【大學(xué)課件】單片機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)

1、第第1章章 基礎(chǔ)知識(shí)基礎(chǔ)知識(shí)第1章 基礎(chǔ)知識(shí) 1.1 碼制1.1.1 英文字符的表示方法-asc碼1.1.2 bcd碼（二進(jìn)制編碼的十進(jìn)制數(shù)）1.1.3 計(jì)算機(jī)中帶符號(hào)數(shù)的表示方法1.2 計(jì)算機(jī)的基本認(rèn)識(shí)1.2.1 計(jì)算機(jī)的工作過(guò)程及其內(nèi)部結(jié)構(gòu)1.2.2 指令及其指令系統(tǒng)1.3 尋址方式1.4單片機(jī)及其發(fā)展概況1.4.1單片機(jī)及其特點(diǎn)1.4.2 單片機(jī)技術(shù)現(xiàn)狀及將來(lái)發(fā)展趨勢(shì)1.4.3增強(qiáng)型mcs-51單片機(jī)芯片特征及主流第第1章章 基礎(chǔ)知識(shí)基礎(chǔ)知識(shí)1.1 碼制 在這一節(jié)中，主要介紹本課程常用到的ascii碼，以及原碼、反碼、補(bǔ)碼，十進(jìn)制數(shù)的二進(jìn)制表示法bcd碼等方面的基本知識(shí)。第第1章章 基礎(chǔ)

2、知識(shí)基礎(chǔ)知識(shí) 由于計(jì)算機(jī)只能處理二進(jìn)制數(shù)，因此除了數(shù)值本身需要用二進(jìn)制數(shù)形式表示外，字符，包括數(shù)碼(如0,1,2,3,4,5,6,7,8,9)、字母(如a,b,c,d,x,y,z及a,b,c,d,x,y,z)、特殊符號(hào)(如%,!,+,-,=等)也必須用二進(jìn)制數(shù)表示，即在計(jì)算機(jī)中需將數(shù)碼、字母、特殊符號(hào)等代碼化，以便于計(jì)算機(jī)識(shí)別、存儲(chǔ)和處理。 為了便于不同計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和不同操作者之間的信息交換，有必要規(guī)范字母與7位二進(jìn)制數(shù)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。目前在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中普遍采用美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)信息交換代碼(american standard code for information interchange ii，簡(jiǎn)稱(chēng)a

3、scii碼)。 該標(biāo)準(zhǔn)用7位二進(jìn)制數(shù)表示一個(gè)字符，最多可以表示128個(gè)字符，編碼與字符之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系如附錄a所示。 1.1.1 英文字符的表示方法字符的表示方法asc碼碼第第1章章 基礎(chǔ)知識(shí)基礎(chǔ)知識(shí) 十進(jìn)制畢竟是人們最習(xí)慣的記數(shù)方式，在向計(jì)算機(jī)輸入數(shù)據(jù)時(shí)，常用十進(jìn)制數(shù)輸入，但計(jì)算機(jī)只認(rèn)識(shí)二進(jìn)制數(shù)，因此每一位十進(jìn)制數(shù)必須用二進(jìn)制數(shù)表示。一位十進(jìn)制數(shù)包含09十個(gè)數(shù)碼，必須用4位二進(jìn)制數(shù)表示，這樣就需要確定09與4位二進(jìn)制數(shù)0000b1111b之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，其中較常用的8421 bcd碼規(guī)定了十進(jìn)制數(shù)09與4位二進(jìn)制數(shù)編碼之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系如下：十進(jìn)制數(shù)8421 bcd碼十進(jìn)制數(shù)8421 bcd碼00

4、0005010110001601102001070111300118100040100910011.1.2 bcd碼（二進(jìn)制編碼的十進(jìn)制數(shù)）碼（二進(jìn)制編碼的十進(jìn)制數(shù)）第第1章章 基礎(chǔ)知識(shí)基礎(chǔ)知識(shí)1. 原碼原碼 對(duì)于帶符號(hào)數(shù)來(lái)說(shuō)，用最高位表示數(shù)的正負(fù)，其余各位表示該數(shù)的絕對(duì)值，這種表示方法稱(chēng)為原碼表示法 2. 反碼反碼 帶符號(hào)數(shù)也可以用反碼表示，反碼與原碼的關(guān)系是： 正數(shù)的反碼與原碼相同，如56h反=56h原=0 1010110b。 負(fù)數(shù)的反碼等于對(duì)應(yīng)正數(shù)原碼按位取反。 3. 補(bǔ)碼補(bǔ)碼 在計(jì)算機(jī)內(nèi)，帶符號(hào)數(shù)并不是用原碼或反碼表示，而是用補(bǔ)碼表示，引入“原碼”、“反碼”的目的只是為了方便理解補(bǔ)碼概

5、念而已。 補(bǔ)碼的定義如下：正數(shù)的補(bǔ)碼與反碼、原碼相同；負(fù)數(shù)的補(bǔ)碼等于它的反碼加1。 在計(jì)算機(jī)內(nèi)帶符號(hào)數(shù)使用補(bǔ)碼表示后，減法運(yùn)算就可以轉(zhuǎn)化為加法運(yùn)算。1.1.3 計(jì)算機(jī)中帶符號(hào)數(shù)的表示方法計(jì)算機(jī)中帶符號(hào)數(shù)的表示方法第第1章章 基礎(chǔ)知識(shí)基礎(chǔ)知識(shí)1.2 計(jì)算機(jī)的基本認(rèn)識(shí) 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)如圖1-1所示 在計(jì)算機(jī)中，往往把運(yùn)算器、控制器做在一個(gè)芯片上，稱(chēng)為中央處理器（central processor unit,簡(jiǎn)稱(chēng)cpu），有時(shí)也稱(chēng)為微處理器(micro processor unit，mpu)。為了進(jìn)一步減小電路板面積，提高系統(tǒng)可靠性、降低成本，將輸入、輸出接口電路、時(shí)鐘電路以及存儲(chǔ)器、運(yùn)算器、

6、控制器等部件集成到一個(gè)芯片內(nèi)，就成為單片機(jī)（也稱(chēng)為微控制單元，即microcontroller unit，簡(jiǎn)稱(chēng)mcu），其含義是一個(gè)芯片就具備了一部完整計(jì)算機(jī)系統(tǒng)所必須的基本部件。為了適應(yīng)不同的需求，將不同功能的外圍電路,如定時(shí)器、中斷控制器、a/d及d/a轉(zhuǎn)換器、串行(如uart、spi或i2c等)通信接口電路，甚至lcd顯示驅(qū)動(dòng)電路等集成在一個(gè)管芯內(nèi)，形成系列化產(chǎn)品，就構(gòu)成了所謂“嵌入式”單片機(jī)控制器（embedded microcontroller）。 1. 三總線概念 (1) 地址總線（address bus，簡(jiǎn)稱(chēng)ab），單向，用于傳送地址信息，如圖1-1中運(yùn)算器與存儲(chǔ)器之間的地址線，

7、地址線的數(shù)目決定了可以尋址的存儲(chǔ)空間。 (2) 數(shù)據(jù)總線（data bus，簡(jiǎn)稱(chēng)db），一般為雙向，用于cpu與存儲(chǔ)器、cpu與外設(shè)，或外設(shè)與外設(shè)之間的傳送數(shù)據(jù)（包括實(shí)際意義的數(shù)據(jù)和指令碼）信息。 (3) 控制總線（control bus,簡(jiǎn)稱(chēng)cb），是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中所有控制信號(hào)線的總稱(chēng)，在控制總線中傳送的信息是控制信息。 在模擬電路中，器件、部件一般按“串聯(lián)”方式連接。而在計(jì)算機(jī)電路中卻采用總線連接方式：每一器件的數(shù)據(jù)線并接在一起，構(gòu)成數(shù)據(jù)總線；地址線接在一起，構(gòu)成地址總線，然后與cpu的數(shù)據(jù)、地址總線相連，屬“并聯(lián)”關(guān)系。為避免混亂，任何時(shí)候只允許一個(gè)設(shè)備與cpu通信，因此需要用控制線進(jìn)行控

8、制、選擇，系統(tǒng)（包括器件）所有的控制線被稱(chēng)為控制總線。 。 第第1章章 基礎(chǔ)知識(shí)基礎(chǔ)知識(shí)2. 時(shí)鐘周期、機(jī)器周期及指令周期 (1) 時(shí)鐘周期：計(jì)算機(jī)在時(shí)鐘信號(hào)的作用下，以節(jié)拍方時(shí)鐘周期：計(jì)算機(jī)在時(shí)鐘信號(hào)的作用下，以節(jié)拍方式工作。因此，必須有一個(gè)時(shí)鐘生發(fā)器電路，輸入微處理式工作。因此，必須有一個(gè)時(shí)鐘生發(fā)器電路，輸入微處理器的時(shí)鐘信號(hào)的周期稱(chēng)為時(shí)鐘周期。器的時(shí)鐘信號(hào)的周期稱(chēng)為時(shí)鐘周期。 (2) 機(jī)器周期：機(jī)器完成一個(gè)機(jī)器周期：機(jī)器完成一個(gè)基本基本動(dòng)作所需的時(shí)間稱(chēng)為動(dòng)作所需的時(shí)間稱(chēng)為機(jī)器周期，一般由一個(gè)或一個(gè)以上的時(shí)鐘周期組成，例如機(jī)器周期，一般由一個(gè)或一個(gè)以上的時(shí)鐘周期組成，例如在標(biāo)準(zhǔn)在標(biāo)準(zhǔn)mcs

9、-51系列單片機(jī)中，一個(gè)機(jī)器周期由系列單片機(jī)中，一個(gè)機(jī)器周期由12個(gè)時(shí)鐘個(gè)時(shí)鐘周期組成。周期組成。 (3) 指令周期：執(zhí)行一條指令（如指令周期：執(zhí)行一條指令（如“mov a,#34h”，該，該指令的含義是將立即數(shù)指令的含義是將立即數(shù)34h傳送到微處理器內(nèi)的累加器傳送到微處理器內(nèi)的累加器a中）所需時(shí)間稱(chēng)為指令周期，它由一個(gè)到數(shù)個(gè)機(jī)器周期組中）所需時(shí)間稱(chēng)為指令周期，它由一個(gè)到數(shù)個(gè)機(jī)器周期組成。成。 1.2.1 計(jì)算機(jī)的工作過(guò)程及其內(nèi)部結(jié)構(gòu) 1. 8位通用微處理器內(nèi)部結(jié)構(gòu)8位通用微處理器內(nèi)部基本結(jié)構(gòu)可用圖1-2描述。圖1-2 cpu的內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 第第1章章 基礎(chǔ)知識(shí)基礎(chǔ)知識(shí) 由算術(shù)邏輯運(yùn)算單元（a

10、rithmetic logic unit,簡(jiǎn)稱(chēng)alu）、累加器a（8位）、寄存器b（8位）、程序狀態(tài)字寄存器psw（8位）、程序計(jì)數(shù)器pc（有時(shí)也稱(chēng)為指令指針,即ip，16位）、地址寄存器ar（16位）、數(shù)據(jù)寄存器dr（8位）、指令寄存器ir（8位）、指令譯碼器id、控制器等部分組成。第第1章章 基礎(chǔ)知識(shí)基礎(chǔ)知識(shí)2. 存儲(chǔ)器 存儲(chǔ)器是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中必不可少的存儲(chǔ)設(shè)備，主要用于存放程序（指令）和數(shù)據(jù)。盡管寄存器和存儲(chǔ)器均用于存儲(chǔ)信息，但cpu內(nèi)的寄存器數(shù)量少，存取速度快，它主要用于臨時(shí)存放參加運(yùn)算的操作數(shù)和中間結(jié)果；而存儲(chǔ)器一般在cpu外（但單片機(jī)cpu例外，其內(nèi)部一般均含有一定容量的存儲(chǔ)器），單

11、獨(dú)封裝。 存儲(chǔ)器的種類(lèi)很多，根據(jù)存儲(chǔ)器能否隨機(jī)讀寫(xiě)，將存儲(chǔ)器分為兩大類(lèi)： 只讀存儲(chǔ)器（read only memory，簡(jiǎn)稱(chēng)rom）。 隨機(jī)讀寫(xiě)存儲(chǔ)器(random access memory，簡(jiǎn)稱(chēng)ram)。第第1章章 基礎(chǔ)知識(shí)基礎(chǔ)知識(shí) 在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，所需的存儲(chǔ)器容量不大，常用prom（可編程的只讀存儲(chǔ)器）、eprom（紫外光可擦寫(xiě)的只讀存儲(chǔ)器）、otp rom（一次性編程的只讀存儲(chǔ)器，內(nèi)部結(jié)構(gòu)、工作原理與eprom相似，是一種沒(méi)有擦寫(xiě)窗口的eprom）、eeprom（也稱(chēng)為e2prom，是一種電可擦寫(xiě)的只讀存儲(chǔ)器，其結(jié)構(gòu)與eprom類(lèi)似，但絕緣柵很薄，高速電子可穿越絕緣層，中和浮柵上的

12、正電荷，起到擦除目的，也就是說(shuō)可通過(guò)高電壓擦除）、flash rom（電可擦寫(xiě)只讀存儲(chǔ)器，寫(xiě)入速度比eeprom快，因此也稱(chēng)為閃爍存儲(chǔ)器）等只讀存儲(chǔ)器作為程序存儲(chǔ)器，使用sram（靜態(tài)存儲(chǔ)器）作隨機(jī)讀寫(xiě)ram，使用e2prom或fram(鐵電存儲(chǔ)器，讀寫(xiě)速度快，操作方法與sram相似)作非易失的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。盡管這些存儲(chǔ)器工作原理不同，但內(nèi)部結(jié)構(gòu)基本相同。 圖1-3 存儲(chǔ)器芯片及內(nèi)部結(jié)構(gòu) (1) 內(nèi)部結(jié)構(gòu) eprom、eeprom、flash rom、sram、fram等存儲(chǔ)器內(nèi)部結(jié)構(gòu)可以用圖1-3描述，由地址譯碼器、存儲(chǔ)單元、讀寫(xiě)控制電路等部分組成。 第第1章章 基礎(chǔ)知識(shí)基礎(chǔ)知識(shí)(2) 存儲(chǔ)器

13、工作狀態(tài) csoewe工作模式控制信號(hào)輸出片選信號(hào)輸出允許寫(xiě)允許信號(hào)讀llh數(shù)據(jù)輸出輸出禁止lhh高阻態(tài)待用(功率下降)h高阻態(tài)寫(xiě)入lhl數(shù)據(jù)輸入存儲(chǔ)器芯片工作狀態(tài)由存儲(chǔ)器控制信號(hào)電平狀態(tài)決定 (3) 存儲(chǔ)器讀操作 下面以cpu讀取存儲(chǔ)器中地址編號(hào)為0000h的存儲(chǔ)單元的內(nèi)容為例，說(shuō)明cpu讀存儲(chǔ)器中某一存儲(chǔ)單元信息的操作過(guò)程（如圖1-4所示）。 圖1-4 cpu讀取存儲(chǔ)器操作過(guò)程示意圖 第第1章章 基礎(chǔ)知識(shí)基礎(chǔ)知識(shí)1.2.2 指令及其指令系統(tǒng)指令及其指令系統(tǒng)1.1.指令及指令系統(tǒng)指令及指令系統(tǒng) 將cpu所執(zhí)行的各種操作，如從指定的存儲(chǔ)器單元中取數(shù)據(jù)、將cpu內(nèi)特定寄存器內(nèi)容寫(xiě)入存儲(chǔ)器某一指定

14、的存儲(chǔ)單元中以及算術(shù)或邏輯運(yùn)算等操作，用命令的形式記錄下來(lái)，就稱(chēng)為指令(instruction)，一條指令與計(jì)算機(jī)的一種基本操作相對(duì)應(yīng)。當(dāng)然，指令也只能用二進(jìn)制代碼表示，例如在mcs-51系列單片機(jī)中，累加器a中的內(nèi)容除以寄存器b中的內(nèi)容（即ab）的操作用84h作為指令代碼。 一條指令通常由操作碼和操作數(shù)兩部分組成： 操作碼（operation code）規(guī)定了指令要執(zhí)行的動(dòng)作，一般用一個(gè)字節(jié)表示 ；操作數(shù)(operand)指定了參加操作的數(shù)據(jù)或數(shù)據(jù)所在的存儲(chǔ)單元的地址。 在計(jì)算機(jī)中，所有指令的集合稱(chēng)為指令系統(tǒng)。 第第1章章 基礎(chǔ)知識(shí)基礎(chǔ)知識(shí) 不同計(jì)算機(jī)指令系統(tǒng)所包含的指令種類(lèi)、數(shù)目、指令代碼

15、對(duì)應(yīng)的操作由cpu設(shè)計(jì)人員指定。因此，不同種類(lèi)的cpu具有不同的指令系統(tǒng)。一般說(shuō)來(lái)，不同系列cpu的指令系統(tǒng)不一定相同，除非它們彼此兼容。根據(jù)計(jì)算機(jī)指令系統(tǒng)的特征，可以將計(jì)算機(jī)指令系統(tǒng)分為兩大類(lèi)，即復(fù)雜指令系統(tǒng)（complex instruction set computer，簡(jiǎn)稱(chēng)cisc指令結(jié)構(gòu)）和精簡(jiǎn)指令系統(tǒng)（reduced instruction set computer，簡(jiǎn)稱(chēng)risc指令結(jié)構(gòu)）。 第第1章章 基礎(chǔ)知識(shí)基礎(chǔ)知識(shí) 采用復(fù)雜指令結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，如mcs-51系列單片機(jī)具有如下特點(diǎn)： (1)指令機(jī)器碼長(zhǎng)短不一，簡(jiǎn)單指令碼只有一個(gè)字節(jié)，而復(fù)雜指令可能需要兩個(gè)或兩個(gè)以上字節(jié)描述。

16、 根據(jù)指令代碼的長(zhǎng)短，可將指令分為： 單字節(jié)指令：這類(lèi)指令僅有操作碼，沒(méi)有操作數(shù)，或者操作數(shù)隱含在操作碼字節(jié)中。 雙字節(jié)指令：這類(lèi)指令第一字節(jié)為操作碼，第二個(gè)字節(jié)為操作數(shù)。 多字節(jié)指令：這類(lèi)指令第一字節(jié)為操作碼，第二、三字節(jié)為操作數(shù)或操作數(shù)所在存儲(chǔ)單元地址。 (2)可選擇兩條或兩條以上指令完成同一操作，程序設(shè)計(jì)靈活性大，但缺點(diǎn)是指令數(shù)目較多（這類(lèi)cpu一般具有數(shù)十條百余條指令） 第第1章章 基礎(chǔ)知識(shí)基礎(chǔ)知識(shí) 采用精簡(jiǎn)指令技術(shù)的計(jì)算機(jī)指令系統(tǒng)情況剛好相反：完成同一操作，一般只有一條指令可供選擇，指令數(shù)目相對(duì)較少，尤其是采用了精簡(jiǎn)指令的單片機(jī)cpu，如pic系列、atmel的avr系列單片機(jī)，指令

17、數(shù)目?jī)H為數(shù)十條，但程序設(shè)計(jì)的靈活性相對(duì)較差；另外，在采用精簡(jiǎn)指令技術(shù)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，指令機(jī)器碼長(zhǎng)度相同，例如pic16c54單片機(jī)任一指令機(jī)器碼的長(zhǎng)度均為12位（1.5字節(jié)），由于所有指令碼長(zhǎng)度相同，取指、譯碼過(guò)程中不必做更多的判斷，因而指令執(zhí)行速度較快。 但無(wú)論采用何種類(lèi)型的指令系統(tǒng)，任何cpu的指令系統(tǒng)都會(huì)提供：數(shù)據(jù)傳送指令、算術(shù)/邏輯運(yùn)算指令、控制轉(zhuǎn)移指令等四種基本類(lèi)型指令。此外，在單片機(jī)系統(tǒng)中，還要提供位操作指令，以簡(jiǎn)化控制系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)。 第第1章章 基礎(chǔ)知識(shí)基礎(chǔ)知識(shí) 用二進(jìn)制代碼表示的指令稱(chēng)為機(jī)器語(yǔ)言指令，其中的二進(jìn)制代碼稱(chēng)為指令的機(jī)器碼。機(jī)器語(yǔ)言指令是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)惟一能夠理解和執(zhí)行

18、的指令。正因如此，形象地將二進(jìn)制代碼形式的指令稱(chēng)為機(jī)器語(yǔ)言指令。 由于機(jī)器語(yǔ)言指令中的操作碼和操作數(shù)均用二進(jìn)制數(shù)表示、書(shū)寫(xiě)，沒(méi)有明顯的特征，一般人很難理解和記憶。為此，人們想出了一個(gè)辦法：將每條指令操作碼所要完成的動(dòng)作指令功能的英文縮寫(xiě)替代指令操作碼，形成了指令操作碼的助記符；并將機(jī)器語(yǔ)言指令中的操作數(shù)也用cpu內(nèi)寄存器名、存儲(chǔ)單元地址或i/o端口號(hào)代替，這樣便形成了操作數(shù)助記符，于是就獲得了“匯編語(yǔ)言指令”。例如，將累加器a內(nèi)容清零，記為“clr a”；用“mov”作為數(shù)據(jù)傳送指令的助記符，于是將立即數(shù)23h傳送到累加器a中的指令，就可以用“mov a,#23h”（#是立即數(shù)標(biāo)志）表示；將存

19、儲(chǔ)器4fh單元中的內(nèi)容傳送到累加器a中，可用“mov a, 4fh”表示?？梢?jiàn)，匯編語(yǔ)言指令比機(jī)器語(yǔ)言指令容易理解和記憶。 第第1章章 基礎(chǔ)知識(shí)基礎(chǔ)知識(shí)2. 程序程序 程序(program)就是指令的有機(jī)組合，是完成特定工作所用到的指令（這些指令當(dāng)然是某個(gè)特定計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的指令）的總稱(chēng)。一段程序通常由多條指令組成，程序中所包含的指令數(shù)目及種類(lèi)由程序功能決定。 用機(jī)器語(yǔ)言指令碼編寫(xiě)的程序，就稱(chēng)為機(jī)器語(yǔ)言程序 ，如：機(jī)器語(yǔ)言指令 含義(即對(duì)應(yīng)匯編語(yǔ)言指令)74 aa;mov a, #0aahe4;cle a85 40 30;mov 30h,40h 第第1章章 基礎(chǔ)知識(shí)基礎(chǔ)知識(shí)3. 匯編語(yǔ)言及匯編語(yǔ)言

20、程序匯編語(yǔ)言及匯編語(yǔ)言程序 將每條指令操作碼所要完成的動(dòng)作用特定符號(hào)表示，即用指令功能的英文縮寫(xiě)替代指令操作碼，形成了指令操作碼的助記符；并將機(jī)器語(yǔ)言指令中的操作數(shù)也用cpu內(nèi)寄存器名、存儲(chǔ)單元地址或i/o端口號(hào)代替，這樣便形成了操作數(shù)助記符，于是就獲得了“匯編語(yǔ)言指令”。例如，將累加器a內(nèi)容清零，記為“clr a”；用“mov”作為數(shù)據(jù)傳送指令的助記符，于是將立即數(shù)23h傳送到累加器a中的指令，就可以用“mov a,#23h”（#是立即數(shù)標(biāo)志）表示；將存儲(chǔ)器4fh單元中的內(nèi)容傳送到累加器a中，就用“mov a, 4fh”表示?？梢?jiàn)，匯編語(yǔ)言指令比機(jī)器語(yǔ)言指令容易理解和記憶。 用指令助記符（由

21、操作碼助記符和操作數(shù)助記符組成）表示的指令稱(chēng)為匯編語(yǔ)言指令，由匯編語(yǔ)言指令構(gòu)成的程序，稱(chēng)為匯編語(yǔ)言程序（有時(shí)也稱(chēng)為匯編語(yǔ)言源程序）。可見(jiàn)，匯編語(yǔ)言程序容易理解、可讀性強(qiáng)，方便了程序的編寫(xiě)和維護(hù)。 第第1章章 基礎(chǔ)知識(shí)基礎(chǔ)知識(shí) 當(dāng)然，計(jì)算機(jī)只能理解和執(zhí)行二進(jìn)制代碼形式的機(jī)器語(yǔ)言指令，不能理解和執(zhí)行匯編語(yǔ)言指令。但可以通過(guò)專(zhuān)門(mén)軟件或手工查表方式將匯編語(yǔ)言程序中的匯編語(yǔ)言指令逐條翻譯成對(duì)應(yīng)的機(jī)器語(yǔ)言指令，即可獲得計(jì)算機(jī)能理解和執(zhí)行的機(jī)器語(yǔ)言程序。將匯編語(yǔ)言程序轉(zhuǎn)換為機(jī)器語(yǔ)言程序的過(guò)程就稱(chēng)為匯編過(guò)程，將完成匯編語(yǔ)言指令轉(zhuǎn)換為機(jī)器語(yǔ)言指令的程序稱(chēng)為匯編程序，可見(jiàn)匯編程序的功能就是逐一讀出匯編語(yǔ)言源程序中

22、的匯編語(yǔ)言指令，再通過(guò)查表比較方式，將其中的匯編語(yǔ)言指令逐一轉(zhuǎn)換成機(jī)器語(yǔ)言指令。當(dāng)然這一過(guò)程也可以由人工查表完成，即所謂的人工匯編。 第第1章章 基礎(chǔ)知識(shí)基礎(chǔ)知識(shí)4. 偽指令偽指令 在匯編語(yǔ)言源程序中，除了包含可以轉(zhuǎn)化為特定計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的機(jī)器語(yǔ)言指令所對(duì)應(yīng)的匯編語(yǔ)言指令外，還可能包含一些偽指令，如“org 2000h”、“end”等。“偽”者，假也，盡管它不是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)對(duì)應(yīng)的指令，匯編時(shí)也不產(chǎn)生機(jī)器碼。但匯編語(yǔ)言程序中的偽指令并非可有可無(wú)，偽指令的作用是：指導(dǎo)匯編程序?qū)υ闯绦虻膮R編。 下面是mcs-51匯編程序支持的、常見(jiàn)的偽指令：（1）org nnnn ；其中nnnn是16位二進(jìn)制數(shù)，該指令的

23、含義是隨后的匯編語(yǔ)言指令機(jī)器碼從nnnn單元開(kāi)始存放。（2）db n1,n2,n3,；字節(jié)定義偽指令，將隨后的一串8位二進(jìn)制數(shù)(字節(jié)，彼此由逗號(hào)隔開(kāi))連續(xù)存放在存儲(chǔ)器中，用于定義字節(jié)常數(shù)表。第第1章章 基礎(chǔ)知識(shí)基礎(chǔ)知識(shí) (3) dw nn1,nn2,nn3,；字定義偽指令，將隨后的一串16位二進(jìn)制數(shù)(兩個(gè)字節(jié)，彼此由逗號(hào)隔開(kāi))連續(xù)存放在存儲(chǔ)器中，用于定義字常數(shù)表。 （4） ds n ；保留n個(gè)存儲(chǔ)單元偽指令。（5） “符號(hào)名 equ 數(shù)或匯編符號(hào) ”；等值定義偽指令，將某一常數(shù)或匯編符號(hào)用另一字符串代替，其中的匯編符號(hào)可以是寄存器名，存儲(chǔ)單元地址，甚至是指令操作碼助記符。（6） “符號(hào)名符號(hào)名

24、 bit bit ”；位定義偽指令，將某一位存儲(chǔ)單元地址用字符串代替。（7） “符號(hào)名符號(hào)名 data nn ”；地址定義偽指令，將某一存儲(chǔ)單元地址用字符串代替。例如“timel data 30h”偽指令的含義是存儲(chǔ)器30h單元用“timel”地址變量表示。（8） end ；匯編結(jié)束偽指令，該指令將告訴匯編程序下面沒(méi)有需要匯編的指令。第第1章章 基礎(chǔ)知識(shí)基礎(chǔ)知識(shí)5. 匯編語(yǔ)言指令的一般格式匯編語(yǔ)言指令的一般格式 intel系列cpu匯編語(yǔ)言指令格式為： 標(biāo)號(hào)： 指令操作碼助記符 第一操作數(shù) ，第二操作數(shù) ，第三操作數(shù) ；注釋 6. 指令的執(zhí)行過(guò)程指令的執(zhí)行過(guò)程 指令執(zhí)行過(guò)程可用如圖1-5描述。

25、可見(jiàn)，一條指令的執(zhí)行過(guò)程包括了：取操作碼（取指令第一字節(jié)）譯碼（對(duì)指令操作碼進(jìn)行翻譯，指示控制器給出相應(yīng)的控制信號(hào)）取操作數(shù)（取出指令第二、三字節(jié)，指令第一字節(jié)，即操作碼字節(jié)將告訴cpu該指令的長(zhǎng)短）執(zhí)行指令規(guī)定的操作。然后，不斷重復(fù)“取操作碼譯碼取操作數(shù)執(zhí)行”的過(guò)程，執(zhí)行隨后的指令，直到程序結(jié)束（如遇到停機(jī)或暫停指令）。 在指令取出過(guò)程中，程序計(jì)數(shù)器pc每輸出一個(gè)地址編碼到地址寄存器ar后，pc內(nèi)容自動(dòng)加1，指向下一個(gè)存儲(chǔ)單元。 圖1-5 指令執(zhí)行過(guò)程示意圖 第第1章章 基礎(chǔ)知識(shí)基礎(chǔ)知識(shí)1.3 尋址方式 指令由操作碼和操作數(shù)組成，確定指令中操作數(shù)所在存儲(chǔ)單元地址的方式，就是尋址方式。對(duì)于只有

26、操作碼的指令，不存在尋址方式問(wèn)題；對(duì)于雙操作數(shù)指令來(lái)說(shuō)，每一操作數(shù)都有自己的尋址方式。 例如，在含有兩個(gè)操作數(shù)的指令中，第一操作數(shù)（也稱(chēng)為目的操作數(shù)）有自己的尋址方式；第二操作數(shù)(稱(chēng)為源操作數(shù))也有自己的尋址方式。 在現(xiàn)代計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，為減少指令碼的長(zhǎng)度，對(duì)于算術(shù)、邏輯運(yùn)算指令，一般將第一操作數(shù)和第二操作數(shù)的運(yùn)算結(jié)果經(jīng)alu數(shù)據(jù)輸出口回送cpu內(nèi)部數(shù)據(jù)總線，再存放到第一操作數(shù)所指定的存儲(chǔ)單元中。 第第1章章 基礎(chǔ)知識(shí)基礎(chǔ)知識(shí)指令中的操作數(shù)只能是下列內(nèi)容之一：（1）cpu內(nèi)某一寄存器名，如累加器a、通用寄存器b、堆棧指針sp等。cpu內(nèi)含有什么寄存器由cpu類(lèi)型決定。例如，在mcs-51系列單片

27、機(jī)cpu內(nèi)，就含有累加器a、通用寄存器b、堆棧指針sp、程序狀態(tài)字寄存器psw以及工作寄存器組r7r0。（2）存儲(chǔ)單元。存貯單元地址范圍由cpu尋址范圍以及實(shí)際安裝的存儲(chǔ)器容量、連接方式?jīng)Q定。（3）i/o端口號(hào)。在通用微機(jī)系統(tǒng)中，i/o地址空間與存儲(chǔ)器地址空間相互獨(dú)立；不過(guò)在單片機(jī)系統(tǒng)中，i/o端口地址空間往往與外存儲(chǔ)器地址空間連在一起，不再區(qū)分。（4）常數(shù)。常數(shù)類(lèi)型及范圍也與cpu類(lèi)型有關(guān)。 第第1章章 基礎(chǔ)知識(shí)基礎(chǔ)知識(shí)1. 立即尋址方式立即尋址方式 當(dāng)指令第二操作數(shù)（源操作數(shù)）為8位或16位常數(shù)時(shí)，就稱(chēng)為立即尋址方式，其中的常數(shù)稱(chēng)為立即數(shù)。如：mov a,#23h ；其中第二操作數(shù)“23h

28、”就是立即數(shù)，含義是將立即數(shù)23h傳送到累加器a(目的操作數(shù))中。又如：mov dptr, #2000h ；將立即數(shù)2000h送到數(shù)據(jù)指針dptr（16位寄存器）寄存器中。在立即尋址方式中，立即數(shù)包含在指令碼中，取出指令碼時(shí)也就取出了可以立即使用的操作數(shù)（也正因如此，該操作數(shù)被稱(chēng)為“立即數(shù)”，并把這一尋址方式形象地稱(chēng)為“立即尋址”方式）。例如“mov a,#23h”指令機(jī)器碼為“74 23”，在存儲(chǔ)器中的存放位置及執(zhí)行結(jié)果可用圖1-6表示。 第第1章章 基礎(chǔ)知識(shí)基礎(chǔ)知識(shí)圖1-6 立即尋址示意圖 2. 直接尋址方式直接尋址方式 在直接尋址方式中，操作數(shù)是某一存儲(chǔ)單元的地址碼。例如：mov a,0

29、023h ；直接使用存儲(chǔ)單元地址作為源操作數(shù)。該指令的含義是將0023h存儲(chǔ)單元中的內(nèi)容傳送到累加器a中，其中的“0023h”不再是立即數(shù)，而是存儲(chǔ)單元的地址編碼。假設(shè)存儲(chǔ)器中0023h單元的內(nèi)容為55h，則該指令執(zhí)行后，累加器a中的內(nèi)容將變?yōu)?5h，指令代碼和執(zhí)行結(jié)果可用圖1-7表示。 圖1-7 直接尋址示意圖 在直接尋址方式中，存儲(chǔ)單元地址一般為16位，但在mcs-51系列單片機(jī)中，直接尋址方式僅適用于內(nèi)部ram前128（00h7fh）字節(jié)存儲(chǔ)單元、片內(nèi)位存儲(chǔ)單元（00h7fh）、特殊功能寄存器(80hffh)，因此地址編碼僅為8位，如： mov 23h，a第第1章章 基礎(chǔ)知識(shí)基礎(chǔ)知識(shí) 3

30、. 寄存器尋址方式寄存器尋址方式 在寄存器尋址方式中，操作數(shù)是cpu內(nèi)的某一寄存器名。例如：mov a,23h ；在這條指令中，目的操作數(shù)是累加器a。因此，這條指令目的操作數(shù)采用寄存器尋址方式。寄存器尋址方式可以用在目的操作數(shù)中，也可以用在源操作數(shù)中，如：mov 23h，a ；在這條指令中，累加器a是源操作數(shù)。因此，這條指令源操作數(shù)采用寄存器尋址方式。 在mcs-51中，可用于寄存器尋址方式的寄存器有：累加器a、寄存器b（但僅限于乘法指令）、數(shù)據(jù)指針dptr、位操作指令中的進(jìn)位標(biāo)志cy、工作組寄存器r7r0。 第第1章章 基礎(chǔ)知識(shí)基礎(chǔ)知識(shí)4. 寄存器間接尋址方式寄存器間接尋址方式 將寄存器內(nèi)容

31、作為指令中操作數(shù)所在存儲(chǔ)單元地址編碼的尋址方式，稱(chēng)為寄存器間接尋址方式。例如：mov a,r0 該指令的含義是將寄存器r0內(nèi)容指定的內(nèi)部ram單元的內(nèi)容傳送到累加器a中。假設(shè)r0=23h，而內(nèi)部ram 23h單元的內(nèi)容為55h，則指令執(zhí)行后，累加器a的內(nèi)容將為55h。指令中的“”是間接尋址標(biāo)志，該指令與“mov a,r0”不同，“mov a,r0”指令源操作數(shù)采用寄存器尋址方式，含義是將寄存器r0內(nèi)容傳送到累加器中，因此“mov a,r0”指令執(zhí)行后，a的內(nèi)容將是23h。 一般說(shuō)來(lái)，cpu內(nèi)僅有部分寄存器可用作間接尋址寄存器，至于哪些寄存器可用作間接尋址寄存器由cpu指令系統(tǒng)決定。例如，在mc

32、s-51系列單片機(jī)中，只能使用寄存器r0、r1以及dptr作為間接尋址寄存器。 第第1章章 基礎(chǔ)知識(shí)基礎(chǔ)知識(shí)5. 變址尋址方式變址尋址方式 將某一寄存器作為基址寄存器，另一寄存器作為變址寄存器，兩者相加后作為操作數(shù)所在存儲(chǔ)單元地址的尋址方式就稱(chēng)為變址尋址方式。例如：movc a,a+dptr 數(shù)據(jù)指針寄存器dptr（16位，作為基址寄存器）加上累加器a（作為變址寄存器）后獲得存儲(chǔ)器單元地址，并將該單元內(nèi)容傳送到累加器a中。在這一指令中，源操作數(shù)采用了變址尋址方式。 第第1章章 基礎(chǔ)知識(shí)基礎(chǔ)知識(shí)6. 相對(duì)尋址相對(duì)尋址 相對(duì)尋址的含義是以程序計(jì)數(shù)器pc的當(dāng)前值加上指令中給出的相對(duì)偏移量rel作為程

33、序計(jì)數(shù)器pc的值，這一尋址方式用在條件轉(zhuǎn)移指令中。例如：jz lable;其中l(wèi)able為轉(zhuǎn)移的目標(biāo)地址 第第1章章 基礎(chǔ)知識(shí)基礎(chǔ)知識(shí)7. 位尋址方式位尋址方式 位尋址方式是mcs-51系列單片機(jī)特有的一種尋址方式，盡管目前控制系統(tǒng)中多用4位、8位、16位，甚至32位單片機(jī)芯片，但有時(shí)只需要完成簡(jiǎn)單的邏輯控制，如電機(jī)的開(kāi)、關(guān)；指示燈的亮、滅，為此8位單片機(jī)系統(tǒng)也支持位尋址功能，例如：mov c,23h ；指令中的“c”是進(jìn)位標(biāo)志cy的簡(jiǎn)稱(chēng)，23h是位尋址空間內(nèi)的位地址。操作碼與操作數(shù)不同尋址方式的組合就構(gòu)成了特定cpu的指令系統(tǒng)，但在特定cpu指令系統(tǒng)內(nèi)，操作碼支持何種類(lèi)型的尋址方式，由cpu

34、決定。例如在mcs-51指令系統(tǒng)中，push指令(將操作數(shù)壓入堆棧)只支持直接尋址方式。 第第1章章 基礎(chǔ)知識(shí)基礎(chǔ)知識(shí)1.4單片機(jī)及其發(fā)展概況 計(jì)算機(jī)技術(shù)三個(gè)發(fā)展方向： 巨型化 微型化 單片化：1.4.1單片機(jī)及其特點(diǎn) 1. 單片機(jī)概念 在通用微機(jī)中央處理器基礎(chǔ)上，將輸入/輸出（i/o）接口電路、時(shí)鐘電路以及一定容量的存儲(chǔ)器等部件集成在同一芯片上，再加上必要的外圍器件，如晶體振蕩器，就構(gòu)成了一個(gè)較為完整的計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)。由于這類(lèi)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的基本部件均集成在同一芯片內(nèi)，因此被稱(chēng)為單片微控制器（single-chip-micro controller，簡(jiǎn)稱(chēng)單片機(jī)國(guó)內(nèi)習(xí)慣稱(chēng)謂）、微控制單元(micr

35、ocontroller unit,簡(jiǎn)稱(chēng)mcu)或嵌入式控制器（embedded controller）。 第第1章章 基礎(chǔ)知識(shí)基礎(chǔ)知識(shí)2. 單片機(jī)芯片主要特征單片機(jī)芯片主要特征（1）抗干擾性強(qiáng)，工作溫度范圍寬（按工作溫度分類(lèi)，有民用級(jí)、工業(yè)級(jí)、汽車(chē)級(jí)及軍用級(jí)）。（2）可靠性高。在工業(yè)控制中，任何差錯(cuò)都可能造成極其嚴(yán)重的后果，因此在單片機(jī)芯片中普遍采用硬件看門(mén)狗技術(shù)，通過(guò)“復(fù)位”喚醒處于“失控”狀態(tài)下單片機(jī)芯片。（3）電磁輻射量小。（4）控制功能往往很強(qiáng)，數(shù)值計(jì)算能力較差。（5）指令系統(tǒng)比通用微機(jī)系統(tǒng)簡(jiǎn)單。（6）單片機(jī)芯片往往不是單一數(shù)字電路芯片，而是數(shù)字、模擬混合電路系統(tǒng)，即單片機(jī)芯片內(nèi)常集成

36、了一定數(shù)量的模擬比較器、ad及da轉(zhuǎn)換電路等。（7）采用嵌入式結(jié)構(gòu)。 (8) 更新?lián)Q代速度比通用微處理器慢得多。第第1章章 基礎(chǔ)知識(shí)基礎(chǔ)知識(shí)1.4.2 單片機(jī)技術(shù)現(xiàn)狀及將來(lái)發(fā)展趨勢(shì)單片機(jī)技術(shù)現(xiàn)狀及將來(lái)發(fā)展趨勢(shì) 單片機(jī)芯片系列、品種、規(guī)格繁多，先后經(jīng)歷單片機(jī)芯片系列、品種、規(guī)格繁多，先后經(jīng)歷4位機(jī)、位機(jī)、8位機(jī)、位機(jī)、16位機(jī)、新一代位機(jī)、新一代8位機(jī)、位機(jī)、32位機(jī)等幾個(gè)具有代表性位機(jī)等幾個(gè)具有代表性的發(fā)展階段。的發(fā)展階段。 目前主流品種主要是新一代目前主流品種主要是新一代8位單片機(jī)芯片、位單片機(jī)芯片、32位嵌入位嵌入式單片機(jī)芯片。式單片機(jī)芯片。第第1章章 基礎(chǔ)知識(shí)基礎(chǔ)知識(shí)1. 8位單片機(jī)芯片的主流品種位單片機(jī)芯片的主流品種 mcs-51系列最先由intel公司開(kāi)發(fā)，后來(lái)其他公司通過(guò)技術(shù)轉(zhuǎn)讓、交換等方式取得了mcs-51內(nèi)核技術(shù)。生產(chǎn)廠家很多，目前主要有philips、