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单片机原理与应单片机原理与应用技术用技术前前 言言 单片机原理与应用技术是高等院校计算机技术、电子信息单片机原理与应用技术是高等院校计算机技术、电子信息技术类专业的一门重要专业课程。通过对本课程的学习，学技术类专业的一门重要专业课程。通过对本课程的学习，学生能系统地掌握单片机原理及接口技术，掌握单片机汇编语生能系统地掌握单片机原理及接口技术，掌握单片机汇编语言程序设计方法，熟悉单片机在工业控制中的应用，熟悉单言程序设计方法，熟悉单片机在工业控制中的应用，熟悉单片机应用系统的开发技术。片机应用系统的开发技术。本教材从课程教学的要求出发，以培养学生的基本素质及本教材从课程教学的要求出发，以培养学生的基本素质及综合应用能力为目标，充分体现内容的实用性、适用性、先综合应用能力为目标，充分体现内容的实用性、适用性、先进性。本书具有以下特色。进性。本书具有以下特色。返回下一页第第1章章 单片微型计算机基础知识单片微型计算机基础知识1.1 单片机的发展概况单片机的发展概况1.2 计算机中数的表示方法计算机中数的表示方法1.3 计算机语言计算机语言1.1 单片机的发展情况单片机的发展情况1.1.1什么是单片机什么是单片机 随着大规模、超大规模集成电路技术的发展和计算机微型随着大规模、超大规模集成电路技术的发展和计算机微型化的需要，把微型计算机的基本功能部件化的需要，把微型计算机的基本功能部件:中央处理器中央处理器(CPU)、存储器、输入存储器、输入/输出接口、定时器输出接口、定时器/计数器、中断系统等多种计数器、中断系统等多种资源集成在一个半导体芯片上，使得一块集成电路芯片就能资源集成在一个半导体芯片上，使得一块集成电路芯片就能构成一个完整的微型计算机，这种集成电路芯片被称为单片构成一个完整的微型计算机，这种集成电路芯片被称为单片微型计算机微型计算机(Single Chip Microcomputer)，简称单片机。由，简称单片机。由于它的结构及功能均是按照工业控制要求设计的，所以其确于它的结构及功能均是按照工业控制要求设计的，所以其确切的名称应是单片微控制器。切的名称应是单片微控制器。返回下一页1.1 单片机的发展情况单片机的发展情况 在单片机的结构设计上，它的硬、软件系统及在单片机的结构设计上，它的硬、软件系统及I/O接口控制接口控制能力等方面都有独到之处，具有较强而有效的功能。从其组能力等方面都有独到之处，具有较强而有效的功能。从其组成、逻辑功能上来看，单片机都具备了微机系统的基本部件。成、逻辑功能上来看，单片机都具备了微机系统的基本部件。但是需要指出的是，单片机毕竟还只是一个芯片，只有在配但是需要指出的是，单片机毕竟还只是一个芯片，只有在配置了应用系统所需的接口芯片、输入置了应用系统所需的接口芯片、输入/输出设备等，才可以构输出设备等，才可以构成实用的单片机应用系统。成实用的单片机应用系统。返回下一页上一页1.1 单片机的发展情况单片机的发展情况1.1.2单片机发展历程及产品近况单片机发展历程及产品近况 自从自从1975年美国德克萨斯仪器公司年美国德克萨斯仪器公司(TI公司公司)的第一个单片的第一个单片机机TMS1000问世以来，迄今为止单片机技术已成为计算机问世以来，迄今为止单片机技术已成为计算机技术的一个独特分支，在众多领域尤其是在智能化仪器仪表、技术的一个独特分支，在众多领域尤其是在智能化仪器仪表、检测和控制系统中有着广泛的应用。检测和控制系统中有着广泛的应用。单片机技术发展十分迅速，产品种类也非常多。纵观整个单片机技术发展十分迅速，产品种类也非常多。纵观整个单片机技术的发展过程，可以分为以下单片机技术的发展过程，可以分为以下3个主要阶段。个主要阶段。返回下一页上一页1.1 单片机的发展情况单片机的发展情况 1.单芯片微机形成阶段单芯片微机形成阶段 1976年，年，Intel公司推出了公司推出了MCS-48系列单片机。该系列单系列单片机。该系列单片机早期产品在芯片内集成有片机早期产品在芯片内集成有:8位位CPU,1 KB程序存储器程序存储器(ROM)、64B数据存储器数据存储器(RAM),27根根I/O线和线和1个个8位定时位定时/计数计数器。器。此阶段单片机的主要特点是此阶段单片机的主要特点是:在单个芯片内完成了在单个芯片内完成了CPU、存、存储器、储器、I/O接口、定时接口、定时/计数器、中断系统、时钟等部件的集计数器、中断系统、时钟等部件的集成。但存储器容量较小，寻址范围小成。但存储器容量较小，寻址范围小(不大于不大于4 K)，无串行接，无串行接口，指令系统功能不强。口，指令系统功能不强。返回下一页上一页1.1 单片机的发展情况单片机的发展情况 2.性能完善提高阶段性能完善提高阶段 1980年，年，Intel公司推出公司推出MCS-51系列单片机。该系列单片机系列单片机。该系列单片机在芯片内集成有在芯片内集成有:8位位CPU,4KB程序存储器程序存储器(ROM)、128 B数据数据存储器存储器(RAM)、4个个8位并行接口、位并行接口、1个全双工串行接口、个全双工串行接口、2个个16位定时位定时/计数器，寻址范围为计数器，寻址范围为64 K，并集成有控制功能较强的，并集成有控制功能较强的布尔处理器布尔处理器(完成位处理功能完成位处理功能)。此阶段单片机的主要特点是此阶段单片机的主要特点是:结构体系完善，性能已大大提结构体系完善，性能已大大提高，面向控制的特点进一步突出。现在，高，面向控制的特点进一步突出。现在，MCS-51已成为公认已成为公认的单片机经典机种。的单片机经典机种。返回下一页上一页1.1 单片机的发展情况单片机的发展情况 3.微控制器化阶段微控制器化阶段 1982年，年，Intel公司推出公司推出MCS-96系列单片机。该系列单片机系列单片机。该系列单片机在芯片内集成有在芯片内集成有:16位位CPU,8KB程序存储器程序存储器(ROM)、232 B数数据存储器据存储器(RAM)、5个个8位并行接口、位并行接口、1个全双工串行接口、个全双工串行接口、2个个16位定时位定时/计数器。寻址范围最大为计数器。寻址范围最大为64K,片上还有片上还有8路路10位位ADC,1路路PWM (D/A)输出及高速输出及高速I/)部件等。部件等。此阶段单片机的主要特点是此阶段单片机的主要特点是:片内面向测控系统外围电路增片内面向测控系统外围电路增强，使单片机可以方便灵活地用于复杂的自动测控系统及设强，使单片机可以方便灵活地用于复杂的自动测控系统及设备。至此，备。至此，“微控制器微控制器”的称谓更能反应单片机的本质。的称谓更能反应单片机的本质。返回下一页上一页1.1 单片机的发展情况单片机的发展情况 近年来，许多半导体了商以近年来，许多半导体了商以MCS-51系列单片机的系列单片机的8051为内为内核，将许多测控系统中的接口技术、可靠性技术及先进的存核，将许多测控系统中的接口技术、可靠性技术及先进的存储器技术及工艺技术集成至单片机中，生产出了多种功能强储器技术及工艺技术集成至单片机中，生产出了多种功能强大、使用灵活的新一代大、使用灵活的新一代8051系列单片机。系列单片机。随着微电子设计技术及计算机技术的不断发展，单片机产随着微电子设计技术及计算机技术的不断发展，单片机产品和技术日新月异。单片机产品近况可以归纳为以下两个方品和技术日新月异。单片机产品近况可以归纳为以下两个方面。面。返回下一页上一页1.1 单片机的发展情况单片机的发展情况 1)8051系列单片机产品繁多，主流地位已经形成系列单片机产品繁多，主流地位已经形成 通用微型计算机计算速度的提高主要体现在通用微型计算机计算速度的提高主要体现在CPU位数的提位数的提高高(16位、位、32位、位、64位位)，而单片机更注重的是产品的可靠性、，而单片机更注重的是产品的可靠性、经济性和嵌入性。所以，单片机经济性和嵌入性。所以，单片机CPU位数的提高需求并不十位数的提高需求并不十分迫切。而多年来的应用实践已经证明，分迫切。而多年来的应用实践已经证明，8051的系统结构合的系统结构合理、技术成熟。因此，许多单片生产了商倾力于提高理、技术成熟。因此，许多单片生产了商倾力于提高8051单单片机产品的综合功能，从而形成了片机产品的综合功能，从而形成了8051的主流产品地位。近的主流产品地位。近年来推出与年来推出与8051兼容的主要产品有兼容的主要产品有:返回下一页上一页1.1 单片机的发展情况单片机的发展情况 (1)ATMEL公司融入公司融入Flash存储器技术推出的存储器技术推出的AT89系列单系列单片机。片机。(2)Philips公司推出的公司推出的80C51,80C552系列高性能单片机。系列高性能单片机。(3)华邦公司推出的华邦公司推出的W78C51,W77C51系列高速低价单片机。系列高速低价单片机。(4)ADI公司推出的公司推出的ADuC8xx系列高精度系列高精度ADC单片机。单片机。(5)LG公司推出的公司推出的DMS90/97系列低压高速单片机。系列低压高速单片机。(6)MAXIM公司推出的公司推出的D589C420高速高速(50 MIPS)单片机。单片机。(7)Cygnal公司推出的公司推出的C8051 F系列高速系列高速SOC单片机等。单片机等。返回下一页上一页1.1 单片机的发展情况单片机的发展情况 2)非非8051结构单片机不断推出，给用户提供了更为广泛的结构单片机不断推出，给用户提供了更为广泛的选择空间选择空间 在在8051及其兼容产品流行的同时，一些单片机芯片生产了及其兼容产品流行的同时，一些单片机芯片生产了商也推出了一些非商也推出了一些非8051结构的产品，影响较大的有结构的产品，影响较大的有:(1)Intel公司推出公司推出 MCS-96系列系列16位单片机。位单片机。(2)Microchip公司推出公司推出 PIC系列系列RISC单片机。单片机。(3)TI公司推出公司推出MSP430F系列系列16位低电压、低功耗单片机。位低电压、低功耗单片机。(4)ATMEL公司推出公司推出AVR系列系列RISC单片机。单片机。返回下一页上一页1.1 单片机的发展情况单片机的发展情况 目前，单片机正朝着高性能和多品种的方向发展，但由于目前，单片机正朝着高性能和多品种的方向发展，但由于MCS-51系列的系列的8位单片机仍能满足绝大多数应用领域的需要，位单片机仍能满足绝大多数应用领域的需要，所以以所以以MCS-51系列为主的系列为主的8位单片机，现在及以后的相当一位单片机，现在及以后的相当一段时期内仍然将占据单片机应用市场的主导地位。段时期内仍然将占据单片机应用市场的主导地位。返回下一页上一页1.1 单片机的发展情况单片机的发展情况1.1.3单片机的应用及发展趋势单片机的应用及发展趋势 1.单片机的应用领域单片机的应用领域 单片机的应用极为广泛，已深入到国民经济的各个领域，单片机的应用极为广泛，已深入到国民经济的各个领域，对各行业的技术改造和产品的更新换代起着积极的推动作用。对各行业的技术改造和产品的更新换代起着积极的推动作用。单片机的应用领域主要有以下几个方面。单片机的应用领域主要有以下几个方面。返回下一页上一页1.1 单片机的发展情况单片机的发展情况 1)生产自动化生产自动化 自动化生产不但能够降低劳动强度，而且可以提高经济效自动化生产不但能够降低劳动强度，而且可以提高经济效益、改善产品质量，广泛应用于机械、汽车、电子、石油、益、改善产品质量，广泛应用于机械、汽车、电子、石油、化工、食品等工农业生产领域。自动化生产线、机械手、数化工、食品等工农业生产领域。自动化生产线、机械手、数控机床等自动化生产设备都能由单片机实现其智能化的自动控机床等自动化生产设备都能由单片机实现其智能化的自动控制功能。控制功能。2)实时测控实时测控 测控系统的工作环境往往比较恶劣，干扰繁杂，并且要求测控系统的工作环境往往比较恶劣，干扰繁杂，并且要求实时测量控制，如工业窑炉的温度、酸度、化学成分的测量实时测量控制，如工业窑炉的温度、酸度、化学成分的测量和控制等。单片机工作稳定、可靠，抗干扰能力强，体积小，和控制等。单片机工作稳定、可靠，抗干扰能力强，体积小，使用灵活，适用于各种恶劣环境，最宜承担测控工作。使用灵活，适用于各种恶劣环境，最宜承担测控工作。返回下一页上一页1.1 单片机的发展情况单片机的发展情况 3)智能化产品智能化产品 现代工业产品的一个重要发展趋势是不断提高其智能化程现代工业产品的一个重要发展趋势是不断提高其智能化程度，而智能化的提高离不开单片机。传统的机电产品与单片度，而智能化的提高离不开单片机。传统的机电产品与单片机结合后，可简化产品结构、升级产品功能、并实现控制智机结合后，可简化产品结构、升级产品功能、并实现控制智能化。单片机与机械技术相结合，称为机电一体化，是机械能化。单片机与机械技术相结合，称为机电一体化，是机械工业的发展方向。单片机在家电产品上更是得到了普遍应用，工业的发展方向。单片机在家电产品上更是得到了普遍应用，出现了程控洗衣机、电脑空调机等。为提高汽车的动力性、出现了程控洗衣机、电脑空调机等。为提高汽车的动力性、经济性、舒适性、稳定性以及减少污染排放，汽车上都大量经济性、舒适性、稳定性以及减少污染排放，汽车上都大量使用了单片机。使用了单片机。返回下一页上一页1.1 单片机的发展情况单片机的发展情况 4)智能化仪表智能化仪表 用单片机改造、设计制造仪器仪表，大大促进了仪表向数用单片机改造、设计制造仪器仪表，大大促进了仪表向数字化、智能化、多功能化、综合化和柔性化方向发展，并能字化、智能化、多功能化、综合化和柔性化方向发展，并能同时提高仪器仪表的精度和准确度，简化结构，减小体积。同时提高仪器仪表的精度和准确度，简化结构，减小体积。5)信息通信技术信息通信技术 网络中各计算机之间的通信联系，计算机与其外围设备网络中各计算机之间的通信联系，计算机与其外围设备(键键盘、打印机、传真机、复印机等盘、打印机、传真机、复印机等)之间的协作都有单片机的参之间的协作都有单片机的参与。与。返回下一页上一页1.1 单片机的发展情况单片机的发展情况 6)科学研究科学研究 小到实验测控台，大到卫星、运载火箭，单片机都在其中小到实验测控台，大到卫星、运载火箭，单片机都在其中发挥着极其重要的作用。发挥着极其重要的作用。7)国防现代化国防现代化 在各种军事装备、管理通信系统中，单片机得到了广泛的在各种军事装备、管理通信系统中，单片机得到了广泛的应用。例如，数字化部队的武器、通信等装备都大量应用了应用。例如，数字化部队的武器、通信等装备都大量应用了单片机。单片机。返回下一页上一页1.1 单片机的发展情况单片机的发展情况 2.单片机的应用特点单片机的应用特点 1)面向控制的应用面向控制的应用 由于单片机内部采用了微控制技术，其结构及功能均按自由于单片机内部采用了微控制技术，其结构及功能均按自动控制的要求设计，因而主要应用于控制领域。微控制技术动控制的要求设计，因而主要应用于控制领域。微控制技术从根本上改变了传统的控制系统设计思想，它通过对单片机从根本上改变了传统的控制系统设计思想，它通过对单片机编程的方法代替由模拟电路或数字电路实现的大部分控制功编程的方法代替由模拟电路或数字电路实现的大部分控制功能，是对传统控制方式的一次革命。能，是对传统控制方式的一次革命。返回下一页上一页1.1 单片机的发展情况单片机的发展情况 2)在线应用在线应用 在线应用就是以单片机代替常规模拟或数字控制电路，使在线应用就是以单片机代替常规模拟或数字控制电路，使其成为测控系统的一部分，在被控对象工作过程中实行实时其成为测控系统的一部分，在被控对象工作过程中实行实时检测，并实时控制。在线应用为实时测控提供了可能和方便。检测，并实时控制。在线应用为实时测控提供了可能和方便。3)嵌入式应用嵌入式应用 单片机在应用时通常装入到各种智能化产品之中，所以又单片机在应用时通常装入到各种智能化产品之中，所以又称嵌入式微控制器称嵌入式微控制器(Embedded Micro Controller Unit EMCU。单片机应用系统就是典型的嵌入式系统。单片机应用系统就是典型的嵌入式系统。返回下一页上一页1.1 单片机的发展情况单片机的发展情况 嵌入式计算机系统，是作为其他系统的组成部分使用的。嵌入式计算机系统，是作为其他系统的组成部分使用的。由于通用计算机系统有限的可靠性、较高的价位及庞大的身由于通用计算机系统有限的可靠性、较高的价位及庞大的身躯，限制了其在嵌入式系统的广泛应用，尤其限制了以嵌入躯，限制了其在嵌入式系统的广泛应用，尤其限制了以嵌入式计算机系统作为核心控制产品的发展。单片机以较小的体式计算机系统作为核心控制产品的发展。单片机以较小的体积、现场运行环境的高可靠性满足了许多对象的嵌入式应用积、现场运行环境的高可靠性满足了许多对象的嵌入式应用要求。在嵌入式系统中，单片机是最重要也是应用最多的智要求。在嵌入式系统中，单片机是最重要也是应用最多的智能核心器件。能核心器件。返回下一页上一页1.1 单片机的发展情况单片机的发展情况 3.单片机应用系统单片机应用系统 由单片机及其外围接口部件组成的单片机系统称为单片机由单片机及其外围接口部件组成的单片机系统称为单片机应用系统，其可以应用于不同的场合。具备工业测控功能的应用系统，其可以应用于不同的场合。具备工业测控功能的单片机应用系统，如单片机应用系统，如图图1-1所示。所示。以下简要说明图中主要部分的作用。以下简要说明图中主要部分的作用。返回下一页上一页1.1 单片机的发展情况单片机的发展情况 通过传感器把被控对象的物理量转换成标准的模拟电量。通过传感器把被控对象的物理量转换成标准的模拟电量。如把温度转换成标准直流电流输出。该输出经滤波器滤除掉如把温度转换成标准直流电流输出。该输出经滤波器滤除掉输入通道的干扰信号，然后将送入多路采样器。多路采样开输入通道的干扰信号，然后将送入多路采样器。多路采样开关分时地对多个模拟量进行采样、保持，使关分时地对多个模拟量进行采样、保持，使A/D转换器能将某转换器能将某时刻的模拟量转换成相应的数字量，然后将该数字量输入单时刻的模拟量转换成相应的数字量，然后将该数字量输入单片机。单片机对输入的数据进行运算处理后，输出相应的数片机。单片机对输入的数据进行运算处理后，输出相应的数字量，经字量，经D/A转换器转换为模拟量，该模拟量经保持器控制相转换器转换为模拟量，该模拟量经保持器控制相应的执行机构，对被控对象的相关参数进行调节，从而控制应的执行机构，对被控对象的相关参数进行调节，从而控制被调参数的物理量，使之按给定规律变化。被调参数的物理量，使之按给定规律变化。返回下一页上一页1.1 单片机的发展情况单片机的发展情况 4.单片机的发展趋势单片机的发展趋势 1)微型化微型化 芯片集成度的提高为单片机的微型化提供了可能。早期单芯片集成度的提高为单片机的微型化提供了可能。早期单片机大量使用双列直插式封装，随着贴片工艺的出现，单片片机大量使用双列直插式封装，随着贴片工艺的出现，单片机也大量采用了各种符合贴片工艺的封装方式，大大减小芯机也大量采用了各种符合贴片工艺的封装方式，大大减小芯片的体积，为嵌入式系统提供了可能。片的体积，为嵌入式系统提供了可能。返回下一页上一页1.1 单片机的发展情况单片机的发展情况 2)低功耗低功耗 现在新的单片机功耗越来越小，特别是很多单片机都提出现在新的单片机功耗越来越小，特别是很多单片机都提出了多种工作设置方式，包括等待、暂停、睡眠、空闲、节电了多种工作设置方式，包括等待、暂停、睡眠、空闲、节电等工作方式。扩大电源电压范围以及在较低电压下仍然能工等工作方式。扩大电源电压范围以及在较低电压下仍然能工作是当今单片机发展的目标之一。目前，一般单片机都可在作是当今单片机发展的目标之一。目前，一般单片机都可在3.3 5.5 V的条件下工作，一些厂家甚至生产出可以在的条件下工作，一些厂家甚至生产出可以在2.26V条件下工作的单片机。条件下工作的单片机。返回下一页上一页1.1 单片机的发展情况单片机的发展情况 3)高速化高速化 早期早期MCS-51单片机的典型时钟频率为单片机的典型时钟频率为12MHz，目前西门子，目前西门子公司的公司的C500系列单片机的系列单片机的(与与MCS-51兼容兼容)时钟频率为时钟频率为36MHz;EMC公司的公司的EM78系列单片机的时钟频率高达系列单片机的时钟频率高达40MHz;现在已有更快的现在已有更快的32位、位、100MHz的单片机产品出现。的单片机产品出现。4)集成更多资源集成更多资源 当前在单片机内部已集成了越来越多的部件，这些部件包当前在单片机内部已集成了越来越多的部件，这些部件包括一些常用的电路，例如，定时器、比较器、括一些常用的电路，例如，定时器、比较器、A/D转换器、转换器、D/A转换器、串行通信接口、转换器、串行通信接口、Watchdog看门狗电路、看门狗电路、LCD控控制器、局部网络控制模块。制器、局部网络控制模块。返回下一页上一页1.1 单片机的发展情况单片机的发展情况 5)通信及网络功能加强通信及网络功能加强 在某些单片机内部由于封装了局部网络控制模块，甚至将在某些单片机内部由于封装了局部网络控制模块，甚至将网络协议固化在其内部，因此可以容易地构成网络系统。特网络协议固化在其内部，因此可以容易地构成网络系统。特别是在控制系统较为复杂时，构成一个控制网络十分有用。别是在控制系统较为复杂时，构成一个控制网络十分有用。目前，将单片机嵌入式系统和目前，将单片机嵌入式系统和Internet连接起来已是一种趋势。连接起来已是一种趋势。6)专用型单片机发展加快专用型单片机发展加快 专用型单片机具有最大程度简化的系统结构，资源利用率专用型单片机具有最大程度简化的系统结构，资源利用率最高，大批量使用有着可观的经济效益。最高，大批量使用有着可观的经济效益。返回下一页上一页1.1 单片机的发展情况单片机的发展情况1.1.4 MCS-51系列单片机的分类系列单片机的分类 1.MCS-51系列系列 MCS-51是是Intel公司生产的一个单片机系列名称，这一系列公司生产的一个单片机系列名称，这一系列的单片机有多种型号。的单片机有多种型号。MCS-51系列单片机性能表，如系列单片机性能表，如表表1-1所列。所列。返回下一页上一页1.1 单片机的发展情况单片机的发展情况 该系列单片机的生产工艺有两种该系列单片机的生产工艺有两种:一是一是HMOS工艺工艺(高密度高密度短沟道短沟道MOS工艺工艺)，二是，二是CHMOS工艺工艺(互补金属氧化物的互补金属氧化物的HMOS工艺工艺)。CHMOS具有高速度、高密度以及低功耗的特具有高速度、高密度以及低功耗的特点。在产品型号中凡带有字母点。在产品型号中凡带有字母“C”的为的为CHMOS芯片，不带芯片，不带有字母有字母“C”的为的为HMOS芯片。芯片。HMOS芯片的电平与芯片的电平与TTL电平电平兼容，而兼容，而CHMOS芯片的电平既与芯片的电平既与TTL电平兼容，又与电平兼容，又与CMOS电平兼容。所以在单片机应用系统中应尽量采用电平兼容。所以在单片机应用系统中应尽量采用CHMOS工艺的芯片。工艺的芯片。返回下一页上一页1.1 单片机的发展情况单片机的发展情况 在功能上，该系列单片机有基本型和增强型两大类，通常在功能上，该系列单片机有基本型和增强型两大类，通常以芯片型号的末位数字来区分。末位数字为以芯片型号的末位数字来区分。末位数字为“1”的型号为基的型号为基本型，如本型，如8051/8751/8031,80C51/87C51/80C31等。末位数字等。末位数字为为“2”的型号为增强型，如的型号为增强型，如8052/8752/8032、80C52/87C52/80C32等。等。在片内程序存储器的配置上，该系列单片机有在片内程序存储器的配置上，该系列单片机有3种形式，种形式，ROM Less(无片内程序存储器无片内程序存储器)、掩模、掩模ROM和和EPROM。返回下一页上一页1.1 单片机的发展情况单片机的发展情况2.80C51系列系列 80C51是是MCS-51系列单片机中系列单片机中CHMOS工艺的一个典型品工艺的一个典型品种。其他了商以种。其他了商以8051为基核开发出的为基核开发出的CHMOS工艺单片机产工艺单片机产品也统称为品也统称为80C51系列。当前单片机开发常用的系列。当前单片机开发常用的80C51系列产系列产品有品有Intel公司的公司的80C31、80C51、87C51、80C32、80C52、87C52等，还有等，还有ATMEL公司的公司的AT89C51、AT89C52、AT89C2051、AT89 04051等融入了等融入了FLASH存储器技术的存储器技术的AT89系列。除此之外，还有系列。除此之外，还有Philips,华邦、华邦、Dallas,Siemens等公司的许多产品。虽然这些产品在某些方面有一些差异，等公司的许多产品。虽然这些产品在某些方面有一些差异，但基本结构是相同的，从而形成了但基本结构是相同的，从而形成了80C51的主流产品地位。的主流产品地位。返回上一页1.2 计算机中数的表示方法计算机中数的表示方法1.2.1进位计数制及其转换进位计数制及其转换 凡采用数字符号排列，按照由低位向高位进位计数的方法凡采用数字符号排列，按照由低位向高位进位计数的方法称为进位计数制，简称为计数制或进位制。在人们的日常生称为进位计数制，简称为计数制或进位制。在人们的日常生活中，会碰到各种不同的进位计数制，不仅有最常使用的十活中，会碰到各种不同的进位计数制，不仅有最常使用的十进制，还有二进制、八进制、十二进制、十六进制、二十四进制，还有二进制、八进制、十二进制、十六进制、二十四进制等。进制等。返回下一页1.2 计算机中数的表示方法计算机中数的表示方法 (1)二进制二进制:由数字符号由数字符号0、1构成，逢构成，逢2进进1。(2)八进制八进制:由数字符号由数字符号0一一7构成，逢构成，逢8进进1。(3)十进制十进制:由数字符号由数字符号0一一9构成，逢构成，逢10进进1。(4)十六进制十六进制:由数字符号由数字符号0一一9和字母和字母A一一F构成，逢构成，逢16进进1。在计算机内部，数的表示仅采用二进位计数制，即计算机在计算机内部，数的表示仅采用二进位计数制，即计算机内部处理的数据内部处理的数据(数值数据、字符、图形、声音等数值数据、字符、图形、声音等)必须用必须用0、1的代码表示，计算机能够理解的语言也只能是由的代码表示，计算机能够理解的语言也只能是由0、1构成的构成的语言。而用户在书写时则可以采用任何进制形式的数来表示语言。而用户在书写时则可以采用任何进制形式的数来表示的。下面讨论各种数制之间的转换。的。下面讨论各种数制之间的转换。返回下一页上一页1.2 计算机中数的表示方法计算机中数的表示方法 1.十进制数转换为二进制数十进制数转换为二进制数 需对其整数和小数部分分别处理进行转换。需对其整数和小数部分分别处理进行转换。(1)十进制整数转换为二进制整数的方法是十进制整数转换为二进制整数的方法是:用用2不断地去除不断地去除要转换的十进制数，直至商为要转换的十进制数，直至商为0。每次所得的余数即为二进制。每次所得的余数即为二进制数位，最初得到的余数是二进制整数的最低位。这就是所谓数位，最初得到的余数是二进制整数的最低位。这就是所谓的的“除除2取余取余”法。法。(2)十进制小数转换为二进制小数的方法是十进制小数转换为二进制小数的方法是:用用2不断地去乘不断地去乘要转换的十进制小数，直至乘积的小数部分为要转换的十进制小数，直至乘积的小数部分为0。每次所得的。每次所得的整数部分即为二进制数位，最初得到的整数是二进制小数的整数部分即为二进制数位，最初得到的整数是二进制小数的最高位。这就是所谓的最高位。这就是所谓的“乘乘2取整取整”法。法。返回下一页上一页1.2 计算机中数的表示方法计算机中数的表示方法 2.二进制数转换为十进制数二进制数转换为十进制数 将二进制数转换为十进制数，只需按位权展开求累加和即将二进制数转换为十进制数，只需按位权展开求累加和即可。可。3.二进制数与十六进制数的相互转换二进制数与十六进制数的相互转换 二进制数转换成十六进制数比较容易，具体方法如下二进制数转换成十六进制数比较容易，具体方法如下:(1)把二进制数以小数点为界向左向右每把二进制数以小数点为界向左向右每4位分成一组，不足位分成一组，不足4位的以位的以0补齐。补齐。(2)把每组把每组4位的二进制数转换成位的二进制数转换成1位的十六进制数。位的十六进制数。(3)按从左到右的次序写出转换结果。按从左到右的次序写出转换结果。返回下一页上一页1.2 计算机中数的表示方法计算机中数的表示方法 十六进制数转换成二进制数的方法更简单，只需从左到右十六进制数转换成二进制数的方法更简单，只需从左到右把每位十六进制数写成相应的把每位十六进制数写成相应的4位二进制数，并把结果写在一位二进制数，并把结果写在一起即可。起即可。表表1-2中列出了中列出了015之间的十进制数在二进制、八进制和十之间的十进制数在二进制、八进制和十六进制下的对应值。为了加快数制转换的速度，这张表中的六进制下的对应值。为了加快数制转换的速度，这张表中的内容应该熟记于心。内容应该熟记于心。返回下一页上一页1.2 计算机中数的表示方法计算机中数的表示方法 4.数的书写方法数的书写方法 人们喜欢用十进制，而计算机仅认识二进制。十六进制、人们喜欢用十进制，而计算机仅认识二进制。十六进制、八进制则是二进制的缩写，看到了十六进制、八进制，就等八进制则是二进制的缩写，看到了十六进制、八进制，就等于看到了二进制。计算机中经常使用的数的书写方法有二进于看到了二进制。计算机中经常使用的数的书写方法有二进制制(后缀后缀B,Binary、八进制、八进制(后缀后缀0,Octal或或Q，因。与，因。与0容易容易混淆，所以一般用混淆，所以一般用Q)、十进制、十进制(后缀后缀D,Decimal，或者不要，或者不要后缀后缀)和十六进制和十六进制(后缀后缀H,Hex)。例如，。例如，1010B表示二进制数表示二进制数;5703 Q表示八进制数表示八进制数;2048 D表示十进制数表示十进制数;OA30BH表示十六表示十六进制数进制数(在汇编语言程序中由字母在汇编语言程序中由字母AF开头的十六进制数前需开头的十六进制数前需要添加要添加0)。返回下一页上一页1.2 计算机中数的表示方法计算机中数的表示方法1.2.2机器数机器数 计算机中的数据简称为机器数，一个完整的机器数应能表计算机中的数据简称为机器数，一个完整的机器数应能表示无符号数和符号数。对于一个字长为示无符号数和符号数。对于一个字长为n位的机器数而言，若位的机器数而言，若表示无符号数时，其表示无符号数时，其n位应全部用于表示数值。如位应全部用于表示数值。如:返回下一页上一页1.2 计算机中数的表示方法计算机中数的表示方法 若表示符号数时，其最高位用于表示数的符号若表示符号数时，其最高位用于表示数的符号(用用0表示正表示正数，用数，用1表示负数，这样的处理称为数字符号的数字化表示表示负数，这样的处理称为数字符号的数字化表示)，其余的，其余的n-1位用于表示数值。如位用于表示数值。如:无论是无符号数，还是符号数，都是计算机能够直接处理无论是无符号数，还是符号数，都是计算机能够直接处理的两种数据。的两种数据。返回下一页上一页1.2 计算机中数的表示方法计算机中数的表示方法 在计算机中对于符号数有不同的编码方式，通常采用两种在计算机中对于符号数有不同的编码方式，通常采用两种编码表示编码表示:原码、补码。原码、补码。1.原码原码 最高位为符号位最高位为符号位(正数用正数用0，负数用，负数用1)，其他位为数值位，其他位为数值位，称为符号数的原码表示。称为符号数的原码表示。2.补码补码 正数的补码与原码相同，即符号位用正数的补码与原码相同，即符号位用0表示，数值位不变表示，数值位不变;负数的补码则是符号位取负数的补码则是符号位取1，数值位逐位取反，末位加，数值位逐位取反，末位加1。返回下一页上一页1.2 计算机中数的表示方法计算机中数的表示方法 3.补码数的表示范围补码数的表示范围 一个一个n位二进制补码数的表示范围是位二进制补码数的表示范围是:-2n-1 N2n-1-1 当当n=8时数的表示范围是时数的表示范围是:-128N+127 当当n=16时数的表示范围是时数的表示范围是:一一32768N+32767 如果两个如果两个8位二进制补码数的运算结果超过一位二进制补码数的运算结果超过一128N+127的范围，或者两个的范围，或者两个16位二制补码数的运算结果超过一位二制补码数的运算结果超过一32768N+32767的范围，则称为运算结果溢出。的范围，则称为运算结果溢出。返回下一页上一页1.2 计算机中数的表示方法计算机中数的表示方法1.2.3常用名词术语及字符的表示常用名词术语及字符的表示 1.常用的名词术语常用的名词术语 位、字节、字以及字长都是计算机中常用的名词术语。位、字节、字以及字长都是计算机中常用的名词术语。1)位位(Bit)位是指一个二进制位，它是计算机中信息存储的最小单位。位是指一个二进制位，它是计算机中信息存储的最小单位。位用位用b表示。表示。返回下一页上一页1.2 计算机中数的表示方法计算机中数的表示方法 2)字节字节(Byte)字节指相邻的字节指相邻的8个二进制位，通常存储器是以字节为单位存个二进制位，通常存储器是以字节为单位存储信息的。字节用储信息的。字节用B表示。表示。3)字字(Word)及字长及字长 字是计算机内部进行数据传递、数据处理的基本单元。一字是计算机内部进行数据传递、数据处理的基本单元。一个字所包含的二进制位数称为字长。字用个字所包含的二进制位数称为字长。字用W表示。在一般的表示。在一般的微机中定义一个字长为微机中定义一个字长为2个字节。个字节。返回下一页上一页1.2 计算机中数的表示方法计算机中数的表示方法 2.ASCII码码 计算机在处理信息时，有时需要处理字符或字符串，例如计算机在处理信息时，有时需要处理字符或字符串，例如从键盘输入的信息或打印的信息都是以字符方式处理的，因从键盘输入的信息或打印的信息都是以字符方式处理的，因此，计算机必须能用二进制数表示字符。此，计算机必须能用二进制数表示字符。计算机中最常用的字符编码是美国信息交换标准代码计算机中最常用的字符编码是美国信息交换标准代码ASCII(American Standard Code for Information Interchange)。ASCII码用码用7位二进制数表示字符编码。附录位二进制数表示字符编码。附录A给出了字符的给出了字符的ASCII码表。码表。返回下一页上一页1.2 计算机中数的表示方法计算机中数的表示方法 3.BCD码码 虽然二进制数实现容易，但不符合人们的使用习惯，且书虽然二进制数实现容易，但不符合人们的使用习惯，且书写阅读不方便，所以在计算机输入输出时通常还是采用十进写阅读不方便，所以在计算机输入输出时通常还是采用十进制来表示数，这就需要实现十进制与二进制间的转换。为了制来表示数，这就需要实现十进制与二进制间的转换。为了转换方便，常采用二进制编码的十进制数，简称为转换方便，常采用二进制编码的十进制数，简称为BCD(Binary Coded Decimal)。BCD码是用码是用4位二进制数表示位二进制数表示1位十进制整数。表示的方法位十进制整数。表示的方法有多种，常用的是有多种，常用的是8421 BCD码，它的表示规律如码，它的表示规律如表表1-3所列。所列。返回上一页1.3 计算机语言计算机语言 计算机是一种能够按照人们预先存放在存储器中的一系列计算机是一种能够按照人们预先存放在存储器中的一系列命令连续高速地进行数据处理的电子机器。能够把人的