微機(jī)原理 單片機(jī) 第1章 緒論

第一章緒論1.1

電子計(jì)算機(jī)的發(fā)展概述1.2

單片機(jī)的發(fā)展過(guò)程及產(chǎn)品近況1.3

單片機(jī)的特點(diǎn)及應(yīng)用領(lǐng)域1.4單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)開(kāi)發(fā)簡(jiǎn)介1.5微型計(jì)算機(jī)的運(yùn)算基礎(chǔ)1.1電子計(jì)算機(jī)的發(fā)展概述

一、計(jì)算工具的演變算籌、算盤(pán)、算尺、機(jī)械式計(jì)算機(jī)、電子計(jì)算機(jī)(ENIAC)

二、重大歷史事件

1942年德國(guó)研制出了第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)—Z3，第二次世界大戰(zhàn)期間德國(guó)人用它設(shè)計(jì)飛機(jī)和導(dǎo)彈。

1943年由英國(guó)制造的電子計(jì)算機(jī)安裝運(yùn)轉(zhuǎn)，用于破澤德國(guó)軍事密碼。這臺(tái)使用真空管作主要器件的電子計(jì)算機(jī)稱為“巨人”，它是固定程序的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，今天通常稱為專用計(jì)算機(jī)。

1946年第一臺(tái)電子數(shù)字計(jì)算機(jī)ENIAC問(wèn)世。

1948年貝爾實(shí)驗(yàn)室研制出了晶體管。

1958年得克薩斯儀器公司發(fā)明了集成電路，集成電路導(dǎo)致1960年數(shù)字集成電路的發(fā)展。1.1.1電子計(jì)算機(jī)的問(wèn)世及其經(jīng)典結(jié)構(gòu)

1946年2月15日，第一臺(tái)電子數(shù)字計(jì)算機(jī)問(wèn)世，這標(biāo)志著計(jì)算機(jī)時(shí)代的到來(lái)。ENIAC

◆ENIAC是電子管計(jì)算機(jī)，時(shí)鐘頻率僅有100kHz，但能在1秒鐘的時(shí)間內(nèi)完成5000次加法運(yùn)算或56次乘法運(yùn)算，比人快20萬(wàn)倍。

ENIAC是個(gè)龐大的機(jī)器，它使用了18800多個(gè)真空管、1500多個(gè)繼電器、超過(guò)500英里長(zhǎng)的導(dǎo)線、30多個(gè)操作控制臺(tái)。這個(gè)龐大機(jī)器的重量超過(guò)30噸，占地170平米，每小時(shí)耗電150kW。ENIAC最大的問(wèn)題是真空管器件的壽命低，需要經(jīng)常維護(hù)。

ENIAC運(yùn)作了九年之久，吃電很兇。據(jù)傳其每次一開(kāi)機(jī)，整個(gè)費(fèi)城西區(qū)的電燈都為之黯然失色。其真空管的損耗率相當(dāng)高，幾乎每15分鐘就可能燒掉一支真空管，操作人員須花至少15分鐘才能找出壞掉的管子，使用極不方便。曾有人調(diào)侃：“只要那部機(jī)器可以連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)五天，而沒(méi)有一只真空管燒掉，發(fā)明人就要額手稱慶了”?！襞c現(xiàn)代的計(jì)算機(jī)相比，ENIAC有許多不足，但它的問(wèn)世開(kāi)創(chuàng)了計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)的新紀(jì)元，對(duì)人類(lèi)的生產(chǎn)和生活方式產(chǎn)生了巨大的影響。

匈牙利籍美國(guó)數(shù)學(xué)家馮·諾依曼在方案的設(shè)計(jì)上做出了重要的貢獻(xiàn)。1946年6月，他又提出了“程序存儲(chǔ)”和“二進(jìn)制運(yùn)算”的思想，進(jìn)一步構(gòu)建了計(jì)算機(jī)由運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備組成這一計(jì)算機(jī)的經(jīng)典結(jié)構(gòu)。（EDVAC-ELECTRONICDISCRETEVARIABLEAUTOMATICCOMPUTER）輸入設(shè)備運(yùn)算器輸出設(shè)備控制器存儲(chǔ)器電子計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，相繼經(jīng)歷了五個(gè)時(shí)代：﹡電子管計(jì)算機(jī)；﹡晶體管計(jì)算機(jī)；﹡集成電路計(jì)算機(jī)；﹡大規(guī)模集成電路計(jì)算機(jī)；﹡超大規(guī)模集成電路計(jì)算機(jī)。但計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu)仍然沒(méi)有突破馮·諾依曼提出的計(jì)算機(jī)的經(jīng)典結(jié)構(gòu)框架。1.1.2微型計(jì)算機(jī)的組成和發(fā)展一、微機(jī)的組成

1971年1月，Intel公司的特德·霍夫在與日本商業(yè)通信公司合作研制臺(tái)式計(jì)算器時(shí)，將原始方案的十幾個(gè)芯片壓縮成三個(gè)集成電路芯片。其中的兩個(gè)芯片分別用于存儲(chǔ)程序和數(shù)據(jù)，另一個(gè)芯片集成了運(yùn)算器和控制器及一些寄存器，稱為微處理器CPU（即Intel4004）。4004微處理器

微處理器、存儲(chǔ)器加上I/O接口電路即組成微型計(jì)算機(jī)。各部分通過(guò)地址總線（AB）、數(shù)據(jù)總線（DB）和控制總線（CB）相連。

再配以系統(tǒng)軟件、I/O設(shè)備便構(gòu)成了完整的微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。二、微處理器μp的發(fā)展史第一代（1971-1973）

4位up和低檔8位up的時(shí)期。典型產(chǎn)品為：Intel4004。其指令系統(tǒng)只有45條指令，用Ｐ溝道MOSFET技術(shù)制造，允許以50kips（每秒千條指令）的速度執(zhí)行指令。４位微處理器用于早期的視頻游戲和基于微處理器的小型控制系統(tǒng)中。第二代（1974-1977）

8位up時(shí)期。典型產(chǎn)品為：1973年Intel公司推出的8080/8085微處理,可尋址的存儲(chǔ)器空間16ＫＢ，且增加了指令（總計(jì)70條），性能也大大優(yōu)于前一代產(chǎn)品。其它有MotorolaMC6800,ZilogZ80等。

·第三代（1977-1980）

16位up時(shí)期。典型產(chǎn)品為：Intel8086/8088,ZilogZ8000,MotorolaMC68000IBM公司推出了以Intel8086CPU為處理器的IBMPC機(jī)和Intel8088CPU為處理器的IBMPC/XT。這兩種機(jī)型的內(nèi)存為1MB，支持單任務(wù)的操作系統(tǒng)。以Intel80286為CPU的16位增強(qiáng)型PC機(jī)IBMPC/AT上市，其內(nèi)存可達(dá)到4MB，并支持多任務(wù)多用戶操作系統(tǒng)。上述微機(jī)具有多種靈活的尋址方式和強(qiáng)有力的指令系統(tǒng)，運(yùn)算速度大大提高，直接尋址的內(nèi)存空間有了大幅度擴(kuò)充。

●第四代（1981以后）

32位up時(shí)期。典型產(chǎn)品為：ZilogZ80000,MotorolaMC68020,Intel80386,MotorolaMC68030,Intel80486,MotorolaMC68040,IntelPentiumpro,IntelPentiumMMX,IntelPentium2、3、4。

它們是面向超高速性能、多任務(wù)處理、網(wǎng)絡(luò)多媒體應(yīng)用領(lǐng)域設(shè)計(jì)的，適用于設(shè)計(jì)高性能、多功能的現(xiàn)代微計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。

三、微型計(jì)算機(jī)的應(yīng)用形態(tài)從應(yīng)用形態(tài)上，微機(jī)分成多板機(jī)、單板機(jī)、單片機(jī)三種：

◆多板機(jī)（系統(tǒng)機(jī)、個(gè)人計(jì)算機(jī)PC）將CPU、存儲(chǔ)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(pán)驅(qū)動(dòng)器及光驅(qū)等裝在同一機(jī)箱內(nèi)，再配上操作系統(tǒng)和各種應(yīng)用軟件，就構(gòu)成了一臺(tái)完整的微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱系統(tǒng)機(jī)）。目前廣泛使用的PC機(jī)即為典型的多板機(jī)。三種應(yīng)用形態(tài)的比較：

系統(tǒng)機(jī)（多板機(jī)）單板機(jī)單片機(jī)這種計(jì)算機(jī)系統(tǒng)通常由多塊印刷電路板制成：多板機(jī)

主板顯卡聲卡存儲(chǔ)器接口網(wǎng)卡輸入輸出接口內(nèi)存條CPU

◆單板機(jī)計(jì)算機(jī)應(yīng)用初期，將CPU芯片、存儲(chǔ)器芯片、I/O接口芯片和簡(jiǎn)單的I/O設(shè)備（小鍵盤(pán)、LED顯示器）等裝配在一塊印制電路板上，再配上監(jiān)控程序（固化在ROM中），就構(gòu)成了一臺(tái)單板微型計(jì)算機(jī)（簡(jiǎn)稱單板機(jī)）。單板機(jī)典型產(chǎn)品如TP801單板機(jī)的I/O設(shè)備簡(jiǎn)單，軟件資源少，使用不方便。早期主要用于微型計(jì)算機(jī)原理的教學(xué)及簡(jiǎn)單的測(cè)控系統(tǒng)，現(xiàn)在已很少使用，但采用嵌入式技術(shù)在目前一些復(fù)雜的測(cè)控系統(tǒng)還在用。CPUCPU芯片內(nèi)存條存儲(chǔ)器接口存儲(chǔ)器芯片輸入輸出接口輸入輸出接口芯片定時(shí)計(jì)數(shù)器芯片A/D、D/A芯片單板機(jī)

印刷電路板

◆單片機(jī)

在一片集成電路芯片上集成微處理器、存儲(chǔ)器、I/O接口電路，從而構(gòu)成了單芯片微型計(jì)算機(jī)，即單片機(jī)。再配以晶振和復(fù)位電路即可構(gòu)成簡(jiǎn)單的計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。

單片計(jì)算機(jī)（SCMC或SCM）SingleChipMicro-Computer單片機(jī)又可稱為微控制器MCU(MicroControllerUnit)

單硅晶片CPU存儲(chǔ)器控制電路定時(shí)器時(shí)鐘電路I/O口單片機(jī)單片機(jī)CPU的結(jié)構(gòu)單片機(jī)CPU有2種結(jié)構(gòu)：（1）獨(dú)立型采用全新方式設(shè)計(jì)的CPU，其結(jié)構(gòu)和指令系統(tǒng)與原有的CPU有很大的不同。如MCS-51單片機(jī)。（2）兼容型將原有的CPU和相應(yīng)的存儲(chǔ)器、I/O設(shè)備集成在一塊芯片上。如Motorola的68系列。通用單片機(jī)和專用單片機(jī)通用單片機(jī)：是一個(gè)基本芯片，內(nèi)部資源比較豐富，性能全面且通用性強(qiáng)，覆蓋多種應(yīng)用需求。專用單片機(jī)：針對(duì)某一種產(chǎn)品，或某一種控制應(yīng)用而專門(mén)設(shè)計(jì)的。設(shè)計(jì)時(shí)已經(jīng)使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)；軟硬件資源利用最優(yōu)；可靠性以及經(jīng)濟(jì)成本最佳。本課程介紹的MCS-51系列單片機(jī)是一種通用單片機(jī)，其結(jié)構(gòu)和原理對(duì)所有單片機(jī)都是適用的。單片機(jī)系統(tǒng)在單片機(jī)芯片基礎(chǔ)上，擴(kuò)展其他電路或芯片構(gòu)成具有一定應(yīng)用功能的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)為控制應(yīng)用而設(shè)計(jì)，系統(tǒng)和控制對(duì)象結(jié)合在一起。單片機(jī)開(kāi)發(fā)系統(tǒng)單片機(jī)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)調(diào)試工具。三種應(yīng)用形態(tài)用途不同：系統(tǒng)機(jī)（桌面應(yīng)用）屬于通用計(jì)算機(jī)，主要應(yīng)用于數(shù)據(jù)處理、辦公自動(dòng)化及輔助設(shè)計(jì)。單片機(jī)（嵌入式應(yīng)用）屬于專用計(jì)算機(jī)，主要應(yīng)用于智能儀表、智能傳感器、智能家電、智能辦公設(shè)備、汽車(chē)及軍事電子設(shè)備等應(yīng)用系統(tǒng)，要求將計(jì)算機(jī)嵌入其設(shè)備中。

單片機(jī)體積小、價(jià)格低、可靠性高，其非凡的嵌入式應(yīng)用形態(tài)對(duì)于滿足嵌入式應(yīng)用需求具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。嵌入式控制系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)嵌入式應(yīng)用的計(jì)算機(jī)稱為嵌入式計(jì)算機(jī)，也稱為專用計(jì)算機(jī)：嵌入式應(yīng)用的計(jì)算機(jī)可分為：（1）嵌入式微處理器，如ARM

（2）嵌入式DSP處理器，如TMS320系列（3）嵌入式微控制器，即單片機(jī)，如80C51系列（4）嵌入式片上系統(tǒng)SOC

1.2單片機(jī)的發(fā)展過(guò)程及產(chǎn)品近況1.2.1單片機(jī)的發(fā)展過(guò)程單片機(jī)技術(shù)發(fā)展過(guò)程可分為三個(gè)主要階段：

◆形成階段

1976年，Intel公司推出了MCS-48系列單片機(jī)。8位CPU、1K字節(jié)ROM、64字節(jié)RAM、27根I/O線、1個(gè)8位定時(shí)/計(jì)數(shù)器、2個(gè)中斷源。

特點(diǎn)是：存儲(chǔ)器容量較小，尋址范圍小（不大于4K），無(wú)串行接口，指令系統(tǒng)功能不強(qiáng)。

◆性能完善提高階段

1980年，Intel公司推出了MCS-51系列單片機(jī)：8位CPU、4K字節(jié)ROM、128字節(jié)RAM、4個(gè)8位并口、1個(gè)全雙工串行口、2個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器、5個(gè)中斷源，2個(gè)優(yōu)先級(jí)。尋址范圍64K，并有控制功能較強(qiáng)的布爾處理器。

特點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)體系完善，尋址范圍擴(kuò)大，性能已大大提高，面向控制的特點(diǎn)進(jìn)一步突出。現(xiàn)在，MCS-51已成為公認(rèn)的單片機(jī)經(jīng)典機(jī)種。

◆微控制器化階段

特點(diǎn)是：片內(nèi)面向測(cè)控系統(tǒng)的外圍電路增強(qiáng)，使單片機(jī)可以方便靈活地用于復(fù)雜的自動(dòng)測(cè)控系統(tǒng)及設(shè)備。“微控制器”的稱謂更能反應(yīng)單片機(jī)的本質(zhì)。

1982年，Intel推出MCS-96系列單片機(jī)。芯片內(nèi)集成：16位CPU、8K字節(jié)ROM、232字節(jié)RAM、5個(gè)8位并口、1個(gè)全雙工串行口、2個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器。尋址范圍64K。片上還有8路10位ADC、1路PWM輸出及高速I(mǎi)/O部件等。1.2.2單片機(jī)產(chǎn)品近況

﹡Atmel公司融入Flash存儲(chǔ)器技術(shù)的AT89系列；

﹡Philips公司的80C51、80C552系列；

﹡華邦公司的W78C51、W77C51高速低價(jià)系列；

﹡ADI公司的ADμC8xx系列高精度ADC單片機(jī)；

﹡LG公司的GMS90/97系列低壓高速單片機(jī)；

﹡Maxim公司的DS89C420高速（50MIPS）系列；

﹡Cygnal公司的C8051F系列高速SOC單片機(jī)?！?/p>

80C51結(jié)構(gòu)合理、技術(shù)成熟，該系列單片機(jī)產(chǎn)品繁多，已成為事實(shí)上的單片機(jī)主流系列，近年來(lái)推出的與80C51兼容的主要產(chǎn)品有：

◆非80C51結(jié)構(gòu)單片機(jī)新品不斷推出，給用戶提供了更為廣泛的選擇空間，近年來(lái)推出的非80C51系列的主要產(chǎn)品有：﹡Intel的MCS-96系列16位單片機(jī)；﹡Microchip的PIC系列RISC單片機(jī)；﹡TI的MSP430F系列16位低功耗單片機(jī)；﹡Atmel的AVR系列RISC結(jié)構(gòu)單片機(jī)等。

1.2.3單片機(jī)系列簡(jiǎn)介

目前世界上單片機(jī)生產(chǎn)廠商很多,如:Intel、Motorola、Philips、Siemens、NEC、ADM、Zilog等公司,其主流產(chǎn)品有幾十個(gè)系列,幾百個(gè)品種。盡管其各具特色,名稱各異,但作為集CPU、RAM、ROM（或EPROM）、I/O接口、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、中斷系統(tǒng)為一體的單片機(jī),其原理大同小異?，F(xiàn)以Intel公司的系列產(chǎn)品為例,說(shuō)明各系列之間的區(qū)別。Intel公司從其生產(chǎn)單片機(jī)開(kāi)始,發(fā)展到現(xiàn)在,大體上可分為3大系列:MCS-48系列、MCS-51系列、MCS-96系列。該3大系列的性能簡(jiǎn)介見(jiàn)表1-1。表1―1Intel單片機(jī)系列性能簡(jiǎn)介

1.3單片機(jī)的特點(diǎn)及應(yīng)用領(lǐng)域1.3.1單片機(jī)的特點(diǎn)

1、控制性能和可靠性高為滿足工業(yè)控制而設(shè)計(jì)，實(shí)時(shí)控制功能特別強(qiáng)。其CPU可以對(duì)I/O端口直接進(jìn)行操作，位操作能力更是其它計(jì)算機(jī)無(wú)法比擬的。另外，由于CPU、存儲(chǔ)器及I/O接口集成在同一芯片內(nèi)，各部件間的連接緊湊，數(shù)據(jù)在傳送時(shí)受干擾的影響較小，且不易受環(huán)境條件的影響，所以單片機(jī)的可靠性非常高。近期推出的單片機(jī)產(chǎn)品，內(nèi)部集成有高速I(mǎi)/O口、ADC、PWM、WDT等部件，并在低電壓、低功耗、串行擴(kuò)展總線、控制網(wǎng)絡(luò)總線和開(kāi)發(fā)方式（如在系統(tǒng)編程ISP）等方面都有了進(jìn)一步的增強(qiáng)。

2、體積小、價(jià)格低、易于產(chǎn)品化

單片機(jī)芯片即是一臺(tái)完整的微型計(jì)算機(jī)，對(duì)于批量大的專用場(chǎng)合，一方面可以在眾多的單片機(jī)品種間進(jìn)行匹配選擇；同時(shí)還可以專門(mén)進(jìn)行芯片設(shè)計(jì)，使芯片的功能與應(yīng)用具有良好的對(duì)應(yīng)關(guān)系；在單片機(jī)產(chǎn)品的引腳封裝方面，引腳少，體積小，有的單片機(jī)引腳已減少到8個(gè)或更少。從而使應(yīng)用系統(tǒng)的印制板減小、接插件減少、安裝簡(jiǎn)單方便。1.3.2單片機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域

◆智能儀器儀表

單片機(jī)用于各種儀器儀表，一方面提高了儀器儀表的使用功能和精度，使儀器儀表智能化，同時(shí)還簡(jiǎn)化了儀器儀表的硬件結(jié)構(gòu)，從而可以方便地完成儀器儀表產(chǎn)品的升級(jí)換代。如各種智能電氣測(cè)量?jī)x表、智能傳感器等。◆機(jī)電一體化產(chǎn)品機(jī)電一體化產(chǎn)品是集機(jī)械技術(shù)、微電子技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)于一體，具有智能化特征的各種機(jī)電產(chǎn)品。單片機(jī)在機(jī)電一體化產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)中可以發(fā)揮巨大的作用。典型產(chǎn)品如機(jī)器人、數(shù)控機(jī)床、自動(dòng)包裝機(jī)、點(diǎn)鈔機(jī)、醫(yī)療設(shè)備、打印機(jī)、傳真機(jī)、復(fù)印機(jī)等?！魧?shí)時(shí)工業(yè)控制單片機(jī)還可以用于各種物理量的采集與控制。電流、電壓、溫度、液位、流量等物理參數(shù)的采集和控制均可以利用單片機(jī)方便地實(shí)現(xiàn)。在這類(lèi)系統(tǒng)中，利用單片機(jī)作為系統(tǒng)控制器，可以根據(jù)被控對(duì)象的不同特征采用不同的智能算法，實(shí)現(xiàn)期望的控制指標(biāo)，從而提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。典型應(yīng)用如電機(jī)轉(zhuǎn)速控制、溫度控制、自動(dòng)生產(chǎn)線等?！舴植际较到y(tǒng)的前端模塊

在較復(fù)雜的工業(yè)系統(tǒng)中，經(jīng)常要采用分布式測(cè)控系統(tǒng)完成大量的分布參數(shù)的采集。在這類(lèi)系統(tǒng)中，采用單片機(jī)作為分布式系統(tǒng)的前端采集模塊，系統(tǒng)具有運(yùn)行可靠，數(shù)據(jù)采集方便靈活，成本低廉等一系列優(yōu)點(diǎn)?！艏矣秒娖骷矣秒娖魇菃纹瑱C(jī)的又一重要應(yīng)用領(lǐng)域，前景十分廣闊。如空調(diào)器、電冰箱、洗衣機(jī)、電飯煲、高檔洗浴設(shè)備、高檔玩具等。

另外，在交通領(lǐng)域中，汽車(chē)、火車(chē)、飛機(jī)、航天器等均有單片機(jī)的廣泛應(yīng)用。如汽車(chē)自動(dòng)駕駛系統(tǒng)、航天測(cè)控系統(tǒng)、黑匣子等。1.4單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)開(kāi)發(fā)簡(jiǎn)介1.4.1單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)

◆正確無(wú)誤的硬件設(shè)計(jì)和良好的軟件功能設(shè)計(jì)是一個(gè)實(shí)用的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)。完成這一目標(biāo)的過(guò)程稱為單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)。

◆單片機(jī)作為一片集成了微型計(jì)算機(jī)基本部件的集成電路芯片，與通用微機(jī)相比，它自身沒(méi)有開(kāi)發(fā)功能，必須借助開(kāi)發(fā)機(jī)（一種特殊的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)）來(lái)完成如下任務(wù)：

﹡調(diào)試，排除應(yīng)用系統(tǒng)的硬件故障和軟件錯(cuò)誤；

﹡程序固化到內(nèi)部或外部ROM芯片中。

單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)

單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)單片機(jī)＋接口電路及外設(shè)等＋軟件硬件單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)由硬件和軟件組成硬件是應(yīng)用系統(tǒng)的基礎(chǔ)軟件是在硬件的基礎(chǔ)上對(duì)其資源進(jìn)行合理調(diào)配和使用，從而完成應(yīng)用系統(tǒng)所要求的任務(wù)，二者相互依賴，缺一不可軟件是用計(jì)算機(jī)語(yǔ)言編寫(xiě)的程序，程序的基本單位稱為指令?！糁噶畹谋硎拘问街噶钍亲寙纹瑱C(jī)執(zhí)行某種操作的命令。指令在設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)時(shí)確定。在單片機(jī)中，指令按一定的順序以二進(jìn)制碼的形式存放于程序存儲(chǔ)器中。為書(shū)寫(xiě)、輸入和顯示方便，常將二進(jìn)制的機(jī)器碼寫(xiě)成十六進(jìn)制形式。如，二進(jìn)制代碼00000100B（04H），其對(duì)應(yīng)的指令意義是累加器A的內(nèi)容加1。若寫(xiě)成INCA則要清楚得多，這就是該指令的符號(hào)表示，稱為符號(hào)指令?！魠R編和編譯

符號(hào)指令需要轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)所能執(zhí)行的機(jī)器碼（目標(biāo)碼）并存入計(jì)算機(jī)的程序存儲(chǔ)器中，這種轉(zhuǎn)換稱為匯編。常用的匯編方法有三種：﹡手工匯編，早期使用；﹡利用開(kāi)發(fā)機(jī)的駐留匯編程序進(jìn)行匯編；﹡利用PC機(jī)的交叉匯編，現(xiàn)普遍使用?，F(xiàn)在人們還可常常采用高級(jí)語(yǔ)言（如C51）進(jìn)行單片機(jī)應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)。這種方法具有周期短、移植和修改方便的優(yōu)點(diǎn)，適合于熟練的程序員進(jìn)行較復(fù)雜系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)。一、電路板的制作根據(jù)系統(tǒng)功能要求構(gòu)建系統(tǒng)的硬件電路，利用印制電路板設(shè)計(jì)軟件，如Protel99SE設(shè)計(jì)原理圖及印制板圖。制版、焊接及安裝元器件后形成應(yīng)用系統(tǒng)電路板。二、目標(biāo)文件的生成利用PC機(jī)上的集成開(kāi)發(fā)軟件編寫(xiě)源程序，經(jīng)匯編(或編譯)生成目標(biāo)文件(.HEX)。此時(shí)可進(jìn)行仿真調(diào)試，仿真可分為軟件模擬和硬件仿真兩種方式。三、目標(biāo)程序燒寫(xiě)

將正確的目標(biāo)程序通過(guò)編程器或燒寫(xiě)器裝入單片機(jī)芯片或存儲(chǔ)器芯片，插入單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)電路板上即可獨(dú)立運(yùn)行了。應(yīng)用系統(tǒng)開(kāi)發(fā)要完成的任務(wù)1.4.2單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的傳統(tǒng)開(kāi)發(fā)方式硬件仿真器的目的：利用仿真器的資源（CPU、存儲(chǔ)器和I/O設(shè)備等）來(lái)模擬單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)（即目標(biāo)機(jī)）的CPU或存儲(chǔ)器，并跟蹤目標(biāo)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)?！衾锚?dú)立型仿真器開(kāi)發(fā)◆利用非獨(dú)立型仿真器開(kāi)發(fā)

SST公司推出的SST89C54和SST89C58芯片分別有20KB和30KB的SuperFLASH存儲(chǔ)器，利用這種存儲(chǔ)器可以進(jìn)行高速讀寫(xiě)的特點(diǎn)，能夠?qū)崿F(xiàn)在系統(tǒng)編程（ISP）和在應(yīng)用編程（IAP）功能。首先在PC機(jī)上完成應(yīng)用程序的編輯、匯編（或編譯）、模擬運(yùn)行，然后通過(guò)普通PC機(jī)實(shí)現(xiàn)目標(biāo)程序的串行下載，而無(wú)需編程器。1.4.3單片機(jī)開(kāi)發(fā)方式的發(fā)展

Microchip公司推出的RISC結(jié)構(gòu)單片機(jī)PIC16F87X中內(nèi)置有在線調(diào)試器ICD（In-CircuitProgramming）功能；

該公司還配置了具有ICSP（In-CircuitSerialProgramming）功能的簡(jiǎn)單仿真器和燒寫(xiě)器。通過(guò)PC機(jī)串行電纜就可以完成對(duì)目標(biāo)系統(tǒng)的仿真調(diào)試。1.5微型計(jì)算機(jī)的運(yùn)算基礎(chǔ)1.進(jìn)位計(jì)數(shù)制基數(shù)為r的數(shù)值N的表示方法為：N=(dn-1dn-2···d1d0d-1···d-m)r或

N=dn-1rn-1+dn-2rn-2+···d1r1+d0r0+d-1r-1+···d-mr-m（1）m、n是正整數(shù)，n為整數(shù)的位數(shù)，

m為小數(shù)的位數(shù)（2）d：數(shù)碼；是0，1，···，（r-1)中的任意一個(gè)， 最大數(shù)碼比基數(shù)小1（3）r：基數(shù)，ri

稱為權(quán)

十進(jìn)制

十進(jìn)制數(shù)碼為0、1、2、3、4、5、6、7、8、9之一，

權(quán)為十的冪，逢十進(jìn)一，借一當(dāng)十，例如：（245.25)10=2×102+4×101+5×100+2×10-1+5×10-2

二進(jìn)制

二進(jìn)制數(shù)碼為0和1；權(quán)為2的冪，逢二進(jìn)一，借一當(dāng)二，例如：

（11110101.01)2=1×27+1×26+1×25+1×24+0×23+1×22+0×21+1×20+0×2-1+1×2-2=(245.25)10=（F5.4)16

八進(jìn)制

八進(jìn)制數(shù)碼有0、1、2、3、4、5、6、7八個(gè)，權(quán)為８的冪，逢八進(jìn)一，借一當(dāng)八。例如：（365．2）8＝３×８2＋６×８1＋５×８0＋２×８-1＝（245．25）10

十六進(jìn)制十六進(jìn)制有0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、A、B、C、D、E、F十六個(gè)數(shù)碼，其中A、B、C、D、E、F分別表示十進(jìn)制的10、11、12、13、14、15；權(quán)為16的冪，即逢十六進(jìn)一，借一當(dāng)十六，例如：（F5.4)16=F×161+5×160+4×16-1=(245.25)10

2.數(shù)在計(jì)算機(jī)中的表示

有原碼、反碼和補(bǔ)碼三種表示方法

(1)符號(hào)的表示計(jì)算機(jī)中數(shù)是用二進(jìn)制表示的。數(shù)碼“0”和“1”，可由二值器件的兩個(gè)不同穩(wěn)態(tài)來(lái)表示，數(shù)的符號(hào)也用這兩種不同穩(wěn)態(tài)來(lái)表示。在數(shù)的最高位之前增設(shè)一位符號(hào)位，0表示正數(shù)，1表示負(fù)數(shù)。這種符號(hào)數(shù)碼化的數(shù)，叫機(jī)器數(shù)；機(jī)器數(shù)所代表的數(shù)的本身叫真值。

機(jī)器數(shù)具有如下特點(diǎn)：機(jī)器字長(zhǎng)是有限的，字長(zhǎng)可決定數(shù)的表示范圍。機(jī)器字長(zhǎng)是指以多少位二進(jìn)制位來(lái)表示一個(gè)數(shù)。一個(gè)字長(zhǎng)一般是字節(jié)（8位）的整數(shù)倍，如8位、16位、32位和64位等等。

符號(hào)數(shù)值化，參與運(yùn)算。

小數(shù)點(diǎn)按約定方式標(biāo)出，而不是以專門(mén)器件表示。

（2）帶符號(hào)數(shù)與不帶符號(hào)數(shù)計(jì)算機(jī)中字長(zhǎng)是一定的，因此在表示帶符號(hào)數(shù)與不帶符號(hào)數(shù)時(shí)數(shù)值范圍是有區(qū)別的。不帶符號(hào)數(shù)：則機(jī)器字長(zhǎng)的所有位都參與表示數(shù)值。帶符號(hào)數(shù)：機(jī)器字長(zhǎng)的最高位做符號(hào)位，其余位表示數(shù)值。對(duì)一個(gè)8位的數(shù)據(jù),當(dāng)它為不帶符號(hào)數(shù)時(shí),表示的范圍為0～255,當(dāng)它為帶符號(hào)數(shù)時(shí),表示的范圍為-128～+127(負(fù)數(shù)用補(bǔ)碼表示)。

3．定點(diǎn)數(shù)與浮點(diǎn)數(shù)表示在計(jì)算機(jī)中，對(duì)小數(shù)點(diǎn)的處理有兩種，分別稱為定點(diǎn)數(shù)和浮點(diǎn)數(shù)：（1）定點(diǎn)數(shù)定點(diǎn)數(shù)是指小數(shù)點(diǎn)位置固定不變。常用的定點(diǎn)數(shù)有下列兩種：1）小數(shù)點(diǎn)固定在符號(hào)位之后１．１０１０１１１；機(jī)器中所有數(shù)均為小數(shù)。2）小數(shù)點(diǎn)固定在最低位之后１１０１０ｌｌｌ．；機(jī)器中所有數(shù)均為整數(shù)。（2）浮點(diǎn)數(shù)的表示Ｎ=±Ｓ×２±J

Ｓ：二進(jìn)制小數(shù)，稱尾數(shù)（尾符包括在內(nèi)）

J：數(shù)的階碼，二進(jìn)制整數(shù)表示（階符包括在內(nèi)）２：階碼的底?？梢钥闯?，尾數(shù)位數(shù)（有效數(shù)字位）的多少表示數(shù)的精度，位數(shù)越多，精度越高。階碼位數(shù)表示機(jī)器能表示的數(shù)的范圍，位數(shù)越多，范圍越大，例如３位數(shù)的范圍為２-7～２+7，４位數(shù)的階碼范圍則為２-15～２+15（不包含階符值）。(-1101.0100)2=-0.1