单片机原理及接口技术第1章第4版ppt课件.ppt

单片机原理及接口技术单片机原理及接口技术单片机原理及接口技术单片机原理及接口技术设计者：刘艳玲设计者：刘艳玲1 单片机原理及接口技术单片机原理及接口技术单片机原理及接口技术单片机原理及接口技术第第1 1章章 微机基础知识微机基础知识o1.1 微处理器、微机和单片机的概念微处理器、微机和单片机的概念o1.2 微机的工作过程微机的工作过程o1.3 常用数制和编码常用数制和编码o1.4 数据在计算机中的表示数据在计算机中的表示o1.5 89C51/S51单片机单片机o1.6 思考题与习题思考题与习题2 单片机原理及接口技术单片机原理及接口技术单片机原理及接口技术单片机原理及接口技术1.1 1.1 微处理器、微机和单片机的概念微处理器、微机和单片机的概念*1.1.2 1.1.2 存储器和输入输出接口存储器和输入输出接口*1.1.1 1.1.1 微处理器微处理器(机机)的组成的组成3 单片机原理及接口技术单片机原理及接口技术单片机原理及接口技术单片机原理及接口技术概念概念1 1、微处理器、微处理器3 3、单片机、单片机2 2、微型计算机、微型计算机4 单片机原理及接口技术单片机原理及接口技术单片机原理及接口技术单片机原理及接口技术微处理器微处理器(Microprocessor)(Microprocessor)是小型计算机或微型计算机的控制和处理部分。是小型计算机或微型计算机的控制和处理部分。又称中央处理单元又称中央处理单元CPUCPU（Central Processing Central Processing UnitUnit）。）。5微型计算机微型计算机（Microcomputer,Microcomputer,简称微机简称微机 MCMC）是具是具有完整运算及控制功能的计算机。有完整运算及控制功能的计算机。包括包括微处理器微处理器(CPU)(CPU)如图如图1-11-1所示。所示。存储器存储器接口适配器（输入输出接口电路）接口适配器（输入输出接口电路）输入输入/输出（输出（I/OI/O）设备。）设备。图图1-1 微机的组成微机的组成 微处理器由控制器、运算器和若干个寄存器组成；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设备与微处理器的连接需要通过接口适配器(即即/接口接口)；存储器是指微机内部的存储器存储器是指微机内部的存储器(RAM、ROM和和EPROM等芯片等芯片)。6 单片机原理及接口技术单片机原理及接口技术单片机原理及接口技术单片机原理及接口技术单片机单片机（Single-Chip MicrocomputerSingle-Chip Microcomputer）是将微处理器、一定容量是将微处理器、一定容量RAMRAM和和ROMROM以及以及I/OI/O口、口、定时器等电路集成在一块芯片上，构成单片微型定时器等电路集成在一块芯片上，构成单片微型计算机。计算机。微处理器微处理器RAM RAM ROMROMI/OI/O口口定时器定时器单片微型计算机单片微型计算机7 单片机原理及接口技术单片机原理及接口技术单片机原理及接口技术单片机原理及接口技术1.1.1 1.1.1 微处理器（机）的组成微处理器（机）的组成2 1、运算器、运算器2 2 2、控制器、控制器2 3 3、CPUCPU中的主要寄存器中的主要寄存器8 单片机原理及接口技术单片机原理及接口技术单片机原理及接口技术单片机原理及接口技术计算机的模型计算机的模型微处理单元与存储器及微处理单元与存储器及I/OI/O接口组成的计算机模型如接口组成的计算机模型如 图图1-21-2所示。所示。图图中中只只画画出出CPUCPU主主要要的的寄寄存存器器和和控控制制电电路路，并并且且假假设设所所有有的的计计数数器器、寄寄存存器和总线都是器和总线都是8 8位宽度。位宽度。ALUALU、计计数数器器、寄寄存存器器和和控控制制部部分分除除在在微微处处理理器器内内通通过过内内部部总总线线相相互互联联系系以以外外，还还通通过过外外部部总总线和外部的存储器和输入线和外部的存储器和输入/输出接口电路联系。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。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。存储器包括存储器包括RAMRAM和和ROMROM。微计算机通过输入微计算机通过输入/输出接口电路可与各种外围设备联接输出接口电路可与各种外围设备联接。!9图图1-2 一个计算机模型一个计算机模型10 单片机原理及接口技术单片机原理及接口技术单片机原理及接口技术单片机原理及接口技术1 1、运算器、运算器 1 1）、组成）、组成2 2）、作用作用3 3）、ALUALU的两个主要的输入来源的两个主要的输入来源4 4）、运算器的两个主要功能）、运算器的两个主要功能11 单片机原理及接口技术单片机原理及接口技术单片机原理及接口技术单片机原理及接口技术1 1）运算器的组成）运算器的组成算术逻辑单元算术逻辑单元(简称简称ALUALU）运算器运算器累加器累加器 寄存器寄存器12 单片机原理及接口技术单片机原理及接口技术单片机原理及接口技术单片机原理及接口技术2 2）运算器的作用运算器的作用是把传送到微处理器的数据进行运算或逻辑运是把传送到微处理器的数据进行运算或逻辑运算。算。举例举例ALUALU可对两个操作数进行加、减、与、或、比较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。大小等操作，最后将结果存入累加器。ALUALU执行不同的运算操作是由不同控制线上的信执行不同的运算操作是由不同控制线上的信息所确定的。息所确定的。13 单片机原理及接口技术单片机原理及接口技术单片机原理及接口技术单片机原理及接口技术例如：例如：两个数（两个数（7 7和和9 9）相加，在相加之前，操作数）相加，在相加之前，操作数9 9放在累加器中，放在累加器中，7 7放在数据寄存器中，执行两数放在数据寄存器中，执行两数相加运算的控制线发出相加运算的控制线发出“加加”操作信号，操作信号，ALUALU即即把两个数相加并把结果（把两个数相加并把结果（1616）存入累加器，取）存入累加器，取代累加器前面存放的数代累加器前面存放的数9 9。14 单片机原理及接口技术单片机原理及接口技术单片机原理及接口技术单片机原理及接口技术3 3）ALUALU的两个主要的输入来源的两个主要的输入来源输入来源输入来源数据寄存器数据寄存器累加器累加器15 单片机原理及接口技术单片机原理及接口技术单片机原理及接口技术单片机原理及接口技术4 4）运算器的两个主要功能运算器的两个主要功能（1 1）执行各种算术运算。）执行各种算术运算。（2 2）执行各种逻辑运算，并进行逻辑测试。）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。如零值测试或两个值的比较。16 单片机原理及接口技术单片机原理及接口技术单片机原理及接口技术单片机原理及接口技术2 2、控制器、控制器1 1）、控制器的组成）、控制器的组成2 2）、控制器的作用）、控制器的作用3 3）、控制器的主要功能）、控制器的主要功能17 单片机原理及接口技术单片机原理及接口技术单片机原理及接口技术单片机原理及接口技术1 1）控制器的组成）控制器的组成18 单片机原理及接口技术单片机原理及接口技术单片机原理及接口技术单片机原理及接口技术2 2）作用）作用它它是是发发布布命命令令的的“决决策策机机构构”，即即协协调调和指挥整个计算机系统的操作。和指挥整个计算机系统的操作。19 单片机原理及接口技术单片机原理及接口技术单片机原理及接口技术单片机原理及接口技术3 3）控制器的主要功能）控制器的主要功能对指令进行译码或测试，并产生相应的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。操作控制信号，以便启动规定的动作。指挥并控制指挥并控制CPUCPU、内存和输入、内存和输入/输出设备输出设备之间数据流动的方向。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。指令在内存中的位置。20 单片机原理及接口技术单片机原理及接口技术单片机原理及接口技术单片机原理及接口技术3 3、CPUCPU中的主要寄存器中的主要寄存器1 1）累加器（）累加器（A A）2 2）数据寄存器（）数据寄存器（DRDR）3 3）指令寄存器（）指令寄存器（IRIR）4 4）指令译码器（）指令译码器（IDID）6 6）地址寄存器（）地址寄存器（ARAR）5 5）程序计数器（）程序计数器（PCPC）21 单片机原理及接口技术单片机原理及接口技术单片机原理及接口技术单片机原理及接口技术1 1）累加器（）累加器（A A）在算术和逻辑运算时，它具有双重功能：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。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。累加器是微处理器中最繁忙的寄存器。22 单片机原理及接口技术单片机原理及接口技术单片机原理及接口技术单片机原理及接口技术2 2）数据寄存器（）数据寄存器（DRDR）数数据据（缓缓冲冲）寄寄存存器器（DRDR）是是通通过过数数据据总总线线（DBUSDBUS）向向存存储储器器（M M）和和输输入入/输输出出设设备备I/OI/O送送（写）或取（读）数据的暂存单元。（写）或取（读）数据的暂存单元。23 单片机原理及接口技术单片机原理及接口技术单片机原理及接口技术单片机原理及接口技术3 3）指令寄存器（）指令寄存器（IRIR）指令寄存器用来保存当前正在执行的一条指令。指令寄存器用来保存当前正在执行的一条指令。当当执执行行一一条条指指令令时时先先把把它它从从内内存存取取到到数数据据寄寄存存器中，然后再传送到指令译码器中。器中，然后再传送到指令译码器中。24 单片机原理及接口技术单片机原理及接口技术单片机原理及接口技术单片机原理及接口技术4 4）指令译码器（）指令译码器（IDID）指指令令分分为为操操作作码码和和地地址址码码字字段段，由由二二进进制制数数字字组组成成。当当执执行行任任何何给给定定的的指指令令，必必须须对对操操作作码码进进行行译译码码，以以便便确确定所要求的操作。定所要求的操作。指指令令寄寄存存器器中中操操作作码码字字段段的的输输出出就就是是指指令令译译码码器器的的输输入。入。操操作作码码一一经经译译码码后后，即即可可向向控控制制器器发发出出具具体体操操作作的的特特定信号。定信号。25 单片机原理及接口技术单片机原理及接口技术单片机原理及接口技术单片机原理及接口技术5 5）程序计数器（）程序计数器（PCPC）通常又称为指令地址计数器。通常又称为指令地址计数器。在在程程序序开开始始执执行行前前，必必须须将将其其起起始始地地址址，即即程程序序的的第一条指令所在的内存单元地址送到第一条指令所在的内存单元地址送到PCPC。当当执执行行指指令令时时，CPUCPU将将自自动动修修改改PCPC的的内内容容，使使之之总总是是保保存将要执行的下一条指令的地址。存将要执行的下一条指令的地址。由由于于大大多多数数指指令令都都是是按按顺顺序序执执行行的的，所所以以修修改改的的过过程程通常是简单的加通常是简单的加1 1操作。操作。26 单片机原理及接口技术单片机原理及接口技术单片机原理及接口技术单片机原理及接口技术6 6）地址寄存器）地址寄存器 （ARAR）地地址址寄寄存存器器用用来来保保存存当当前前CPUCPU所所要要访访问问的的内内存存单单元元或或I/OI/O设备的地址。设备的地址。因因为为内内存存（I/OI/O设设备备）和和CPUCPU之之间间存存在在着着速速度度上上的的差差别别，所所以以必必须须使使用用地地址址寄寄存存器器来来保保存存地地址址信信息息，直直到到内内存存（I/OI/O设备）读设备）读/写操作完成为止。写操作完成为止。27 单片机原理及接口技术单片机原理及接口技术单片机原理及接口技术单片机原理及接口技术1.1.2 1.1.2 存储器和输入输出接口存储器和输入输出接口1 1、存储器、存储器2 2、I/OI/O接口及外设接口及外设28 单片机原理及接口技术单片机原理及接口技术单片机原理及接口技术单片机原理及接口技术1 1、存储器、存储器如图如图1-41-4所示。所示。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。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。存储器从存储器从CPUCPU接收控制信号，以确定存储器执行读接收控制信号，以确定存储器执行读/写操作。写操作。地址总线将地址总线将8 8位地址信息送入地址译码器，地址译码器的输出可以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。确定唯一的存储单元。数据总线用来传送存储器到数据总线用来传送存储器到CPUCPU或或CPUCPU到存储器的数据信息到存储器的数据信息。29图图1-4 随机存取存储器随机存取存储器30 单片机原理及接口技术单片机原理及接口技术单片机原理及接口技术单片机原理及接口技术2 2、I/OI/O接口及外设接口及外设每每个个外外设设与与微微处处理理器器的的连连接接必必须须经经过过接接口口适适配配器（器（I/OI/O接口）。接口）。每每个个I/OI/O接接口口及及其其对对应应的的外外设设都都有有一一个个固固定定的的地地址址，在在CPUCPU的的控控制制下下实实现现对对外外设设的的输输入入（读读）和和输出（写）操作。输出（写）操作。31 单片机原理及接口技术单片机原理及接口技术单片机原理及接口技术单片机原理及接口技术1.2 微机的工作过程o计算机采取“存储程序”的工作方式，即事先把程序加载到计算机的存储器中，当启动运行后，计算机便自动进行工作。计算器虽然也有运算和控制的功能，但它不是“存储程序”式的自动工作方式，所以不能称为计算机。o任何计算机都有它的指令系统，有十几条至一百多条指令，并有若干种寻址方式。我们假设图1-2所示的模型计算机有4条指令，并只有一种寻址方式直接寻址方式，模型机的指o令及其说明如表1-1所列。32表1-1模型机指令表名称助记符操作码注释取入累加器LDA1001 0110(96H)将存储单元的内容取入累加器，其单元地址由下一个字节给出加法ADD1001 1011(9BH)将存储单元的内容和累加器的现有内容相加，结果放在累加器中，存储单元的地址由下一字节给出累加器送存STA1001 0111(97H)累加器内容送存，存储单元的地址由下一字节给出停机HLT0011 1110(3EH)停止全部操作33 单片机原理及接口技术单片机原理及接口技术单片机原理及接口技术单片机原理及接口技术o寻址方式是指用什么方法寻找指令的操作数。上述4条指令除HLT外，LDA、ADD和STA都有操作数。直接寻址方式的指令格式如图1-5所示。o指令中应有一部分数位(8位，即1字节)用于指明所执行的特定操作，这部分(图1-5中的第1字节)称为操作码。o该模型机的操作有数据传送(LDA)、相加(ADD)、送存(STA)和停机(HLT)4种。它们的操作码如表1-1所列。34 单片机原理及接口技术单片机原理及接口技术单片机原理及接口技术单片机原理及接口技术图图1-5 直接寻址方式的指令格式直接寻址方式的指令格式35o指令中还应有一部分数位(图1-5中的第2字节)用于说明被操作的数据来自什么地方，这一部分叫操作数的地址。o在这种寻址方式中，一条指令(如LDA、ADD和STA)需要2个字节：第1个字节是操作码，第2个字节不是操作数，而是存放操作数的内存单元的地址。例如：LDA 23；将地址为23的内存单元中的内容7装入累加器A中。23为操作数的地址o在图1-6所示的内存单元23中存放的7为操作数。执行上述指令后就将7装入累加器A中。图1-6 执行“LDA23”指令36 单片机原理及接口技术单片机原理及接口技术单片机原理及接口技术单片机原理及接口技术1.2.1 执行一条指令的顺序o计算机执行程序是一条指令一条指令执行的。执行一条指令的过程可分为两个阶段，如图1-7所示。图图1-7 取指令、执行指令序列取指令、执行指令序列37o在计算机中，“存储程序”第1条指令的第1个字节一定是操作码。这样，CPU首先进入取指阶段，从存储器中取出指令并通过CPU译码后，转入执指阶段，在这期间，CPU执行指令指定的操作。o取指阶段是由一系列相同的操作组成的，因此，取指阶段的时间总是相同的。而执行指令的阶段是由不同的事件顺序组成的，它取决于被执行指令的类型。执行完一条指令后接着执行下一条指令。所以，程序的执行顺序是取指执指，取指执指如此反复直至程序结束。38 单片机原理及接口技术单片机原理及接口技术单片机原理及接口技术单片机原理及接口技术1.2.2 执行一条指令的过程o指令“LDA 23”的执行过程是怎样的呢?这是一条直接寻址方式的指令，执行的过程如图1-8所示。oLDA指令的指令周期由3个CPU周期(即机器周期)组成。其中，第1个CPU周期为取指令阶段；执行指令阶段由2个CPU周期组成，第2个CPU周期中将操作数的地址送往地址寄存器并完成地址译码，在第3个CPU周期中，从内存取出操作数并执行装入的操作。39图1-8 直接访问内存指令的指令周期40 单片机原理及接口技术单片机原理及接口技术单片机原理及接口技术单片机原理及接口技术1.3 1.3 常用数制和编码常用数制和编码*1.3.1 数制及数制间转换数制及数制间转换*1.3.2 计算机中常用编码计算机中常用编码41 单片机原理及接口技术单片机原理及接口技术单片机原理及接口技术单片机原理及接口技术 1.3.1 数制及数制间转换数制及数制间转换*1.1.数制数制计数的进位制计数的进位制*2 2、不同数制之间的转换、不同数制之间的转换42 单片机原理及接口技术单片机原理及接口技术单片机原理及接口技术单片机原理及接口技术1.1.数制数制计数的进位制计数的进位制*1.1.二二进进制制：是是“0 0”和和“1 1”这这样样的的数数、逢逢2 2进进位位。按按权权展展开开时时权权的的基数为基数为2 2。用后缀字母。用后缀字母“B B”表示。表示。如：如：1001=11001=12 23 3+0+02 22 2+0+02 21 1+1+12 20 0 =9=9（十进制数）（十进制数）*2.2.十十进进制制：是是“0 0”“9 9”之之间间的的数数、逢逢1010进进位位。按按权权展展开开时时权权的的基基数为数为1010。用后缀字母。用后缀字母“D D”表示。表示。如：如：1135=11135=110103 3+1+110102 2+3+310101 1+5+510100 0*3.3.十十六六进进制制：是是“0 0”“9 9”，“A,B,C,D,E,FA,B,C,D,E,F”之之间间的的数数、逢逢1616进进位。按权展开时权的基数为位。按权展开时权的基数为1616。用后缀字母。用后缀字母“H H”表示。表示。如：如：1C5H=11C5H=116162 2+12+1216161 1+5+516160 0=453D=453D432 2、不同数制之间的转换、不同数制之间的转换1 1、二进制、十六进制转化成十进制：、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。将二、十六进制数按权展开相加即为相应的十进制数。如：如：1101=11101=12 23 3+1+12 22 2+0+02 21 1+1+12 20 0 =13D=13D如：如：1FH=11FH=116161 1+15+1516160 0 =31D=31D2 2、十进制转换成二进制数：、十进制转换成二进制数：将十进制数除将十进制数除2 2取余，商为取余，商为0 0止余数倒置。止余数倒置。如：如：11D=1011B11D=1011B 3 3、十进制转换成十六进制数：、十进制转换成十六进制数：将十进制数除将十进制数除1616取余，商为取余，商为0 0止余数倒置。止余数倒置。如：如：100D=64H100D=64H4 4、二进制转换成十六进制数：、二进制转换成十六进制数：将将二二进进制制数数以以小小数数点点为为界界四四位位一一分分，不不足足补补0 0，用用一一位位十十六六进进制制数数代代替替四四位二进制数。位二进制数。如：如：1 1 0011 0011 11001100 B=B=0001 0001 00110011 11001100 B=B=1 13 3C C H H5 5、十六进制转换成二进制数：、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。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：如：D D4 4E E H=H=11011101 01000100 11101110 B B2 11 余数余数 2 5 1 2 2 1 2 1 0 0 116 100 余数余数 16 6 4 0 6 44 单片机原理及接口技术单片机原理及接口技术单片机原理及接口技术单片机原理及接口技术 1.3.2 计算机中常用编码计算机中常用编码1.BCD（Binary Coded Decimal）码码二二十十进进制码制码2.ASCII（American Standard Code for Information Interchange）码）码45 单片机原理及接口技术单片机原理及接口技术单片机原理及接口技术单片机原理及接口技术1.BCD（Binary Coded Decimal）码）码二十进制码二十进制码*BCD码码是是一一种种二二进进制制形形式式的的十十进进制制码码，也也称称二二十十进进制制码码。它它用用4位位二二进进制制数数表表示示1位位十十进进制制数数，最最常常用用的是的是8421BCD码，见表码，见表1-4。n8421BCD码用码用0000H1001H代表十进制数代表十进制数09，运算法则是逢十进一。，运算法则是逢十进一。8421BCD码每位的码每位的权分别是权分别是8，4，2，1，故得此名。，故得此名。n例如，例如，1 649的的BCD码为码为0001 0110 0100 1001。46 单片机原理及接口技术单片机原理及接口技术单片机原理及接口技术单片机原理及接口技术表表 1-4 8421 BCD码表码表十进制数8421BCD码二进制数十进制数8421BCD码二进制数000000000810001000100010001910011001200100010100001 00001010300110011110001 00011011401000100120001 0010 1100501010101130001 0011 1101601100110140001 01001110701110111150001 0101111147 单片机原理及接口技术单片机原理及接口技术单片机原理及接口技术单片机原理及接口技术2.ASCII（American Standard Code for Information Interchange）码）码nASCII码是一种字符编码，是美国信息交换标准代码的码是一种字符编码，是美国信息交换标准代码的简称。它由简称。它由7位二进制数码构成，共有位二进制数码构成，共有128个字符。个字符。nASCII码主要用于微机与外设通信。当微机与码主要用于微机与外设通信。当微机与ASCII码码制的键盘、打印机及制的键盘、打印机及CRT等连用时，均以等连用时，均以ASCII码形式码形式进行数据传输。进行数据传输。n例如，当按微机的某一键时，键盘中的单片机便将所按例如，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的键码转换成ASCII码传入微机进行相应处理。码传入微机进行相应处理。48 单片机原理及接口技术单片机原理及接口技术单片机原理及接口技术单片机原理及接口技术 1.4 数据在计算机中的表示数据在计算机中的表示 1.4.1 有符号数有符号数 1.4.2 无符号数无符号数49 单片机原理及接口技术单片机原理及接口技术单片机原理及接口技术单片机原理及接口技术 1.4.1 有符号数有符号数o有符号的8位二进制数用最高位D7表示数的正或负，o0代表“+”，1代表“-”，oD7称为符号位，D6D0为数值位。D7D6 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。50 单片机原理及接口技术单片机原理及接口技术单片机原理及接口技术单片机原理及接口技术1.原码原码 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。本身，这种表示方法称为原码。原码的表示范围是原码的表示范围是-127+127例如例如:X=+1011010B X原原=01011010B；X=-1011010B X原原=11011010B2.反码反码 正数的反码与原码相同。正数的反码与原码相同。符号位一定为符号位一定为0，其余位为数值位。，其余位为数值位。负数的反码符号位为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。，数值位将其原码的数值位逐位求反。反码的表示范围是反码的表示范围是-127+127例如例如:X=-1011010B X 原原=11011010B X 反反=10100101B51 单片机原理及接口技术单片机原理及接口技术单片机原理及接口技术单片机原理及接口技术3.补码补码正数的补码与原码相同。正数的补码与原码相同。负数的补码符号位为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，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，即负数的反码加1。补码的表示范围是补码的表示范围是-128+127例如例如:X=-1011010B X 补补=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。优点是减法可以用补码的加法来运算。这里还要特别提示这里还要特别提示“溢出溢出”的概念。溢出与进位不同，溢出是指的概念。溢出与进位不同，溢出是指有符号数的运算结果超出了数有符号数的运算结果超出了数-128+127的表示范围，的表示范围，破坏了符号位。破坏了符号位。52 单片机原理及接口技术单片机原理及接口技术单片机原理及接口技术单片机原理及接口技术4 机器数与真值机器数与真值o机器数：机器数：计算机中以二进制形式表示的数。计算机中以二进制形式表示的数。o真值：真值：机器数所代表的数值。机器数所代表的数值。例如，机器数例如，机器数10001010B，它的真值为，它的真值为138（无符号数）（无符号数）-10（原码）（原码）-117（反码）（反码）-118（补码）（补码）【例例1-5】怎样根据真值求补码，或根据补码求真值？怎样根据真值求补码，或根据补码求真值？答：答：只有两种求补码的方法：只有两种求补码的方法：一是求负数的补码，用绝对值一是求负数的补码，用绝对值“取反加取反加1”来求补码；来求补码；二是求负数（补码）的真值，可先将该补码数用二是求负数（补码）的真值，可先将该补码数用“取反加取反加1”的方法得到其绝对的方法得到其绝对值，再在绝对值前添加一负号。值，再在绝对值前添加一负号。53 单片机原理及接口技术单片机原理及接口技术单片机原理及接口技术单片机原理及接口技术o无符号的无符号的8位二进制数没有符号位，从位二进制数没有符号位，从D7D0皆为数值位，所以皆为数值位，所以8位无符号二进制数的表位无符号二进制数的表示范围是示范围是0+255。o8位二进制数码的不同表达含义见表位二进制数码的不同表达含义见表1-6。1.4.2 无符号数无符号数54表表 1-6 数的表示方法数的表示方法8位二十进制数无符号数原码反码补码0000 00000+0+0+00000 00011+1+1+10000 00102+2+2+20111 1100124+124+124+1240111 1101125+125+125+1250111 1110126+126+126+1260111 1111127+127+127+1271000 0000128-0-127-1281000 0001129-1-126-1271000 0010130-2-125-1261111 1100252-124-3-41111 1101253-125-2-31111 1110254-126-1-21111 1111255-127-0-155 1.5 89C51/S51单片机单片机 51系列单片机有多种型号的产品，如普通型（系列单片机有多种型号的产品，如普通型（51子系列）子系列）80C51、80C31、87C51和和89C51等，增强型（等，增强型（52子系列）子系列）80C32、80C52、87C52和和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。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。o80C31片内没有程序存储器，片内没有程序存储器，o80C51内部设有内部设有4 KB的掩膜的掩膜ROM程序存储器。程序存储器。o87C51是将是将80C51片内的片内的ROM换成换成EPROM，o89C51则换成则换成4 KB的闪速的闪速E2PROM。o51增强型的程序存储器容量为普通型的增强型的程序存储器容量为普通型的2倍。倍。o通常以通常以8C51代表这一系列的单片机，代表这一系列的单片机，其中其中=0掩膜掩膜ROM =7EPROM/OTPROM =9Flash ROM56o89系列单片机已经在片内增加系列单片机已经在片内增加4 KB或或8 KB的的Flash ROM，而且整个，而且整个89C51/89C52芯片比芯片比87C51便宜得多。所以现在已经没有人使用便宜得多。所以现在已经没有人使用80C31或或87C51开发产品了。开发产品了。o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。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。o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！会怎样！o本教程以本教程以ATMEL、PHILIPS和和SST等公司的等公司的89系列单片机中的系列单片机中的57oAT89C51/P89C51/SST89E554（以下简称为（以下简称为89C51)为典型机，讲述单片为典型机，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系系列单片机。列单片机。oAT89C系列单片机属常规类型，只能用通用编程器进行编辑，不能进行下载编程，系列单片机属常规类型，只能用通用编程器进行编辑，不能进行下载编程，AT89S系列单片机主要特点是具有系列单片机主要特点是具有ISP功能，也就是说，对功能，也就是说，对AT89S芯片进行编程芯片进行编程时，不需要将芯片从目标板上取下，只需用一根下载线即可对时，不需要将芯片从目标板上取下，只需用一根下载线即可对AT89S单片机进行单片机进行下载编程。下载编程。58 1.6 思考题与习题思考题与习题 1.什么是微处理器、什么是微处理器、CPU、微机和单片机、微机和单片机?2.单片机有哪些特点单片机有哪些特点?3.微型计算机怎样执行一个程序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。将下列各二进制数转换为十进制数及十六进制数。11010B 110100B 10101011B 11111B5.将下列各数转换为十六进制数及将下列各数转换为十六进制数及ASCII码。码。129D 253D 01000011BCD 00101001BCD6.将下列十六进制数转换成二进制数和十进制数。将下列十六进制数转换成二进制数和十进制数。5AH 0AE7.D2H 12BEH 0A85.6EH7.将下列十进制数转换成将下列十进制数转换成8421BCD码。码。22 986.71 1234 678.95598.什么叫原码、反码及补码？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）。已知原码如下，写出其补码和反码（其最高位为符号位）。X原原=01011001 X原原=00111110 X原原=11011011 X原原=1111110010.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 0111010160