第1章微机基础知识1.ppt

,单片机原理及接口技术,单击以编辑,母版标题样式,单击以编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单片机原理及接口技术,第3版,3/2/2026,目 录,第,1,章 微机基础知识,第,2,章,89C51,单片机硬件结构和原理,第,3,章 指令系统,第,4,章 汇编语言程序设计知识,第,5,章 中断系统,第,6,章 定时器及应用,第,7,章,89C51,串行口及串行通信技术,第,8,章 单片机小系统及扩展,第,9,章 应用系统配置及接口技术,第,10,章 系统实用程序,Exit,3/2/2026,第一章 微机基础知识,1.1,微处理器、微机和单片机的概念,Back,1.2,常用数制和编码,1.3,数据在计算机中的表示,1.4,89C51,单片机,1.5,思考题与习题,3/2/2026,1.1,微处理器、微机和单片机的概念,Back,1.1.2,存储器和输入输出接口,1.1.1,微处理器,(,机,),的组成,3/2/2026,概 念,1,、微处理器,3,、单片机,2,、微型计算机,3/2/2026,微处理器,(,Microprocessor),是小型计算机或微型计算机的,控制,和,处理,部分。,又称,中央处理单元,CPU(Central,Processing,Unit),3/2/2026,微型计算机,(,Microcomputer,简称,微机,MC,）,是具有完整运算及,控制功能的计算机。,P1,图,1-1,接口适配器,(,输入输出接口电路,),包括,微处理器,(CPU),存储器,输入,/,输出（,I/O,）,设备。,图,1-1,微机的组成,3/2/2026,微处理器,由控制器、运算器和若干个寄存器组成,/,设备与微处理器的连接需要通过,接口适配器,(,即,/,接口,),；,存储器,是指微机内部的存储器（,RAM,、,ROM,和,EPROM,等芯片）。,3/2/2026,单片机,（,Single-Chip Microcomputer,）,是将微处理器、一定容量,RAM,和,ROM,以及,I/O,口,、定时器等电路集成在一块芯片上，构成,单片,微型计算机,。,微处理器,RAM,ROM,I/O,口,定时器等,单片微型计算机,Back,3/2/2026,1.1.1,微处理器（机）的组成,Back,1,、运算器,2,、控制器,3,、,CPU,中的主要寄存器,3/2/2026,计算机的模型,微处理单元与存储器及,I/O,接口组成的,计算机模型,:,图,1-2,图中只画出,CPU,主要,的寄存器和控制电路，并且假设所有的计数器、寄存器和总线都是,8,位,宽度。,ALU,、计数器、寄存器和控制部分除在,微处理器,内通过,内部总线,相互联系以外，还通过,外部总线,和外部的存储器和输入,/,输出接口电路联系。,外部总线一般分为数据总线、地址总线和控制总线，统称为,系统总线,。,存储器,包括,RAM,和,ROM,。,微计算机通过输入,/,输出,接口电路,可与各种外围设备联接,3/2/2026,图,1-2,一个计算机模型,3/2/2026,1,、运算器,Back,1,）组成,2,）作用,3,）,ALU,的两个主要的输入来源,4,）运算器的两个主要功能,3/2/2026,1,）,运算器的,组成,Back,算术逻辑单元,(,简称,ALU,）,运算器,累加器,寄存器,3/2/2026,2,）运算器的作用,是把传送到微处理器的数据进行,算术,或,逻辑运算,。,ALU,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。,ALU,执行不同的运算操作是由不同,控制线上的信息,所确定的。,Back,3/2/2026,例：,两个数（,7,和,9,）相加，在相加之前，操作数,9,放在,累加器,中，,7,放在,数据寄存器,中，执行两数相加运算的,控制线,发出“,加,”操作信号，,ALU,即把两个数相加并把结果（,16,）存入累加器，取代累加器前面存放的数,9,。,Back,3/2/2026,3,）,ALU,的两个主要的输入来源,输入来源,数据寄存器,累加器,Back,3/2/2026,4,）运算器的两个主要功能,（,1,）执行各种,算术运算,。,（,2,）执行各种,逻辑运算,，并进行,逻辑测试,。,如零值测试或两个值的比较。,Back,3/2/2026,2,、控制器,1,）控制器的组成,2,）控制器的作用,3,）控制器的主要功能,Back,3/2/2026,Back,控制器的组成,程序计数器,指令寄存器,指令译码器,时序产生器,操作控制器,1,）控制器的组成,3/2/2026,2,）作用,它是发布命令的“决策机构”，,即,协调,和,指挥,整个计算机系统的操作。,Back,3/2/2026,3,）控制器的主要功能,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。,指挥并控制,CPU,、,内存和输入,/,输出设备之间数据流动的方向。,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。,Back,3/2/2026,3,、,CPU,中的主要寄存器,1,）累加器（,A,）,2,）数据寄存器（,DR,）,3,）指令寄存器（,IR,）,4,）指令译码器（,ID,）,6,）地址寄存器（,AR,）,5,）程序计数器（,PC,）,Back,3/2/2026,1,）累加器（,A,）,Back,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。,3/2/2026,2,）数据寄存器（,DR,）,数据,(,缓冲,),寄存器,(,DR,),：是通过数据总线,(DBUS),向存储器,(M),和输入,/,输出设备,I/O,送,(,写,),或取（读）数据的,暂存单元,。,Back,3/2/2026,3,）指令寄存器（,IR,）,指令寄存器用来,保存当前正在执行的一条指令,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,指令寄存器,中。,Back,3/2/2026,4,）指令译码器（,ID,）,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器的输入。,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,。,Back,3/2/2026,5,）程序计数器（,PC,）,通常又称为,指令地址计数器,。,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,PC,。,当,执行,指令时，,CPU,将,自动修改,PC,的内容，使之总是保存将要执行的,下一条指令的地址,。,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,1,操作。,Back,3/2/2026,6,）地址寄存器（,AR,）,地址寄存器,：用来保存当前,CPU,所要访问的内存单元或,I/O,设备的地址。,因为内存,(I/O,设备,),和,CPU,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地址信息，直到内存,(I/O,设备,),读,/,写操作完成为止。,Back,3/2/2026,1.1.2,存储器和输入输出接口,1,、存储器,2,、,I/O,接口及外设,Back,3/2/2026,1,、存储器,P5,图,1-4,：,256,8,位读,/,写存储器,地址总线,、,数据总线,和若干,控制线,把存储器和微处理器连接起来。,存储器从,CPU,接收,控制信号,，以确定存储器执行读,/,写操作。,地址总线,将,8,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。,数据总线,用来传送存储器到,CPU,或,CPU,到存储器的数据信息。,3/2/2026,图,1-4,随机存取存储器,3/2/2026,2,、,I/O,接口及外设,每个,外设,与,微处理器,的连接必须经过,接口适配器,（,I/O,接口）。,每个,I/O,接口及其对应的外设都有一个固定的地址，在,CPU,的控制下实现对外设的输入（读）和输出（写）操作。,Back,3/2/2026,1.2,常用数制和编码,Back,1.2.1,数制及数制间转换,1.2.2,计算机中常用编码,3/2/2026,1.2.1,数制及数制间转换,Back,1.,数制,计数的进位制,2.,不同数制之间的转换,3/2/2026,1.,数制,计数的进位制,Back,1.,二进制：,是“,0”,和“,1”,这样的数,、,逢,2,进位。按权展开时权的基数为,2,。用后缀字母“,B”,表示。,如：,1001=1,2,3,+0,2,2,+0,2,1,+1,2,0,=9,（十进制数）,2.,十进制,：是“,0”“9”,之间的数,、,逢,10,进位。按权展开时权的基数为,10,。用后缀字母“,D”,表示。,如：,1135=1,10,3,+1,10,2,+3,10,1,+5,10,0,3.,十六进制：,是“,0”“9”,，“,A,B,C,D,E,F”,之间的数,、,逢,16,进位。按权展开时权的基数为,16,。用后缀字母“,H”,表示。,如：,1C5H=1,16,2,+12,16,1,+5,16,0,=453D,3/2/2026,2,、不同数制之间的转换,Back,1,、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进制数。,如：,1101=1,2,3,+1,2,2,+0,2,1,+1,2,0,=13D,如：,1FH=1,16,1,+15,16,0,=31D,2,、,十进制转换成二进制数：,将十进制数除,2,取余，商为,0,止余数倒置。,如：,11D=1011B,3,、,十进制转换成十六进制数：,将十进制数除,16,取余，商为,0,止余数倒置。,如：,100D=64H,2 11,余数,2 5 1,2 2 1,2 1 0,0 1,16 100,余数,16 6 4,0 6,3/2/2026,2,、不同数制之间的转换,Back,4,、,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,0,，用一位十六进制数代替四位二进制数。,如：,1,0011,1100,B=,0001,0011,1100,B=,1,3,C,H,5,、,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一位十六进制数。,如：,D,4,E,H=,1101,0100,1110,B,3/2/2026,1.2.2,计算机中常用编码,Back,BCD,（,Binary Coded Decimal,）码,二十进制码,ASCII,（,American Standard Code for Information Interchange,）码,3/2/2026,BCD,（,Binary Coded Decimal,）码,二十进制码,Back,BCD,码是一种二进制形式的十进制码，也称二十进制码。它用,4,位二进制数表示,1,位十进制数，最常用的是,8421BCD,码，见表,1-2,。,8421BCD,码用,0000H,1001H,代表十进制数,0,9,，运算法则是逢十进一。,8421BCD,码每位的权分别是,8,，,4,，,2,，,1,，故得此名。,例：,1 649,的,BCD,码为,0001 0110 0100 1001,。,3/2/2026,表,1-2 8421 BCD,码表,Back,十进制数,8421BCD,码,二进制数,十进制数,8421BCD,码,二进制数,0,0000,0000,8,1000,1000,1,0001,0001,9,1001,1001,2,0010,0010,10,0001 0000,1010,3,0011,0011,11,0001 0001,1011,4,0100,0100,12,0001 0010,1100,5,0101,0101,13,0001 0011,1101,6,0110,0110,14,0001 0100,1110,7,0111,0111,15,0001 0101,1111,3/2/2026,2.ASCII,（,American Standard Code for Information Interchange,）码,Back,ASCII,码是一种字符编码，是美国信息交换标准代码的简称，见表,1-3,。它由,7,位二进制数码构成，共有,128,个字符。,ASCII,码主要用于微机与外设通信。当微机与,ASCII,码制的键盘、打印机及,CRT,等连用时，均以,ASCII,码形式进行数据传输。,例如，当按微机的某一键时，键盘中的单片机便将所按的键码转换成,ASCII,码传入微机进行相应处理。,3/2/2026,Back,表,1-3 ASCII,码字符表,高位,低位,0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,A,B,C,D,E,F,0000,0001,0010,0011,0100,0101,0110,0111,1000,1001,1010,1011,1100,1101,1110,1111,0,000,NUL,SOH,STX,ETX,EOT,ENQ,ACK,DEL,BS,HT,LF,VT,FF,CR,SO,SI,1,001,DLE,DC1,DC2,DC3,DC4,NAK,SYN,ETB,CAN,EM,SUB,ESC,FS,GS,RS,US,2,010,SP,!,“,#,$,%,&,(,),*,+,-,。,、,3,011,0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,：,；,?,4,100,A,B,C,D,E,F,G,H,I,J,K,L,M,N,O,5,101,P,Q,R,S,T,U,V,W,X,Y,Z,6,110,、,a,b,c,d,e,f,g,h,i,j,k,l,m,n,o,7,111,p,q,r,s,t,u,v,w,x,y,z,|,DEL,3/2/2026,1.3,数据在计算机中的表示,Back,1.3.1,有符号数,1.3.2,无符号数,3/2/2026,1.3.1,有符号数,有符号的,8,位二进制数用最高位,D7,表示数的正或负,0,代表“,+”,，,1,代表“,-”,，,D7,称为,符号位,，,D6,D0,为数值位。,Back,D7,D6 D0,符号位,数值位,上述的,8,位带符号二进制数又有,3,种不同表达形式,即原码、反码和补码。,在计算机中，所有有符号数都是以补码形式存放的,3/2/2026,Back,1.,原码：,一个二进制数，用最高位表示数的符号，其后各,位表示数值本身，这种表示方法称为原码。,原码的表示范围是：,-127,+127,例：,X=+1011010B X,原,=01011010B,；,X=-1011010B X,原,=11011010B,2.,反码：,正数的反码与原码相同。,符号位一定为,0,，其余位为数值位。,负数的反码符号位为,1,，数值位将其原码的数值位逐位,求反。,反码的表示范围是：,-127,+127,例：,X=-1011010B X,原,=11011010B X,反,=10100101B,3/2/2026,3.,补码：,正数的补码与原码相同。,负数的补码符号位为,1,，数值位将其原码的数值位逐位求反后加,1,，即负数的反码加,1,。,补码的表示范围是：,-128,+127,例：,X=-1011010B X,补,=10100110B,通常计算机中的数用补码表示，用补码进行运算。一个很明显的优点是减法可以用补码的加法来运算。,Back,3/2/2026,这里还要特别提示“,溢出,”的概念。,溢出与进位不同，溢出是指有符号数的运算结果超出了数,-128,+127,的表示范围，破坏了符号位。,Back,3/2/2026,4,机器数与真值,机器数：计算机中以二进制形式表示的数,真值：机器数所代表的数值。,例：机器数,10001010B,，它的真值为,138,（无符号数）,-10,（原码）,-117,（反码）,-118,（补码）,Back,3/2/2026,【,例,15】,怎样根据真值求补码，或根据补码求真值？,答：只有两种求补码的方法：,一是求负数的补码，用绝对值“取反加,1”,来求补码,二是求负数（补码）的真值，可先将该补码数用“取反加,1”,的方法得到其绝对值，再在绝对值前添加一负号。,Back,3/2/2026,无符号的,8,位二进制数没有符号位，从,D7,D0,皆为数值位，所以,8,位无符号二进制数的表示范围是,0,+255,。,8,位二进制数码的不同表达含义见表,1-4,。,Back,1.3.2,无符号数,3/2/2026,Back,表,1-4,数的表示方法,Back,8,位二十进制数,无符号数,原码,反码,补码,0000 0000,0,+0,+0,+0,0000 0001,1,+1,+1,+1,0000 0010,2,+2,+2,+2,0111 1100,124,+124,+124,+124,0111 1101,125,+125,+125,+125,0111 1110,126,+126,+126,+126,0111 1111,127,+127,+127,+127,1000 0000,128,-0,-127,-128,1000 0001,129,-1,-126,-127,1000 0010,130,-2,-125,-126,1111 1100,252,-124,-3,-4,1111 1101,253,-125,-2,-3,1111 1110,254,-126,-1,-2,1111 1111,255,-127,-0,-1,3/2/2026,Back,1.4 89C51,单片机,Back,51,系列单片机有多种,型号,的产品，如：,普通型,（,51,子系列）,80C31,、,80C51,、,87C51,和,89C51,等，,增强型,（,52,子系列）,80C32,、,80C52,、,87C52,和,89C52,等。,它们的结构基本相同，其主要差别反映在存储器的配置上。,3/2/2026,Back,1.4 89C51,单片机,Back,80C31,片内,没有,程序存储器，,80C51,内部设有,4 KB,的,掩膜,ROM,程序存储器。,87C51,是将,80C51,片内的,ROM,换成,EPROM,，,89C51,则换成,4 KB,的,闪速,E,2,PROM,。,51,增强型,的程序存储器容量为,普通型的,2,倍,。,通常以,8C51,代表这一系列的单片机，,其中,=0,掩膜,ROM,=7EPROM/OTPROM,=9Flash ROM,3/2/2026,Back,1.4 89C51,单片机,Back,89,系列单片机已经在片内增加,4 KB,或,8 KB,的,Flash ROM,，而且整个,89C51/89C52,芯片比,87C51,便宜得多。所以现在已经没有人使用,80C31,或,87C51,开发产品了。,单片机是,典型的嵌入式系统,，从体系结构到指令系统都是按照嵌入式应用特点专门设计的，能最好地满足面对控制对象、应用系统的嵌入、现场的可靠运行以及非凡的控制品质要求。因此，单片机是发展最快、品种最多、数量最大的嵌入式系统。,3/2/2026,Back,1.4 89C51,单片机,Back,嵌入式系统与单片机已深入到国民经济众多技术领域，从天上到地下，从军事、工业到家庭日常生活。在人类进入信息时代的今天，难以想像，没有单片机的世界将会怎样！,本教程以,ATMEL,、,PHILIPS,和,SST,等公司的,89,系列单片机中的,AT89C51/P89C51/SST89E554,（以下简称为,89C51,),为,典型机,，,讲述单片机的硬件结构、原理、接口技术、编程及其应用技术,。舍弃,80C31,扩展,EPROM,的传统模式，而依据目标任务选择所需不同档次（片内不同存储器容量）的,89,系列单片机。,3/2/2026,Back,1.5,思考题与习题,Back,1.,什么是微处理器、,CPU,、微机和单片机,?,2.,单片机有哪些特点,?,3.,微型计算机怎样执行一个程序,?,4.,将下列各二进制数转换为十进制数及十六进制数。,11010B 110100B 10101011B 11111B,5.,将下列各数转换为十六进制数及,ASCII,码。,129D 253D 01000011BCD 00101001BCD,6.,将下列十六进制数转换成二进制数和十进制数。,5AH 0AE7.D2H 12BEH 0A85.6EH,7.,将下列十进制数转换成,8421BCD,码。,22 986.71 1234 678.95,3/2/2026,Back,1.5,思考题与习题,Back,8.,什么叫原码、反码及补码？,9.,已知原码如下，写出其补码和反码,(,其最高位为符号位,),X,原,=01011001 X,原,=00111110,X,原,=11011011 X,原,=11111100,10.,当微机把下列数看成无符号数时，它们相应的十进制数为多少？若把它们看成是补码，最高位为符号位，那么相应的十进制数是多少？,10001110 10110000,00010001 01110101,3/2/2026,1.,李朝青,.,单片机原理及接口技术,(,简明修订版,).,北京：北京航空航天大学出版社，,1999,2.,李朝青,.,单片机学习辅导测验及解答讲义,.,北京：北京航空航天大学出版社，,2003,3.,李朝青,.,单片机,&DSP,外围数字,IC,技术手册,.,北京：北京航空航天大学出版社，,2002,4.,何立民,.,单片机高级教程,.,北京：北京航空航天大学出版社，,1999,5.,何立民,.I2C,总线应用系统设计,.,北京：北京航空航天大学出版社，,2004,6.,张俊谟,.,单片机中级教程,.,北京：北京航空航天大学出版社，,1999,7.,张迎新，等,.,单片机初级教程,.,北京：北京航空航天大学出版社，,1999,8.,余永权,.Flash,单片机原理及应用,.,北京：电子工业出版社，,1997,9.,潘琢金，等,.C8051F,高速,SOC,单片机原理及应用,.,北京：北京航空航天大学出版社，,2002,10.,李刚,.ADC8,系列单片机原理与应用技术,.,北京：北京航空航天大学出版社，,2002,11.,李群芳，等,.,单片微型计算机与接口技术,.,北京：电子工业出版社，,2001,12.,朱定华，等,.,单片微机原理与应用,.,北京：清华大学出版社，北京：北方交通大学出版社，,2003,13.,李维祥,.,单片机原理与应用,.,天津：天津大学出版社，,2001,14.,肖洪兵，等,.,跟我学用单片机,.,北京：北京航空航天大学出版社，,2002,15.,钱逸秋,.,单片机原理与应用,.,北京：电子工业出版社，,2002,参考资料,3/2/2026,