單片機(jī)原理及應(yīng)用教學(xué)課件

1、 單片微機(jī)原理及應(yīng)用單片微機(jī)原理及應(yīng)用 教學(xué)課件教學(xué)課件 任課教師：郭任課教師：郭*主要參考書主要參考書 1、胡漢才、胡漢才.單片機(jī)原理及其接口技術(shù)單片機(jī)原理及其接口技術(shù).清華大學(xué)出版社清華大學(xué)出版社 2、張友德、張友德,趙志英趙志英, 涂時(shí)亮涂時(shí)亮.單片微型單片微型機(jī)原理應(yīng)用與實(shí)驗(yàn)機(jī)原理應(yīng)用與實(shí)驗(yàn).復(fù)旦大學(xué)出版社復(fù)旦大學(xué)出版社 3、徐淑華、徐淑華,程退安程退安,姚萬生姚萬生.單片微型機(jī)單片微型機(jī)原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用.哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社 單片微機(jī)原理及應(yīng)用單片微機(jī)原理及應(yīng)用第一章第一章 微型計(jì)算機(jī)的基本概念微型計(jì)算機(jī)的基本概念第二章第二章 MCS-51系列單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)

2、系列單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)第三章第三章 MCS-51系列單片機(jī)的指令系統(tǒng)和系列單片機(jī)的指令系統(tǒng)和 匯編語言程序示例匯編語言程序示例第四章第四章 MCS-51系列單片機(jī)的擴(kuò)展系列單片機(jī)的擴(kuò)展第五章第五章 MCS-51系列單片機(jī)的接口與應(yīng)用系列單片機(jī)的接口與應(yīng)用 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)緒緒 論論1.1 1.1 單片微機(jī)的發(fā)展單片微機(jī)的發(fā)展 1.1.11.1.1單片微機(jī)的概念單片微機(jī)的概念單片微機(jī)是單片微型計(jì)算機(jī)單片微機(jī)是單片微型計(jì)算機(jī)SCMC（SingleChipMicroComputer）的譯名簡(jiǎn)稱，在國內(nèi)也常的譯名簡(jiǎn)稱，在國內(nèi)也常簡(jiǎn)稱為簡(jiǎn)稱為“單片微機(jī)單片微機(jī)”或或“單片機(jī)單片機(jī)”

3、。它包括中央處。它包括中央處理器理器CPU、隨機(jī)存儲(chǔ)器隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM、只讀存儲(chǔ)器只讀存儲(chǔ)器ROM、中中斷系統(tǒng)、定時(shí)器斷系統(tǒng)、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串行口和計(jì)數(shù)器、串行口和I/O等等。等等。除了工業(yè)控制領(lǐng)域，單片微機(jī)在家用電器、電除了工業(yè)控制領(lǐng)域，單片微機(jī)在家用電器、電子玩具、通信、高級(jí)音響、圖形處理、語言設(shè)備、子玩具、通信、高級(jí)音響、圖形處理、語言設(shè)備、機(jī)器人、計(jì)算機(jī)等各個(gè)領(lǐng)域迅速發(fā)展。目前單片微機(jī)器人、計(jì)算機(jī)等各個(gè)領(lǐng)域迅速發(fā)展。目前單片微機(jī)的世界年產(chǎn)量已達(dá)機(jī)的世界年產(chǎn)量已達(dá)100億片，而在中國大陸地區(qū)單億片，而在中國大陸地區(qū)單片微機(jī)的年應(yīng)用量已達(dá)片微機(jī)的年應(yīng)用量已達(dá)6億片左右，截止億片左右，截止

4、2001年年4月，月，由中國大陸地區(qū)自行設(shè)計(jì)和生產(chǎn)的單片微機(jī)也已達(dá)由中國大陸地區(qū)自行設(shè)計(jì)和生產(chǎn)的單片微機(jī)也已達(dá)到到2000萬片。萬片。1970年微型計(jì)算機(jī)研制成功之后，隨著大規(guī)模集成年微型計(jì)算機(jī)研制成功之后，隨著大規(guī)模集成電路的發(fā)展又出現(xiàn)了單片微機(jī)，并且按照不同的發(fā)展要求，電路的發(fā)展又出現(xiàn)了單片微機(jī)，并且按照不同的發(fā)展要求，形成了二個(gè)獨(dú)立發(fā)展的分支。美國形成了二個(gè)獨(dú)立發(fā)展的分支。美國Intel公司公司1971年生產(chǎn)的年生產(chǎn)的4位單片微機(jī)位單片微機(jī)4004和和1972年生產(chǎn)的年生產(chǎn)的8位單片微機(jī)位單片微機(jī)8008，特別，特別是是1976年年MCS-48單片微機(jī)問世以來，在短短的二十幾年單片微機(jī)問

5、世以來，在短短的二十幾年間，經(jīng)歷了四次更新?lián)Q代，其發(fā)展速度大約每二三年要更間，經(jīng)歷了四次更新?lián)Q代，其發(fā)展速度大約每二三年要更新一代、集成度增加一倍、功能翻一番。發(fā)展速度之快、新一代、集成度增加一倍、功能翻一番。發(fā)展速度之快、應(yīng)用范圍之廣，已達(dá)到了驚人的地步。它已滲透到生產(chǎn)和應(yīng)用范圍之廣，已達(dá)到了驚人的地步。它已滲透到生產(chǎn)和生活的諸領(lǐng)域，可謂生活的諸領(lǐng)域，可謂“無孔不入無孔不入”。1976年年Intel公司首先推出公司首先推出MCS48系列單片微型計(jì)系列單片微型計(jì)算機(jī)。它包括計(jì)算機(jī)的三個(gè)基本單元，已成為真正意義的算機(jī)。它包括計(jì)算機(jī)的三個(gè)基本單元，已成為真正意義的單片微機(jī)，為單片微機(jī)的發(fā)展奠定了基

6、礎(chǔ)，成為單片微機(jī)單片微機(jī)，為單片微機(jī)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)，成為單片微機(jī)發(fā)展進(jìn)程中的一個(gè)重要階段。發(fā)展進(jìn)程中的一個(gè)重要階段。許多半導(dǎo)體公司和計(jì)算機(jī)公司爭(zhēng)相研制和發(fā)許多半導(dǎo)體公司和計(jì)算機(jī)公司爭(zhēng)相研制和發(fā)展自己的單片微機(jī)系列，有展自己的單片微機(jī)系列，有Motorola公司的公司的6801、6802，Zilog公司的公司的Z8系列，系列，Rockwell公司的公司的6501、6502等，此外，日本的等，此外，日本的NEC公司、日立公公司、日立公司及司及EPSON公司等，也都相繼推出了各具特色的公司等，也都相繼推出了各具特色的單片微機(jī)品種。單片微機(jī)品種。最具典型性的屬最具典型性的屬Intel公司的公司的MC

7、S51系列單系列單片微機(jī)，它具有品種全、兼容性強(qiáng)、軟硬件資料片微機(jī)，它具有品種全、兼容性強(qiáng)、軟硬件資料豐富等特點(diǎn)。直到現(xiàn)在豐富等特點(diǎn)。直到現(xiàn)在MCS51仍不失為單片微仍不失為單片微機(jī)中的主流機(jī)型。由于機(jī)中的主流機(jī)型。由于8位單片微機(jī)的高性能價(jià)格位單片微機(jī)的高性能價(jià)格比，估計(jì)近十年內(nèi)，比，估計(jì)近十年內(nèi)，8位單片微機(jī)將仍是單片微機(jī)位單片微機(jī)將仍是單片微機(jī)中的主流機(jī)型。中的主流機(jī)型。在在8位單片微機(jī)之后，位單片微機(jī)之后，16位單片微機(jī)也有很大發(fā)展。位單片微機(jī)也有很大發(fā)展。1983年年Intel公司推出的公司推出的MCS96系列單片微機(jī)。與系列單片微機(jī)。與MCS51相比，相比，MCS96不但字長(zhǎng)增加一

8、倍，而且還具有不但字長(zhǎng)增加一倍，而且還具有4路路或或8路的路的10位位A/D轉(zhuǎn)換功能，此外，在其它性能方面也有轉(zhuǎn)換功能，此外，在其它性能方面也有一定的提高。一定的提高。飛利浦公司推出了與飛利浦公司推出了與80C51在源碼級(jí)兼容性的在源碼級(jí)兼容性的16位單片微位單片微機(jī)，即機(jī)，即80C51XA(每一條每一條80C51指令可以指令可以1 1地被翻譯成地被翻譯成一條一條XA指令，僅指令，僅XCHD指令除外指令除外)，用戶不需投入很大的，用戶不需投入很大的軟件開銷和人員就能較大的提高產(chǎn)品性能。軟件開銷和人員就能較大的提高產(chǎn)品性能。80C51XA具具有的高性能包括：執(zhí)行速度快、支持高級(jí)語言有的高性能包括

9、：執(zhí)行速度快、支持高級(jí)語言(比如比如C語語言言)、支持實(shí)時(shí)多任務(wù)執(zhí)行、易于形成派生系列產(chǎn)品、地、支持實(shí)時(shí)多任務(wù)執(zhí)行、易于形成派生系列產(chǎn)品、地址寬度可變址寬度可變(用戶可以方便地將外部地址線寬度選定為用戶可以方便地將外部地址線寬度選定為12位、位、16位、位、20位、位、24位等等。在工業(yè)控制產(chǎn)品、高檔智能位等等。在工業(yè)控制產(chǎn)品、高檔智能儀表、彩色復(fù)印機(jī)、錄像機(jī)等應(yīng)用領(lǐng)域，儀表、彩色復(fù)印機(jī)、錄像機(jī)等應(yīng)用領(lǐng)域，單片微機(jī)正朝多功能、多選擇、高速度、低功耗、低價(jià)單片微機(jī)正朝多功能、多選擇、高速度、低功耗、低價(jià)格、擴(kuò)大存儲(chǔ)容量和加強(qiáng)格、擴(kuò)大存儲(chǔ)容量和加強(qiáng)I/O功能及結(jié)構(gòu)兼容方向發(fā)展。功能及結(jié)構(gòu)兼容方向發(fā)

10、展。多功能多功能在單片微機(jī)中盡可能多的把應(yīng)用系統(tǒng)中所需在單片微機(jī)中盡可能多的把應(yīng)用系統(tǒng)中所需要的存儲(chǔ)器、各種功能的要的存儲(chǔ)器、各種功能的I/O口都集成在一塊芯片內(nèi)，口都集成在一塊芯片內(nèi)，即外圍器件內(nèi)裝化，如把即外圍器件內(nèi)裝化，如把LED、LCD或或VFD顯示驅(qū)動(dòng)顯示驅(qū)動(dòng)器集成在器集成在8位單片微機(jī)中，如把位單片微機(jī)中，如把A/D、D/A、乃至多路模乃至多路模擬開關(guān)和采樣擬開關(guān)和采樣/保持器也集成在單片微機(jī)芯片中，從而保持器也集成在單片微機(jī)芯片中，從而成為名副其實(shí)的單片微機(jī)。成為名副其實(shí)的單片微機(jī)。高性能高性能為了提高速度和執(zhí)行效率，在單片微機(jī)中開為了提高速度和執(zhí)行效率，在單片微機(jī)中開始使用始使

11、用RISC體系結(jié)構(gòu)、并行流水線操作和體系結(jié)構(gòu)、并行流水線操作和DSP等的設(shè)等的設(shè)計(jì)技術(shù)，使單片微機(jī)的指令運(yùn)行速度得到大大提高，其計(jì)技術(shù)，使單片微機(jī)的指令運(yùn)行速度得到大大提高，其電磁兼容等性能明顯地優(yōu)于同類型的微處理器。電磁兼容等性能明顯地優(yōu)于同類型的微處理器。全盤全盤CMOS化趨勢(shì)化趨勢(shì)單片微機(jī)采用二種半導(dǎo)體工藝生產(chǎn)，單片微機(jī)采用二種半導(dǎo)體工藝生產(chǎn)，HMOS工藝即工藝即高密度短溝道高密度短溝道MOS工藝，具有高速度和高密度；工藝，具有高速度和高密度；CHMOS工藝即互補(bǔ)金屬氧化物的工藝即互補(bǔ)金屬氧化物的HMOS工藝，除具有工藝，除具有HMOS的的優(yōu)點(diǎn)外，還具有優(yōu)點(diǎn)外，還具有CMOS工藝的低功耗

12、特點(diǎn)。如工藝的低功耗特點(diǎn)。如8051的功耗的功耗為為630mw，而而80C51的功耗僅的功耗僅120mw。從第三代單片微機(jī)起開始淘汰非從第三代單片微機(jī)起開始淘汰非CMOS工藝。工藝。推行串行擴(kuò)展總線推行串行擴(kuò)展總線推行串行擴(kuò)展總線可以顯著減少引腳數(shù)量，簡(jiǎn)化系推行串行擴(kuò)展總線可以顯著減少引腳數(shù)量，簡(jiǎn)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。隨著外圍器件串行接口的發(fā)展，單片微機(jī)的串行統(tǒng)結(jié)構(gòu)。隨著外圍器件串行接口的發(fā)展，單片微機(jī)的串行接口的普遍化、高速化，使得并行擴(kuò)展接口技術(shù)日漸衰退。接口的普遍化、高速化，使得并行擴(kuò)展接口技術(shù)日漸衰退。推出了刪去了并行總線的非總線單片微機(jī)，推出了刪去了并行總線的非總線單片微機(jī)，需要外擴(kuò)器件需要外

13、擴(kuò)器件(存儲(chǔ)器、存儲(chǔ)器、I/O等等)時(shí)，采用串行時(shí)，采用串行擴(kuò)展總線，甚至用軟件虛擬串行總線來實(shí)現(xiàn)。擴(kuò)展總線，甚至用軟件虛擬串行總線來實(shí)現(xiàn)。由于集成度的進(jìn)一步提高，有的單片微機(jī)由于集成度的進(jìn)一步提高，有的單片微機(jī)的尋址能力已突破的尋址能力已突破64KB的限制，的限制，8位、位、16位的位的單片微機(jī)有的尋址能力已達(dá)到單片微機(jī)有的尋址能力已達(dá)到1MB和和16MB。片內(nèi)片內(nèi)ROM的容量可達(dá)的容量可達(dá)62KB，RAM的容量可的容量可達(dá)達(dá)2KB。1.2 801.2 80C51C51系列單片微機(jī)系列單片微機(jī) 8051是美是美INTEL公司在公司在1980年推出的年推出的MCS-51系列系列的第一個(gè)成員，的

14、第一個(gè)成員，MCS是是INTEL公司的注冊(cè)商標(biāo)。其它公司的注冊(cè)商標(biāo)。其它公司生產(chǎn)的以公司生產(chǎn)的以8051為核心單元的其它派生單片微機(jī)卻不為核心單元的其它派生單片微機(jī)卻不能稱為能稱為MCS-51系列，只能稱為系列，只能稱為8051系列。系列。8051系列泛系列泛指所有公司（也包括指所有公司（也包括INTEL公司）生產(chǎn)的以公司）生產(chǎn)的以8051為核心為核心單元的所有單片微機(jī)。單元的所有單片微機(jī)。80C51系列包括系列包括Intel公司的公司的MCS-51，又包括了以，又包括了以8051為核心為核心世界許多公司生產(chǎn)的單片微機(jī)，比如世界許多公司生產(chǎn)的單片微機(jī)，比如PHILIPS(飛利浦公司飛利浦公司)

15、的的83C552及及51LPC系列等、系列等、SIEMENS(西門子公司西門子公司)的的SAB80512等、等、AMD(先進(jìn)微先進(jìn)微器件公司器件公司)的的8053等、等、OKI(日本沖電氣公司日本沖電氣公司)的的MSM80C154等、等、ATMEL公司的公司的Flash單片微機(jī)單片微機(jī)89C51等、等、DALLAS公司的公司的DS5000/DS5001等、華邦公司的等、華邦公司的W78C51及及W77C51等。等。從從MCS48單片微機(jī)發(fā)展到如今的新一代單片單片微機(jī)發(fā)展到如今的新一代單片微機(jī)，大致經(jīng)歷了三代。如以微機(jī)，大致經(jīng)歷了三代。如以Intel8位單片微機(jī)為例，位單片微機(jī)為例，第一代：以第

16、一代：以MCS48系列單片微機(jī)為代表。屬系列單片微機(jī)為代表。屬于低性能單片微機(jī)階段。于低性能單片微機(jī)階段。第二代：以第二代：以MCS5l系列的系列的8051、8052單片微單片微機(jī)為代表。機(jī)為代表。主要的技術(shù)特征是為單片微機(jī)配置了完善的外主要的技術(shù)特征是為單片微機(jī)配置了完善的外部并行總線（部并行總線（AB、DB、CB）和具有多機(jī)識(shí)別功能的和具有多機(jī)識(shí)別功能的串行通信接口（串行通信接口（UART），），規(guī)范了功能單元的特殊功規(guī)范了功能單元的特殊功能寄存器（能寄存器（SFR）控制模式及適應(yīng)控制器特點(diǎn)的布爾控制模式及適應(yīng)控制器特點(diǎn)的布爾處理系統(tǒng)和指令系統(tǒng)，為發(fā)展具有良好兼容性的新一處理系統(tǒng)和指令系統(tǒng)

17、，為發(fā)展具有良好兼容性的新一代單片微機(jī)奠定了良好的基礎(chǔ)。代單片微機(jī)奠定了良好的基礎(chǔ)。第三代：以第三代：以80C51系列單片微機(jī)為代表。系列單片微機(jī)為代表。它包括了它包括了Intel公司發(fā)展公司發(fā)展MCS51系列的新一代系列的新一代產(chǎn)品，如產(chǎn)品，如8XC152、80C51FA/FB、80C5lGA/GB石石XC451、8XC452，還包括了還包括了Phlips、Siemens、ADM、Fujutsu、OKI、ATMEL等公司以等公司以80C51為核心推出的為核心推出的大量各具特色、與大量各具特色、與MCS51兼容的單片微機(jī)。兼容的單片微機(jī)。部分廠家所生產(chǎn)的部分廠家所生產(chǎn)的80C51系列或與之相兼

18、容的單系列或與之相兼容的單片微機(jī)的特點(diǎn)列于表片微機(jī)的特點(diǎn)列于表1l、表表1一一2及表及表1一一3中。中。80C51系列單片微機(jī)保留了系列單片微機(jī)保留了MCS51的所有特性，的所有特性，內(nèi)部?jī)?nèi)部87C51是是80C51含含EPROM的產(chǎn)品，的產(chǎn)品，89C51是是80C51含含EEPROM的產(chǎn)品。新一代的的產(chǎn)品。新一代的80C51系列除了上述的結(jié)系列除了上述的結(jié)構(gòu)特性外，還向外部電路擴(kuò)展，有的公司型號(hào)配備了串行構(gòu)特性外，還向外部電路擴(kuò)展，有的公司型號(hào)配備了串行擴(kuò)展線，比如芯片間的總線擴(kuò)展線，比如芯片間的總線(飛利浦公司的飛利浦公司的I2C總線總線)、設(shè)、設(shè)備間網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)總線備間網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)總線(CAN總

19、線總線)等，為外部提供了完善的總等，為外部提供了完善的總線結(jié)構(gòu)。采用總線線結(jié)構(gòu)。采用總線方式的應(yīng)用系統(tǒng)多屬較復(fù)雜的工控系方式的應(yīng)用系統(tǒng)多屬較復(fù)雜的工控系統(tǒng)、智能儀表、監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，或滿足這些應(yīng)用而構(gòu)成的多機(jī)統(tǒng)、智能儀表、監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，或滿足這些應(yīng)用而構(gòu)成的多機(jī)與網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)?？偩€方式的單片微機(jī)在不使用外部并行總線與網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)?？偩€方式的單片微機(jī)在不使用外部并行總線時(shí)，外部并行總線引腳可作為時(shí)，外部并行總線引腳可作為I/O口用。在掩膜用戶程序口用。在掩膜用戶程序時(shí)，還可要求將這些時(shí)，還可要求將這些I/O口改造成具有各種驅(qū)動(dòng)能力的口改造成具有各種驅(qū)動(dòng)能力的I/O口。根據(jù)應(yīng)用的需要，部分產(chǎn)品對(duì)總線結(jié)構(gòu)作了重大口。

20、根據(jù)應(yīng)用的需要，部分產(chǎn)品對(duì)總線結(jié)構(gòu)作了重大改進(jìn)，推出了非總線型單片微機(jī)，其對(duì)外部不存在并行三改進(jìn)，推出了非總線型單片微機(jī)，其對(duì)外部不存在并行三總線總線(AB、DB、CB)，必要時(shí)可以通過串行總線進(jìn)行擴(kuò)展。必要時(shí)可以通過串行總線進(jìn)行擴(kuò)展。1.31.3單片微機(jī)的應(yīng)用單片微機(jī)的應(yīng)用 按照所使用單片微機(jī)的類型不同，單片微機(jī)應(yīng)按照所使用單片微機(jī)的類型不同，單片微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)結(jié)構(gòu)可分成總線方式和非總線方式。用系統(tǒng)結(jié)構(gòu)可分成總線方式和非總線方式。在總線方式的應(yīng)用系統(tǒng)中，單片微機(jī)具有完善在總線方式的應(yīng)用系統(tǒng)中，單片微機(jī)具有完善的外部擴(kuò)展總線，如并行總線（的外部擴(kuò)展總線，如并行總線（AB、DB、CB）、）、串串行

21、通信總線（如行通信總線（如UART），），通過這些總線可方便地?cái)U(kuò)通過這些總線可方便地?cái)U(kuò)展外圍單元、外設(shè)接口等。總線方式的單片微機(jī)在不展外圍單元、外設(shè)接口等?？偩€方式的單片微機(jī)在不使用外部并行總線時(shí)，外部并行總線引腳可作為使用外部并行總線時(shí)，外部并行總線引腳可作為I/O口用。口用。非總線方式的應(yīng)用系統(tǒng)（如非總線方式的應(yīng)用系統(tǒng)（如80C51系列中的系列中的83C751、87C751，83C752、WC752，Motorola的的MC68HC05系列中的許多產(chǎn)品）省去了外部并行總線，系列中的許多產(chǎn)品）省去了外部并行總線，可構(gòu)成各種小封裝芯片，有限的引腳可提供更多的用可構(gòu)成各種小封裝芯片，有限的引腳可

22、提供更多的用戶戶I/O口?？?。l家用電器領(lǐng)域家用電器領(lǐng)域國內(nèi)各種家用電器已普遍采用單片微機(jī)控制取代國內(nèi)各種家用電器已普遍采用單片微機(jī)控制取代傳統(tǒng)的控制電路，做成單片微機(jī)控制系統(tǒng)，如洗衣機(jī)、傳統(tǒng)的控制電路，做成單片微機(jī)控制系統(tǒng)，如洗衣機(jī)、電冰箱、空調(diào)機(jī)、微波爐、電飯堡、電視機(jī)、錄像機(jī)電冰箱、空調(diào)機(jī)、微波爐、電飯堡、電視機(jī)、錄像機(jī)及其它視頻音像設(shè)備的控制器。及其它視頻音像設(shè)備的控制器。2辦公自動(dòng)化領(lǐng)域辦公自動(dòng)化領(lǐng)域比如一臺(tái)比如一臺(tái)PC機(jī)可能嵌入了機(jī)可能嵌入了10個(gè)單片微機(jī)，如控個(gè)單片微機(jī)，如控制鍵盤、鼠標(biāo)、顯示器、制鍵盤、鼠標(biāo)、顯示器、CD-ROM、聲卡、打印機(jī)、聲卡、打印機(jī)、軟軟/硬盤驅(qū)動(dòng)器、調(diào)

23、制解調(diào)器等。硬盤驅(qū)動(dòng)器、調(diào)制解調(diào)器等?，F(xiàn)代辦公室中所使用的大量通信、信息產(chǎn)品，如現(xiàn)代辦公室中所使用的大量通信、信息產(chǎn)品，如繪圖儀、復(fù)印機(jī)、電話、傳真機(jī)等，多數(shù)都采用了單繪圖儀、復(fù)印機(jī)、電話、傳真機(jī)等，多數(shù)都采用了單片微機(jī)。片微機(jī)。3工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域的在線應(yīng)用工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域的在線應(yīng)用如工業(yè)過程控制、過程監(jiān)測(cè)、工業(yè)控制器及機(jī)如工業(yè)過程控制、過程監(jiān)測(cè)、工業(yè)控制器及機(jī)電一體化控制系統(tǒng)等，許多都是以單片微機(jī)為核心的電一體化控制系統(tǒng)等，許多都是以單片微機(jī)為核心的單機(jī)或多機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。如工業(yè)機(jī)器人的控制系統(tǒng)是由單機(jī)或多機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。如工業(yè)機(jī)器人的控制系統(tǒng)是由中央控制器、感覺系統(tǒng)、行走系統(tǒng)、擒拿系統(tǒng)等節(jié)點(diǎn)中央控制器

24、、感覺系統(tǒng)、行走系統(tǒng)、擒拿系統(tǒng)等節(jié)點(diǎn)構(gòu)成的多機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。而其中每一個(gè)小系統(tǒng)都是由單構(gòu)成的多機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。而其中每一個(gè)小系統(tǒng)都是由單片微機(jī)進(jìn)行控制的。片微機(jī)進(jìn)行控制的。4.智能儀器儀表與集成智能傳感器領(lǐng)域智能儀器儀表與集成智能傳感器領(lǐng)域應(yīng)用單片微機(jī)來對(duì)傳統(tǒng)的儀器儀表行業(yè)的產(chǎn)品應(yīng)用單片微機(jī)來對(duì)傳統(tǒng)的儀器儀表行業(yè)的產(chǎn)品進(jìn)行進(jìn)行“更新?lián)Q代更新?lián)Q代”，提供了非常理想的的條件。目，提供了非常理想的的條件。目前各種變送器、電氣測(cè)量?jī)x表普遍采用單片微機(jī)應(yīng)用前各種變送器、電氣測(cè)量?jī)x表普遍采用單片微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)替代傳統(tǒng)的測(cè)量系統(tǒng)，使測(cè)量系統(tǒng)具有各種智能系統(tǒng)替代傳統(tǒng)的測(cè)量系統(tǒng)，使測(cè)量系統(tǒng)具有各種智能化功能，如存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)

25、處理、查找、判斷化功能，如存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)處理、查找、判斷、聯(lián)網(wǎng)和語聯(lián)網(wǎng)和語音功能等音功能等。5汽車電子與航空航天電子系統(tǒng)汽車電子與航空航天電子系統(tǒng)通常在這些電子系統(tǒng)中的集中顯示系統(tǒng)、動(dòng)力監(jiān)通常在這些電子系統(tǒng)中的集中顯示系統(tǒng)、動(dòng)力監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)、自動(dòng)駕馭系統(tǒng)、通信系統(tǒng)以及運(yùn)行監(jiān)視測(cè)控制系統(tǒng)、自動(dòng)駕馭系統(tǒng)、通信系統(tǒng)以及運(yùn)行監(jiān)視器（黑匣子）等，都要構(gòu)成冗余的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。比如一器（黑匣子）等，都要構(gòu)成冗余的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。比如一臺(tái)臺(tái)RMW-7系列寶馬轎車就用了系列寶馬轎車就用了63個(gè)單片微機(jī)。個(gè)單片微機(jī)。單片微機(jī)的應(yīng)用正從根本上改變著傳統(tǒng)的控制系單片微機(jī)的應(yīng)用正從根本上改變著傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想和設(shè)計(jì)方法。從前必

26、須由模擬電路或數(shù)字統(tǒng)設(shè)計(jì)思想和設(shè)計(jì)方法。從前必須由模擬電路或數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)的大部分控制功能，現(xiàn)在已能使用單片微機(jī)電路實(shí)現(xiàn)的大部分控制功能，現(xiàn)在已能使用單片微機(jī)通過軟件方法實(shí)現(xiàn)了。這種以軟件取代硬件，并能提通過軟件方法實(shí)現(xiàn)了。這種以軟件取代硬件，并能提高系統(tǒng)性能的控制技術(shù)，稱之為微控制技術(shù)。這標(biāo)志高系統(tǒng)性能的控制技術(shù)，稱之為微控制技術(shù)。這標(biāo)志著一種全新概念的建立。著一種全新概念的建立。1.4 1.4 本教程的教學(xué)安排本教程的教學(xué)安排 本書以本書以MCS-51系列為典型，來介紹單片微機(jī)硬系列為典型，來介紹單片微機(jī)硬件結(jié)構(gòu)和軟件知識(shí)。硬件知識(shí)則是指件結(jié)構(gòu)和軟件知識(shí)。硬件知識(shí)則是指MCS-51的硬件的硬

27、件資源，如資源，如I/O口、定時(shí)器口、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、中斷系統(tǒng)等。軟件計(jì)數(shù)器、中斷系統(tǒng)等。軟件知識(shí)是指知識(shí)是指MCS-51的尋址方式、指令系統(tǒng)以及程序設(shè)的尋址方式、指令系統(tǒng)以及程序設(shè)計(jì)等。計(jì)等。電氣自動(dòng)化專業(yè)教程總的參考教學(xué)時(shí)數(shù)為電氣自動(dòng)化專業(yè)教程總的參考教學(xué)時(shí)數(shù)為72學(xué)時(shí)，其學(xué)時(shí)，其中上課時(shí)間為中上課時(shí)間為40學(xué)時(shí)，課程設(shè)計(jì)時(shí)間為學(xué)時(shí)，課程設(shè)計(jì)時(shí)間為2周（周（32學(xué)學(xué)時(shí)）。時(shí)）。外專業(yè)教程總的參考教學(xué)時(shí)數(shù)為外專業(yè)教程總的參考教學(xué)時(shí)數(shù)為48學(xué)時(shí)，其中上課時(shí)學(xué)時(shí)，其中上課時(shí)間為間為40學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)上機(jī)時(shí)間為學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)上機(jī)時(shí)間為10學(xué)時(shí)。學(xué)時(shí)。表表1 11 1 PhilipsPhilips公司公司8

28、080C51C51系列的部分單片微機(jī)系列的部分單片微機(jī)表表1 12 2 ATMELATMEL公司公司8989C51C51系列的部分單片微機(jī)系列的部分單片微機(jī) 表表1 13 3 華邦公司華邦公司W(wǎng)78C51W78C51和和W77C51W77C51系列的部分單片系列的部分單片微機(jī)微機(jī) 第一章第一章 微型計(jì)算機(jī)的基本概念微型計(jì)算機(jī)的基本概念第一節(jié)第一節(jié) 概述概述第二節(jié)第二節(jié) 微處理器微處理器第三節(jié)第三節(jié) 存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器第四節(jié)第四節(jié) 輸入輸出接口電路輸入輸出接口電路【返回】【返回】 第一節(jié)第一節(jié) 概概 述述電子計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)及應(yīng)用電子計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)及應(yīng)用單片機(jī)的特點(diǎn)及應(yīng)用單片機(jī)的特點(diǎn)及應(yīng)用計(jì)算機(jī)的基本結(jié)構(gòu)計(jì)

29、算機(jī)的基本結(jié)構(gòu)微型計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)微型計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)微型計(jì)算機(jī)軟件微型計(jì)算機(jī)軟件計(jì)算機(jī)中的數(shù)計(jì)算機(jī)中的數(shù)【返回】【返回】電子計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)及應(yīng)用電子計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)及應(yīng)用特點(diǎn)：特點(diǎn)：運(yùn)算速度快運(yùn)算速度快 精確度高精確度高 一臺(tái)計(jì)算機(jī)所用的二進(jìn)制一臺(tái)計(jì)算機(jī)所用的二進(jìn)制代碼位數(shù)為字長(zhǎng)，表示計(jì)算機(jī)的計(jì)算精代碼位數(shù)為字長(zhǎng)，表示計(jì)算機(jī)的計(jì)算精度。度。 巨型機(jī)或大型機(jī)字長(zhǎng)巨型機(jī)或大型機(jī)字長(zhǎng)3264位，位，微型機(jī)字長(zhǎng)一般微型機(jī)字長(zhǎng)一般416位，也有位，也有32位。位。通常計(jì)算機(jī)能進(jìn)行雙倍字長(zhǎng)或多倍字長(zhǎng)通常計(jì)算機(jī)能進(jìn)行雙倍字長(zhǎng)或多倍字長(zhǎng)運(yùn)算。運(yùn)算。具有記憶能力存貯容量，以字長(zhǎng)或字節(jié)具有記憶能力存貯容量，以字長(zhǎng)或字節(jié)為單位，約

30、定以為單位，約定以8位二進(jìn)制數(shù)為一字節(jié)。位二進(jìn)制數(shù)為一字節(jié)。1K字節(jié)字節(jié)=1024個(gè)字節(jié)個(gè)字節(jié) 具有邏輯判斷能力具有邏輯判斷能力高度自動(dòng)化：程序控制的自動(dòng)化操作高度自動(dòng)化：程序控制的自動(dòng)化操作高可靠性高可靠性通用性強(qiáng)通用性強(qiáng)應(yīng)用應(yīng)用科學(xué)計(jì)算、數(shù)據(jù)處理、實(shí)時(shí)控制、計(jì)科學(xué)計(jì)算、數(shù)據(jù)處理、實(shí)時(shí)控制、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、儀器儀表智能化等。算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、儀器儀表智能化等。單片機(jī)單片機(jī)的特點(diǎn)及應(yīng)用的特點(diǎn)及應(yīng)用特點(diǎn)：特點(diǎn)：體積小、重量輕、價(jià)格便宜、耗電體積小、重量輕、價(jià)格便宜、耗電少。少?？煽啃愿撸垢蓴_性能優(yōu)于采用一可靠性高，抗干擾性能優(yōu)于采用一般的般的CPU?？刂乒δ軓?qiáng)，運(yùn)行速度快?？刂乒δ軓?qiáng)，運(yùn)行速度快。

31、片內(nèi)存儲(chǔ)器的容量不大；片內(nèi)存儲(chǔ)器的容量不大；I/O引腳少。引腳少。但存儲(chǔ)器和但存儲(chǔ)器和I/O接口都易于擴(kuò)展。接口都易于擴(kuò)展。 應(yīng)用：應(yīng)用：家用電器、玩具、游戲機(jī)、聲像設(shè)家用電器、玩具、游戲機(jī)、聲像設(shè)備、電子秤、收銀機(jī)、辦公設(shè)備、廚備、電子秤、收銀機(jī)、辦公設(shè)備、廚房設(shè)備等房設(shè)備等“電腦型產(chǎn)品電腦型產(chǎn)品”數(shù)控機(jī)床、縫紉機(jī)械、醫(yī)療設(shè)備、汽數(shù)控機(jī)床、縫紉機(jī)械、醫(yī)療設(shè)備、汽車等機(jī)電一體化產(chǎn)品車等機(jī)電一體化產(chǎn)品打印機(jī)、繪圖儀等許多計(jì)算機(jī)外圍設(shè)打印機(jī)、繪圖儀等許多計(jì)算機(jī)外圍設(shè)備備溫度控制、液面控制、生產(chǎn)線順控制溫度控制、液面控制、生產(chǎn)線順控制等各種工業(yè)控制等各種工業(yè)控制計(jì)算機(jī)的基本結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)的基本結(jié)構(gòu)硬件硬

32、件主機(jī)主機(jī)CPU：運(yùn)算器、控制器運(yùn)算器、控制器主存儲(chǔ)器（內(nèi)存）主存儲(chǔ)器（內(nèi)存）外設(shè)外設(shè)外存、輸入設(shè)備、外存、輸入設(shè)備、輸出設(shè)備等輸出設(shè)備等軟件軟件微型計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)微型計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)微處理器芯片微處理器芯片存儲(chǔ)器芯片存儲(chǔ)器芯片輸入輸入/輸出接口電路輸出接口電路總線總線 微型計(jì)算機(jī)微型計(jì)算機(jī)以以微處理器微處理器為核心，加上中大規(guī)模為核心，加上中大規(guī)模集成電路制作的集成電路制作的存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器，輸入輸入/輸出接輸出接口口電路，通過電路，通過總線總線所組成的計(jì)算機(jī)稱所組成的計(jì)算機(jī)稱為微型計(jì)算機(jī)。為微型計(jì)算機(jī)。微處理器芯片微處理器芯片運(yùn)算部件運(yùn)算部件ALU工作寄存器組工作寄存器組控制部件控制部件存儲(chǔ)器芯片存儲(chǔ)器

33、芯片存儲(chǔ)器由許多存儲(chǔ)單元組成。存儲(chǔ)器由許多存儲(chǔ)單元組成。8位微機(jī)中，每個(gè)存儲(chǔ)位微機(jī)中，每個(gè)存儲(chǔ)單元存放單元存放8位二位二進(jìn)制代碼，即一個(gè)字節(jié)。每個(gè)存儲(chǔ)單元進(jìn)制代碼，即一個(gè)字節(jié)。每個(gè)存儲(chǔ)單元地址唯一。地址唯一。地址：二進(jìn)制位數(shù)地址：二進(jìn)制位數(shù)8，存儲(chǔ)容量，存儲(chǔ)容量28=256字節(jié)。字節(jié)。二進(jìn)制位數(shù)二進(jìn)制位數(shù)16，存儲(chǔ)容量，存儲(chǔ)容量216 =64K字節(jié)字節(jié)輸入輸入/輸出接口電路輸出接口電路在在CPU與外設(shè)之間起信與外設(shè)之間起信息轉(zhuǎn)換與協(xié)調(diào)作用的電路。息轉(zhuǎn)換與協(xié)調(diào)作用的電路。保證信息和數(shù)據(jù)在外設(shè)與保證信息和數(shù)據(jù)在外設(shè)與CPU之間正常傳送。之間正常傳送。在微型計(jì)算機(jī)各芯片之間或芯片內(nèi)部在微型計(jì)算機(jī)各芯

34、片之間或芯片內(nèi)部各部件之間傳輸信息的一組公共通信各部件之間傳輸信息的一組公共通信線。線。串行發(fā)送、并行接收串行發(fā)送、并行接收優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：可以減少機(jī)器中信息傳送線可以減少機(jī)器中信息傳送線的根數(shù)，從而提高機(jī)器的可靠性的根數(shù)，從而提高機(jī)器的可靠性 可以方便地對(duì)存儲(chǔ)器芯片可以方便地對(duì)存儲(chǔ)器芯片及及I/O接口芯片進(jìn)行擴(kuò)展接口芯片進(jìn)行擴(kuò)展?？偩€總線緩沖器緩沖器三總線結(jié)構(gòu)：三總線結(jié)構(gòu)：數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)總線DB：傳送數(shù)據(jù)信息傳送數(shù)據(jù)信息地址總線地址總線AB：傳送地址信息傳送地址信息控制總線控制總線CB：傳送控制命令傳送控制命令小結(jié)小結(jié) 微處理器、微型計(jì)算機(jī)、微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)微處理器、微型計(jì)算機(jī)、微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)三者關(guān)

35、系。三者關(guān)系。單板機(jī)：將微處理器、存儲(chǔ)器、單板機(jī)：將微處理器、存儲(chǔ)器、I/O接口接口電路及簡(jiǎn)單的輸入電路及簡(jiǎn)單的輸入/輸出設(shè)備組裝在一塊印輸出設(shè)備組裝在一塊印制電路板上。制電路板上。單片機(jī)：將微處理器、存儲(chǔ)器和單片機(jī)：將微處理器、存儲(chǔ)器和I/O接口接口電路以及其他有關(guān)部件集成在一塊芯片電路以及其他有關(guān)部件集成在一塊芯片上。上?！痉祷亍俊痉祷亍课⑿陀?jì)算機(jī)軟件微型計(jì)算機(jī)軟件指令指令例例MOVA，#29操作碼操作碼目的操作數(shù)目的操作數(shù)源操作數(shù)源操作數(shù)程序程序29+38+63+56=？MOVA，#29ADDA，#38ADDA，#63ADDA，#56機(jī)器語言、匯編語言、高級(jí)語言機(jī)器語言、匯編語言、高級(jí)語

36、言源程序源程序匯編語言程序匯編語言程序高級(jí)語言程序高級(jí)語言程序匯編匯編(人工匯編人工匯編機(jī)器匯編機(jī)器匯編)）目標(biāo)程序目標(biāo)程序機(jī)器語言程序機(jī)器語言程序計(jì)算機(jī)中的數(shù)計(jì)算機(jī)中的數(shù) 進(jìn)位計(jì)數(shù)制：標(biāo)示符進(jìn)位計(jì)數(shù)制：標(biāo)示符B、H、D二進(jìn)制數(shù)二進(jìn)制數(shù)特點(diǎn)：特點(diǎn)：數(shù)字?jǐn)?shù)字0、1；逢二進(jìn)一逢二進(jìn)一00000010B=121=21111.111B=231+221+211+201+2-11+2-21+2-31十六進(jìn)制數(shù)十六進(jìn)制數(shù)特點(diǎn)：特點(diǎn)：數(shù)字符號(hào)數(shù)字符號(hào)09，AF；逢十六進(jìn)一逢十六進(jìn)一例例74H=7161+4160=116不同進(jìn)制數(shù)之間的轉(zhuǎn)換不同進(jìn)制數(shù)之間的轉(zhuǎn)換二、十六進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制數(shù)二、十六進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成十進(jìn)

37、制數(shù)方法：按權(quán)展開，然后相加。方法：按權(quán)展開，然后相加。0F.8H=0161+15160+816-1=15.511111111B=127+126+125+124+123+122+121+120=255二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成十六進(jìn)制數(shù)二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成十六進(jìn)制數(shù)方法：方法：4位二進(jìn)制數(shù)用位二進(jìn)制數(shù)用1位十六進(jìn)制位十六進(jìn)制數(shù)代替數(shù)代替11111111B=FFH00111010.11001000B=3A.C8H表表1-3十六進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)：十六進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)：方法：方法：1位十六進(jìn)制數(shù)用位十六進(jìn)制數(shù)用4位二進(jìn)位二進(jìn)制數(shù)代替制數(shù)代替FFH=11111111B2.A4H=0010.10100100B 十

38、十進(jìn)進(jìn)制制數(shù)數(shù)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換換成成二二進(jìn)進(jìn)制制數(shù)數(shù)、十十六六進(jìn)進(jìn)制制數(shù)數(shù)。 2 25 余余 1 低低 25=11001B 2 12 余余 0 2 6 余余 0 2 3 余余 1 2 1 余余 1 高高 0 16 25 余余 9 25=19H 16 1 余余 1 0整數(shù)部分轉(zhuǎn)換方法：整數(shù)部分轉(zhuǎn)換方法：十進(jìn)制數(shù)連續(xù)被基數(shù)十進(jìn)制數(shù)連續(xù)被基數(shù)2（16）所除，依次記下余數(shù)，直到商所除，依次記下余數(shù)，直到商0位位止，第一個(gè)余數(shù)是轉(zhuǎn)換后二進(jìn)制止，第一個(gè)余數(shù)是轉(zhuǎn)換后二進(jìn)制（十六進(jìn)制數(shù)）的最低位，最后一（十六進(jìn)制數(shù)）的最低位，最后一個(gè)數(shù)是最高位。個(gè)數(shù)是最高位。小數(shù)部分轉(zhuǎn)換方法：小數(shù)部分轉(zhuǎn)換方法：十進(jìn)制數(shù)小數(shù)連續(xù)乘以基十

39、進(jìn)制數(shù)小數(shù)連續(xù)乘以基數(shù)數(shù)2（或（或16）依次記下積的整）依次記下積的整數(shù)部分，直到積為數(shù)部分，直到積為0為止。第為止。第一個(gè)數(shù)是二（十六）進(jìn)制數(shù)一個(gè)數(shù)是二（十六）進(jìn)制數(shù)的最高位，最后一個(gè)整數(shù)是的最高位，最后一個(gè)整數(shù)是最低位。最低位。 0.6875 2 1.3750 整數(shù)部分整數(shù)部分 1 0.3750 20.7500 0 2 1.5000 1 0.5000 21.0000 1 0.6875=0.1011B 帶符號(hào)數(shù)的表示帶符號(hào)數(shù)的表示帶符號(hào)數(shù)，最高位帶符號(hào)數(shù)，最高位0正正1負(fù)負(fù)符號(hào)位符號(hào)位D6D7D5D4D3D2D1D0數(shù)值位數(shù)值位圖圖1-10 8位微機(jī)中的帶符號(hào)數(shù)位微機(jī)中的帶符號(hào)數(shù)無符號(hào)數(shù)：0

40、0000000B 0 11111111B 255例：例：11111111B無符號(hào)數(shù)無符號(hào)數(shù)255帶符號(hào)數(shù)帶符號(hào)數(shù)-127原碼原碼正數(shù)原碼與原值同正數(shù)原碼與原值同負(fù)數(shù)原碼符號(hào)位置負(fù)數(shù)原碼符號(hào)位置1，數(shù)值，數(shù)值位不變位不變46原原=00101110B-46原原=10101110B8位二進(jìn)制原碼表示的數(shù)的位二進(jìn)制原碼表示的數(shù)的范圍：范圍：-127+127反碼反碼正數(shù)的反碼與原碼相同正數(shù)的反碼與原碼相同負(fù)數(shù)的反碼由其絕對(duì)值按位負(fù)數(shù)的反碼由其絕對(duì)值按位求反后得到。求反后得到。46反反=00101110B-46反反=11010001B8位二進(jìn)制反碼表示的數(shù)的范圍：位二進(jìn)制反碼表示的數(shù)的范圍：-127+12

41、7補(bǔ)碼：補(bǔ)碼：正數(shù)補(bǔ)碼與原碼同正數(shù)補(bǔ)碼與原碼同負(fù)數(shù)的補(bǔ)碼為其反碼加負(fù)數(shù)的補(bǔ)碼為其反碼加18位二進(jìn)制補(bǔ)碼表示的數(shù)的范圍位二進(jìn)制補(bǔ)碼表示的數(shù)的范圍：-128+127對(duì)負(fù)數(shù)補(bǔ)碼求反后加對(duì)負(fù)數(shù)補(bǔ)碼求反后加1，回復(fù)為，回復(fù)為該數(shù)的絕對(duì)值。該數(shù)的絕對(duì)值。+0補(bǔ)補(bǔ)=-0補(bǔ)補(bǔ)=00000000BA-B=A+-B補(bǔ)補(bǔ)二進(jìn)制編碼的十進(jìn)制數(shù)二進(jìn)制編碼的十進(jìn)制數(shù)二二十進(jìn)制數(shù)：十進(jìn)制數(shù)：BCD碼碼一個(gè)十進(jìn)制數(shù)用四個(gè)二進(jìn)制一個(gè)十進(jìn)制數(shù)用四個(gè)二進(jìn)制數(shù)表示數(shù)表示10=00010000BCD十進(jìn)制調(diào)整指令十進(jìn)制調(diào)整指令DAA若若（A0-3）9或（），或（），則（則（A0-3）（A0-3）06若（若（4-7）9或或（CY）=1，

42、則（則（4-7）（4-7）+06H例：例：48+6948=01001000BCD69=01101001BCD01001000+01101001AC=110110001+01100110100010111117DASCII碼碼1000011奇校驗(yàn)（奇數(shù)個(gè)奇校驗(yàn)（奇數(shù)個(gè)1）01000011偶校驗(yàn)（偶數(shù)個(gè)偶校驗(yàn)（偶數(shù)個(gè)1）11000011定點(diǎn)數(shù)與浮點(diǎn)數(shù)定點(diǎn)數(shù)與浮點(diǎn)數(shù)定點(diǎn)數(shù)定點(diǎn)數(shù) 小數(shù)點(diǎn)位置固定不變的數(shù)小數(shù)點(diǎn)位置固定不變的數(shù) 小數(shù)點(diǎn)定于數(shù)值位之后小數(shù)點(diǎn)定于數(shù)值位之后 小數(shù)點(diǎn)定于符號(hào)位與小數(shù)點(diǎn)定于符號(hào)位與 數(shù)值位之間數(shù)值位之間 符號(hào)位符號(hào)位 數(shù)值位數(shù)值位 小數(shù)點(diǎn)隱含在此處小數(shù)點(diǎn)隱含在此處 符符號(hào)號(hào)位位

43、數(shù)數(shù)值值位位 小小數(shù)數(shù)點(diǎn)點(diǎn)隱隱含含在在此此處處浮點(diǎn)數(shù)浮點(diǎn)數(shù)N=2P S例例101.11B=1000B 0.10111B=2+11B 0.10111B 階階符符 階階 碼碼 尾尾符符 尾尾 數(shù)數(shù) P S 尾數(shù)尾數(shù)S的特征的特征:S為純小數(shù)為純小數(shù),當(dāng)當(dāng)0.5 S 1,稱該浮點(diǎn)數(shù)稱該浮點(diǎn)數(shù)為規(guī)格化浮點(diǎn)數(shù)為規(guī)格化浮點(diǎn)數(shù)S是有符號(hào)數(shù)是有符號(hào)數(shù),數(shù)數(shù)N的正或負(fù)由的正或負(fù)由S來表示來表示S用補(bǔ)碼表示用補(bǔ)碼表示S所取的位數(shù)規(guī)定了有效數(shù)字的位數(shù)所取的位數(shù)規(guī)定了有效數(shù)字的位數(shù)階碼階碼P的特征的特征:階碼可正可負(fù)，用補(bǔ)碼表示階碼可正可負(fù)，用補(bǔ)碼表示P的位數(shù)決定了數(shù)的位數(shù)決定了數(shù)N可表示的范圍可表示的范圍例例1-2

44、0 某計(jì)算機(jī)字長(zhǎng)某計(jì)算機(jī)字長(zhǎng)16位，其中階碼用五位二位，其中階碼用五位二進(jìn)制數(shù)表示，尾數(shù)用九位二進(jìn)制數(shù)表示，階符、進(jìn)制數(shù)表示，尾數(shù)用九位二進(jìn)制數(shù)表示，階符、尾符各占一位數(shù)。試用浮點(diǎn)數(shù)形式表示十進(jìn)制數(shù)尾符各占一位數(shù)。試用浮點(diǎn)數(shù)形式表示十進(jìn)制數(shù)-117.75。-117.75=-1110101.11B =-0.111010111B 2+111B000111B補(bǔ)補(bǔ)=000111B-0111010111B補(bǔ)補(bǔ)=1000101001B其浮點(diǎn)數(shù)表示為其浮點(diǎn)數(shù)表示為: 0 00111 1 000101001【返回】【返回】第二節(jié)第二節(jié)微處理器微處理器典型典型8位微處理器結(jié)構(gòu)位微處理器結(jié)構(gòu)：運(yùn)算器、控：運(yùn)算器、

45、控制器、工作寄存器組制器、工作寄存器組運(yùn)算器運(yùn)算器控制器控制器工作寄存器工作寄存器程序計(jì)數(shù)器程序計(jì)數(shù)器【返回】【返回】運(yùn)算器運(yùn)算器由由ALU、A、TR、F、二、十進(jìn)制二、十進(jìn)制調(diào)整電路等組成。調(diào)整電路等組成。A（Accumulator）：）：存放操作數(shù)；運(yùn)算存放操作數(shù)；運(yùn)算結(jié)果結(jié)果TR（TemporaryRegister）：）：暫存操作數(shù)，暫存操作數(shù)，并送入并送入ALU進(jìn)行計(jì)算。進(jìn)行計(jì)算。v分析指令分析指令A(yù)DDA，#24HADDA，R0的執(zhí)行過程的執(zhí)行過程F（FlagRegister）Mcs-51中中PSWCACFORS1RS0OVP二、十進(jìn)制調(diào)整電路：二、十進(jìn)制調(diào)整電路：調(diào)整二調(diào)整二十進(jìn)制

46、十進(jìn)制運(yùn)算的計(jì)算結(jié)果運(yùn)算的計(jì)算結(jié)果控制器控制器指令寄存器指令寄存器IR（InstructionRegister）指令譯碼器指令譯碼器ID（InstructionDecoder）控制電路控制電路指令的執(zhí)行階段：指令的執(zhí)行階段：取指令取指令執(zhí)行指令執(zhí)行指令 工作寄存器工作寄存器提高計(jì)算機(jī)工作速度，簡(jiǎn)化指令的機(jī)器代碼。提高計(jì)算機(jī)工作速度，簡(jiǎn)化指令的機(jī)器代碼。 程序計(jì)數(shù)器程序計(jì)數(shù)器PC（ProgramCounter）專門用來控制指令執(zhí)行順序，字長(zhǎng)專門用來控制指令執(zhí)行順序，字長(zhǎng)16位位上電（復(fù)位）時(shí)上電（復(fù)位）時(shí)PC自動(dòng)裝入自動(dòng)裝入0000H一般單片機(jī)每取一次機(jī)器碼，一般單片機(jī)每取一次機(jī)器碼，PC自動(dòng)加

47、自動(dòng)加1PC的內(nèi)容可用指令改寫。的內(nèi)容可用指令改寫。例：下列程序存放在例：下列程序存放在64K8位的位的EPROM中，中，(000FH)0000H7408HMOVA，#08H(0011H)0002H75F076MOVB，#76H(0014H)0005H25E0ADDA，A(0016H)0007H25F0ADDA，B(0018H)0009H022000LJMP2000H(001BH)000CH要求：要求：1、指令執(zhí)行過程（、指令執(zhí)行過程（PC管理程序執(zhí)行次序管理程序執(zhí)行次序)2、寫出每條指令首址（、寫出每條指令首址（000FH開始）開始）3、該程序段共占用內(nèi)存單元數(shù)。、該程序段共占用內(nèi)存單元數(shù)。

48、4、執(zhí)行、執(zhí)行ADDA，A時(shí)，時(shí)，PC內(nèi)容？?jī)?nèi)容？5、執(zhí)行執(zhí)行ADDA，B后，后，A，B，PC的內(nèi)的內(nèi)容？容？6、CPU取回指令取回指令LJMP2000H并執(zhí)行該并執(zhí)行該指令時(shí)，（指令時(shí)，（PC）=？執(zhí)行后執(zhí)行后（PC）=？【返回】【返回】作業(yè)作業(yè):1.2.18 1.2.23 1.2.43:1.2.18 1.2.23 1.2.43第三節(jié)第三節(jié)存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器存放信息（程序、數(shù)據(jù)）存放信息（程序、數(shù)據(jù)）主要指標(biāo)：存貯容量；存取速度主要指標(biāo)：存貯容量；存取速度存儲(chǔ)器分類存儲(chǔ)器分類存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)堆棧堆?！痉祷亍俊痉祷亍看鎯?chǔ)器分類存儲(chǔ)器分類RAM：又稱讀寫存儲(chǔ)器，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器又稱讀寫存儲(chǔ)器，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器

49、特點(diǎn)：掉電后存放的信息將丟失。特點(diǎn)：掉電后存放的信息將丟失。ROM：又稱程序存儲(chǔ)器又稱程序存儲(chǔ)器特點(diǎn)：掉電后存放的信息不會(huì)丟失。特點(diǎn)：掉電后存放的信息不會(huì)丟失。典型典型RAM芯片芯片2114（1KBX4位）位）6116（2KBX8位）位）6264（8KBX8位）位）典型的典型的EPROM芯片芯片2716（2KBX8位）位）2732（4KBX8位）位）2764（8KBX8位）位）27128（16KBX8位）位）存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)：存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)：由存儲(chǔ)體、地址寄存器、由存儲(chǔ)體、地址寄存器、地址譯碼器、存儲(chǔ)器輸入地址譯碼器、存儲(chǔ)器輸入/輸輸出控制電路等部分組成。出控制電路等部分組成。分析：若某存儲(chǔ)器芯片有分析

50、：若某存儲(chǔ)器芯片有12根地根地址線、址線、8根數(shù)據(jù)線，根數(shù)據(jù)線，那么那么1）該芯片有多少個(gè)存儲(chǔ)單）該芯片有多少個(gè)存儲(chǔ)單元？元？2）每個(gè)存儲(chǔ)單元存放多少）每個(gè)存儲(chǔ)單元存放多少位二進(jìn)制數(shù)？位二進(jìn)制數(shù)？3）用十六進(jìn)制數(shù)寫出它的）用十六進(jìn)制數(shù)寫出它的首地址和末地址。首地址和末地址。 堆棧堆棧是是RAM中的一個(gè)特殊的區(qū)域，是一組按照中的一個(gè)特殊的區(qū)域，是一組按照“先進(jìn)先進(jìn)后出后出”的方式工作的，用于暫存信息的存儲(chǔ)單元。的方式工作的，用于暫存信息的存儲(chǔ)單元。設(shè)置堆棧的目的：設(shè)置堆棧的目的：保存斷點(diǎn)地址和現(xiàn)場(chǎng)信息保存斷點(diǎn)地址和現(xiàn)場(chǎng)信息例：例：0123HACALLSUB0125HMOVA，RO0345HSUB

51、：MOVR3，A斷點(diǎn)地址：斷點(diǎn)地址：0125H現(xiàn)場(chǎng)信息：現(xiàn)場(chǎng)信息：A，工作寄存器及標(biāo)志寄存器中的信息工作寄存器及標(biāo)志寄存器中的信息堆棧操作方式堆棧操作方式進(jìn)棧進(jìn)棧PUSHX;(SP)(SP)+1(SP)(X)出棧出棧POPX;(X)(SP)(SP)(SP)-1堆棧指針堆棧指針SP：專用地址寄存器，指明棧專用地址寄存器，指明棧頂位置，管理堆棧。頂位置，管理堆棧。例：例：MOVSP，#60H；建立堆棧建立堆棧PUSHAPUSHBMCS-51單片機(jī)堆棧的工作過程單片機(jī)堆棧的工作過程MOVSP，#0E0H；建立堆棧建立堆棧E3HMOVA，#24HE2HMOVB，#0F1HE1HPUSHAE0HPUSH

52、B堆棧的工作過程堆棧的工作過程【返回】【返回】作業(yè)作業(yè):1.1.:1.1.38 1.1.4038 1.1.40第四節(jié)第四節(jié)輸入輸出接口電路輸入輸出接口電路 輸入輸出接口電路的功能輸入輸出接口電路的功能計(jì)算機(jī)與外圍設(shè)備間傳送的信息計(jì)算機(jī)與外圍設(shè)備間傳送的信息I/O電路的端口編址方法電路的端口編址方法數(shù)據(jù)傳送方式數(shù)據(jù)傳送方式 【返回】【返回】輸入輸出接口電路的功能輸入輸出接口電路的功能-輸入輸出設(shè)備與CPU的連接鎖存（數(shù)據(jù)）作用鎖存（數(shù)據(jù)）作用變換作用變換作用:信息轉(zhuǎn)換信息轉(zhuǎn)換、電平轉(zhuǎn)換電平轉(zhuǎn)換緩沖緩沖地址譯碼地址譯碼聯(lián)絡(luò)作用聯(lián)絡(luò)作用計(jì)算機(jī)與外圍設(shè)備間傳送的信息計(jì)算機(jī)與外圍設(shè)備間傳送的信息數(shù)據(jù)信息

53、數(shù)據(jù)信息狀態(tài)信息狀態(tài)信息控制信息控制信息I/O電路的端口編址方法電路的端口編址方法 存儲(chǔ)器單元與接口電路端口統(tǒng)一編址。存儲(chǔ)器單元與接口電路端口統(tǒng)一編址。 MCS-51采用此編址方法采用此編址方法 存儲(chǔ)器單元與接口電路端口分別編址。存儲(chǔ)器單元與接口電路端口分別編址。數(shù)據(jù)傳送方式數(shù)據(jù)傳送方式無條件傳送方式：接口電路與外無條件傳送方式：接口電路與外設(shè)之間只傳送數(shù)據(jù)信息。設(shè)之間只傳送數(shù)據(jù)信息。最簡(jiǎn)單，所配置的硬件和軟件最少最簡(jiǎn)單，所配置的硬件和軟件最少查詢傳送方式：交換數(shù)據(jù)、狀態(tài)、查詢傳送方式：交換數(shù)據(jù)、狀態(tài)、控制三種信息?？刂迫N信息。CPU利用受影響；不能處理掉電、利用受影響；不能處理掉電、設(shè)備故

54、障等突發(fā)事件。設(shè)備故障等突發(fā)事件。直接數(shù)據(jù)通道傳送方式直接數(shù)據(jù)通道傳送方式利用硬件（利用硬件（DMA控制器），使數(shù)據(jù)控制器），使數(shù)據(jù)在高速的外設(shè)與內(nèi)存之間直接進(jìn)行在高速的外設(shè)與內(nèi)存之間直接進(jìn)行批量傳批量傳送，不通過送，不通過CPU。優(yōu)點(diǎn)：傳送速度快，優(yōu)點(diǎn)：傳送速度快，約約1s/字節(jié)字節(jié)缺點(diǎn)：需缺點(diǎn)：需DMA控制器，電路復(fù)雜，成本控制器，電路復(fù)雜，成本高。高。中斷傳送方式中斷傳送方式最常用的數(shù)據(jù)傳送方式最常用的數(shù)據(jù)傳送方式中斷中斷：是指當(dāng)機(jī)器正在執(zhí)行程序的過程中，是指當(dāng)機(jī)器正在執(zhí)行程序的過程中，一旦遇到異常情況或特殊請(qǐng)求時(shí)，就暫時(shí)停一旦遇到異常情況或特殊請(qǐng)求時(shí)，就暫時(shí)停止正在執(zhí)行的程序，而轉(zhuǎn)入必

55、要的處理（稱止正在執(zhí)行的程序，而轉(zhuǎn)入必要的處理（稱為中斷處理或中斷服務(wù)），并且在處理完畢為中斷處理或中斷服務(wù)），并且在處理完畢后，立即回到原來被停止程序的間斷處（稱后，立即回到原來被停止程序的間斷處（稱為斷點(diǎn)）繼續(xù)執(zhí)行。為斷點(diǎn)）繼續(xù)執(zhí)行。中斷的用途：中斷的用途：傳送數(shù)據(jù)、實(shí)時(shí)控制、故障自傳送數(shù)據(jù)、實(shí)時(shí)控制、故障自動(dòng)處理、實(shí)現(xiàn)人機(jī)聯(lián)系等。動(dòng)處理、實(shí)現(xiàn)人機(jī)聯(lián)系等。中斷的優(yōu)越性：中斷的優(yōu)越性：提高了提高了CPU工作效率并且使工作效率并且使其可以同時(shí)為多個(gè)外設(shè)服務(wù)；實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)控制；其可以同時(shí)為多個(gè)外設(shè)服務(wù)；實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)控制；可以處理設(shè)備故障、掉電等突發(fā)事件。可以處理設(shè)備故障、掉電等突發(fā)事件。外設(shè)向外設(shè)向CP

56、U發(fā)出中斷請(qǐng)求信號(hào)的條件發(fā)出中斷請(qǐng)求信號(hào)的條件：A、外設(shè)本身的工作已完成。外設(shè)本身的工作已完成。B、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)允許該外設(shè)發(fā)中斷請(qǐng)求信號(hào)。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)允許該外設(shè)發(fā)中斷請(qǐng)求信號(hào)。CPU響應(yīng)中斷的條件：響應(yīng)中斷的條件：接口電路和接口電路和CPU處處在允許中斷狀態(tài)。在允許中斷狀態(tài)。中斷源和中斷優(yōu)先權(quán)中斷源和中斷優(yōu)先權(quán)中斷源：能發(fā)出中斷請(qǐng)示的各種來源。中斷源：能發(fā)出中斷請(qǐng)示的各種來源。中斷優(yōu)先權(quán)中斷優(yōu)先權(quán)A、多個(gè)中斷源同時(shí)申請(qǐng)中斷時(shí)，多個(gè)中斷源同時(shí)申請(qǐng)中斷時(shí)，CPU先響先響應(yīng)優(yōu)先權(quán)高的。應(yīng)優(yōu)先權(quán)高的。B、可以中斷嵌套，即若有級(jí)別高的中斷請(qǐng)可以中斷嵌套，即若有級(jí)別高的中斷請(qǐng)示則示則CPU暫時(shí)中斷已在進(jìn)行的級(jí)

57、別低的中斷服暫時(shí)中斷已在進(jìn)行的級(jí)別低的中斷服務(wù)程序，響應(yīng)高級(jí)別中斷請(qǐng)求執(zhí)行完后再返回務(wù)程序，響應(yīng)高級(jí)別中斷請(qǐng)求執(zhí)行完后再返回原低級(jí)別中斷服務(wù)程序繼續(xù)執(zhí)行。原低級(jí)別中斷服務(wù)程序繼續(xù)執(zhí)行。C、同或低級(jí)中斷請(qǐng)求，同或低級(jí)中斷請(qǐng)求，CPU要在處理的中要在處理的中斷服務(wù)程序執(zhí)行完畢返回主程序，并執(zhí)行了主斷服務(wù)程序執(zhí)行完畢返回主程序，并執(zhí)行了主程序一條指令后才響應(yīng)。程序一條指令后才響應(yīng)。中斷服務(wù)程序流程圖中斷服務(wù)程序流程圖【返回】【返回】作業(yè):1.1.21.1.28 8輸入設(shè)備輸入設(shè)備控制器控制器輸出設(shè)備輸出設(shè)備存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器運(yùn)算器運(yùn)算器數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)輸出指令輸出指令輸入指令輸入指令外圍設(shè)備外圍設(shè)

58、備接口接口CPU內(nèi)存內(nèi)存存取命令存取命令指令指令操作命令操作命令主機(jī)主機(jī) 圖圖1-1 計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)【返回】【返回】圖圖 1-2 微型計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)微型計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)微處理器微處理器存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器接口接口I/O外外設(shè)設(shè)地址總線地址總線數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)總線控制總線控制總線【返回】【返回】 0000 0000 0000 0001 0000 0010 0000 0011 0000 0100 1111 1110 1111 1111圖圖1-3存儲(chǔ)器示意圖存儲(chǔ)器示意圖 0011 1100 1010 0011 1110 0101 . . .緩沖器緩沖器緩沖器緩沖器緩沖器緩沖器芯芯片片芯芯片片芯芯片片12N圖圖1-4

59、8位總線位總線【返回】12ABC1C2圖圖1-6雙向三態(tài)門雙向三態(tài)門【返回】微型微型計(jì)算計(jì)算機(jī)系機(jī)系統(tǒng)統(tǒng)硬硬件件微型計(jì)微型計(jì)算機(jī)算機(jī)微處理器微處理器存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器總線總線電源電源外圍設(shè)備外圍設(shè)備軟件軟件圖圖 1-7 微形計(jì)算機(jī)系統(tǒng)微形計(jì)算機(jī)系統(tǒng)【返回】【返回】I/O接口電路接口電路0111010000100100000001000010010000111000001001000010010000111111第四條指令第四條指令第三條指令第三條指令第二條指令第二條指令第一條指令第一條指令00000000.圖圖1-8 存儲(chǔ)器中的程序存儲(chǔ)器中的程序【返回】00000001000000100000001

60、1000001000000010100000110000001110000100000001001緩沖器緩沖器PC緩沖鎖存緩沖鎖存工作工作寄存器組寄存器組SP地址總線地址總線 數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)總線ATRFIRID內(nèi)部總線內(nèi)部總線BCD調(diào)整調(diào)整定時(shí)定時(shí)與控制與控制:內(nèi)部控制線內(nèi)部控制線控制總線控制總線【返回】【返回】圖圖114 典型微處理器結(jié)構(gòu)框圖典型微處理器結(jié)構(gòu)框圖ALU存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器內(nèi)存儲(chǔ)器內(nèi)存儲(chǔ)器RAMROM靜態(tài)靜態(tài)RAM動(dòng)態(tài)動(dòng)態(tài)RAM掩模式掩模式ROMPROMEPROMEEPROM外存儲(chǔ)器外存儲(chǔ)器磁帶磁帶磁盤磁盤圖圖1-15 存儲(chǔ)器分類存儲(chǔ)器分類【返回】【返回】圖圖1-16 存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)框圖存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)框圖【返回】V1V2V5