單片機(jī)課件第1章

第1章基礎(chǔ)知識

（課時：6學(xué)時）第1章基礎(chǔ)知識（課時：6學(xué)時）1教學(xué)目的

了解單片機(jī)的分類和發(fā)展歷史。了解單片機(jī)的特點及應(yīng)用。掌握計算機(jī)中常用的數(shù)制和碼制。掌握微型計算機(jī)的基本結(jié)構(gòu)與基本原理。學(xué)習(xí)重點和難點不同數(shù)制之間的轉(zhuǎn)換和有符號數(shù)的加減法運(yùn)算。微型計算機(jī)執(zhí)行程序的過程。教學(xué)目的了解單片機(jī)的分類和發(fā)展歷史。學(xué)習(xí)重點和難點不同數(shù)2第1章基礎(chǔ)知識

1.1嵌入式系統(tǒng)與單片機(jī)1.2單片機(jī)的應(yīng)用1.3計算機(jī)運(yùn)算基礎(chǔ)1.4微型計算機(jī)的結(jié)構(gòu)與原理本章小結(jié)習(xí)題

第1章基礎(chǔ)知識1.1嵌入式系統(tǒng)與單片機(jī)31.1嵌入式系統(tǒng)與單片機(jī)

1.1.1嵌入式系統(tǒng)的概念1.1.2單片機(jī)技術(shù)的發(fā)展1.1.3單片機(jī)的特點、分類及發(fā)展趨勢

1.1嵌入式系統(tǒng)與單片機(jī)1.1.1嵌入式系統(tǒng)的概念41.1嵌入式系統(tǒng)與單片機(jī)

計算機(jī)發(fā)展簡介第一臺電子計算機(jī)于1946年問世。計算機(jī)的發(fā)展日新月異，至今已經(jīng)歷了由電子管計算機(jī)、晶體管計算機(jī)、集成電路計算機(jī)到大規(guī)模集成電路計算機(jī)四代。單片機(jī)的出現(xiàn)是計算機(jī)技術(shù)發(fā)展史上的一個重要里程碑，它使計算機(jī)從海量數(shù)值計算進(jìn)入到智能化控制領(lǐng)域。計算機(jī)技術(shù)逐步發(fā)展形成通用計算機(jī)系統(tǒng)和嵌入式計算機(jī)系統(tǒng)兩大分支。1.1嵌入式系統(tǒng)與單片機(jī)計算機(jī)發(fā)展簡介5ENIAC

（“埃尼阿克”）ENIAC是電子管計算機(jī)，時鐘頻率僅有100KHz，但能在1秒鐘的時間內(nèi)完成5000次加法運(yùn)算。ENIAC

（“埃尼阿克”）ENIAC是電子管計算機(jī)，時鐘頻6電子計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，相繼經(jīng)歷了五個時代：﹡電子管計算機(jī)；﹡晶體管計算機(jī)；﹡集成電路計算機(jī)；﹡大規(guī)模集成電路計算機(jī)；﹡超大規(guī)模集成電路計算機(jī)。電子計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，相繼經(jīng)歷了五個時代：71.1.1嵌入式系統(tǒng)的概念

基本概念嵌入式計算機(jī)系統(tǒng)是面對測控對象，嵌入到應(yīng)用系統(tǒng)中的計算機(jī)系統(tǒng)的統(tǒng)稱，簡稱嵌入式系統(tǒng)(EmbeddedSystem)。通用計算機(jī)系統(tǒng)主要滿足海量、高速數(shù)值處理，兼顧控制功能；嵌入式計算機(jī)系統(tǒng)主要滿足測控對象的控制功能，兼顧數(shù)值處理。1.1.1嵌入式系統(tǒng)的概念基本概念8嵌入式計算機(jī)系統(tǒng)與通用計算機(jī)系統(tǒng)的主要區(qū)別

嵌入式系統(tǒng)最顯著的特點是面對工控領(lǐng)域的測控對象?？刂茖ο髮η度胧接嬎銠C(jī)系統(tǒng)采集、處理、控制的速度要求是有限的，而對控制方式與控制能力的要求是無限的。為了實現(xiàn)海量高速數(shù)值計算，通用計算機(jī)系統(tǒng)對計算機(jī)運(yùn)行速度的要求是無限的，而對計算機(jī)的控制功能的要求是有限的。

在數(shù)字信號處理(DSP)領(lǐng)域的嵌入式系統(tǒng)也要求高速處理能力，在多媒體技術(shù)的外設(shè)管理領(lǐng)域的通用計算機(jī)系統(tǒng)也要求良好的控制能力，但兩者存在本質(zhì)的差別。

嵌入式計算機(jī)系統(tǒng)與通用計算機(jī)系統(tǒng)的主要區(qū)別9嵌入式系統(tǒng)的分類

工業(yè)控制計算機(jī)。

將CPU、存儲器、I/O接口電路和總線接口等組裝在一塊主機(jī)板（即微機(jī)主板）。各種適配板卡插在主機(jī)板的擴(kuò)展槽上并與電源、軟/硬盤驅(qū)動器及光驅(qū)等裝在同一機(jī)箱內(nèi)，再配上系統(tǒng)軟件，就構(gòu)成了一臺完整的微型計算機(jī)系統(tǒng)（簡稱系統(tǒng)機(jī)）。通用CPU模塊。

嵌入式系統(tǒng)的分類10嵌入式微處理器(EmbeddedProcessor)。

嵌入式微控制器(EmbeddedMicrocontrollers)。

嵌入式微控制器是嵌入式系統(tǒng)概念廣泛使用后，給傳統(tǒng)單片機(jī)定位的稱呼。

單片機(jī)是經(jīng)典的嵌入式系統(tǒng)，它具有唯一的專門為嵌入式應(yīng)用設(shè)計的體系結(jié)構(gòu)與指令系統(tǒng)

。國內(nèi)外公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)體系結(jié)構(gòu)是Intel的MCS-51系列，其中8051已被許多廠家作為基核，發(fā)展了許多兼容系列，所有這些系列都統(tǒng)稱為80C51系列。

嵌入式微處理器(EmbeddedProcessor)。111.1.2單片機(jī)技術(shù)的發(fā)展

第一階段(1974—1976)——初始階段。以4位單片機(jī)為主，功能比較簡單。如1974年美國Fairchild公司生產(chǎn)的第一臺單片機(jī)F8，采用雙片形式，功能簡單。

第二階段(1976—1978)——探索階段。單芯片形式，低檔8位單片機(jī)。如1976年美國Intel公司生產(chǎn)的MCS-48系列單片機(jī)，這是第一臺完全的8位單片機(jī)。MCS-48的推出是在工控領(lǐng)域的探索，此后，各種8位單片機(jī)紛紛應(yīng)運(yùn)而生。第三階段(1978—1982)——完善階段。提高電路的集成度，增加8位單片機(jī)的功能。如Intel公司在MCS-48基礎(chǔ)上推出了完善的高檔8位單片機(jī)系列MCS-51。第四階段(1982—1990)——鞏固和發(fā)展階段。鞏固發(fā)展8位單片機(jī)、推出16位單片機(jī)、向微控制器發(fā)展，強(qiáng)化了智能控制器的特征

。如將ADC、DAC、PWM、WDT、DMA集成到單片機(jī)。第五階段(1990至今)

——全面發(fā)展階段。適合不同領(lǐng)域要求的單片機(jī)，如各種高速、大存儲容量、強(qiáng)運(yùn)算能力的8位/16位/32位通用型單片機(jī)，還有用于單一領(lǐng)域的廉價的專用型單片機(jī)。

1.1.2單片機(jī)技術(shù)的發(fā)展121.1.3單片機(jī)的特點、分類及發(fā)展趨勢

單片機(jī)的主要特點

集成度高控制功能強(qiáng)可靠性高低功耗、低電壓外部總線豐富功能擴(kuò)展性強(qiáng)體積小、成本低性價比高1.1.3單片機(jī)的特點、分類及發(fā)展趨勢單片機(jī)的主要13

單片機(jī)的分類

按單片機(jī)數(shù)據(jù)處理位數(shù)來劃分4位單片機(jī)8位單片機(jī)16位單片機(jī)32位單片機(jī)按單片機(jī)適用范圍來劃分通用型單片機(jī)專用型單片機(jī)按單片機(jī)并行總線來劃分總線型單片機(jī)（如AT89C51）非總線型單片機(jī)（如AT89C2051）單片機(jī)的分類14

單片機(jī)的發(fā)展趨勢CMOS化——單片機(jī)將具有更低的功耗、更低的電壓。高性能化——精簡指令集(RISC)結(jié)構(gòu)。高可靠性——提高單片機(jī)的抗電磁干擾能力。大容量化——擴(kuò)大片內(nèi)存儲器容量。多功能化——把眾多的各種外圍功能器件集成在片內(nèi)，如模/數(shù)轉(zhuǎn)換器、數(shù)/模轉(zhuǎn)換器、液晶顯示驅(qū)動器等。串行擴(kuò)展技術(shù)——SPI、I2C、Microwire、1-Wire等串行總線的引入，可以使單片機(jī)的引腳設(shè)計得更少，單片機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更加簡化。單片機(jī)的發(fā)展趨勢151.2單片機(jī)的應(yīng)用

1.2.1智能儀器的應(yīng)用1.2.2通信設(shè)備的應(yīng)用1.2.3家用電器的應(yīng)用1.2.4工業(yè)控制的應(yīng)用

1.2單片機(jī)的應(yīng)用1.2.1智能儀器的應(yīng)用161.2.1智能儀器的應(yīng)用

單片機(jī)用于各種儀器儀表，使儀器儀表智能化，可以提高測量的自動化程度和精度；簡化儀器儀表的硬件結(jié)構(gòu)，減小體積，提高其性價比。例如：溫度智能控制儀表、醫(yī)用儀表、汽車電子設(shè)備、數(shù)字示波器等。例如，在普通模擬示波器的基礎(chǔ)上用單片機(jī)進(jìn)行改造而成的數(shù)字存儲示波器，克服了普通模擬示波器的缺點，并增加了許多功能，如可以顯示大量的預(yù)觸發(fā)信息，可以長期貯存波形，可以在打印機(jī)或繪圖儀上制作硬拷貝以供編制文件使用，可以將采集的波形和操作人員手工或示波器全自動采集的參考波形進(jìn)行比較，波形信息可用數(shù)學(xué)方法進(jìn)行處理。

1.2.1智能儀器的應(yīng)用單片機(jī)用于各種儀器儀表，使儀器171.2.2通信設(shè)備的應(yīng)用

單片機(jī)與通信技術(shù)相結(jié)合促使通信設(shè)備的智能控制水平大大提高，廣泛應(yīng)用于通信的各個領(lǐng)域。例如：調(diào)制解調(diào)器、傳真機(jī)、復(fù)印機(jī)、打印機(jī)、移動電話機(jī)、固定電話機(jī)等。例如，傳統(tǒng)的電話機(jī)只能實現(xiàn)簡單的撥號、響鈴、通話等功能，使用單片機(jī)后，可以開發(fā)出來電顯示、存儲電話號碼、時鐘顯示、免提、重?fù)?、聲控等功能。功能更多的無繩電話機(jī)、錄音電話機(jī)、可視電話機(jī)等多功能電話機(jī)也已走進(jìn)人們的生活。

1.2.2通信設(shè)備的應(yīng)用單片機(jī)與通信技術(shù)相結(jié)合促使通信181.2.3家用電器的應(yīng)用

傳統(tǒng)的家電配上單片機(jī)以后，提高了智能化程度，增加了功能，倍受人們喜愛；單片機(jī)使人類生活更加方便、舒適、豐富多彩。例如：洗衣機(jī)、電冰箱、電子玩具、收錄機(jī)、微波爐、電視機(jī)、錄像機(jī)、音響設(shè)備、程控玩具、游戲機(jī)等。例如，單片機(jī)控制的全自動洗衣機(jī)集洗滌、脫水于一體，能自動完成洗衣全過程，并有多種洗滌程序供用戶自由選擇，能任意調(diào)節(jié)工作時間，顯示工作狀態(tài)、洗滌時間和脫水時間，能自動處理脫水不平衡，具有各種故障和高低電壓自動保護(hù)功能，工作結(jié)束或電源故障會自動斷電以確保安全。目前，有的全自動洗衣機(jī)還采用了模糊技術(shù)，即洗衣機(jī)能對傳感器提供的信息進(jìn)行邏輯推理，自動判斷衣服質(zhì)地、重量、臟污程度，從而自動選擇最佳的洗滌時間、進(jìn)水量、漂洗次數(shù)、脫水時間，并顯示洗滌劑的用量，達(dá)到整個洗滌過程自動化，使用方便，節(jié)能節(jié)水。

1.2.3家用電器的應(yīng)用傳統(tǒng)的家電配上單片機(jī)以后，提高191.2.4工業(yè)控制的應(yīng)用

機(jī)電一體化是機(jī)械工業(yè)發(fā)展的方向。機(jī)電一體化產(chǎn)品是指集機(jī)械技術(shù)、微電子技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)于一體，具有智能化特征的機(jī)電產(chǎn)品，例如微機(jī)控制的車床、鉆床等。單片機(jī)作為產(chǎn)品中的控制器，能充分發(fā)揮它體積小、可靠性高、功能強(qiáng)等優(yōu)點，可大大提高機(jī)器的自動化、智能化程度。單片機(jī)廣泛用于導(dǎo)彈的導(dǎo)航裝置、飛機(jī)上各種儀表的控制、計算機(jī)的網(wǎng)絡(luò)通信與數(shù)據(jù)傳輸、機(jī)器人、工業(yè)自動化過程的實時控制和數(shù)據(jù)處理。例如，在這些實時控制系統(tǒng)中，都可以用單片機(jī)作為控制器，單片機(jī)的實時數(shù)據(jù)處理能力和控制功能，可使系統(tǒng)保持在最佳工作狀態(tài)，提高系統(tǒng)的工作效率和產(chǎn)品質(zhì)量。在比較復(fù)雜的系統(tǒng)中，常采用分布式多機(jī)系統(tǒng)。多機(jī)系統(tǒng)一般由若干臺功能各異的單片機(jī)組成，各自完成特定的任務(wù)，它們通過串行通信相互聯(lián)系、協(xié)調(diào)工作。單片機(jī)在這種系統(tǒng)中往往作為一個終端機(jī)，安裝在系統(tǒng)的某些節(jié)點上，對現(xiàn)場信息進(jìn)行實時測量和控制。單片機(jī)的高可靠性和強(qiáng)抗干擾能力，使它可以置于惡劣環(huán)境的前端工作。

1.2.4工業(yè)控制的應(yīng)用機(jī)電一體化是機(jī)械工業(yè)發(fā)展的方向201.2.4工業(yè)控制的應(yīng)用

在教育部倡導(dǎo)的全國大學(xué)生電子設(shè)計大賽中，有一道設(shè)計簡易智能電動車的題目，參賽者用51系列單片機(jī)完成了設(shè)計任務(wù)并取得了較好的成績。該設(shè)計采用單片機(jī)AT89C51和AT89C2051芯片為核心部件，利用光電檢測技術(shù)、超聲波測距、電渦流檢測技術(shù)并配合一套獨(dú)特的軟件實現(xiàn)了電動車識別并選擇正確的行進(jìn)路線、電機(jī)的方向和速度控制、自動尋找光源、判斷并自動躲避障礙物、時間顯示、蜂鳴器報警等功能。電動車控制方案如下圖所示。

智能電動車控制方案

1.2.4工業(yè)控制的應(yīng)用在教育部倡導(dǎo)的全國大學(xué)生電子設(shè)211.3計算機(jī)運(yùn)算基礎(chǔ)

1.3.1數(shù)制1.3.2有符號二進(jìn)制數(shù)的編碼1.3.3二進(jìn)制編碼1.3計算機(jī)運(yùn)算基礎(chǔ)1.3.1數(shù)制221.3.1數(shù)制

數(shù)制是指數(shù)的制式，是人們利用符號進(jìn)行計數(shù)的科學(xué)方法。數(shù)制有很多種，在計算機(jī)中常用的數(shù)制有十進(jìn)制、二進(jìn)制和十六進(jìn)制。

1.3.1數(shù)制數(shù)制是指數(shù)的制式，是人們利用符號進(jìn)行計數(shù)231.十進(jìn)制

十進(jìn)制中共使用0～9十個數(shù)字符號(稱為數(shù)碼)，數(shù)碼的個數(shù)稱為基數(shù)。十進(jìn)制的基數(shù)為10，任何一個十進(jìn)制數(shù)都可用這十個數(shù)碼的組合來表示。

十進(jìn)制數(shù)一般有以下特點：有0～9十個數(shù)字符號，基數(shù)為10，各位的權(quán)為10n(n為整數(shù))。運(yùn)算規(guī)則是加法逢十進(jìn)一、減法借一為十。用后綴D(Decimal)表示十進(jìn)制數(shù)，通常對十進(jìn)制數(shù)可不加后綴。

1.十進(jìn)制十進(jìn)制中共使用0～9十個數(shù)字符號(稱為數(shù)碼)，241.十進(jìn)制

任一個數(shù)中每一位的值可用該位的數(shù)字乘以基數(shù)的冪次來表示，基數(shù)的冪次稱為權(quán)。十進(jìn)制數(shù)各位的權(quán)是以10為底的冪，任何一個十進(jìn)制數(shù)都可用權(quán)展開式來表示。例如：十進(jìn)制數(shù)1986.129可如下式展開：1986.129=1×103+9×102+8×101+6×100+1×10-1

+2×10-2+9×10-3上式中100、101、102、103分別稱為0權(quán)位、1權(quán)位、2權(quán)位、3權(quán)位。

1.十進(jìn)制任一個數(shù)中每一位的值可用該位的數(shù)字乘以基數(shù)的冪252.二進(jìn)制

二進(jìn)制中共使用0、1兩個數(shù)字符號。

二進(jìn)制數(shù)一般有以下特點：有0、1兩個數(shù)字符號，基數(shù)為2，各位的權(quán)為2n(n為整數(shù))。

運(yùn)算規(guī)則是加法逢二進(jìn)一、減法借一為二。

用后綴B(Binary)表示二進(jìn)制數(shù)。2.二進(jìn)制二進(jìn)制中共使用0、1兩個數(shù)字符號。262.二進(jìn)制

二進(jìn)制數(shù)各位的權(quán)是以2為底的冪，任何一個二進(jìn)制數(shù)都可用權(quán)展開式來表示。例如：二進(jìn)制數(shù)1011.11可如下式展開：1011.11B=1×23+0×22+1×21+1×20+1×2-1+1×2-2

=11.75由上式可知，二進(jìn)制數(shù)1011.11B相當(dāng)于十進(jìn)制數(shù)11.75。

2.二進(jìn)制二進(jìn)制數(shù)各位的權(quán)是以2為底的冪，任何一個二進(jìn)制273.十六進(jìn)制

十六進(jìn)制中共使用0～9及A～F十六個數(shù)字符號，其中A～F相當(dāng)于十進(jìn)制數(shù)的10～15。

十六進(jìn)制數(shù)一般有以下特點：有0～9及A～F十六個數(shù)字符號，基數(shù)為16，各位的權(quán)為16n(n為整數(shù))。

運(yùn)算規(guī)則是加法逢十六進(jìn)一、減法借一為十六。

用后綴H(Hexadecimal)表示十六進(jìn)制數(shù)。

3.十六進(jìn)制十六進(jìn)制中共使用0～9及A～F十六個數(shù)字符號283.十六進(jìn)制

十六進(jìn)制數(shù)各位的權(quán)是以16為底的冪，任何一個十六進(jìn)制數(shù)都可用權(quán)展開式來表示。例如：十六進(jìn)制數(shù)5D6E.4可如下式展開：5D6E.4H=5×163+13×162+6×161+14×160+4×16-1

=23918.25由上式可知，十六進(jìn)制數(shù)5D6E.4相當(dāng)于十進(jìn)制數(shù)23918.25。

3.十六進(jìn)制十六進(jìn)制數(shù)各位的權(quán)是以16為底的冪，任何一個29十進(jìn)制數(shù)、二進(jìn)制數(shù)和十六進(jìn)制數(shù)對照表十進(jìn)制數(shù)二進(jìn)制數(shù)十六進(jìn)制數(shù)十進(jìn)制數(shù)二進(jìn)制數(shù)十六進(jìn)制數(shù)000000810008100011910019200102101010A300113111011B401004121100C501015131101D601106141110E701117151111F十進(jìn)制數(shù)、二進(jìn)制數(shù)和十六進(jìn)制數(shù)對照表十進(jìn)制數(shù)二進(jìn)制數(shù)十六進(jìn)制304.不同數(shù)制之間的轉(zhuǎn)換

二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成十六進(jìn)制數(shù)——采用“四位合一位”法十六進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)——采用“一位分四位”法二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制數(shù)——按權(quán)展開后相加

十六進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制數(shù)——按權(quán)展開后相加

十進(jìn)制整數(shù)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制整數(shù)——采用“除以2取余”法十進(jìn)制整數(shù)轉(zhuǎn)換成十六進(jìn)制整數(shù)——采用“除以16取余”法十進(jìn)制小數(shù)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制小數(shù)——采用“乘2取整”法十進(jìn)制小數(shù)轉(zhuǎn)換成十六進(jìn)制小數(shù)——采用“乘16取整”法

4.不同數(shù)制之間的轉(zhuǎn)換二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成十六進(jìn)制數(shù)——采用314.不同數(shù)制之間的轉(zhuǎn)換

【例1】

將十進(jìn)制整數(shù)100轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制整數(shù)。解：用2連續(xù)除100，直至商小于2，算式如下：運(yùn)算結(jié)果：100=1100100B。4.不同數(shù)制之間的轉(zhuǎn)換【例1】將十進(jìn)制整數(shù)100轉(zhuǎn)換324.不同數(shù)制之間的轉(zhuǎn)換

【例2】

將十進(jìn)制小數(shù)0.618轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制小數(shù)。解：用2連續(xù)乘以0.618，小數(shù)部分為0或保留4位小數(shù)，算式如下：

運(yùn)算結(jié)果：0.618≈0.1001B。4.不同數(shù)制之間的轉(zhuǎn)換【例2】將十進(jìn)制小數(shù)0.618331.3.2有符號二進(jìn)制數(shù)的編碼

基本概念在計算機(jī)中把有符號數(shù)、字母、數(shù)字和字符用二進(jìn)制代碼按一定規(guī)律編排，使每組代碼具有特定的含義，稱為計算機(jī)編碼。

有符號二進(jìn)制數(shù)的正負(fù)號分別用“+”和“-”來表示。一般規(guī)定最高位為符號位，最高位為“0”表示正數(shù)，為“1”表示負(fù)數(shù)，這種把符號數(shù)值化的數(shù)稱為機(jī)器數(shù)，而原來的數(shù)值稱為機(jī)器數(shù)的真值。有符號二進(jìn)制數(shù)有三種表示法，即原碼、反碼和補(bǔ)碼。1.3.2有符號二進(jìn)制數(shù)的編碼基本概念341.原碼

原碼的表示方法：正數(shù)的符號位用“0”表示。負(fù)數(shù)的符號位用“1”表示。0的原碼有兩種表示形式：

[+0]原=00000000[-0]原=10000000原碼的特點：原碼表示簡單直觀，但0的表示不唯一，加減運(yùn)算復(fù)雜。8位二進(jìn)制數(shù)的原碼能表示的范圍為

11111111B～01111111B(-127～+127)1.原碼原碼的表示方法：352.反碼

反碼的表示方法：正數(shù)的反碼與原碼表示形式相同。負(fù)數(shù)的反碼的符號位為1，數(shù)值位按位取反。0的反碼有兩種表示形式。

[+0]反=00000000 [-0]反=111111118位二進(jìn)制數(shù)的反碼能表示的范圍為

10000000B～01111111B(-127～+127)2.反碼反碼的表示方法：363.補(bǔ)碼

補(bǔ)碼的表示方法：正數(shù)的補(bǔ)碼表示與原碼表示形式相同。負(fù)數(shù)的補(bǔ)碼的符號位為1，數(shù)值位按位求反加1。0的補(bǔ)碼只有一種表示形式：

[+0]補(bǔ)=[-0]補(bǔ)=00000000補(bǔ)碼的特點：0的表示唯一，加減運(yùn)算方便。8位二進(jìn)制數(shù)的補(bǔ)碼能表示的范圍為

10000000B～01111111B(-128～+127)3.補(bǔ)碼補(bǔ)碼的表示方法：374.有符號數(shù)的運(yùn)算

補(bǔ)碼的加法運(yùn)算規(guī)則：

[X+Y]補(bǔ)=[X]補(bǔ)+[Y]補(bǔ)補(bǔ)碼的減法運(yùn)算規(guī)則：

[X-Y]補(bǔ)=[X]補(bǔ)-[Y]補(bǔ)=[X]補(bǔ)+[-Y]補(bǔ)在計算機(jī)中有符號數(shù)一般用補(bǔ)碼表示，無論是加法還是減法都可采用加法運(yùn)算，而且是連同符號位一起進(jìn)行運(yùn)算的，運(yùn)算的結(jié)果仍為補(bǔ)碼。4.有符號數(shù)的運(yùn)算補(bǔ)碼的加法運(yùn)算規(guī)則：384.有符號數(shù)的運(yùn)算

【例8】

真值X1=+17，X2=+25，求X1-X2的值。解：[X1]補(bǔ)=00010001[-X2]補(bǔ)=11100111[X1-X2]補(bǔ)=[X1]補(bǔ)+[-X2]補(bǔ)=11111000用二進(jìn)制加法運(yùn)算如下：

X1-X2=[[X1-X2]補(bǔ)]補(bǔ)=-88D

4.有符號數(shù)的運(yùn)算【例8】真值X1=+17，X2=+2391.3.3二進(jìn)制編碼

在計算機(jī)中對數(shù)字、字母和字符用二進(jìn)制代碼進(jìn)行編碼的方法很多，二進(jìn)制數(shù)的位數(shù)越長，所能編碼的數(shù)字、字母和字符就越多。常用的二進(jìn)制編碼有BCD碼、ASCII碼等。

1.3.3二進(jìn)制編碼在計算機(jī)中對數(shù)字、字母和字符用二進(jìn)401.BCD碼用二進(jìn)制編碼表示的十進(jìn)制數(shù)稱為二-十進(jìn)制數(shù)，簡稱BCD(BinaryCodedDecimal)碼。

BCD碼保留了十進(jìn)制的權(quán)，用四位二進(jìn)制數(shù)給0～9這10個數(shù)字編碼。BCD碼種類較多，如有8421碼、2421碼和余3碼等。最常用的是8421BCD碼(以后簡稱BCD碼)，組成它的4位二進(jìn)制數(shù)碼的權(quán)分別是8、4、2、1。

1.BCD碼用二進(jìn)制編碼表示的十進(jìn)制數(shù)稱為二-十進(jìn)制數(shù)，簡418421BCD碼與十進(jìn)制數(shù)的對應(yīng)關(guān)系表

十進(jìn)制數(shù)8421碼十進(jìn)制數(shù)8421碼十進(jìn)制數(shù)8421碼00000601101200010010100017011113000100112001081000140001010030011910011500010101401001000010000160001011050101110001000117000101118421BCD碼與十進(jìn)制數(shù)的對應(yīng)關(guān)系表十進(jìn)制數(shù)8421碼十421.BCD碼BCD碼的加減法運(yùn)算與十進(jìn)制運(yùn)算規(guī)則相同，加法為逢十進(jìn)一、減法為借一為十。

BCD碼加法運(yùn)算的修正原則：若和的低4位大于9或低4位向高4位有進(jìn)位，則低4位加6；若高4位大于9或高4位向最高位有進(jìn)位，則高4位加6。BCD碼減法運(yùn)算的修正原則：若差的低4位大于9或低4位向高4位有借位，則低4位減6；若高4位大于9或高4位向最高位有借位，則高4位減6。

1.BCD碼BCD碼的加減法運(yùn)算與十進(jìn)制運(yùn)算規(guī)則相同，加法432.ASCII碼

ASCII碼(AmeriacanStandardCodedforInformationInterchange)是“美國信息交換標(biāo)準(zhǔn)代碼”的簡稱，已成為國際通用的標(biāo)準(zhǔn)編碼。ASCII碼采用7位二進(jìn)制編碼，可為128個字符編碼，這128個字符分為兩類。圖形字符——包括10個十進(jìn)制數(shù)符、52個大小寫英文字母和34個其它字符，共計96個。圖形字符具有特定的形狀，可以在顯示器上顯示?？刂谱址ɑ剀?、換行、退格等，共32個?？刂谱址麤]有特定的形狀但有一定的控制作用，不能在顯示器上顯示。2.ASCII碼ASCII碼(AmeriacanSta44ASCII碼字符表

字高低符位位0123456700000101001110010111011100000NULDLESP0@P、p10001SOHDC1!1AQaq20010STXDC2“2BRbr30011ETXDC3#3CScs40100EOTDC4＄4DTdt50101ENQNAK%5EUeu60110ACKSYN&6FVfv70111BELETB‘7GWgw81000BSCAN(8HXhx91001HTEM)9IYjyA1010LFSUB*：JZjzB1011VTESC+；K[k{C1100FFFS，＜L\l|D1101CRGS-=M]m}E1110SORS.＞N↑n～F1111SIUS/?O←oDELASCII碼字符表字451.4微型計算機(jī)的結(jié)構(gòu)與原理1.4.1微型計算機(jī)的基本結(jié)構(gòu)1.4.2微型計算機(jī)的工作原理

1.4微型計算機(jī)的結(jié)構(gòu)與原理1.4.1微型計算機(jī)的基461.4.1微型計算機(jī)的基本結(jié)構(gòu)

微型計算機(jī)由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩大部分組成，一般把二者構(gòu)成的系統(tǒng)稱為微型計算機(jī)系統(tǒng)。

微型計算機(jī)的硬件主要是由CPU(運(yùn)算器和控制器)、存儲器、I/O接口和I/O設(shè)備組成，各組成部分之間通過地址總線AB(AddressBus)、數(shù)據(jù)總線DB(DataBus)、控制總線CB(ControlBus)聯(lián)系在一起。微型計算機(jī)的軟件包括系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件兩大類。軟件與硬件相輔相成，共同構(gòu)成微型計算機(jī)系統(tǒng)，缺一不可。1.4.1微型計算機(jī)的基本結(jié)構(gòu)微型計算機(jī)由硬件系統(tǒng)和軟47微型計算機(jī)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

微型計算機(jī)系統(tǒng)采用總線結(jié)構(gòu)形式?？偩€結(jié)構(gòu)的主要優(yōu)點：設(shè)計簡單、靈活性好、易于擴(kuò)展、便于故障檢測和維修。AB微型計算機(jī)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖微型計算機(jī)系統(tǒng)采用總線結(jié)構(gòu)形式。A481.4.2微型計算機(jī)的工作原理

指令是對計算機(jī)發(fā)出的一條條工作命令，命令它執(zhí)行規(guī)定的操作，程序是實現(xiàn)既定任務(wù)的指令序列。

把程序和數(shù)據(jù)送到具有記憶功能的存儲器中保存起來，計算機(jī)工作時只要給出程序中第一條指令的地址，控制器就可依據(jù)存儲程序中的指令順序周而復(fù)始地取出指令、分析指令、執(zhí)行指令，直到執(zhí)行完全部指令為止。

1.4.2微型計算機(jī)的工作原理指令是對計算機(jī)發(fā)出的一條49微型計算機(jī)執(zhí)行程序的過程

微型計算機(jī)執(zhí)行程序的過程就是逐條執(zhí)行指令的過程。由于執(zhí)行每一條指令，都包括取指令與執(zhí)行指令兩個基本階段，所以，微機(jī)的工作過程，也就是不斷地取指令和執(zhí)行指令的過程。17+15的加法運(yùn)算程序如下：

存儲地址機(jī)器語言程序匯編語言程序 注釋

0000H 7411MOVA,#11H ;數(shù)11H送入累加器A

0002H 240F ADDA,#0FH ;數(shù)0FH與累加器A中的11H相加,和送入累加器A

0004H 80FE SJMP＄ ;暫停微型計算機(jī)執(zhí)行程序的過程微型計算機(jī)執(zhí)行程序的過程就是逐條執(zhí)50執(zhí)行程序的過程示意圖

執(zhí)行程序的過程示意圖51執(zhí)行第一條指令的過程（一）

開始執(zhí)行程序時，必須先給程序計數(shù)器PC賦以第1條指令的首地址0000H，然后就進(jìn)入第一條指令的取指令階段。取第一條指令的步驟如下：①把程序計數(shù)器PC的內(nèi)容0000H送到地址寄存器AR。②程序計數(shù)器PC的內(nèi)容送入AR后，PC自動加1，即由0000H變?yōu)?001H。此時AR的內(nèi)容并沒有變化。③把地址寄存器AR的內(nèi)容0000H通過地址總線AB送至存儲器，經(jīng)地址譯碼器譯碼，選中存儲器相應(yīng)的0000H單元。④CPU控制器發(fā)出讀命令。⑤在讀命令控制下，把所選中的0000H單元中的內(nèi)容即第1條指令的操作碼74H讀到數(shù)據(jù)總線DB上。⑥把讀出的內(nèi)容74H經(jīng)數(shù)據(jù)總線DB送到數(shù)據(jù)寄存器DR。⑦因取出的是指令的操作碼，故把數(shù)據(jù)寄存器DR的內(nèi)容74H送到指令寄存器IR，然后再送到指令譯碼器ID。這就完成了第一條指令的取指令階段，然后轉(zhuǎn)入第一條指令的執(zhí)行階段。

執(zhí)行第一條指令的過程（一）開始執(zhí)行程序時，必須先給程序計數(shù)52執(zhí)行第一條指令的過程（二）

經(jīng)過對操作碼74H譯碼后，CPU識別出這個操作碼是把下一個存儲單元中的操作數(shù)送入累加器A的雙字節(jié)指令，所以，執(zhí)行第一條指令就必須把指令第2字節(jié)中的操作數(shù)取出來。取第一條指令操作數(shù)的步驟如下：①把程序計數(shù)器PC的內(nèi)容0001H送到地址寄存器AR。②程序計數(shù)器PC的內(nèi)容送到AR后，PC自動加1，變?yōu)?002H。此時AR中的內(nèi)容并沒有變化。③把地址寄存器AR的內(nèi)容0001H通過地址總線AB送至存儲器，經(jīng)地址譯碼器譯碼，選中存儲器相應(yīng)的0001H單元。④CPU控制器發(fā)出讀命令。⑤在讀命令控制下，將選中的0001H單元的內(nèi)容11H讀到數(shù)據(jù)總線DB上。⑥把讀出的內(nèi)容11H經(jīng)數(shù)據(jù)總線DB送到數(shù)據(jù)寄存器DR。⑦因CPU已知這時讀出的是操作數(shù)，且指令要求把它送到累加器A，故把數(shù)據(jù)寄存器DR的內(nèi)容11H經(jīng)內(nèi)部數(shù)據(jù)總線送到累加器A中，于是第一條指令執(zhí)行完畢，進(jìn)入第二條指令的取指令階段。

執(zhí)行第一條指令的過程（二）經(jīng)過對操作碼74H譯碼后，CPU53本章小結(jié)計算機(jī)按規(guī)模、性能、用途和價格來分類，可分為巨、大、中、小、微型計算機(jī)。計算機(jī)技術(shù)已發(fā)展成通用計算機(jī)系統(tǒng)和嵌入式計算機(jī)系統(tǒng)兩大分支，嵌入式系統(tǒng)一般可分為工業(yè)控制計算機(jī)、通用CPU模塊、嵌入式微處理器和嵌入式微控制器四類。單片機(jī)是經(jīng)典的嵌入式系統(tǒng)，它具有專門為嵌入式應(yīng)用設(shè)計的體系結(jié)構(gòu)與指令系統(tǒng)。單片機(jī)主要特點：集成度高、控制功能強(qiáng)、可靠性高、低功耗、低電壓、外部總線豐富、功能擴(kuò)展性強(qiáng)、體積小、性價比高。單片機(jī)按數(shù)據(jù)處理位數(shù)可分為4位機(jī)、8位機(jī)、16位機(jī)和32位機(jī)，按適用范圍可分為通用型和專用型，按并行總線可分為總線型和非總線型。本章小結(jié)計算機(jī)按規(guī)模、性能、用途和價格來分類，可分為巨、大、54本章小結(jié)在計算機(jī)中常用的數(shù)制有十進(jìn)制、二進(jìn)制和十六進(jìn)制。不同數(shù)制之間的轉(zhuǎn)換都有一定的規(guī)則，如二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成十六進(jìn)制數(shù)采用“四位合一位”法，十六進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)采用“一位分四位”法，十進(jìn)制整數(shù)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制整數(shù)采用“除2取余”法，十進(jìn)制整數(shù)轉(zhuǎn)換成十六進(jìn)制整數(shù)采用“除16取余”法，十進(jìn)制小數(shù)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制小數(shù)采用“乘2取整”法，十進(jìn)制小數(shù)轉(zhuǎn)換成十六進(jìn)制小數(shù)采用“乘16取整”法。有符號二進(jìn)制數(shù)有三種表示法，即原碼、反碼和補(bǔ)碼。在計算機(jī)中有符號數(shù)一般用補(bǔ)碼表示，無論是加法還是減法都可采用加法運(yùn)算，而且是連同符號位一起進(jìn)行的，運(yùn)算的結(jié)果仍為補(bǔ)碼。BCD碼的加減法運(yùn)算與十進(jìn)制運(yùn)算規(guī)則相同，但必須對運(yùn)算結(jié)果進(jìn)行修正。ASCII碼是國際通用的標(biāo)準(zhǔn)編碼，采用7位二進(jìn)制編碼，分為圖形字符和控制字符兩類，共128個字符。本章小結(jié)在計算機(jī)中常用的數(shù)制有十進(jìn)制、二進(jìn)制和十六進(jìn)制。不同55本章小結(jié)微型計算機(jī)由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩大部分組成。硬件主要是由CPU、存儲器、I/O接口和I/O設(shè)備組成，采用總線結(jié)構(gòu)形式。軟件包括系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件兩大類，程序設(shè)計語言分為三級，分別是機(jī)器語言、匯編語言和高級語言。微型計算機(jī)執(zhí)行程序的過程就是逐條執(zhí)行指令的過程。執(zhí)行每一條指令，都包括取指令與執(zhí)行指令兩個基本階段。

本章小結(jié)微型計算機(jī)由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩大部分組成。硬件主要56習(xí)題1.十進(jìn)制、二進(jìn)制、十六進(jìn)制數(shù)各有什么特點?請舉例加以說明。2.將下列十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制和十六進(jìn)制數(shù)。①255②127③0.123④0.1415⑤45.32⑥1999.083.將下列二進(jìn)制和十六進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)。①1001010B②0.1010111B③1010.11B④1C3H⑤0.A49H⑥EB.0AH4.將下列二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為十六進(jìn)制數(shù)。①1011011B②0.1010101B③1010.0101B④111000010100.1110101B5.機(jī)器數(shù)、真值、原碼、反碼和補(bǔ)碼如何表示?請舉例加以說明。6.下列是有符號數(shù)的原碼，請寫出其反碼和補(bǔ)碼。①01111011B②10101010B③10000001B④11111111B習(xí)題1.十進(jìn)制、二進(jìn)制、十六進(jìn)制數(shù)各有什么特點?57習(xí)題7.把下列數(shù)看成無符號數(shù)時，對應(yīng)的十進(jìn)制數(shù)為多少?若把它們看成有符號數(shù)的補(bǔ)碼，對應(yīng)的十進(jìn)制數(shù)是多少?①10101010B②00110010B③10000001B8.把下列各數(shù)用補(bǔ)碼表示，再按補(bǔ)碼運(yùn)算規(guī)則分別求出[X+Y]補(bǔ)和[X-Y]補(bǔ)。①X=+46Y=-78②X=+112Y=-519.寫出89和157兩數(shù)的BCD碼，并對這兩個BCD碼進(jìn)行加法運(yùn)算。10.微型計算機(jī)系統(tǒng)的硬件和軟件包括哪些部分?11.結(jié)合圖1-2簡述微型計算機(jī)執(zhí)行一條指令的過程。習(xí)題7.把下列數(shù)看成無符號數(shù)時，對應(yīng)的十進(jìn)制數(shù)為58

Thanks!

Thanks!59單片機(jī)的內(nèi)部、外部結(jié)構(gòu)(一)一、單片機(jī)的外部結(jié)構(gòu)拿到一塊芯片，想要使用它，首先必須要知道怎樣連線，我們用的一塊稱之為89C51的芯片，下面我們就看一下如何給它連線。1、電源：這當(dāng)然是必不可少的了。單片機(jī)使用的是5V電源，其中正極接40引腳，負(fù)極（地）接20引腳。2、振蒎電路：單片機(jī)是一種時序電路，必須提供脈沖信號才能正常工作，在單片機(jī)內(nèi)部已集成了振蕩器，使用晶體振蕩器，接18、19腳。只要買來晶振，電容，連上就可以了，按圖1接上即可。3、復(fù)位引腳：按圖1中畫法連好，至于復(fù)位是何含義及為何需要復(fù)要復(fù)位，在單片機(jī)功能中介紹。4、EA引腳：EA引腳接到正電源端。至此，一個單片機(jī)就接好，通上電，單片機(jī)就開始工作了。單片機(jī)的內(nèi)部、外部結(jié)構(gòu)(一)60我們要P1.0輸出高電平，只要寫SETBP1.0，要P1.0輸出低電平，只要寫CLRP1.0就可以了。我們要P1.0輸出高電平，只要寫SETBP1.0，61計算機(jī)看不懂SETBCLR之類的指令，我們得把指令翻譯成計算機(jī)能懂的方式，再讓計算機(jī)去讀。計算機(jī)能懂什么呢？它只懂一樣?xùn)|西——數(shù)字。因此我們得把SETBP1.0變?yōu)椋―2H,90H），把CLRP1.0變?yōu)椋–2H,90H），至于為什么是這兩個數(shù)字，這也是由51芯片的設(shè)計者--INTEL規(guī)定的，我們不去研究。第二步，在得到這兩個數(shù)字后，怎樣讓這兩個數(shù)字進(jìn)入單片機(jī)的內(nèi)部呢？這要借助于一個硬件工具"編程器"。我們將編程器與電腦連好，運(yùn)行編程器的軟件，然后在編緝區(qū)內(nèi)寫入（D2H,90H）見圖2，寫入……好，拿下片子，把片子插入做好的電路板，接通電源計算機(jī)看不懂SETBCLR之類的指令，我們得把指令翻譯成計62單片機(jī)課件第1章63第1章基礎(chǔ)知識

（課時：6學(xué)時）第1章基礎(chǔ)知識（課時：6學(xué)時）64教學(xué)目的

了解單片機(jī)的分類和發(fā)展歷史。了解單片機(jī)的特點及應(yīng)用。掌握計算機(jī)中常用的數(shù)制和碼制。掌握微型計算機(jī)的基本結(jié)構(gòu)與基本原理。學(xué)習(xí)重點和難點不同數(shù)制之間的轉(zhuǎn)換和有符號數(shù)的加減法運(yùn)算。微型計算機(jī)執(zhí)行程序的過程。教學(xué)目的了解單片機(jī)的分類和發(fā)展歷史。學(xué)習(xí)重點和難點不同數(shù)65第1章基礎(chǔ)知識

1.1嵌入式系統(tǒng)與單片機(jī)1.2單片機(jī)的應(yīng)用1.3計算機(jī)運(yùn)算基礎(chǔ)1.4微型計算機(jī)的結(jié)構(gòu)與原理本章小結(jié)習(xí)題

第1章基礎(chǔ)知識1.1嵌入式系統(tǒng)與單片機(jī)661.1嵌入式系統(tǒng)與單片機(jī)

1.1.1嵌入式系統(tǒng)的概念1.1.2單片機(jī)技術(shù)的發(fā)展1.1.3單片機(jī)的特點、分類及發(fā)展趨勢

1.1嵌入式系統(tǒng)與單片機(jī)1.1.1嵌入式系統(tǒng)的概念671.1嵌入式系統(tǒng)與單片機(jī)

計算機(jī)發(fā)展簡介第一臺電子計算機(jī)于1946年問世。計算機(jī)的發(fā)展日新月異，至今已經(jīng)歷了由電子管計算機(jī)、晶體管計算機(jī)、集成電路計算機(jī)到大規(guī)模集成電路計算機(jī)四代。單片機(jī)的出現(xiàn)是計算機(jī)技術(shù)發(fā)展史上的一個重要里程碑，它使計算機(jī)從海量數(shù)值計算進(jìn)入到智能化控制領(lǐng)域。計算機(jī)技術(shù)逐步發(fā)展形成通用計算機(jī)系統(tǒng)和嵌入式計算機(jī)系統(tǒng)兩大分支。1.1嵌入式系統(tǒng)與單片機(jī)計算機(jī)發(fā)展簡介68ENIAC

（“埃尼阿克”）ENIAC是電子管計算機(jī)，時鐘頻率僅有100KHz，但能在1秒鐘的時間內(nèi)完成5000次加法運(yùn)算。ENIAC

（“埃尼阿克”）ENIAC是電子管計算機(jī)，時鐘頻69電子計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，相繼經(jīng)歷了五個時代：﹡電子管計算機(jī)；﹡晶體管計算機(jī)；﹡集成電路計算機(jī)；﹡大規(guī)模集成電路計算機(jī)；﹡超大規(guī)模集成電路計算機(jī)。電子計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，相繼經(jīng)歷了五個時代：701.1.1嵌入式系統(tǒng)的概念

基本概念嵌入式計算機(jī)系統(tǒng)是面對測控對象，嵌入到應(yīng)用系統(tǒng)中的計算機(jī)系統(tǒng)的統(tǒng)稱，簡稱嵌入式系統(tǒng)(EmbeddedSystem)。通用計算機(jī)系統(tǒng)主要滿足海量、高速數(shù)值處理，兼顧控制功能；嵌入式計算機(jī)系統(tǒng)主要滿足測控對象的控制功能，兼顧數(shù)值處理。1.1.1嵌入式系統(tǒng)的概念基本概念71嵌入式計算機(jī)系統(tǒng)與通用計算機(jī)系統(tǒng)的主要區(qū)別

嵌入式系統(tǒng)最顯著的特點是面對工控領(lǐng)域的測控對象?？刂茖ο髮η度胧接嬎銠C(jī)系統(tǒng)采集、處理、控制的速度要求是有限的，而對控制方式與控制能力的要求是無限的。為了實現(xiàn)海量高速數(shù)值計算，通用計算機(jī)系統(tǒng)對計算機(jī)運(yùn)行速度的要求是無限的，而對計算機(jī)的控制功能的要求是有限的。

在數(shù)字信號處理(DSP)領(lǐng)域的嵌入式系統(tǒng)也要求高速處理能力，在多媒體技術(shù)的外設(shè)管理領(lǐng)域的通用計算機(jī)系統(tǒng)也要求良好的控制能力，但兩者存在本質(zhì)的差別。

嵌入式計算機(jī)系統(tǒng)與通用計算機(jī)系統(tǒng)的主要區(qū)別72嵌入式系統(tǒng)的分類

工業(yè)控制計算機(jī)。

將CPU、存儲器、I/O接口電路和總線接口等組裝在一塊主機(jī)板（即微機(jī)主板）。各種適配板卡插在主機(jī)板的擴(kuò)展槽上并與電源、軟/硬盤驅(qū)動器及光驅(qū)等裝在同一機(jī)箱內(nèi)，再配上系統(tǒng)軟件，就構(gòu)成了一臺完整的微型計算機(jī)系統(tǒng)（簡稱系統(tǒng)機(jī)）。通用CPU模塊。

嵌入式系統(tǒng)的分類73嵌入式微處理器(EmbeddedProcessor)。

嵌入式微控制器(EmbeddedMicrocontrollers)。

嵌入式微控制器是嵌入式系統(tǒng)概念廣泛使用后，給傳統(tǒng)單片機(jī)定位的稱呼。

單片機(jī)是經(jīng)典的嵌入式系統(tǒng)，它具有唯一的專門為嵌入式應(yīng)用設(shè)計的體系結(jié)構(gòu)與指令系統(tǒng)

。國內(nèi)外公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)體系結(jié)構(gòu)是Intel的MCS-51系列，其中8051已被許多廠家作為基核，發(fā)展了許多兼容系列，所有這些系列都統(tǒng)稱為80C51系列。

嵌入式微處理器(EmbeddedProcessor)。741.1.2單片機(jī)技術(shù)的發(fā)展

第一階段(1974—1976)——初始階段。以4位單片機(jī)為主，功能比較簡單。如1974年美國Fairchild公司生產(chǎn)的第一臺單片機(jī)F8，采用雙片形式，功能簡單。

第二階段(1976—1978)——探索階段。單芯片形式，低檔8位單片機(jī)。如1976年美國Intel公司生產(chǎn)的MCS-48系列單片機(jī)，這是第一臺完全的8位單片機(jī)。MCS-48的推出是在工控領(lǐng)域的探索，此后，各種8位單片機(jī)紛紛應(yīng)運(yùn)而生。第三階段(1978—1982)——完善階段。提高電路的集成度，增加8位單片機(jī)的功能。如Intel公司在MCS-48基礎(chǔ)上推出了完善的高檔8位單片機(jī)系列MCS-51。第四階段(1982—1990)——鞏固和發(fā)展階段。鞏固發(fā)展8位單片機(jī)、推出16位單片機(jī)、向微控制器發(fā)展，強(qiáng)化了智能控制器的特征

。如將ADC、DAC、PWM、WDT、DMA集成到單片機(jī)。第五階段(1990至今)

——全面發(fā)展階段。適合不同領(lǐng)域要求的單片機(jī)，如各種高速、大存儲容量、強(qiáng)運(yùn)算能力的8位/16位/32位通用型單片機(jī)，還有用于單一領(lǐng)域的廉價的專用型單片機(jī)。

1.1.2單片機(jī)技術(shù)的發(fā)展751.1.3單片機(jī)的特點、分類及發(fā)展趨勢

單片機(jī)的主要特點

集成度高控制功能強(qiáng)可靠性高低功耗、低電壓外部總線豐富功能擴(kuò)展性強(qiáng)體積小、成本低性價比高1.1.3單片機(jī)的特點、分類及發(fā)展趨勢單片機(jī)的主要76

單片機(jī)的分類

按單片機(jī)數(shù)據(jù)處理位數(shù)來劃分4位單片機(jī)8位單片機(jī)16位單片機(jī)32位單片機(jī)按單片機(jī)適用范圍來劃分通用型單片機(jī)專用型單片機(jī)按單片機(jī)并行總線來劃分總線型單片機(jī)（如AT89C51）非總線型單片機(jī)（如AT89C2051）單片機(jī)的分類77

單片機(jī)的發(fā)展趨勢CMOS化——單片機(jī)將具有更低的功耗、更低的電壓。高性能化——精簡指令集(RISC)結(jié)構(gòu)。高可靠性——提高單片機(jī)的抗電磁干擾能力。大容量化——擴(kuò)大片內(nèi)存儲器容量。多功能化——把眾多的各種外圍功能器件集成在片內(nèi)，如模/數(shù)轉(zhuǎn)換器、數(shù)/模轉(zhuǎn)換器、液晶顯示驅(qū)動器等。串行擴(kuò)展技術(shù)——SPI、I2C、Microwire、1-Wire等串行總線的引入，可以使單片機(jī)的引腳設(shè)計得更少，單片機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更加簡化。單片機(jī)的發(fā)展趨勢781.2單片機(jī)的應(yīng)用

1.2.1智能儀器的應(yīng)用1.2.2通信設(shè)備的應(yīng)用1.2.3家用電器的應(yīng)用1.2.4工業(yè)控制的應(yīng)用

1.2單片機(jī)的應(yīng)用1.2.1智能儀器的應(yīng)用791.2.1智能儀器的應(yīng)用

單片機(jī)用于各種儀器儀表，使儀器儀表智能化，可以提高測量的自動化程度和精度；簡化儀器儀表的硬件結(jié)構(gòu)，減小體積，提高其性價比。例如：溫度智能控制儀表、醫(yī)用儀表、汽車電子設(shè)備、數(shù)字示波器等。例如，在普通模擬示波器的基礎(chǔ)上用單片機(jī)進(jìn)行改造而成的數(shù)字存儲示波器，克服了普通模擬示波器的缺點，并增加了許多功能，如可以顯示大量的預(yù)觸發(fā)信息，可以長期貯存波形，可以在打印機(jī)或繪圖儀上制作硬拷貝以供編制文件使用，可以將采集的波形和操作人員手工或示波器全自動采集的參考波形進(jìn)行比較，波形信息可用數(shù)學(xué)方法進(jìn)行處理。

1.2.1智能儀器的應(yīng)用單片機(jī)用于各種儀器儀表，使儀器801.2.2通信設(shè)備的應(yīng)用

單片機(jī)與通信技術(shù)相結(jié)合促使通信設(shè)備的智能控制水平大大提高，廣泛應(yīng)用于通信的各個領(lǐng)域。例如：調(diào)制解調(diào)器、傳真機(jī)、復(fù)印機(jī)、打印機(jī)、移動電話機(jī)、固定電話機(jī)等。例如，傳統(tǒng)的電話機(jī)只能實現(xiàn)簡單的撥號、響鈴、通話等功能，使用單片機(jī)后，可以開發(fā)出來電顯示、存儲電話號碼、時鐘顯示、免提、重?fù)堋⒙暱氐裙δ?。功能更多的無繩電話機(jī)、錄音電話機(jī)、可視電話機(jī)等多功能電話機(jī)也已走進(jìn)人們的生活。

1.2.2通信設(shè)備的應(yīng)用單片機(jī)與通信技術(shù)相結(jié)合促使通信811.2.3家用電器的應(yīng)用

傳統(tǒng)的家電配上單片機(jī)以后，提高了智能化程度，增加了功能，倍受人們喜愛；單片機(jī)使人類生活更加方便、舒適、豐富多彩。例如：洗衣機(jī)、電冰箱、電子玩具、收錄機(jī)、微波爐、電視機(jī)、錄像機(jī)、音響設(shè)備、程控玩具、游戲機(jī)等。例如，單片機(jī)控制的全自動洗衣機(jī)集洗滌、脫水于一體，能自動完成洗衣全過程，并有多種洗滌程序供用戶自由選擇，能任意調(diào)節(jié)工作時間，顯示工作狀態(tài)、洗滌時間和脫水時間，能自動處理脫水不平衡，具有各種故障和高低電壓自動保護(hù)功能，工作結(jié)束或電源故障會自動斷電以確保安全。目前，有的全自動洗衣機(jī)還采用了模糊技術(shù)，即洗衣機(jī)能對傳感器提供的信息進(jìn)行邏輯推理，自動判斷衣服質(zhì)地、重量、臟污程度，從而自動選擇最佳的洗滌時間、進(jìn)水量、漂洗次數(shù)、脫水時間，并顯示洗滌劑的用量，達(dá)到整個洗滌過程自動化，使用方便，節(jié)能節(jié)水。

1.2.3家用電器的應(yīng)用傳統(tǒng)的家電配上單片機(jī)以后，提高821.2.4工業(yè)控制的應(yīng)用

機(jī)電一體化是機(jī)械工業(yè)發(fā)展的方向。機(jī)電一體化產(chǎn)品是指集機(jī)械技術(shù)、微電子技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)于一體，具有智能化特征的機(jī)電產(chǎn)品，例如微機(jī)控制的車床、鉆床等。單片機(jī)作為產(chǎn)品中的控制器，能充分發(fā)揮它體積小、可靠性高、功能強(qiáng)等優(yōu)點，可大大提高機(jī)器的自動化、智能化程度。單片機(jī)廣泛用于導(dǎo)彈的導(dǎo)航裝置、飛機(jī)上各種儀表的控制、計算機(jī)的網(wǎng)絡(luò)通信與數(shù)據(jù)傳輸、機(jī)器人、工業(yè)自動化過程的實時控制和數(shù)據(jù)處理。例如，在這些實時控制系統(tǒng)中，都可以用單片機(jī)作為控制器，單片機(jī)的實時數(shù)據(jù)處理能力和控制功能，可使系統(tǒng)保持在最佳工作狀態(tài)，提高系統(tǒng)的工作效率和產(chǎn)品質(zhì)量。在比較復(fù)雜的系統(tǒng)中，常采用分布式多機(jī)系統(tǒng)。多機(jī)系統(tǒng)一般由若干臺功能各異的單片機(jī)組成，各自完成特定的任務(wù)，它們通過串行通信相互聯(lián)系、協(xié)調(diào)工作。單片機(jī)在這種系統(tǒng)中往往作為一個終端機(jī)，安裝在系統(tǒng)的某些節(jié)點上，對現(xiàn)場信息進(jìn)行實時測量和控制。單片機(jī)的高可靠性和強(qiáng)抗干擾能力，使它可以置于惡劣環(huán)境的前端工作。

1.2.4工業(yè)控制的應(yīng)用機(jī)電一體化是機(jī)械工業(yè)發(fā)展的方向831.2.4工業(yè)控制的應(yīng)用

在教育部倡導(dǎo)的全國大學(xué)生電子設(shè)計大賽中，有一道設(shè)計簡易智能電動車的題目，參賽者用51系列單片機(jī)完成了設(shè)計任務(wù)并取得了較好的成績。該設(shè)計采用單片機(jī)AT89C51和AT89C2051芯片為核心部件，利用光電檢測技術(shù)、超聲波測距、電渦流檢測技術(shù)并配合一套獨(dú)特的軟件實現(xiàn)了電動車識別并選擇正確的行進(jìn)路線、電機(jī)的方向和速度控制、自動尋找光源、判斷并自動躲避障礙物、時間顯示、蜂鳴器報警等功能。電動車控制方案如下圖所示。

智能電動車控制方案

1.2.4工業(yè)控制的應(yīng)用在教育部倡導(dǎo)的全國大學(xué)生電子設(shè)841.3計算機(jī)運(yùn)算基礎(chǔ)

1.3.1數(shù)制1.3.2有符號二進(jìn)制數(shù)的編碼1.3.3二進(jìn)制編碼1.3計算機(jī)運(yùn)算基礎(chǔ)1.3.1數(shù)制851.3.1數(shù)制

數(shù)制是指數(shù)的制式，是人們利用符號進(jìn)行計數(shù)的科學(xué)方法。數(shù)制有很多種，在計算機(jī)中常用的數(shù)制有十進(jìn)制、二進(jìn)制和十六進(jìn)制。

1.3.1數(shù)制數(shù)制是指數(shù)的制式，是人們利用符號進(jìn)行計數(shù)861.十進(jìn)制

十進(jìn)制中共使用0～9十個數(shù)字符號(稱為數(shù)碼)，數(shù)碼的個數(shù)稱為基數(shù)。十進(jìn)制的基數(shù)為10，任何一個十進(jìn)制數(shù)都可用這十個數(shù)碼的組合來表示。

十進(jìn)制數(shù)一般有以下特點：有0～9十個數(shù)字符號，基數(shù)為10，各位的權(quán)為10n(n為整數(shù))。運(yùn)算規(guī)則是加法逢十進(jìn)一、減法借一為十。用后綴D(Decimal)表示十進(jìn)制數(shù)，通常對十進(jìn)制數(shù)可不加后綴。

1.十進(jìn)制十進(jìn)制中共使用0～9十個數(shù)字符號(稱為數(shù)碼)，871.十進(jìn)制

任一個數(shù)中每一位的值可用該位的數(shù)字乘以基數(shù)的冪次來表示，基數(shù)的冪次稱為權(quán)。十進(jìn)制數(shù)各位的權(quán)是以10為底的冪，任何一個十進(jìn)制數(shù)都可用權(quán)展開式來表示。例如：十進(jìn)制數(shù)1986.129可如下式展開：1986.129=1×103+9×102+8×101+6×100+1×10-1

+2×10-2+9×10-3上式中100、101、102、103分別稱為0權(quán)位、1權(quán)位、2權(quán)位、3權(quán)位。

1.十進(jìn)制任一個數(shù)中每一位的值可用該位的數(shù)字乘以基數(shù)的冪882.二進(jìn)制

二進(jìn)制中共使用0、1兩個數(shù)字符號。

二進(jìn)制數(shù)一般有以下特點：有0、1兩個數(shù)字符號，基數(shù)為2，各位的權(quán)為2n(n為整數(shù))。

運(yùn)算規(guī)則是加法逢二進(jìn)一、減法借一為二。

用后綴B(Binary)表示二進(jìn)制數(shù)。2.二進(jìn)制二進(jìn)制中共使用0、1兩個數(shù)字符號。892.二進(jìn)制

二進(jìn)制數(shù)各位的權(quán)是以2為底的冪，任何一個二進(jìn)制數(shù)都可用權(quán)展開式來表示。例如：二進(jìn)制數(shù)1011.11可如下式展開：1011.11B=1×23+0×22+1×21+1×20+1×2-1+1×2-2

=11.75由上式可知，二進(jìn)制數(shù)1011.11B相當(dāng)于十進(jìn)制數(shù)11.75。

2.二進(jìn)制二進(jìn)制數(shù)各位的權(quán)是以2為底的冪，任何一個二進(jìn)制903.十六進(jìn)制

十六進(jìn)制中共使用0～9及A～F十六個數(shù)字符號，其中A～F相當(dāng)于十進(jìn)制數(shù)的10～15。

十六進(jìn)制數(shù)一般有以下特點：有0～9及A～F十六個數(shù)字符號，基數(shù)為16，各位的權(quán)為16n(n為整數(shù))。

運(yùn)算規(guī)則是加法逢十六進(jìn)一、減法借一為十六。

用后綴H(Hexadecimal)表示十六進(jìn)制數(shù)。

3.十六進(jìn)制十六進(jìn)制中共使用0～9及A～F十六個數(shù)字符號913.十六進(jìn)制

十六進(jìn)制數(shù)各位的權(quán)是以16為底的冪，任何一個十六進(jìn)制數(shù)都可用權(quán)展開式來表示。例如：十六進(jìn)制數(shù)5D6E.4可如下式展開：5D6E.4H=5×163+13×162+6×161+14×160+4×16-1

=23918.25由上式可知，十六進(jìn)制數(shù)5D6E.4相當(dāng)于十進(jìn)制數(shù)23918.25。

3.十六進(jìn)制十六進(jìn)制數(shù)各位的權(quán)是以16為底的冪，任何一個92十進(jìn)制數(shù)、二進(jìn)制數(shù)和十六進(jìn)制數(shù)對照表十進(jìn)制數(shù)二進(jìn)制數(shù)十六進(jìn)制數(shù)十進(jìn)制數(shù)二進(jìn)制數(shù)十六進(jìn)制數(shù)000000810008100011910019200102101010A300113111011B401004121100C501015131101D601106141110E701117151111F十進(jìn)制數(shù)、二進(jìn)制數(shù)和十六進(jìn)制數(shù)對照表十進(jìn)制數(shù)二進(jìn)制數(shù)十六進(jìn)制934.不同數(shù)制之間的轉(zhuǎn)換

二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成十六進(jìn)制數(shù)——采用“四位合一位”法十六進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)——采用“一位分四位”法二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制數(shù)——按權(quán)展開后相加

十六進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制數(shù)——按權(quán)展開后相加

十進(jìn)制整數(shù)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制整數(shù)——采用“除以2取余”法十進(jìn)制整數(shù)轉(zhuǎn)換成十六進(jìn)制整數(shù)——采用“除以16取余”法十進(jìn)制小數(shù)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制小數(shù)——采用“乘2取整”法十進(jìn)制小數(shù)轉(zhuǎn)換成十六進(jìn)制小數(shù)——采用“乘16取整”法

4.不同數(shù)制之間的轉(zhuǎn)換二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成十六進(jìn)制數(shù)——采用944.不同數(shù)制之間的轉(zhuǎn)換

【例1】

將十進(jìn)制整數(shù)100轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制整數(shù)。解：用2連續(xù)除100，直至商小于2，算式如下：運(yùn)算結(jié)果：100=1100100B。4.不同數(shù)制之間的轉(zhuǎn)換【例1】將十進(jìn)制整數(shù)100轉(zhuǎn)換954.不同數(shù)制之間的轉(zhuǎn)換

【例2】

將十進(jìn)制小數(shù)0.618轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制小數(shù)。解：用2連續(xù)乘以0.618，小數(shù)部分為0或保留4位小數(shù)，算式如下：

運(yùn)算結(jié)果：0.618≈0.1001B。4.不同數(shù)制之間的轉(zhuǎn)換【例2】將十進(jìn)制小數(shù)0.618961.3.2有符號二進(jìn)制數(shù)的編碼

基本概念在計算機(jī)中把有符號數(shù)、字母、數(shù)字和字符用二進(jìn)制代碼按一定規(guī)律編排，使每組代碼具有特定的含義，稱為計算機(jī)編碼。

有符號二進(jìn)制數(shù)的正負(fù)號分別用“+”和“-”來表示。一般規(guī)定最高位為符號位，最高位為“0”表示正數(shù)，為“1”表示負(fù)數(shù)，這種把符號數(shù)值化的數(shù)稱為機(jī)器數(shù)，而原來的數(shù)值稱為機(jī)器數(shù)的真值。有符號二進(jìn)制數(shù)有三種表示法，即原碼、反碼和補(bǔ)碼。1.3.2有符號二進(jìn)制數(shù)的編碼基本概念971.原碼

原碼的表示方法：正數(shù)的符號位用“0”表示。負(fù)數(shù)的符號位用“1”表示。0的原碼有兩種表示形式：

[+0]原=00000000[-0]原=10000000原碼的特點：原碼表示簡單直觀，但0的表示不唯一，加減運(yùn)算復(fù)雜。8位二進(jìn)制數(shù)的原碼能表示的范圍為

11111111B～01111111B(-127～+127)1.原碼原碼的表示方法：982.反碼

反碼的表示方法：正數(shù)的反碼與原碼表示形式相同。負(fù)數(shù)的反碼的符號位為1，數(shù)值位按位取反。0的反碼有兩種表示形式。

[+0]反=00000000 [-0]反=111111118位二進(jìn)制數(shù)的反碼能表示的范圍為

10000000B～01111111B(-127～+127)2.反碼反碼的表示方法：993.補(bǔ)碼

補(bǔ)碼的表示方法：正數(shù)的補(bǔ)碼表示與原碼表示形式相同。負(fù)數(shù)的補(bǔ)碼的符號位為1，數(shù)值位按位求反加1。0的補(bǔ)碼只有一種表示形式：

[+0]補(bǔ)=[-0]補(bǔ)=00000000補(bǔ)碼的特點：0的表示唯一，加減運(yùn)算方便。8位二進(jìn)制數(shù)的補(bǔ)碼能表示的范圍為

10000000B～01111111B(-128～+127)3.補(bǔ)碼補(bǔ)碼的表示方法：1004.有符號數(shù)的運(yùn)算

補(bǔ)碼的加法運(yùn)算規(guī)則：

[X+Y]補(bǔ)=[X]補(bǔ)+[Y]補(bǔ)補(bǔ)碼的減法運(yùn)算規(guī)則：

[X-Y]補(bǔ)=[X]補(bǔ)-[Y]補(bǔ)=[X]補(bǔ)+[-Y]補(bǔ)在計算機(jī)中有符號數(shù)一般用補(bǔ)碼表示，無論是加法還是減法都可采用加法運(yùn)算，而且是連同符號位一起進(jìn)行運(yùn)算的，運(yùn)算的結(jié)果仍為補(bǔ)碼。4.有符號數(shù)的運(yùn)算補(bǔ)碼的加法運(yùn)算規(guī)則：1014.有符號數(shù)的運(yùn)算

【例8】

真值X1=+17，X2=+25，求X1-X2的值。解：[X1]補(bǔ)=00010001[-X2]補(bǔ)=11100111[X1-X2]補(bǔ)=[X1]補(bǔ)+[-X2]補(bǔ)=11111000用二進(jìn)制加法運(yùn)算如下：

X1-X2=[[X1-X2]補(bǔ)]補(bǔ)=-88D

4.有符號數(shù)的運(yùn)算【例8】真值X1=+17，X2=+21021.3.3二進(jìn)制編碼

在計算機(jī)中對數(shù)字、字母和字符用二進(jìn)制代碼進(jìn)行編碼的方法很多，二進(jìn)制數(shù)的位數(shù)越長，所能編碼的數(shù)字、字母和字符就越多。常用的二進(jìn)制編碼有BCD碼、ASCII碼等。

1.3.3二進(jìn)制編碼在計算機(jī)中對數(shù)字、字母和字符用二進(jìn)1031.BCD碼用二進(jìn)制編碼表示的十進(jìn)制數(shù)稱為二-十進(jìn)制數(shù)，簡稱BCD(BinaryCodedDecimal)碼。

BCD碼保留了十進(jìn)制的權(quán)，用四位二進(jìn)制數(shù)給0～9這10個數(shù)字編碼。BCD碼種類較多，如有8421碼、2421碼和余3碼等。最常用的是8421BCD碼(以后簡稱BCD碼)，組成它的4位二進(jìn)制數(shù)碼的權(quán)分別是8、4、2、1。

1.BCD碼用二進(jìn)制編碼表示的十進(jìn)制數(shù)稱為二-十進(jìn)制數(shù)，簡1048421BCD碼與十進(jìn)制數(shù)的對應(yīng)關(guān)系表

十進(jìn)制數(shù)8421碼十進(jìn)制數(shù)8421碼十進(jìn)制數(shù)8421碼00000601101200010010100017011113000100112001081000140001010030011910011500010101401001000010000160001011050101110001000117000101118421BCD碼與十進(jìn)制數(shù)的對應(yīng)關(guān)系表十進(jìn)制數(shù)8421碼十1051.BCD碼BCD碼的加減法運(yùn)算與十進(jìn)制運(yùn)算規(guī)則相同，加法為逢十進(jìn)一、減法為借一為十。

BCD碼加法運(yùn)算的修正原則：若和的低4位大于9或低4位向高4位有進(jìn)位，則低4位加6；若高4位大于9或高4位向最高位有進(jìn)位，則高4位加6。BCD碼減法運(yùn)算的修正原則：若差的低4位大于9或低4位向高4位有借位，則低4位減6；若高4位大于9或高4位向最高位有借位，則高4位減6。

1.BCD碼BCD碼的加減法運(yùn)算與十進(jìn)制運(yùn)算規(guī)則相同，加法1062.ASCII碼

ASCII碼(AmeriacanStandardCodedforInformationInterchange)是“美國信息交換標(biāo)準(zhǔn)代碼”的簡稱，已成為國際通用的標(biāo)準(zhǔn)編碼。ASCII碼采用7位二進(jìn)制編碼，可為128個字符編碼，這128個字符分為兩類。圖形字符——包括10個十進(jìn)制數(shù)符、52個大小寫英文字母和34個其它字符，共計96個。圖形字符具有特定的形狀，可以在顯示器上顯示。控制字符——包括回車、換行、退格等，共32個?？刂谱址麤]有特定的形狀但有一定的控制作用，不能在顯示器上顯示。2.ASCII碼ASCII碼(AmeriacanSta107ASCII碼字符表

字高低符位位0123456700000101001110010111011100000NULDLESP0@P、p10001SOHDC1!1AQaq20010STXDC2“2BRbr30011ETXDC3#3CScs40100EOTDC4＄4DTdt50101ENQNAK%5EUeu60110ACKSYN&6FVfv70111BELETB‘7GWgw81000BSCAN(8HXhx91001HTEM)9IYjyA1010LFSUB*：JZjzB1011VTESC+；K[k{C1100FFFS，＜L\l|D1101CRGS-=M]m}E1110SORS.＞N↑n～F1111SIUS/?O←oDELASCII碼字符表字1081.4微型計算機(jī)的結(jié)構(gòu)與原理1.4.1微型計算機(jī)的基本結(jié)構(gòu)1.4.2微型計算機(jī)的工作原理

1.4微型計算機(jī)的結(jié)構(gòu)與原理1.4.1微型計算機(jī)的基1091.4.1微型計算機(jī)的基本結(jié)構(gòu)

微型計算機(jī)由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩大部分組成，一般把二者構(gòu)成的系統(tǒng)稱為微型計算機(jī)系統(tǒng)。

微型計算機(jī)的硬件主要是由CPU(運(yùn)算器和控制器)、存儲器、I/O接口和I/O設(shè)備組成，各組成部分之間通過地址總線AB(AddressBus)、數(shù)據(jù)總線DB(DataBus)、控制總線CB(ControlBus)聯(lián)系在一起。微型計算機(jī)的軟件包括系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件兩大類。軟件與硬件相輔相成，共同構(gòu)成微型計算機(jī)系統(tǒng)，缺一不可。1.4.1微型計算機(jī)的基本結(jié)構(gòu)微型計算機(jī)由硬件系統(tǒng)和軟110微型計算機(jī)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

微型計算機(jī)系統(tǒng)采用總線結(jié)構(gòu)形式。總線結(jié)構(gòu)的主要優(yōu)點：設(shè)計簡單、靈活性好、易于擴(kuò)展、便于故障檢測和維修。AB微型計算機(jī)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖微型計算機(jī)系統(tǒng)采用總線結(jié)構(gòu)形式。A1111.4.2微型計算機(jī)的工作原理

指令是對計算機(jī)發(fā)出的一條條工作命令，命令它執(zhí)行規(guī)定的操作，程序是實現(xiàn)既定任務(wù)的指令序列。

把程序和數(shù)據(jù)送到具有記憶功能的存儲器中保存起來，計算機(jī)工作時只要給出程序中第一條指令的地址，控制器就可依據(jù)存儲程序中的指令順序周而復(fù)始地取出指令、分析指令、執(zhí)行指令，直到執(zhí)行完全部指令為止。

1.4.2微型計算機(jī)的工作原理指令是對計算機(jī)發(fā)出的一條112微型計算機(jī)執(zhí)行程序的過程

微型計算機(jī)執(zhí)行程序的過程就是逐條執(zhí)行指令的過程。由于執(zhí)行每一條指令，都包括取指令與執(zhí)行指令兩個基本階段，所以，微機(jī)的工作過程，也就是不斷地取指令和執(zhí)行指令的過程。17+15的加法運(yùn)算程序如下：

存儲地址機(jī)器語言程序匯編語言程序 注釋

0000H 7411MOVA,#11H ;數(shù)11H送入累加器A

0002H 240F ADDA,#0FH ;數(shù)0FH與累加器A中的11H相加,和送入累加器A

0004H 80FE SJMP＄ ;暫停微型計算機(jī)執(zhí)行程序的過程微型計算機(jī)執(zhí)行程序的過程就是逐條執(zhí)113執(zhí)行程序的過程示意圖

執(zhí)行程序的過程示意圖114執(zhí)行第一條指令的過程（一）

開始執(zhí)行程序時，必須先給程序計數(shù)器PC賦以第1條指令的首地址0000H，然后就進(jìn)入第一條指令的取指令階段。取第一條指令的步驟如下：①把程序計數(shù)器PC的內(nèi)容0000H送到地址寄存器AR。②程序計數(shù)器PC的內(nèi)容送入AR后，PC自動加1，即由0000H變?yōu)?001H。此時AR的內(nèi)容并沒有變化。③把地址寄存器AR的內(nèi)容0000H通過地址總線AB送至存儲器，經(jīng)地址譯碼器譯碼，選中存儲器相應(yīng)的0000H單元。④CPU控制器發(fā)出讀命令。⑤在讀命令控制下，把所選中的0000H單元中的內(nèi)容即第1條指令的操作碼74H讀到數(shù)據(jù)總線DB上。⑥把讀出的內(nèi)容74H經(jīng)數(shù)據(jù)總線DB送到數(shù)據(jù)寄存器DR。⑦因取出的是指令的操作碼，故把數(shù)據(jù)寄存器DR的內(nèi)容74H送到指令寄存器IR，然后再送到指令譯碼器ID。這就完成了第一條指令的取指令階段，然后轉(zhuǎn)入第一條指令的執(zhí)行階段。

執(zhí)行第一條指令的過程（一）