第一章单片微型计算机基础知识

单片微机原理（1）杨明欣电子实验中心EMAIL:[e-mail]课件密码：5402Tel：[phone]办公室五教5504侧课程内容微型计算机的基础知识围绕MCS-51系列单片机的原理结构、汇编指令系统、汇编语言程序设计，系统总线扩展技术，单片机定时计数、中断、串口通信，初步掌握单片机系统的设计开发方法及单片机的简单应用。学生能力与本门课程的关系学习本课程的建议抓住7个环节：练习、实验、预习、听课、复习、记笔记、作业注重两个能力：自学能力、实践能力注意两个交流：与同学、老师的交流实现一个转变：基础课向专业基础课学习方法的转变。处理好课程与教材的关系：课程学时及内容安排，学习参考书理论课教学形式课堂教师讲授为主课堂教师提示，课后学生自学为主（思考题等）完全学生自学为主，讨论课，安排在答疑时间，同学讨论，教师答疑总结。学习要求：成绩考核考试成绩80％平时成绩20％归纳总结所学其中某章内容平时成绩：考勤、课后作业(专用一本）、课堂表现课程学习总结第一章微型计算机基础知识一、（1.1）微型计算机发展二、（1、4）微型计算机中数的表示和运算三、（1.2）微型计算机模型四、（1.3）单片微型计算机一计算机的历史与发展计算机发展的五个阶段（基本电子器件）电子管计算机(1946—1956)􀁺用机器语言、汇编语言编写程，用于军事和国防尖端技术晶体管计算机(1956—1962)开始使用高级语言，开始用于工程技术、数据处理和其它科学领域小规模集成电路计算机(1962—1975)采用微程序、流水线等技术，提高运行速度；出现操作系统、诊断程序等软件大规模集成电路计算机(1975—1981)采用半导体存储器、采用图形界面操作系统􀁺器件速度更快,软件、外设更加丰富超大规模集成电路计算机(1981—至今)微型化、巨型化、多媒体及人工智能联网应用。1、1微型计算机的分类􀁺1)按形态分类􀁺2)按CPU的字长分类􀁺3)按主机装置分类4）应用类型1)按形态分类单片机、单板机、微机系统单板机单片机系统机三种应用形态图示4）按应用类型分：用于数值计算、数据处理及信息管理方向通用微机，例如：PC微机功能越强越好、使用越方便越好。用于过程控制、智能化仪器仪表方向、实时信号处理的专用微机。例如：单片机、工控机可靠性高、实时性强程序相对简单、处理数据量小。DSP硬件计算，速度快。计算机的应用范围科学计算信息处理实时控制：工业现场控制、家用电器等计算机辅助设计人工智能：模式识别、专家系统、机器人等二、计算机的数1.进位计数制计算机中采用的是二进制数。二进制数的要素有：每一位数是0或1两个数码中的一个；逢二进一，借一为二。二进制数的尾符为：B十进制数是日常生活中使用最多的数制。十进制数的要素有：每一位数是0~9十个数码中的一个；逢十进一，借一为十。十进制数的尾符为：D1.位(bit)2.字节(Byte)3.字和字长(word)4.位编号5.指令、指令系统和程序注意：计算机以二进制代码的形式表示信息有关术语位(bit)指计算机能表示的最基本最小的单位在计算机中采用二进制表示数据和指令，故：位就是一个二进制位，有两种状态，“0”和“1”字节(Byte)相邻的8位二进制数称为一个字节1Byte=8bit如：1100001101010111位1或01位字节110000118位字110000110011110016位双字1100001100111100110000110011110032位高字节低字节高字低字把一个字定为16位，1Word=2Byte一个双字定为32位1DWord=2Word=4Byte字长字长是每一个字所包含的二进制位数。表示信息的二进制代码单元的基本长度位数）称为字长，字长越长。表示的数值范围就越大，精度就越高。•字长常与CPU内部的寄存器、运算装置、总线宽度一致。•三总线：AB、DB、CB例某CPU内含8位运算器，则：参加运算的数及结果均以8位表示,最高位产生的进位或借位在8位运算器中不保存，而将其保存到标志寄存器中10110101被加数8位+10001111加数8位进位111111101000100和8位PSW标志寄存器运算器标志寄存器运算器被加数加数和进位▲字长是衡量CPU工作性能的一个重要参数。不同类型的CPU有不同的字长。如:Intel4004是4位8051是8位8088/8086/80286是16位80386/80486、Pentium是32位10101100011001011001100001000011被加数+11000011110000110001010101011000加数进位11111111111101110000001010001010110110011011和4位8次8位4次16位2次32位1次位编号为便于描述，对字节,字和双字中的各位进行编号。从低位开始，从右到左依次为0、1、2．．．←编号7654321010100010D7D6D5D4D3D2D1D0A7A6A5A4A3A2A1A0字节数据Data地址AddressD0D7D15D8158101010101010101070A0A7A15A8字的编号为15~0双字的编号依此类推，为31~0例如0+1=11+1=1011+1=10010–1=1（1）二进制(Binary)(xxx)2或(xxx)B例如(1011.11)2或(1011.11)B数码：0、1进位规律：逢二进一，借一当二权：2i基数：2系数：0、1按权展开式表示(1011.11)2=1×23+0×22+1×21+1×20+1×2-1+1×2-2将按权展开式按照十进制规律相加，即得对应十进制数。=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）八进制和十六进制进制数的表示计数规律基数权数码八进制(Octal)(xxx)8或(xxx)O逢八进一，借一当八80~78i十六进制(Hexadecimal)(xxx)16或(xxx)H逢十六进一，借一当十六160~9、A、B、C、D、E、F16i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、不同数制间的关系与转换(1)不同数制间的关系2不同数制间的关系与转换不同数制之间有关系吗？十进制、二进制、八进制、十六进制对照表77011176601106550101544010043300113220010211000110000000十六八二十F17111115E16111014D15110113C14110012B13101111A121010109111001981010008十六八二十非十进制换成十进制：按权展开相加(2)不同数制间的转换（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十进制换成其他进制十进制数转换为其他进制数时，可将十进制数分为整数和小数两部分进行。•整数的转换——基数除法规则：除基取余，商零为止，逆序排列。•小数的转换——基数乘法规则：乘基取整，满足精度要求为止，顺序排列。1.5001整数0.7500［例］将十进制数(26.375)10转换成二进制数26613011012(26)10=(11010)2×2×21.0001.37522220.375×2一直除到商为0为止余数130读数顺序读数顺序.011每位八进制数用三位二进制数代替，再按原顺序排列。八进制→二进制二进制→八进制(11100101.11101011)2=(345.726)8(745.361)8=(111100101.011110001)2补0(11100101.11101011)2=(?)811100101.1110101100345726从小数点开始，整数部分向左(小数部分向右)三位一组，最后不足三位的加0补足三位，再按顺序写出各组对应的八进制数。补01110010111101011二进制与八进制间的相互转换一位十六进制数对应四位二进制数，因此二进制数四位为一组。(10011111011.111011)2=(4FB.EC)16(3BE5.97D)16=(11101111100101.100101111101)2补0(10011111011.111011)2=(?)1610011111011.111011004FBEC0十六进制→二进制:每位十六进制数用四位二进制数代替，再按原顺序排列。二进制→十六进制:从小数点开始，整数部分向左(小数部分向右)四位一组，最后不足四位的加0补足四位，再按顺序写出各组对应的十六进制数。补010011111011111011二进制和十六进制间的相互转换计算机中两个重要的数位LSB：最低有效位。MSB：最高有效位。对八位二进制数：D0-D6：表示数字本身。D7：表示符号位。即MSB为符号位。表示的方法:原码、反码及补码。3带符号数的表示原码MSB=0表示正数；MSB=1表示负数。X1=+105D则［X1］原＝01101001BX2=-105D则［X1］原＝11101001B0有两种表示方法：00000000B与10000000B。［＋0］原＝00000000［-0］原＝10000000可表示的正数与负数个数相等。可表示的数据范围：(-127—127)反码正数的反码=原码；负数的反码=符号位不变，数字位逐个取反。［+31］原＝00011111［-31］原＝10011111［+31］反＝00011111［-31］反＝111000000有两种表示方法：00000000B与11111111B。［＋0］反＝00000000［-0］反＝11111111可表示的正数与负数个数相等。可表示的数据范围：(-127—127)［+127］原＝01111111［-127］反＝10000000补码正数的补码=原码；负数的补码=反码+1。［＋7］原＝00000111［-7］原＝10000111［＋7］反＝00000111［-7］反＝11111000［＋7］补＝00000111［-7］补＝111110010的表达式是唯一的：00000000B［＋0］原＝00000000［-0］原＝10000000􀁺［＋0］反＝00000000［-0］反＝11111111􀁺［＋0］补＝00000000［-0］补＝00000000表示的范围：(-128—127)可表示的负数比正数多一个。补码的运算8位二进制补码所能表示的数值范围是-128～＋127。对于微型计算机，如果运算结果超过了它所能表示的数值范围，称为溢出。引入补码可以将减法运算化成加法运算。[X－Y]补=[X]补+[－Y]补5、计算机中的编码制度编码制度：指用一组二进制数表示某个符号(数字、字符)的方法。BCD码：用四位二进制数表示一位十进制数的方法，多用8421BCD码。ASCII码：美国国家标准信息交换码。用七位二进制数表示一个字符。扩展ASCII码：用八位二进制数表示一个字符。对于汉字，通常使用两个扩展ASCII码表示一个汉字。（2）与自然二进制数排列一至，1010～1111为冗余码；（3）运算时按逢10进1的原则,并且要进行调整。调整原则:有进位或出现冗余码时：加+6调整。（1）有权码，从左到右为8421；8421BCD码例:8+9=171000