輸入/輸出接口電路聯(lián)系。 外部總線一般分為數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線，統(tǒng)稱為系統(tǒng)總線。 存儲器包括RAM和ROM。 微計算機通過輸入/輸出接口電路可與各種外圍設(shè)備聯(lián)接,04:26,圖1-2 一個計算機模型,04:26,1、運算器,Back,1）組成,2）作用,3）ALU的兩個主要的輸入來源,4）運算器的兩個主要功能,04:26,1）運算器的組成,Back,04:26,2）運算器的作用,是把傳送到微處理器的數(shù)據(jù)進行算術(shù)或邏輯運算。,ALU可對兩個操作數(shù)進行加、減、與、或、比較大小等操作，最后將結(jié)果存入累加器。,ALU執(zhí)行不同的運算操作是由不同控制線上的信息所確定的。,Back,

5、04:26,例：兩個數(shù)（7和9）相加，在相加之前，操作數(shù)9放在累加器中，7放在數(shù)據(jù)寄存器中，執(zhí)行兩數(shù)相加運算的控制線發(fā)出“加”操作信號，ALU即把兩個數(shù)相加并把結(jié)果（16）存入累加器，取代累加器前面存放的數(shù)9。,Back,04:26,3）ALU的兩個主要的輸入來源,輸入來源,數(shù)據(jù)寄存器,累加器,Back,04:26,4）運算器的兩個主要功能,（1）執(zhí)行各種算術(shù)運算。,（2）執(zhí)行各種邏輯運算，并進行邏輯測試。 如零值測試或兩個值的比較。,Back,04:26,2、控制器,1）控制器的組成,2）控制器的作用,3）控制器的主要功能,Back,04:26,Back,控制器的組成,程序計數(shù)器,指令寄存器

6、,指令譯碼器,時序產(chǎn)生器,操作控制器,1）控制器的組成,04:26,2）作用,它是發(fā)布命令的“決策機構(gòu)”， 即協(xié)調(diào)和指揮整個計算機系統(tǒng)的操作。,Back,04:26,3）控制器的主要功能,對指令進行譯碼或測試，并產(chǎn)生相應(yīng)的操作控制信號，以便啟動規(guī)定的動作。,指揮并控制CPU、內(nèi)存和輸入/輸出設(shè)備之間數(shù)據(jù)流動的方向。,從內(nèi)存中取出一條指令，并指出下一條指令在內(nèi)存中的位置。,Back,04:26,3、CPU中的主要寄存器,1）累加器（A）,2）數(shù)據(jù)寄存器（DR）,3）指令寄存器（IR）,4）指令譯碼器（ID）,6）地址寄存器（AR）,5）程序計數(shù)器（PC）,Back,04:26,1）累加器（A）,

7、Back,在算術(shù)和邏輯運算時，它具有雙重功能： 運算前，用于保存一個操作數(shù)； 運算后，用于保存所得的和、差或邏輯運算結(jié)果,累加器是微處理器中最繁忙的寄存器。,04:26,2）數(shù)據(jù)寄存器（DR）,數(shù)據(jù)(緩沖)寄存器(DR)：是通過數(shù)據(jù)總線(DBUS)向存儲器(M)和輸入/輸出設(shè)備I/O送(寫)或取（讀）數(shù)據(jù)的暫存單元。,Back,04:26,3）指令寄存器（IR）,指令寄存器用來保存當(dāng)前正在執(zhí)行的一條指令,當(dāng)執(zhí)行一條指令時先把它從內(nèi)存取到數(shù)據(jù)寄存器中，然后再傳送到指令寄存器中。,Back,04:26,4）指令譯碼器（ID）,指令分為操作碼和地址碼字段，由二進制數(shù)字組成。當(dāng)執(zhí)行任何給定的指令，必須

8、對操作碼進行譯碼，以便確定所要求的操作。,指令寄存器中操作碼字段的輸出就是指令譯碼器的輸入。,操作碼一經(jīng)譯碼后，即可向控制器發(fā)出具體操作的特定信號。,Back,04:26,5）程序計數(shù)器（PC）,通常又稱為指令地址計數(shù)器。,在程序開始執(zhí)行前，必須將其起始地址，即程序的第一條指令所在的內(nèi)存單元地址送到PC。,當(dāng)執(zhí)行指令時，CPU將自動修改PC的內(nèi)容，使之總是保存將要執(zhí)行的下一條指令的地址。,由于大多數(shù)指令都是按順序執(zhí)行的，所以修改的過程通常是簡單的加1操作。,Back,04:26,6）地址寄存器（AR）,地址寄存器：用來保存當(dāng)前CPU所要訪問的內(nèi)存單元或I/O設(shè)備的地址。,因為內(nèi)存(I/O設(shè)備)

9、和CPU之間存在著速度上的差別，所以必須使用地址寄存器來保存地址信息，直到內(nèi)存(I/O設(shè)備)讀/寫操作完成為止。,Back,04:26,1.1.2 存儲器和輸入輸出接口,1、存儲器,2、I/O接口及外設(shè),Back,04:26,1、存儲器,P5圖1-4： 2568位讀/寫存儲器 地址總線、數(shù)據(jù)總線和若干控制線把存儲器和微處理器連接起來。 存儲器從CPU接收控制信號，以確定存儲器執(zhí)行讀/寫操作。 地址總線將8位地址信息送入地址譯碼器，地址譯碼器的輸出可以確定唯一的存儲單元。 數(shù)據(jù)總線用來傳送存儲器到CPU或CPU到存儲器的數(shù)據(jù)信息。,04:26,圖1-4 隨機存取存儲器,04:26,2、I/O接口

10、及外設(shè),每個外設(shè)與微處理器的連接必須經(jīng)過接口適配器（I/O接口）。 每個I/O接口及其對應(yīng)的外設(shè)都有一個固定的地址，在CPU的控制下實現(xiàn)對外設(shè)的輸入（讀）和輸出（寫）操作。,Back,04:26,1.2 常用數(shù)制和編碼,Back, 1.2.1 數(shù)制及數(shù)制間轉(zhuǎn)換 1.2.2計算機中常用編碼,04:26, 1.2.1 數(shù)制及數(shù)制間轉(zhuǎn)換,Back,1. 數(shù)制計數(shù)的進位制 2. 不同數(shù)制之間的轉(zhuǎn)換,04:26,1.數(shù)制計數(shù)的進位制,Back,1.二進制：是“0”和“1”這樣的數(shù)、逢2進位。按權(quán)展開時權(quán)的基數(shù)為2。用后綴字母“B”表示。 如：1001=123+022+021+120 =9（十進制數(shù)） 2

11、.十進制：是“0”“9”之間的數(shù)、逢10進位。按權(quán)展開時權(quán)的基數(shù)為10。用后綴字母“D”表示。 如：1135=1103+1102+3101+5100 3.十六進制：是“0”“9”，“A,B,C,D,E,F”之間的數(shù)、逢16進位。按權(quán)展開時權(quán)的基數(shù)為16。用后綴字母“H”表示。 如：1C5H=1162+12161+5160 =453D,04:26,2、不同數(shù)制之間的轉(zhuǎn)換,Back,1、二進制、十六進制轉(zhuǎn)化成十進制： 將二、十六進制數(shù)按權(quán)展開相加即為相應(yīng)的十進制數(shù)。 如：1101=123+122+021+120 =13D 如：1FH=1161+15160 =31D 2、十進制轉(zhuǎn)換成二進制數(shù)： 將十

12、進制數(shù)除2取余，商為0止余數(shù)倒置。 如：11D=1011B 3、十進制轉(zhuǎn)換成十六進制數(shù)： 將十進制數(shù)除16取余，商為0止余數(shù)倒置。 如：100D=64H,04:26,2、不同數(shù)制之間的轉(zhuǎn)換,Back,4、二進制轉(zhuǎn)換成十六進制數(shù)： 將二進制數(shù)以小數(shù)點為界四位一分，不足補0，用一位十六進制數(shù)代替四位二進制數(shù)。 如：1 0011 1100 B=0001 0011 1100 B= 13C H 5、十六進制轉(zhuǎn)換成二進制數(shù)： 將十六進制數(shù)以小數(shù)點為界，用四位二進制數(shù)代替一位十六進制數(shù)。 如：D4E H=1101 0100 1110 B,04:26, 1.2.2 計算機中常用編碼,Back,BCD（Bina

13、ry Coded Decimal）碼 二十進制碼 ASCII（American Standard Code for Information Interchange）碼,04:26,BCD（Binary Coded Decimal）碼 二十進制碼,Back,BCD碼是一種二進制形式的十進制碼，也稱二十進制碼。它用4位二進制數(shù)表示1位十進制數(shù)，最常用的是8421BCD碼，見表1-2。 8421BCD碼用0000H1001H代表十進制數(shù)09，運算法則是逢十進一。8421BCD碼每位的權(quán)分別是8，4，2，1，故得此名。 例：1 649的BCD碼為0001 0110 0100 1001。,04:26,表

14、 1-2 8421 BCD碼表,Back,04:26,2. ASCII（American Standard Code for Information Interchange）碼,Back,ASCII碼是一種字符編碼，是美國信息交換標準代碼的簡稱，見表1-3。它由7位二進制數(shù)碼構(gòu)成，共有128個字符。 ASCII碼主要用于微機與外設(shè)通信。當(dāng)微機與ASCII碼制的鍵盤、打印機及CRT等連用時，均以ASCII碼形式進行數(shù)據(jù)傳輸。 例如，當(dāng)按微機的某一鍵時，鍵盤中的單片機便將所按的鍵碼轉(zhuǎn)換成ASCII碼傳入微機進行相應(yīng)處理。,04:26,Back,表 1-3 ASCII碼字符表,04:26, 1.3

15、數(shù)據(jù)在計算機中的表示,Back, 1.3.1 有符號數(shù) 1.3.2 無符號數(shù),04:26, 1.3.1 有符號數(shù),有符號的8位二進制數(shù)用最高位D7表示數(shù)的正或負 0代表“+”，1代表“-”， D7稱為符號位，D6D0為數(shù)值位。,Back,上述的8位帶符號二進制數(shù)又有3種不同表達形式 即原碼、反碼和補碼。 在計算機中，所有有符號數(shù)都是以補碼形式存放的,04:26,Back,1. 原碼：一個二進制數(shù)，用最高位表示數(shù)的符號，其后各 位表示數(shù)值本身，這種表示方法稱為原碼。 原碼的表示范圍是：-127+127 例：X=+1011010B X原=01011010B； X=-1011010B X原=1101

16、1010B 2. 反碼：正數(shù)的反碼與原碼相同。 符號位一定為0，其余位為數(shù)值位。 負數(shù)的反碼符號位為1，數(shù)值位將其原碼的數(shù)值位逐位 求反。 反碼的表示范圍是：-127+127 例：X=-1011010B X 原=11011010B X 反=10100101B,04:26,3. 補碼：正數(shù)的補碼與原碼相同。 負數(shù)的補碼符號位為1，數(shù)值位將其原碼的數(shù)值位逐位求反后加1，即負數(shù)的反碼加1。 補碼的表示范圍是：-128+127 例： X=-1011010B X 補=10100110B 通常計算機中的數(shù)用補碼表示，用補碼進行運算。一個很明顯的優(yōu)點是減法可以用補碼的加法來運算。,Back,04:26,這里

17、還要特別提示“溢出”的概念。 溢出與進位不同，溢出是指有符號數(shù)的運算結(jié)果超出了數(shù)-128+127的表示范圍，破壞了符號位。,Back,04:26,4 機器數(shù)與真值 機器數(shù)： 計算機中以二進制形式表示的數(shù) 真值： 機器數(shù)所代表的數(shù)值。 例：機器數(shù)10001010B，它的真值為 138（無符號數(shù)） -10（原碼） -117（反碼） -118（補碼）,Back,04:26,【例15】怎樣根據(jù)真值求補碼，或根據(jù)補碼求真值？ 答： 只有兩種求補碼的方法： 一是求負數(shù)的補碼，用絕對值“取反加1”來求補碼 二是求負數(shù)（補碼）的真值，可先將該補碼數(shù)用“取反加1”的方法得到其絕對值，再在絕對值前添加一負號。,B

18、ack,04:26,無符號的8位二進制數(shù)沒有符號位，從D7D0皆為數(shù)值位，所以8位無符號二進制數(shù)的表示范圍是0+255。 8位二進制數(shù)碼的不同表達含義見表1-4 。,Back, 1.3.2 無符號數(shù),04:26,Back,表 1-4 數(shù)的表示方法,Back,04:26,Back, 1.4 89C51單片機,Back,51系列單片機有多種型號的產(chǎn)品，如： 普通型（51子系列）80C31、 80C51、87C51和89C51等， 增強型（52子系列）80C32、80C52、87C52和89C52等。 它們的結(jié)構(gòu)基本相同，其主要差別反映在存儲器的配置上。,04:26,Back, 1.4 89C51單

19、片機,Back,80C31片內(nèi)沒有程序存儲器， 80C51內(nèi)部設(shè)有4 KB的掩膜ROM程序存儲器。 87C51是將80C51片內(nèi)的ROM換成EPROM， 89C51則換成4 KB的閃速E2PROM。 51增強型的程序存儲器容量為普通型的2倍。 通常以8C51代表這一系列的單片機， 其中= 0掩膜ROM = 7EPROM/OTPROM = 9Flash ROM,04:26,Back, 1.4 89C51單片機,Back,89系列單片機已經(jīng)在片內(nèi)增加4 KB或8 KB的Flash ROM，而且整個89C51/89C52芯片比87C51便宜得多。所以現(xiàn)在已經(jīng)沒有人使用80C31或87C51開發(fā)產(chǎn)品了

20、。 單片機是典型的嵌入式系統(tǒng)，從體系結(jié)構(gòu)到指令系統(tǒng)都是按照嵌入式應(yīng)用特點專門設(shè)計的，能最好地滿足面對控制對象、應(yīng)用系統(tǒng)的嵌入、現(xiàn)場的可靠運行以及非凡的控制品質(zhì)要求。因此，單片機是發(fā)展最快、品種最多、數(shù)量最大的嵌入式系統(tǒng)。,04:26,Back, 1.4 89C51單片機,Back,嵌入式系統(tǒng)與單片機已深入到國民經(jīng)濟眾多技術(shù)領(lǐng)域，從天上到地下，從軍事、工業(yè)到家庭日常生活。在人類進入信息時代的今天，難以想像，沒有單片機的世界將會怎樣！ 本教程以ATMEL、PHILIPS和SST等公司的89系列單片機中的AT89C51/P89C51/SST89E554（以下簡稱為89C51)為典型機，講述單片機的硬

21、件結(jié)構(gòu)、原理、接口技術(shù)、編程及其應(yīng)用技術(shù)。舍棄80C31擴展EPROM的傳統(tǒng)模式，而依據(jù)目標任務(wù)選擇所需不同檔次（片內(nèi)不同存儲器容量）的89系列單片機。,04:26,Back, 1.5 思考題與習(xí)題,Back,1. 什么是微處理器、CPU、微機和單片機? 2. 單片機有哪些特點? 3. 微型計算機怎樣執(zhí)行一個程序? 4. 將下列各二進制數(shù)轉(zhuǎn)換為十進制數(shù)及十六進制數(shù)。 11010B 110100B 10101011B 11111B 5. 將下列各數(shù)轉(zhuǎn)換為十六進制數(shù)及ASCII碼。 129D 253D 01000011BCD 00101001BCD 6. 將下列十六進制數(shù)轉(zhuǎn)換成二進制數(shù)和十進制數(shù)。 5AH 0AE7.D2H 12BEH 0A85.6EH 7. 將下列十進制數(shù)轉(zhuǎn)換成8421BCD碼。 22 986.71 1234 678.95,04:26,Back, 1.5 思考題與習(xí)題,Back,8. 什么叫原碼、反碼及補碼？ 9. 已知原碼如下，寫出其補碼和反碼(其最高位為符號位) X原=01011001 X原=00111110 X原=11011011 X原=11111100 10. 當(dāng)