第1章單片機基礎知識

1、2022-4-101第一章第一章 單片機基礎知識單片機基礎知識 2022-4-102內容內容單片機概述單片機概述 1.1微型計算機系統(tǒng)組成微型計算機系統(tǒng)組成 1.2微型計算機的運算基礎知識微型計算機的運算基礎知識 1.32022-4-1031.1 單片機概述單片機概述1.1.1 什么是單片機什么是單片機? 單片機單片機是指在是指在一塊半導體芯片一塊半導體芯片上，集成了微處上，集成了微處理器、存儲器、輸入理器、存儲器、輸入/ /輸出接口、定時器輸出接口、定時器/ /計數器計數器以及中斷系統(tǒng)等功能部件，構成一臺完整的微型以及中斷系統(tǒng)等功能部件，構成一臺完整的微型計算機。計算機。單片機實物圖單片機實

2、物圖12022-4-104單片機實物圖單片機實物圖(2)單片機芯片單片機芯片AT89C51AT89S51AT89S52AT89C2051雙列直插式DIP40(Dual In-line Package)封裝 2022-4-105單片機實物圖單片機實物圖(3)單片機芯片單片機芯片STC89C52塑料扁平式PQFP/TQFP(Plastic Quad Flat Package)封裝 帶引線的塑料芯片封裝PLCC44(Plastic Leaded Chip Carrier) 2022-4-1061.1.2 單片機與微型計算機的關系單片機與微型計算機的關系 計算機的發(fā)展經歷了從計算機的發(fā)展經歷了從電子管

3、、晶體管、集成電路到大規(guī)電子管、晶體管、集成電路到大規(guī)模集成電路模集成電路四代的演變。四代的演變。微型計算機屬于第四代計算機。微型計算機屬于第四代計算機。 微型計算機的發(fā)展微型計算機的發(fā)展以微處理器的發(fā)展以微處理器的發(fā)展為特征，為特征，主要表現：主要表現： 芯片集成度芯片集成度的提高的提高( (從最初的約從最初的約20002000個晶體管個晶體管/ /片發(fā)展到片發(fā)展到目前的幾百萬個晶體管目前的幾百萬個晶體管/ /片片) )； 處理器位數處理器位數的增加（從的增加（從4 4位增加到位增加到6464位）；位）； 時鐘頻率時鐘頻率的加快的加快( (從從1MHz1MHz到約幾個到約幾個GHz)GHz)

4、； 價格價格的逐漸降低等方面。的逐漸降低等方面。 2022-4-1071.1.2 單片機與微型計算機的關系單片機與微型計算機的關系 微型計算機有兩個主要發(fā)展方向：微型計算機有兩個主要發(fā)展方向： 一是向高速度、高性能、大容量的一是向高速度、高性能、大容量的高檔微型計高檔微型計算機方向算機方向發(fā)展；發(fā)展； 二是向穩(wěn)定可靠、小而廉、能適應各種控制領二是向穩(wěn)定可靠、小而廉、能適應各種控制領域需要的域需要的單片機方向單片機方向發(fā)展。發(fā)展。 單片機是微型計算機發(fā)展的一個重要分支！單片機是微型計算機發(fā)展的一個重要分支！2022-4-1081.1.3 常用的單片機系列常用的單片機系列MCS-51系列及與之兼容

5、的系列及與之兼容的80C51系列單片機系列單片機Atmel公司的公司的AVR系列系列Microchip公司的公司的PIC系列系列Motorola公司的單片機公司的單片機 TI公司公司MSP430系列單片機系列單片機 基干基干ARM核的核的32位單片機位單片機 2022-4-109MCS-51系列及與之兼容的系列及與之兼容的80C51系列單片機系列單片機 MCS-51系列系列單片機是單片機是美國美國Intel公司公司在在1980年年推出的高性推出的高性能單片機。能單片機。 型號：型號：8051、8751、8031、8032、8052等。等。 其中其中8051是最典型的產品，其它單片機都是在是最典

6、型的產品，其它單片機都是在8051的基礎的基礎上進行功能的增、減改變而來的，所以人們習慣于用上進行功能的增、減改變而來的，所以人們習慣于用8051來稱呼來稱呼MCS-51系列單片機。系列單片機。 20世紀世紀80年代中期年代中期Intel公司將公司將MCS-51的核心技術授權的核心技術授權給給了很多其他公司，如：了很多其他公司，如：Atmel、Philips、STC、Siemens、Winbond等，這些廠商生產的芯片是等，這些廠商生產的芯片是MCS-51系列的兼容產系列的兼容產品，準確地說是品，準確地說是與與MCS-51指令系統(tǒng)指令系統(tǒng)兼容兼容的單片機的單片機，這些單，這些單片機的系統(tǒng)結構與

7、片機的系統(tǒng)結構與8051相同，并且都采用相同，并且都采用CHMOS工藝，因工藝，因而常用而常用80C51系列來稱呼它們。系列來稱呼它們。2022-4-1010Atmel公司的公司的AVR系列系列 AVR系列單片機系列單片機是是1997年年Atmel公司公司為了充分發(fā)為了充分發(fā)揮其揮其Flash的技術優(yōu)勢，而推出的全新配置的精簡的技術優(yōu)勢，而推出的全新配置的精簡指令集指令集(Reduced Instruction Set Computer ，簡稱，簡稱RISC)單片機。該系列單片機一進入市場，就以其單片機。該系列單片機一進入市場，就以其卓越的性能而大受歡迎。通過這幾年的發(fā)展，卓越的性能而大受歡迎

8、。通過這幾年的發(fā)展，AVR單片機已形成系列產品，其單片機已形成系列產品，其Attiny系列、系列、AT90S系系列與列與Atmega系列分別對應為低、中、高檔產品系列分別對應為低、中、高檔產品(高高檔產品含檔產品含JTAG ICE仿真功能仿真功能)。 2022-4-1011Microchip公司的公司的PIC系列系列 Microchip單片機是市場份額增長最快的單片機。它單片機是市場份額增長最快的單片機。它的主要產品是的主要產品是PIC系列系列8位單片機，它的位單片機，它的CPU采用了精采用了精簡指令集簡指令集(RISC)結構的嵌入式微控制器，其高速度、結構的嵌入式微控制器，其高速度、低電壓、

9、低功耗、大電流低電壓、低功耗、大電流LCD驅動能力和低價位驅動能力和低價位OTP技術等都體現出單片機產業(yè)的新趨勢。技術等都體現出單片機產業(yè)的新趨勢。 PIC 8位單片機產品共有位單片機產品共有3個系列，即基本級、中級個系列，即基本級、中級和高級。用戶可根據需要選擇不同檔次和不同功能的和高級。用戶可根據需要選擇不同檔次和不同功能的芯片芯片。 2022-4-1012 Motorola公司的單片機公司的單片機 (現在的飛思卡爾公司現在的飛思卡爾公司) Motorola公司是世界上最大的單片機廠商，該公司的特點公司是世界上最大的單片機廠商，該公司的特點是品種全、選擇余地大、新產品多，在是品種全、選擇余

10、地大、新產品多，在8位機方面有位機方面有68HC05和升級產品和升級產品68HC08，68HC05有有30多個系列，多個系列，200多個品種，多個品種，產量已超過產量已超過20億片。億片。8位增強型單片機位增強型單片機68HC11也有也有30多個品多個品種，年產量在種，年產量在1億片以上。升級產品有億片以上。升級產品有68HC12。16位機位機68HC16也有也有10多個品種。多個品種。32位單片機的位單片機的683XX系列也有幾系列也有幾十個品種。十個品種。 Motorola單片機特點之一是在同樣速度下所用的時鐘頻率單片機特點之一是在同樣速度下所用的時鐘頻率較較Intel類單片機低很多，因而

11、使得高頻噪聲低，抗干擾能力類單片機低很多，因而使得高頻噪聲低，抗干擾能力強，更適合用于工控領域及惡劣的環(huán)境。強，更適合用于工控領域及惡劣的環(huán)境。Motorola 8位單片位單片機過去的策略是以掩膜為主，最近推出了機過去的策略是以掩膜為主，最近推出了OTP計劃以適應單計劃以適應單片機發(fā)展新趨勢。在片機發(fā)展新趨勢。在32位機上，位機上，M.CORE在性能和功耗方面在性能和功耗方面都勝過都勝過ARM7。 由于由于Motorola單片機產品以前主要是以掩膜為主，不太適單片機產品以前主要是以掩膜為主，不太適合于教學，所以沒有被選做教學用機型。合于教學，所以沒有被選做教學用機型。2022-4-1013 T

12、I公司公司MSP430系列單片機系列單片機 TI公司公司MSP430系列單片機是超低功耗系列單片機是超低功耗Flash型單片機，型單片機，有有“綠色微控制器綠色微控制器(Green MCUs)”稱號，是目前單片機業(yè)界所稱號，是目前單片機業(yè)界所有內部集成閃速存儲器有內部集成閃速存儲器(Flash ROM)產品中功耗最低的，消產品中功耗最低的，消耗功率僅為其他閃速微控制器耗功率僅為其他閃速微控制器(Flash MCUs)的的1/5。在。在3V工工作電壓下其耗電電流低于作電壓下其耗電電流低于350A/MHz，待機模式僅為，待機模式僅為1A/MHz，具有，具有5種節(jié)能模式。種節(jié)能模式。 該系列產品的工

13、作溫度范圍為該系列產品的工作溫度范圍為-40oC85oC，可滿足工業(yè)，可滿足工業(yè)應用要求。應用要求。 MSP430 微控制器可廣泛地應用于煤氣表、水表、電子微控制器可廣泛地應用于煤氣表、水表、電子電度表、醫(yī)療儀器、火警智能探頭、通信產品、家庭自動化電度表、醫(yī)療儀器、火警智能探頭、通信產品、家庭自動化產品、便攜式監(jiān)視器及其他低耗能產品。由于產品、便攜式監(jiān)視器及其他低耗能產品。由于MSP430微控微控制器的功耗極低，可設計出只需一塊電池就可以使用長達制器的功耗極低，可設計出只需一塊電池就可以使用長達10年的儀表應用產品。年的儀表應用產品。MSP430 Flash系列的確是不可多得的系列的確是不可多

14、得的高性價比單片機。高性價比單片機。 2022-4-1014基于基于ARM核的核的32位單片機位單片機 ARM ( Advanced RISC Machine )是一種通用的是一種通用的32位位RISC處理器。處理器。32位是指處理器的外部數據總線是位是指處理器的外部數據總線是32位的，與位的，與8位和位和16位的相同主頻位的相同主頻處理器相比性能更強大。處理器相比性能更強大。 ARM是一種功耗很低的高性能處理器，如是一種功耗很低的高性能處理器，如ARM7 TDMI具有每瓦生具有每瓦生產產690MIPS(Millions Instruction Per Second，百萬條指令，百萬條指令/秒

15、秒)的能力，的能力，已被證明在工業(yè)界處于領先水平。已被證明在工業(yè)界處于領先水平。 ARM公司并不生產芯片，而是將公司并不生產芯片，而是將ARM的技術授權其他公司生產。的技術授權其他公司生產。ARM本質并不是一種芯片，而是一種芯片結構技術，不涉及芯片生本質并不是一種芯片，而是一種芯片結構技術，不涉及芯片生產工藝。產工藝。 授權生產授權生產ARM結構芯片的公司采用不同的半導體技術，面對不同結構芯片的公司采用不同的半導體技術，面對不同的應用進行擴展和集成，標有不同的系列號。的應用進行擴展和集成，標有不同的系列號。 目前可以提供含目前可以提供含ARM核核CPU芯片的著名半導體公司有：芯片的著名半導體公

16、司有：Intel、TI、三星半導體、摩托羅拉、飛利浦半導體、意法半導體、億恒半導體、三星半導體、摩托羅拉、飛利浦半導體、意法半導體、億恒半導體、科勝訊、科勝訊、ADI公司、安捷倫、高通公司、公司、安捷倫、高通公司、Atmel、Intersil、Alcatel、Altera、Cirrus Logic、Linkup、Parthus、LSI Logic、Micronas等。等。ARM的應用范圍非常廣泛，如嵌入式控制的應用范圍非常廣泛，如嵌入式控制汽車、電子設備、保安汽車、電子設備、保安設備、大容量存儲器、調制解調器、打印機，數字消費產品設備、大容量存儲器、調制解調器、打印機，數字消費產品數碼相數碼相

17、機、數字式電視機、游戲機、機、數字式電視機、游戲機、GPS、機頂盒、便攜式產品、機頂盒、便攜式產品手提式計手提式計算機、移動電話、算機、移動電話、PDA、靈巧電話、靈巧電話。 2022-4-10151.1.4 單片機的應用單片機的應用 單片機屬于控制類數字芯片，目前其應用領域已非常廣單片機屬于控制類數字芯片，目前其應用領域已非常廣泛，典型應用如下：泛，典型應用如下： 1. 工業(yè)自動化。工業(yè)自動化。如數據采集、測控技術。如數據采集、測控技術。2. 智能儀器儀表。智能儀器儀表。如數字示波器、數字信號源、數字萬如數字示波器、數字信號源、數字萬用表、感應電流表等。用表、感應電流表等。3. 消費類電子產

18、品。消費類電子產品。如洗衣機、電冰箱、空調機、電視如洗衣機、電冰箱、空調機、電視機、微波爐、機、微波爐、IC卡、汽車電子設備等?？?、汽車電子設備等。4. 通信方面。通信方面。如調制解調器、程控交換技術、手機、小如調制解調器、程控交換技術、手機、小靈通等。靈通等。5. 武器裝備。武器裝備。如飛機、軍艦、坦克、導彈、航天飛機、如飛機、軍艦、坦克、導彈、航天飛機、魚雷制導、智能武器等。魚雷制導、智能武器等。2022-4-1016 (1) 單片機單片機 (2) 電源電源 (3) 晶振晶振 (4) 復位電路復位電路 就構成了真正就構成了真正可使用的單片可使用的單片機最小應用系機最小應用系統(tǒng)統(tǒng) 1.1.5

19、 一個簡單的單片機控制系統(tǒng)實例一個簡單的單片機控制系統(tǒng)實例系統(tǒng)硬件設計系統(tǒng)硬件設計點亮一個發(fā)光二極管的單片機控制系統(tǒng)點亮一個發(fā)光二極管的單片機控制系統(tǒng) 2022-4-1017系統(tǒng)軟件設計系統(tǒng)軟件設計 /*點亮一個發(fā)光二極管的程序點亮一個發(fā)光二極管的程序*/ #include /包含包含52系列單片機頭文件系列單片機頭文件 sbit led1=P10; /聲明單片機聲明單片機P1口的第一位，口的第一位，P1.0的位名稱位的位名稱位led1 void main() /主程序主程序 led1=0; /* P1.0口輸出低電平，點亮口輸出低電平，點亮LED發(fā)光二極管發(fā)光二極管 while(1); /程

20、序運行到此處停止程序運行到此處停止 2022-4-1018配套教材配套教材 單片機原理及應用單片機原理及應用 張?zhí)m紅等編張?zhí)m紅等編 機械工業(yè)出版社機械工業(yè)出版社 2012.72022-4-1019預備知識：元器件實物圖預備知識：元器件實物圖單片機芯片單片機芯片AT89C51AT89S51AT89S52AT89C20512022-4-1020通信芯片通信芯片MAX232CPE 時鐘芯片時鐘芯片 DS13022022-4-1021EEPROM24C02溫度傳感溫度傳感器器18B20ADAD變換器變換器08320832穩(wěn)壓片穩(wěn)壓片78L052022-4-1022晶晶 振振電阻和排電阻電阻和排電阻20

21、22-4-1023瓷片小電容瓷片小電容零壓力插座零壓力插座萬用焊接板萬用焊接板儀器盒儀器盒2022-4-1024步進電機步進電機2022-4-1025液晶字符顯示屏液晶字符顯示屏液晶圖形點陣顯示屏液晶圖形點陣顯示屏2022-4-1026撥動開關撥動開關2022-4-1027紅外遙控用紅外遙控用 發(fā)射接受一體管發(fā)射接受一體管繼電器繼電器2022-4-10282022-4-1029各類接插件各類接插件2022-4-1030遙控組件遙控組件超聲波發(fā)射接受頭超聲波發(fā)射接受頭2022-4-1031雙路遙控組件雙路遙控組件2022-4-1032長距離遙控器長距離遙控器30004000M2022-4-103

22、388二極管點陣二極管點陣 八段數碼管八段數碼管2022-4-1034B電氣電氣05-吳欣吳欣-單片機控制的單片機控制的GPS定位信息顯示器系統(tǒng)定位信息顯示器系統(tǒng) 2022-4-1035B電氣電氣06-張新文張新文-單片機控制的超聲波測距器單片機控制的超聲波測距器2022-4-1036BMZ電氣電氣061-邵邵 軒軒-單片機控制的交通燈系統(tǒng)單片機控制的交通燈系統(tǒng)2022-4-1037BMZ電氣電氣061-于祥鍵于祥鍵-單片機控制的步進電機系統(tǒng)單片機控制的步進電機系統(tǒng)2022-4-1038B電氣電氣07-單片機課程設計作品單片機課程設計作品2022-4-10391.2 微型計算機系統(tǒng)組成微型計算

23、機系統(tǒng)組成計算機的基本結構計算機的基本結構微型計算機系統(tǒng)組成微型計算機系統(tǒng)組成 微型計算機硬件微型計算機硬件 微型計算機軟件微型計算機軟件2022-4-10401.2 微型計算機系統(tǒng)組成微型計算機系統(tǒng)組成1.2.1 計算機的基本結構計算機的基本結構計算機的基本結構計算機的基本結構運算器：運算器：是計算機處理信息的主要部件。是計算機處理信息的主要部件?？刂破鳎嚎刂破鳎寒a生一系列控制命令，控制計產生一系列控制命令，控制計 算機各部件自動地、協(xié)調一致地工作。算機各部件自動地、協(xié)調一致地工作。存儲器：存儲器：是存放程序與數據的部件。是存放程序與數據的部件。輸入設備：輸入設備：用來輸入用來輸入程序與數據

24、程序與數據，常用的，常用的輸入設備有鍵盤、鼠標、光電輸入機等。輸入設備有鍵盤、鼠標、光電輸入機等。輸出設備：輸出設備：將計算機的處理結果用數字將計算機的處理結果用數字、圖形等形式表示出來。常用的輸出設、圖形等形式表示出來。常用的輸出設備有顯示終端、數碼管、打印機、繪圖備有顯示終端、數碼管、打印機、繪圖儀等。儀等。2022-4-10411.2 微型計算機系統(tǒng)組成微型計算機系統(tǒng)組成1.2.1 計算機的基本結構計算機的基本結構計算機的基本結構計算機的基本結構中央處理單元中央處理單元CPU：運算器、控運算器、控制 器 合 稱 為 中 央 處 理 單 元制 器 合 稱 為 中 央 處 理 單 元CPU(

25、Central Processing Unit) 。主機：主機：通常把運算器、控制器、存通常把運算器、控制器、存儲器這三部分稱為計算機主機。儲器這三部分稱為計算機主機。外設：外設：輸入、輸出設備稱為計算機輸入、輸出設備稱為計算機的外圍設備的外圍設備( (簡稱簡稱“外沒外沒”) )。2022-4-10421.2.2 微型計算機的結構微型計算機的結構 隨著大規(guī)模集成電路技術的發(fā)展，已經將運算器、隨著大規(guī)模集成電路技術的發(fā)展，已經將運算器、控制器集成在一塊硅片上，成為獨立的器件，該芯片控制器集成在一塊硅片上，成為獨立的器件，該芯片稱為稱為微處理器或微處理機微處理器或微處理機(Micro-proces

26、sor)。 存儲器存儲器(Memory)也已經成為一塊獨立的芯片。也已經成為一塊獨立的芯片。 微處理器芯片、存儲器芯片與輸入輸出接口微處理器芯片、存儲器芯片與輸入輸出接口 (Input/Output，簡稱，簡稱IO接口接口) 電路芯片電路芯片構成了微型構成了微型計算機計算機(Micro-computer)，芯片之間用總線，芯片之間用總線(Bus)連接。連接。 微型計算機結構微型計算機結構 2022-4-10431.微處理器微處理器微處理器是微型計算機的核心，它通常包括微處理器是微型計算機的核心，它通常包括3個部分：個部分：(1) 算術邏輯部件算術邏輯部件 (Arithmetic Logic U

27、nit，簡稱，簡稱ALU)：對傳送到微處理器的數據進行算術運算或邏輯運算，對傳送到微處理器的數據進行算術運算或邏輯運算，如執(zhí)行加法、減法運算，邏輯與、邏輯或運算等。如執(zhí)行加法、減法運算，邏輯與、邏輯或運算等。 (2) 工作寄存器組。工作寄存器組。 CPU中有多個工作寄存器，用來存放操作數及運算的中有多個工作寄存器，用來存放操作數及運算的中間結果等。中間結果等。 (3) 控制部件：控制部件：包括包括時鐘電路時鐘電路和和控制電路控制電路。時鐘電路產。時鐘電路產生時鐘脈沖，用于計算機各部分電路的同步定時?？厣鷷r鐘脈沖，用于計算機各部分電路的同步定時?？刂齐娐樊a生完成各種操作所需的控制信號。制電路產生

28、完成各種操作所需的控制信號。 2022-4-10442.存儲器存儲器介紹存儲器有關概念之前，先介紹微型計算機中的幾個介紹存儲器有關概念之前，先介紹微型計算機中的幾個常用術語：常用術語： (1) 位（位（bit） 是計算機所能表示的最小的數據單位，即是計算機所能表示的最小的數據單位，即1位二進制數位二進制數 。它有兩種狀態(tài)：。它有兩種狀態(tài)：0和和1。(2) 字節(jié)（字節(jié)（Byte）一個連續(xù)的一個連續(xù)的8位二進制數稱為一個字節(jié)，位二進制數稱為一個字節(jié)，即即1Byte8bit。(3) 字（字（Word） 通常把通常把16位二進制數稱為一個字，位二進制數稱為一個字，32位位二進制數稱為一個雙字。二進制數

29、稱為一個雙字。(4) 字長字長 CPU一次能夠處理二進制信息的位數稱為字長，一次能夠處理二進制信息的位數稱為字長，通常也指通常也指CPU與輸入與輸入/輸出設備或內存儲器之間一次傳輸出設備或內存儲器之間一次傳送二進制數據的位數。送二進制數據的位數。2022-4-1045 計算機的計算機的字長字長與與處理能力處理能力和和計算精度計算精度有關。有關。 (1)字長越長，計算精度越高，處理能力越強，但計算機字長越長，計算精度越高，處理能力越強，但計算機的結構也變得更復雜。的結構也變得更復雜。(2) CPU的字長有的字長有1位、位、4位、位、8位、位、16位、位、32位和位和64位，位，對應的計算機就是對

30、應的計算機就是1位機、位機、4位機、位機、8位機、位機、16位機、位機、32位機和位機和64位機。位機。 本書所介紹的本書所介紹的80C51系列單片機就是系列單片機就是8位機，這意味著位機，這意味著如果要處理如果要處理16位數據的話就應分兩次處理。位數據的話就應分兩次處理。 2022-4-10462.存儲器存儲器 存儲器由許多存儲單元組成，在存儲器由許多存儲單元組成，在8位字長的微機中，位字長的微機中，每個存儲單元存放每個存儲單元存放8位二進制代碼，即存放一個字位二進制代碼，即存放一個字節(jié)節(jié)(Byte)。2022-4-1047存儲器的一個重要指標是存儲器的一個重要指標是容量容量。假如存儲器有假

31、如存儲器有256個單元，每個單元存放個單元，每個單元存放8位二進制數位二進制數那么該存儲器容量為那么該存儲器容量為256字節(jié)，或字節(jié)，或2568位。位。存儲容量存儲容量單位單位：“KB”、“MB”、“GB” 1KB1024B210B，1MB1024KB220B，1GB1024MB 230B 。 2022-4-1048存儲器的存儲器的讀寫讀寫操作：操作： (1)計算機工作時，將計算機工作時，將數據數據存入存儲器的過程稱為存入存儲器的過程稱為“寫寫”操作操作。(2) CPU從存儲器中取數據的過程為從存儲器中取數據的過程為“讀讀”操作。操作。(3)寫入存儲單元的數據取代了原有的數據，而且在下一寫入存

32、儲單元的數據取代了原有的數據，而且在下一個新的數據寫入之前一直保留著，即存儲器具有個新的數據寫入之前一直保留著，即存儲器具有記憶記憶數據數據的功能。的功能。(4)在執(zhí)行讀操作后，存儲單元中原有的內容不變，即存在執(zhí)行讀操作后，存儲單元中原有的內容不變，即存儲器的讀出儲器的讀出是非破壞性是非破壞性的。的。2022-4-1049存儲單元的存儲單元的地址和容量的關系：地址和容量的關系： (1)為了便于讀、寫操作，要對存儲器所有單元按順序編為了便于讀、寫操作，要對存儲器所有單元按順序編號，這種號，這種編號就是存儲單元的地址編號就是存儲單元的地址。(2) 地址的二進制位數地址的二進制位數N與存儲容量與存儲

33、容量Q之間的關系是：之間的關系是：Q2N。2022-4-10503.輸入輸入/輸出接口電路輸出接口電路(1) I/O接口是溝通接口是溝通CPU與外與外圍圍設備的不可缺少的重要部設備的不可缺少的重要部件。件。(2) 外部設備種類繁多，其運行速度、數據形式、電平等外部設備種類繁多，其運行速度、數據形式、電平等各不相同，常常與各不相同，常常與CPU不一致，所以要用不一致，所以要用I/O接口作橋接口作橋梁，起到梁，起到信息轉換與協(xié)調信息轉換與協(xié)調的作用。的作用。2022-4-10514.總線總線 總線總線（Bus）是在微型計算機各芯片之間或芯片內部各是在微型計算機各芯片之間或芯片內部各部件之間傳輸信息

34、的一組公共通信線部件之間傳輸信息的一組公共通信線。各芯片之間的一組各芯片之間的一組8位總線位總線 2022-4-1052 根據傳遞信息種類，總線分為根據傳遞信息種類，總線分為地址總線地址總線、數據總線數據總線和和控控制總線制總線。(1)地址總線地址總線AB（Address Bus）是是CPU用于給存儲器或輸入用于給存儲器或輸入/輸出接口發(fā)送地址信息的單向通信總線，以選擇相應的存儲輸出接口發(fā)送地址信息的單向通信總線，以選擇相應的存儲單元或寄存器。地址總線的寬度（根數）決定了單元或寄存器。地址總線的寬度（根數）決定了CPU的尋的尋址范圍（即址范圍（即CPU所能訪問的存儲單元的個數）。所能訪問的存儲

35、單元的個數）。(2)數據總線數據總線DB（Data Bus）是用于實現是用于實現CPU、存儲器及、存儲器及I/O接口接口之間數據信息交換的雙向通信總線。之間數據信息交換的雙向通信總線。 (3) 控制總線控制總線CB（Control Bus）是傳輸各種控制信號的單向是傳輸各種控制信號的單向總線，其中有的用于傳送從總線，其中有的用于傳送從CPU發(fā)出的信息；有的是其它發(fā)出的信息；有的是其它部件發(fā)給部件發(fā)給CPU的信息。的信息。2022-4-10531.2.3 微型計算機系統(tǒng)微型計算機系統(tǒng)微型計算機系統(tǒng)框圖微型計算機系統(tǒng)框圖2022-4-10541.2.4 微型計算機軟件微型計算機軟件1. 軟件定義軟

36、件定義 硬件：硬件：是在執(zhí)行任務過程中相對固定的一種物質體現。是在執(zhí)行任務過程中相對固定的一種物質體現。軟件：軟件：則是在執(zhí)行任務過程中比較靈活的信息的體現，則是在執(zhí)行任務過程中比較靈活的信息的體現，即指使用和管理計算機的各種程序即指使用和管理計算機的各種程序(Program)。2.指令指令 指令：指令：控制計算機進行各種操作的命令稱為指令。控制計算機進行各種操作的命令稱為指令。操作碼：表示該指令執(zhí)行何種操作。操作碼：表示該指令執(zhí)行何種操作。 操作數：表示參加運算的數據或操作數：表示參加運算的數據或數據所在的地址數據所在的地址3. 程序程序 程序：程序：一系列指令的有序集合稱為程序。一系列指令

37、的有序集合稱為程序。程序設計：程序設計：編制程序的過程稱為程序設計。編制程序的過程稱為程序設計。 2022-4-10554.機器語言、匯編語言和高級語言機器語言、匯編語言和高級語言 (1) 匯編語言：匯編語言：用助記符用助記符(通常是指令功能的英文縮寫通常是指令功能的英文縮寫)表示表示操作碼、用字符操作碼、用字符(字母、數字、符號字母、數字、符號)表示操作數的指令稱為表示操作數的指令稱為匯編指令。用匯編指令編制的程序稱為匯編語言程序。匯編指令。用匯編指令編制的程序稱為匯編語言程序。 特點：特點：這種程序占用存儲器單元少，執(zhí)行速度較快，能夠這種程序占用存儲器單元少，執(zhí)行速度較快，能夠準確掌握執(zhí)行

38、時間，可實現精細控制，因此特別適用于實時準確掌握執(zhí)行時間，可實現精細控制，因此特別適用于實時控制?？刂?。 然而匯編語言是然而匯編語言是面向機器面向機器的語言，各種計算機的匯編語的語言，各種計算機的匯編語言是不同的，必須對所用機器的結構、原理和指令系統(tǒng)比較言是不同的，必須對所用機器的結構、原理和指令系統(tǒng)比較清楚，才能編寫出它的各種匯編語言程序，而且不能通用于清楚，才能編寫出它的各種匯編語言程序，而且不能通用于其他機器，這是匯編語言的不足之處。其他機器，這是匯編語言的不足之處。2022-4-1056(2) 高級語言：高級語言：為使用戶編程容易，程序中所用的語句與實際為使用戶編程容易，程序中所用的語

39、句與實際更接近，而且使用戶不必了解具體的機器，就能編程，使編更接近，而且使用戶不必了解具體的機器，就能編程，使編出的程序通用性更強，于是產生了高級語言。出的程序通用性更強，于是產生了高級語言。 常用的高級語言有常用的高級語言有BASIC、FORTRAN、C等。等。 特點：特點：高級語言是高級語言是面向過程面向過程的語言，用高級語言編寫程序時的語言，用高級語言編寫程序時主要著眼于算法，而不必了解計算機的硬件結構和指令系統(tǒng)，主要著眼于算法，而不必了解計算機的硬件結構和指令系統(tǒng)，因此易學易用。高級語言是獨立于機器的，一般地說，同一因此易學易用。高級語言是獨立于機器的，一般地說，同一個程序可在任何種類

40、的機器中使用。個程序可在任何種類的機器中使用。 應用：應用：高級語言適用于科學計算、數據處理等方面高級語言適用于科學計算、數據處理等方面 。 2022-4-1057(3) 機器語言：機器語言：二進制代碼形式的程序就是機器語言程序。二進制代碼形式的程序就是機器語言程序。二進制代碼形式的指令又稱機器指令或機器碼。匯編指令與二進制代碼形式的指令又稱機器指令或機器碼。匯編指令與機器指令具有一一對應的關系，機器指令具有一一對應的關系，特點：特點：計算機最終執(zhí)行的都是機器語言程序。計算機最終執(zhí)行的都是機器語言程序。 機器語言只有機器語言只有0和和1兩個符號，用它來直接編寫程序十分困兩個符號，用它來直接編寫

41、程序十分困難。因此，往往先用匯編語言或高級語言編寫程序，然后再難。因此，往往先用匯編語言或高級語言編寫程序，然后再轉換成目標程序。轉換成目標程序。 2022-4-1058(4) 幾個概念：幾個概念：源程序：源程序：匯編語言程序與高級語言程序統(tǒng)稱為源程序匯編語言程序與高級語言程序統(tǒng)稱為源程序目標程序：目標程序：機器語言程序又稱為目標程序。機器語言程序又稱為目標程序。匯編：匯編：將匯編語言程序翻譯成目標程序的過程稱為匯編。將匯編語言程序翻譯成目標程序的過程稱為匯編。手工匯編：手工匯編：由編程人員對照指令表，一條一條查找、翻譯的由編程人員對照指令表，一條一條查找、翻譯的方法稱為手工匯編。方法稱為手工

42、匯編。機器匯編：機器匯編：由計算機自動完成匯編語言轉換為機器語言的稱由計算機自動完成匯編語言轉換為機器語言的稱為機器匯編。為機器匯編。匯編程序：匯編程序：機器匯編時用到的軟件稱為匯編程序。機器匯編時用到的軟件稱為匯編程序。編譯程序：編譯程序：高級語言轉換成機器語言的工作只能由計算機完高級語言轉換成機器語言的工作只能由計算機完成，轉換時所用的軟件為編譯程序。成，轉換時所用的軟件為編譯程序。2022-4-10595、程序分類、程序分類計算機軟件示意圖計算機軟件示意圖2022-4-10601.3 微型計算機的微型計算機的運算運算基礎知識基礎知識 在數字電子計算機中，無論是大型計算機還是單片在數字電子

43、計算機中，無論是大型計算機還是單片微型計算機，都是將所有的信息作為數值進行處理微型計算機，都是將所有的信息作為數值進行處理的，包括數字的，包括數字(如如7、-8、4)，英文字符，英文字符(如如A、B、k、m)，各種符號，各種符號(如如+、-、%、)。2022-4-1061一個數值，可以用不同進制的數表示。一個數值，可以用不同進制的數表示。1. 十進制十進制日常習慣使用日常習慣使用2. 二進制二進制數字計算機最終均是用二進制數實現的數字計算機最終均是用二進制數實現的3.十六進制十六進制和二進制轉換很方便和二進制轉換很方便4. 八進制、十二進制、六十進制等八進制、十二進制、六十進制等 1.3.1

44、數制的概念數制的概念2022-4-1062為了表示不同的數制，可以在數的后面放一個英文字母為了表示不同的數制，可以在數的后面放一個英文字母作為標識符。作為標識符。1. 二進制數用二進制數用B(Binary)2. 十六進制數用十六進制數用H(Hexdecimal)3. 十進制數用十進制數用D(Decimal)，D可以省略不用，即不帶標識符可以省略不用，即不帶標識符的數是十進制數。的數是十進制數。 也也可以在數的右下方加一個小數字說明，例：可以在數的右下方加一個小數字說明，例：(1011011)2，(896)10，(896)16。如何區(qū)分不同進位計數制的數字如何區(qū)分不同進位計數制的數字數制的基：數

45、制的基：計數制中所具有的數碼的個數。計數制中所具有的數碼的個數。數制的權：數制的權：計數制中每一位所具有的值。計數制中每一位所具有的值。2022-4-10631 、十進制數、十進制數 特點：特點：有十個不同的數字符號：有十個不同的數字符號：0、1、2、39。 逢十進位，即各位的權是以十為底的冪。逢十進位，即各位的權是以十為底的冪。一般表達式：一般表達式：121012101010.1010nnnnDDDDD11221010.10mmDDD110imii nD 1.3.2 與計算機有關的數制與計算機有關的數制其中其中m、n為正整數，為正整數，i表示數字符號所在的位，表示數字符號所在的位，Di是第是

46、第i位的位的數碼，數碼，10i表示第表示第i位的位權。位的位權。2022-4-1064 十進制數十進制數398.6可表示為：可表示為： 398.6310291018100610-1 例：例：2022-4-10652. .二進制數二進制數特點：特點：(1) 有兩個不同的數字符號：有兩個不同的數字符號：0、1。 (2) 逢二進位，即各位的權是以逢二進位，即各位的權是以2為底的冪。為底的冪。一般表達式：一般表達式：其中其中m、n為正整數，為正整數，i表示數字符號所在的位，表示數字符號所在的位，Bi是第是第i位的位的數碼，數碼，2i表示第表示第i位的位權。位的位權。11210121210222.222

47、2.nnmnnmB BBBBBBBB 12imii nB 2022-4-1066二進制數二進制數111.1B可表示為：可表示為：111.1B122121120121例例2022-4-10673.十六進制數十六進制數特點：特點：(1) 有十六個不同的數字符號：有十六個不同的數字符號：09、AF。 (2)逢十六進位，即各位的權是以十六為底的冪。逢十六進位，即各位的權是以十六為底的冪。表達式：表達式：其中其中m、n為正整數，為正整數，i表示數字符號所在的位，表示數字符號所在的位，Hi是第是第i位的位的數碼，數碼，16i表示第表示第i位的位權。位的位權。1121012121021616.1616161

48、6.16nnmnnmHHHHHHHH 116imii nH 2022-4-1068 十六進制數十六進制數18AF.CBH可表示為：可表示為：18AF.CBH11638162A161F160 C161B162 例：例：2022-4-1069十、二、十六進制數之間的對應關系十、二、十六進制數之間的對應關系十進制數十進制數二進制數二進制數十六進制數十六進制數十進制數十進制數二進制數二進制數十六進制數十六進制數000000810008100011910019200102101010A300113111011B401004121100C501015131101D601106141110E70111715

49、1111F2022-4-10701. 二進制、十六進制數轉換為十進制數二進制、十六進制數轉換為十進制數 方法是：將二進制數或十六進制數寫成按權展開式，方法是：將二進制數或十六進制數寫成按權展開式，然后各項相加，則得相應的十進制數。然后各項相加，則得相應的十進制數。1.3.3 數制之間的相互轉換數制之間的相互轉換10101.1011B124+122+120+12-1+12-3 +12-421.6875例例1-1 把二進制數把二進制數10101.1011B轉換成相應的十進制數。轉換成相應的十進制數。2022-4-1071 0F3DHF1623161D160152563161313901例例1-2

50、把把十六進制數十六進制數0F3DH轉換成相應的十進制數。轉換成相應的十進制數。2022-4-1072 2. . 十進制數轉換成為二進制數十進制數轉換成為二進制數整數部分方法是：采用除整數部分方法是：采用除2取余法取余法小數部分方法是：采用乘小數部分方法是：采用乘2取整法取整法先采用除先采用除2取余法將取余法將19轉換為二進制數轉換為二進制數例例1-3 把十進制數把十進制數19.625轉換成為對應二進制數轉換成為對應二進制數。所以所以 19=10011B2022-4-1073再采用乘再采用乘2取整法將取整法將0.625轉換為十進制數轉換為十進制數所以所以0.625=0.101B因此十進制數因此十

51、進制數19.62510011.101B 十進制數轉換十六進制數的方法十進制數轉換十六進制數的方法:將基數將基數2換成換成16即可。即可。2022-4-10744位二進制數與位二進制數與1位十六進制數一一對應位十六進制數一一對應例例1-4 將二進制數將二進制數1111000111.100101B轉換成為十六進制數轉換成為十六進制數 。1111000111.100101B0011 1100 0111.1001 0100B3C7.94H 注意：位數不夠時要補注意：位數不夠時要補03.二進制數與十六進制數間的相互轉換二進制數與十六進制數間的相互轉換例例1-5 將十六進制數將十六進制數2FB5H轉換成為

52、二進制數轉換成為二進制數2FB5H0010 1111 1011 0101B10111110110101B2022-4-10751.3.4 碼制的概念碼制的概念1. 計算機中帶符號數的表示計算機中帶符號數的表示 在字長為在字長為8位的微型計算機中，一個數用位的微型計算機中，一個數用8位二進制數表位二進制數表示。示。 如果計算機處理的是無符號數，如果計算機處理的是無符號數，8位二進制數的位二進制數的8位數符位數符都表示數值都表示數值。 從從0000 0000B、0000 0001B到到1111 1111B，表示的無符，表示的無符號數數值從號數數值從0、1到到255。 8位二進制數表示的無符號數范圍

53、是位二進制數表示的無符號數范圍是0255。2022-4-1076 很多場合，數有正負之分，稱為帶符號數。很多場合，數有正負之分，稱為帶符號數。 在計算機中，符號在計算機中，符號“+”、“-”要用要用1位二進制數表示。位二進制數表示。8位微型計算機中約定：最高位位微型計算機中約定：最高位D7表示符號，其他表示符號，其他7位表示數位表示數值值。D7l 表示負數，表示負數，D70 表示正數。表示正數。連同符號位一起數值化了的數，稱為機器數。連同符號位一起數值化了的數，稱為機器數。機器數所表示的真實的數值，稱為真值。機器數所表示的真實的數值，稱為真值。 2022-4-1077 真值真值 機器數機器數

54、+1001B（+9） 01001B -1001B（-9） 11001B計算機中的機器數有原碼、反碼與補碼三種。計算機中的機器數有原碼、反碼與補碼三種。2022-4-1078 用最高位表示帶符號數的正負，其余各位表示用最高位表示帶符號數的正負，其余各位表示該數的絕對值。該數的絕對值。例如：例如：+74+1001010B，+74原原01001010B-74-1001010B， -74原原11001010B位二進制數原碼表示范圍為位二進制數原碼表示范圍為-127+127。0的原碼表示有如下兩種，不是唯一的。的原碼表示有如下兩種，不是唯一的。 +0原原0000 0000B -0原原1000 0000B

55、 原碼原碼2022-4-1079 正數的反碼與原碼相同，負數的反碼是原碼符正數的反碼與原碼相同，負數的反碼是原碼符號位不變，其余各位按位取反。號位不變，其余各位按位取反。例如：例如：+74+1001010B，+74反反01001010B-74-1001010B，-74反反10110101B。位二進制數反碼表示范圍為位二進制數反碼表示范圍為-127+127。0的反碼表示有如下兩種，不是唯一的。的反碼表示有如下兩種，不是唯一的。 +0反反0000 0000B -0反反=1111 1111B 反碼反碼2022-4-1080 正數的補碼與反碼、原碼表示相同；負數的補碼正數的補碼與反碼、原碼表示相同；負

56、數的補碼是原碼符號位不變，其余各位按位求反后再加是原碼符號位不變，其余各位按位求反后再加1 1。 微型計算機中所有帶有符號的數均是以補碼形式微型計算機中所有帶有符號的數均是以補碼形式來存放的。來存放的。例如：例如：+74+1001010B，+74補補01001010B4AH；-74-1001010B， -74補補10110110BB6H。位二進制數補碼表示范圍為位二進制數補碼表示范圍為-128+127。0的補碼表示是唯一的。的補碼表示是唯一的。 對于對于0：+0補補-0補補0000 0000B補碼補碼2022-4-1081 已知一個數的補碼，求其原碼時，應將其補碼再已知一個數的補碼，求其原碼時

57、，應將其補碼再求補。即求補。即 x補補補補=x原原 負數補碼的簡便求法：負數補碼的簡便求法：對負數的原碼，從最低位向對負數的原碼，從最低位向左數，在遇到第一個左數，在遇到第一個1 1以前，包括第一個以前，包括第一個1 1，重寫每一，重寫每一位，其余各位取反，符號位置位，其余各位取反，符號位置1 1。-74-1001010B， -74補補1100 1010B = CAH -74補補1011 0110BB6H。2022-4-1082 99補補 0110 0011B +-58補補 1100 0110B 99-58補補10010 1001B 用補碼運算用補碼運算99-58=？ x、y無論是正數還是負數

58、，都有：無論是正數還是負數，都有： xy補補x補補+y補補 引入補碼的概念后，可將減法變?yōu)榧臃ㄟ\算。因此微機引入補碼的概念后，可將減法變?yōu)榧臃ㄟ\算。因此微機中帶符號數采用補碼表示后可只設置加法器，簡化了硬件結中帶符號數采用補碼表示后可只設置加法器，簡化了硬件結構。構。補碼運算補碼運算在在8 8位字長的計算機中，第九位進位自然丟失。位字長的計算機中，第九位進位自然丟失。所以所以99-58補補99補補+-58補補0010 1001B，99-58原原0010 1001B，因此，因此99-58=41。2022-4-1083 -99補補 1001 1101B +-58補補 1100 0110B -99-

59、58補補 10110 0011B 在在8 8位字長的計算機中，第九位進位自然丟失。位字長的計算機中，第九位進位自然丟失。所以所以-99-58補補-99補補+-58補補0110 0011B，因符號，因符號位為正，所以位為正，所以-99-58原原0110 0011B，則，則-99-58=99，這個結果自然是錯誤的，原因在哪里呢？這個結果自然是錯誤的，原因在哪里呢？ 用補碼運算用補碼運算-99-58=？2022-4-1084由于受計算機字長的限制，補碼所能表示的數值范圍由于受計算機字長的限制，補碼所能表示的數值范圍也有一定的限制。也有一定的限制。如如8位字長的計算機補碼所能表示的范圍是位字長的計算機

60、補碼所能表示的范圍是-128+127。因此當運算結果超出此范圍時，將得到錯誤的結果，因此當運算結果超出此范圍時，將得到錯誤的結果，這就是這就是溢出溢出現象。現象。當兩個同符號相加或兩個異號數相減時，結果可能會當兩個同符號相加或兩個異號數相減時，結果可能會超出超出8 8位二進制補碼所能表示的范圍，可能會發(fā)生溢出。位二進制補碼所能表示的范圍，可能會發(fā)生溢出。帶符號數運算的溢出現象帶符號數運算的溢出現象2022-4-1085兩個兩個8位帶符號數位帶符號數(用補碼表示用補碼表示)相加相加(或相減或相減)，設第，設第7位位向上的進位向上的進位(或借位或借位)為為C，D6向向D7位的進位位的進位(或借位或