單片機與接口技術第一章

第1章單片機基礎知識第2章MCS-51系列單片機的結構和時序第3章MCS-51系列單片機指令系統第4章MCS-51系列單片機中斷系統與定時／計數器第5章存儲器擴展技術第6章并行I／O擴展技術第7章串行通信技術第8章I／O設備接口技術第9章單片機應用系統設計第1章基礎知識本章重點：了解微型計算機的基本結構和工作原理；掌握單片機的概念及應用場合；掌握計算機中的數制與編碼。1.1微型計算機簡介1.2單片機簡介1.3計算機中的數制與編碼

本章小結1.1微型計算機簡介1.1.1微型計算機的發(fā)展

1.微型計算機的發(fā)展第一代微處理器例：Intel4004→4位第二代微處理器例：Intel8080→8位第三代微處理器例：Intel8086→16位第四代微處理器例：Intel80486→32位第五代微處理器例：Intel公司的Pentiumg→64位2.微型計算機的應用數值計算控制信息處理與管理人工智能1.1.2微型計算機的組成及工作原理

1.微型計算機的常用術語位（bit）：

位是計算機所能表示的最基本、最小的數據單位。位有兩種狀態(tài)：0和1。字節(jié)（Byte）：一個連續(xù)的8位二進制數稱為一個字節(jié)，即：

1Byte＝8bit，通常以字節(jié)為單位來存放數據。字（Word）：是計算機內部進行數據處理的基本單位。字通常與計算機內部的寄存器、算術邏輯單元、數據總線的寬度相一致。存儲器容量更大單位：

KB（1KB＝1024B＝210B）

MB（1MB＝1024KB＝220B）

GB（1＝1024MB＝230B）

指令（instruction）：是規(guī)定計算機進行某種操作的命令。

指令系統（instructionset）：指一臺計算機所能執(zhí)行的全部指令。程序（program）：是指令的有序集合，是一組為完成某種任務而編制的指令序列。2.微型計算機的組成（1）中央處理單元（CPU）

CPU主要由運算器、控制器組成。（2）存儲器存儲器的主要功能是存放程序和數據。存儲器中存放二進制數的單元稱為存儲單元。（3）輸入/輸出接口（I/O接口）完成外設與CPU的連接；轉換數據傳送速度；轉換電平；將I/O設備的狀態(tài)信息反饋給CPU等。

（4）總線（Bus）總線是將CPU、存儲器和I/O接口等相對獨立的功能部件連接起來，并傳送信息的公共通道。數據總線DB（DataBus）：雙向通信總線。地址總線AB（AddressBus）：單向通信總線。控制總線CB（ControlBus）：單向通信總線。3.微型計算機的工作原理（1）取指令CPU選中存儲單元；CPU向存儲器發(fā)出讀取數據的控制信號；CPU通過DB讀入指令代碼。（2）分析、執(zhí)行指令過程CPU讀取指令代碼后進行譯碼；CPU根據譯碼結果發(fā)出為完成此指令所需要的控制信號；執(zhí)行指令所規(guī)定的操作。1.2單片機簡介常見計算機：一般計算機的結構：顯示器主機鼠標鍵盤微型計算機系統運算器控制器CPU存儲器輸入接口電路輸入設備輸出設備輸出接口電路硬件系統軟件系統+什么是單片機？

單片機就是將組成微型計算機的CPU、存儲器（RAM和ROM）、輸入/輸出接口等幾個部分，全部集成在一塊芯片內所組成的微型計算機，就稱為單片機。什么是單片機？1.2.1單片機的發(fā)展概況單片機的發(fā)展方向低電源、低功耗外圍接口電路內裝化工藝的進步及抗干擾能力的提高存儲能力和Internet連接1.2.2單片機的特點體積小、結構簡單、可靠性高；控制功能強；低電壓、低功耗優(yōu)異的性能/價格1.2.3單片機的應用汽車電子家用電器航空航天醫(yī)療設備工業(yè)控制儀器儀表通信產品1.2.4MCS-51系列單片機簡介MCS-51系列基本產品型號：8051、8031、8751稱為51子系列。不同型號MCS-51單片機CPU處理能力和指令系統完全兼容，只是存儲器和I/O接口的配置有所不同。

硬件配置基本配置：1.

8位CPU2.片內ROM/EPROM、RAM3.片內并行I/O接口4.片內16位定時器/計數器5.片內中斷處理系統6.片內全雙工串行I/O口1.3計算機中的數制與編碼1.3.1數制數制：是按進位原則進行計數的一種方法，即進位計數制。十進制數（1）記數符號：0、1、2、3、4、5、6、7、8、9；書寫時用“D”作后綴（一般省略）。（2）進位原則：“逢十進一”。（3）按權展開式：二進制數（1）記數符號：0、1；書寫時用“B”作后綴。（2）進位原則：“逢二進一”；（3）按權展開式：十六進制數（1）記數符號：0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、A、B、C、D、E、F；書寫時用“H”作后綴。（2）進位原則：“逢十六進一”；（3）按權展開式：記?。菏M制與十進制、十六進制與二進制對應關系。1.3.2數制之間的相互轉換1.二進制及其他進制轉換為十進制數二進制、八進制和十六進制轉換十進制的方法是：將二進制、八進制或十六進制寫成按權展開式，然后各項相加，則得相應的十進制數?！纠堪讯M制數10101.1011B轉換成相應的十進制數。解：10101.1011B

＝1×24＋0×23＋１×22＋0×21＋1×20

＋1×2-1＋1×2-3＋1×2-4

＝21.6875D2.十進制數轉換成二進制數十進制數據轉換成二進制數是將整數部分按“除2倒讀余數法”的原則進行轉換；小數部分按“乘2順讀整數法”的原則進行轉換?！纠堪咽M制數15.625轉換成為對應二進制數。解：所以十進制數15.625＝1111.101B3.二進制數與十六進制數相互轉換二進制數轉換成十六進制數時，從小數點開始，分別向左、向右每4位二進制數劃為一組，整數部分不足4位前面添0，小數部分不足4位后面添0，然后每一組（4位二進制數）用1位十六進制數代替（4位二進制數與1位十六進制數對應關系見表），小數點位置保持不變。

【例】二進制數1111000111.100101B轉換成為十六進制數。解：

1111000111.100101B＝001111000111.10010100B

＝3C7.94H3.二進制數與十六進制數相互轉換十六進制數轉換成二進制數時，1位十六進制數用4位二進制數來替換，小數點位置保持不變?！纠繉⑹M制數2F5.CH轉換成為二進制數解：

2F5.CH＝001011110101.1100B

＝1011110101.11B4.十進制數轉換十六進制數先將十進制數轉換成二進制數，再將二進制數轉換成十六進制數。1.3.3二進制數的算術運算1．加法運算加法規(guī)則：

0＋0＝0；0＋1＝1；1＋0＝1；1＋1＝10進位原則：逢二進位。【例】求0111B與0110B之和。解：0111……（7）

＋）0110……（6）

1101……（13）∴0111B＋0110B＝1101B2．減法運算減法規(guī)則：

0－0＝0；1－0＝1；1－1＝0；0－1＝1（借位）【例】求1110B－0101B＝？解：1110……（14）

－）0101……（5）

1001……（9）∴1110B－0101B＝1001B3．乘法運算在計算機系統中，都是將乘法作為連續(xù)的加法來執(zhí)行。其中，自身相加的數為被乘數，相加的次數為乘數?！纠壳?101B×11B＝？解：1101B×11B＝1101B＋1101B＋1101B

＝100111B 4．除法運算除法可以歸結為連續(xù)的減法，即從被除數中不斷地減去除數，所減的次數是相除的商，而剩下的值則是相除的余數。注意：因為減法可以轉換為加法（見二進制數補碼的加減運算），所以除法也能轉換成加法。這樣，二進制數的加、減、乘、除都可以轉換加法運算。1.3.4二進制數的邏輯運算1．邏輯與運算

運算規(guī)則

0∧0＝0；0∧1＝0；1∧0＝0；1∧1＝1

記憶口訣：有0為0，全1為1。2．邏輯或運算

運算規(guī)則

0∨0＝0；0∨1＝1；1∨0＝1；1∨1＝1

記憶口訣：有1為1，全0為0。3．邏輯異或運算

運算規(guī)則

0⊕0＝0；0⊕1＝1；1⊕0＝1；1⊕1＝0

記憶口訣：相同為0，不同為1（僅指兩位異或運算）。4．邏輯非運算

運算規(guī)則

記憶口訣：取反。1.3.5計算機中數的表示與編碼1．計算機中數的表示在計算機中，為了運算的方便，數的最高位用來表示正、負數。最高位為“0”表示正數，最高位為“1”表示負數。真值:帶“+、－”號的數。機器數:數碼化了的帶符號數。第1章單片機基礎知識概述有符號數的表示方法

計算機所能表示的數或其它信息，都是用二進制表達的，對正號和負號只能用“0”和“1”來表達。一般最高位為符號位，“0”表示正數，“1”表示負數。真值+123→機器數01111011B真值-123→機器數11111011B

所謂機器數，是指在計算機中使用的、帶有符號位的二進制數，其位數通常為8的整數倍。有符號數：即機器數，最高位為符號位，“0”表示正數，“1”表示負數。無符號數：機器數中最高位不作為符號位，而當成數值位?！纠空龜?9H真值和機器數表示法。解：真值的表示法：+1011001B或+59H

機器數表示法：01011001B或59H【例】-59H真值和機器數表示法。解：真值的表示法：-1011001B或-59H

機器數表示法：11011001B或D9H第1章單片機基礎知識概述有符號位有原碼，反碼和補碼三種表示法。

原碼：原碼就是機器碼。8位原碼數表示的范圍為FFH～7FH（-127～+127）。原碼數00H和80H的數值部分相同、符號位相反，它們分別為+0和－0。16位原碼數表示的范圍為FFFFH～7FFFH（-32767～+32767）。原碼數0000H和8000H的數值部分相同、符號位相反，它們分別為+0和－0。反碼：正數的反碼與原碼相同；負數的反碼為：符號位不變，數值部分按位取反。例如，求8位反碼機器數：原碼00000100B→反碼01111011B補碼：正數的補碼表示與原碼相同。負數的補碼為其反碼加1，但原符號位不變。微型計算機中一個符號數的機器數的表示方法有原碼、反碼、補碼等三種表示法。原碼：用最高位表示符號位，后面各位表示該數的絕對值。（注意：符號位：0代表＋，1代表-)【例】（＋56）原碼（－56）原碼

（＋56）原碼＝00111000B＝38H

（－56）原碼＝10111000B＝B8H從例題中可以看出：一個負數的原碼只要在其對應的正數原碼基礎上加80H就可以方便地求出其原碼。（－56）原碼＝（＋56）原碼＋80H＝38H＋80H＝B8H反碼：正數的反碼與原碼相同；負數的反碼是在其原碼的基礎上，保留符號位不變，數值位各位取反?！纠浚ǎ?6）反碼

（－56）反碼

（＋56）反碼＝00111000B＝38H

（－56）反碼＝11000111B＝C7H從例題中可以看出：一個負數的反碼只要在其對應的正數反碼（即原碼）基礎上各位取反就可以方便地求出其反碼。而取反的方法也很簡單，只要用FFH去減該數即可。（－56）反碼＝FFH-（＋56）原碼＝FFH-38H＝C7HWhy？補碼：正數的補碼與原碼、反碼相同；負數的補碼是在其反碼的基礎上加1即可?！纠?/p>

（＋56）補碼＝00111000B＝38H

（－56）補碼＝（－56）反碼＋1＝C7H＋1＝C8H從求反碼的方法中可以推導：（－56）補碼＝（－56）反碼＋1＝FFH-（＋56）原碼＋1

＝100H-（＋56）原碼＝100H-38H=C8H第1章單片機基礎知識概述例如，求8位二進制數補碼：X=+4;X=-4在原碼中，零可以表示成+0(00000000B)，也可以表示成-0(10000000B)。在反碼中，零可以表示成+0(00000000B)，也可以表示成-0(11111111B)。在補碼中，由于補碼的特殊規(guī)律，零只有一種表示方法.[±0]補=00000000B

在計算機中，有符號位一律用補碼表示，這樣可以簡化計算機的硬件結構。

原碼為10000100B其反碼為11111011B［X］補=11111100B［X］補=00000100B負數原碼、反碼、補碼求法歸納：（負數）原碼＝（對應正數）原碼＋80H（負數）反碼＝FFH－（對應正數）原碼（負數）補碼＝100H－（對應正數）原碼注意：在原碼和反碼，0有兩種表示法，即＋0和－0的表示法不同；而在補碼中0的表示法只有一種。2.二進制編碼BCD碼：用二進制數表示的十進制數稱為二進制編碼的十進制數。非壓縮BCD碼：8位碼表示1位十進制數（高4位填0）的編碼。壓縮的BCD碼：8位碼表示2位十進制數（高4位、低4位各代表一位十進制數）。非法碼：4位代碼在1010B~1111B范圍時。（2個BCD碼的運算可能出現非法碼，這時要對所得結果進行調整。）二—十進制編碼BCD碼

BCD碼(BinaryCodedDecimal)二進制代碼表示的十進制數。一、8421BCD碼例：求十進制數876的BCD碼

[876]BCD=100001110110 876=36CH=1101101100BBCD碼運算

十進制調整：計算機實際按二進制法則計算，加入十進制調整操作，可計算BCD碼。十進制調整方法：當計算結果有非BCD碼或產生進位或借位，進行加6或減6調整。例：計算BCD碼38-29=？

00111000

[38]BCD

+11010111

-[29]BCD 1

00001111產生非BCD

+11111010-06調整

1

00001001結果無借位：9

ASCII碼（AmericanStandardCodedforInformationInterchange）是“美國信息交換標準碼”的簡稱，后來由國際標準組織（ISO）確定為國際標準字符編碼。它是微機中最常使用的字符編碼。字符0～9的ASCII碼：30H～39H大寫英文字母A～Z的ASCII碼：41H～5AH小寫英文字母a～z的ASCII碼：61H～7AHASCII碼由7位二進制碼構成，可表示128（27=128）個字符，ASCII碼表見表1-3。表1.3ASCII碼表本章小結1.微型計算機的基本結構和常用術語單片機的概念單片機的特點及應用場合

2.按一定的進位原則進行計數的科學方法稱為數制。二進制、十進制和十六進制是微機中的常用進制。它們都有各自的特點和運算規(guī)則，并且相互可以進行轉換。十進制數轉換為二進制數采用“除2取余/乘2取整”法，轉換為十六進制數采用“除16取余/乘16取整”法；二進制數轉換為十進制數