第一章 微機基礎(chǔ)知識

單片機原理與接口技術(shù)1單片機的功能：1、數(shù)據(jù)采集與處理；2、實時控制。2單片機的特點結(jié)構(gòu)簡單，體積小，性價比高，功能齊全，功耗小，可靠性高，應(yīng)用范圍廣。3

軍事技術(shù)通常在這些電子系統(tǒng)的集中顯示系統(tǒng)、動力監(jiān)測控制系統(tǒng)、自動駕馭系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)以及運行監(jiān)視器（黑匣子）都會用到單片機技術(shù)。單片機應(yīng)用領(lǐng)域4人工智能工業(yè)機器人的控制系統(tǒng)由中央控制器、感覺系統(tǒng)、行走系統(tǒng)、擒拿系統(tǒng)等節(jié)點構(gòu)成的單機或多機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。而其中的每一個小系統(tǒng)（如數(shù)據(jù)采集、遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)）都是由單片機進行控制的。5工業(yè)控制單片機的應(yīng)用為傳統(tǒng)的儀器儀表行業(yè)的產(chǎn)品“更新?lián)Q代”提供了非常理想的條件。目前各種變送器、電器測量儀表普遍采用單片機系統(tǒng)代替原來的測量系統(tǒng)，使測量系統(tǒng)的各種功能如存儲、數(shù)據(jù)處理、查找、判斷、聯(lián)網(wǎng)和語音等功能得以實現(xiàn)6消費類電子產(chǎn)品電訊方面7單片機的應(yīng)用領(lǐng)域智能儀器儀表：如各種智能電氣測量儀表、智能傳感器等，如數(shù)字示波器，數(shù)字萬用表機電一體化：如機器人、數(shù)控機床、自動包裝機、點鈔機、醫(yī)療設(shè)備、打印機、傳真機、復(fù)印機等實時過程控制：如電機轉(zhuǎn)速控制、溫度控制、自動生產(chǎn)線日常生活：如空調(diào)器、電冰箱、洗衣機、電飯煲、高檔洗浴設(shè)備、高檔玩具等其它方面：汽車、火車、飛機、航天器等均有單片機的廣泛應(yīng)用。如汽車自動駕駛系統(tǒng)、航天測控系統(tǒng)、黑匣子等。8目錄第一章微機基礎(chǔ)知識第二章

89C51單片機的結(jié)構(gòu)和原理第三章89C51指令系統(tǒng)第四章匯編語言程序設(shè)計知識第五章中斷系統(tǒng)第六章定時器及應(yīng)用第七章89C51串行口及通信技術(shù)91.1微處理器、微機和單片機的概念包括微處理器(CPU)存儲器接口適配器（輸入輸出接口電路）輸入/輸出（I/O）設(shè)備。1、微處理器(Microprocessor):是小型計算機或微型計算機的控制和處理部分,又稱中央處理單元CPU（CentralProcessingUnit）2、微型計算機（Microcomputer）:是具有完整運算及控制功能的計算機103、單片機（Single-ChipMicrocomputer）:是將微處理器、一定容量RAM和ROM以及I/O口、定時器等電路集成在一塊芯片上，構(gòu)成單片微型計算機。也稱為嵌入式系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)的定義：嵌入到對象體系中的專用計算機系統(tǒng)。單片機把微型計算機的各主要部分集成在一塊芯片上,大大縮短了系統(tǒng)內(nèi)信號傳送距離，從而提高了系統(tǒng)的可靠性及運行速度。11單片機分類：通用型與專用型兩類通用型與專用型是按某一型號單片機適用范圍區(qū)分的。通用型單片機：是一個基本的芯片，內(nèi)部資源豐富，性能全面且通用性強，覆蓋多種需求。例如，MCS51系列是通用型單片機，它并不是為某一種專門用途設(shè)計的單片機；12專用型單片機：針對某一類產(chǎn)品甚至某個產(chǎn)品需要而設(shè)計、生產(chǎn)的單片機。設(shè)計時已經(jīng)使設(shè)備最簡，軟硬件資源利用最優(yōu)，可靠性及經(jīng)濟成本最佳。例如，來電顯示電話中配有液晶驅(qū)動器接口的單片機和全自動洗衣機中的微控制器，都是專用單片機；特別是小家電、玩具領(lǐng)域的單片機，因為小封裝、價格低廉一外圍器件、外設(shè)接口集成度高，多數(shù)為專用單片機。1389C51單片機的外觀DIP雙列直插式DualIn-linePackage

第1腳14PQFP

塑料方塊平面封裝PlasticQuadFlatPackage15PLCC塑封J引線芯片封裝

PlasticLeadedChipCarrier

161.1.1

微處理器(機）的組成（一）、運算器

算術(shù)邏輯單元(簡稱ALU）

運算器累加器

寄存器172、運算器的作用是把傳送到微處理器的數(shù)據(jù)進行運算或邏輯運算。ALU可對兩個操作數(shù)進行加、減、與、或、比較大小等操作，最后將結(jié)果存入累加器。ALU執(zhí)行不同的運算操作是由不同控制線上的信息所確定的。183、ALU的兩個主要的輸入來源輸入來源數(shù)據(jù)寄存器累加器19控制器的組成程序計數(shù)器指令寄存器指令譯碼器時序產(chǎn)生器操作控制器（二）、控制器它是發(fā)布命令的“決策機構(gòu)”，即協(xié)調(diào)和指揮整個計算機系統(tǒng)的操作。20控制器的主要功能：從內(nèi)存中取出一條指令，并指出下一條指令在內(nèi)存中的位置。對指令進行譯碼或測試，并產(chǎn)生相應(yīng)的操作控制信號，以便啟動規(guī)定的動作。指揮并控制CPU、內(nèi)存和輸入/輸出設(shè)備之間數(shù)據(jù)流動的方向。二、控制器21（三）、CPU中的主要寄存器1、累加器（A）2、數(shù)據(jù)寄存器（DR）3、指令寄存器（IR）4、指令譯碼器（ID）6、地址寄存器（AR）5、程序計數(shù)器（PC）221、累加器（A）在算術(shù)和邏輯運算時，它具有雙重功能：運算前，用于保存一個操作數(shù)；運算后，用于保存所得的和、差或邏輯運算結(jié)果。累加器是微處理器中最繁忙的寄存器。232、數(shù)據(jù)寄存器（DR）數(shù)據(jù)（緩沖）寄存器（DR）是通過數(shù)據(jù)總線（DBUS）向存儲器（M）和輸入/輸出設(shè)備I/O送（寫）或?。ㄗx）數(shù)據(jù)的暫存單元。243、指令寄存器（IR）指令寄存器用來保存當(dāng)前正在執(zhí)行的一條指令當(dāng)執(zhí)行一條指令時先把它從內(nèi)存取到數(shù)據(jù)寄存器中，然后再傳送到指令譯碼器中。254、指令譯碼器（ID）指令分為操作碼和地址碼字段，由二進制數(shù)字組成。當(dāng)執(zhí)行任何給定的指令，必須對操作碼進行譯碼，以便確定所要求的操作。指令寄存器中操作碼字段的輸出就是指令譯碼器的輸入。操作碼一經(jīng)譯碼后，即可向控制器發(fā)出具體操作的特定信號。265、程序計數(shù)器（PC）

通常又稱為指令地址計數(shù)器。在程序開始執(zhí)行前，必須將其起始地址，即程序的第一條指令所在的內(nèi)存單元地址送到PC。當(dāng)執(zhí)行指令時，CPU將自動修改PC的內(nèi)容，使之總是保存將要執(zhí)行的下一條指令的地址。由于大多數(shù)指令都是按順序執(zhí)行的，所以修改的過程通常是簡單的加1操作。276、地址寄存器（AR）地址寄存器用來保存當(dāng)前CPU所要訪問的內(nèi)存單元或I/O設(shè)備的地址。因為內(nèi)存（I/O設(shè)備）和CPU之間存在著速度上的差別，所以必須使用地址寄存器來保存地址信息，直到內(nèi)存（I/O設(shè)備）讀/寫操作完成為止。28一、存儲器地址總線、數(shù)據(jù)總線和若干控制線把存儲器和微處理器連接起來。存儲器從CPU接收控制信號，以確定存儲器執(zhí)行讀/寫操作。地址總線將8位地址信息送入地址譯碼器，地址譯碼器的輸出可以確定唯一的存儲單元。數(shù)據(jù)總線用來傳送存儲器到CPU或CPU到存儲器的數(shù)據(jù)信息。1.1.2存儲器和輸入/輸出接口29二、I/O接口及外設(shè)每個外設(shè)與微處理器的連接必須經(jīng)過接口適配器（I/O接口）。每個I/O接口及其對應(yīng)的外設(shè)都有一個固定的地址，在CPU的控制下實現(xiàn)對外設(shè)的輸入（讀）和輸出（寫）操作。30(1)二進制(Binary，用B表示)數(shù)碼：0、1，基數(shù)為2，進位規(guī)則：逢二進一如：1001B=1×23+0×22+0×21+1×20

=9D,式中2n稱為各數(shù)位的權(quán)(2)十進制(Decimal，用D表示)數(shù)碼(數(shù)字符號)：0—9，基數(shù)(數(shù)碼的個數(shù))為10，進位規(guī)則：逢十進一如：1135.5D=1×103+1×102+3×101+5×100+5×10-1,式中10n稱為各數(shù)位的權(quán)

1.2常用數(shù)制和編碼31(3)十六進制(Hexadecimal，用H表示)

數(shù)碼：0—9，A,B,C,D,E,F，基數(shù)為16，進位規(guī)則：逢16進一，如：1C5H=1×162+12×161+5×160=453D,式中16n稱為各數(shù)位的權(quán)

1.2常用數(shù)制和編碼當(dāng)最高位是A~F中的任意一個時，應(yīng)在前面加0，說明是數(shù)字而不是文字，如A7H應(yīng)寫為0A7H32總之，N進制數(shù)，N個數(shù)碼，基為N,逢N進一R進制X=(an-1···a1a0.a-1a-2···a-m)可以按權(quán)展開為十進制數(shù)N

：如：11.01B=1×21+1×20+0×2-1+1×2-2=3.25D如：1F.8H=1×161+15×160+8×16-1=31.5D331)、二進制、十六進制轉(zhuǎn)化成十進制：

將二、十六進制數(shù)按權(quán)展開相加即為相應(yīng)的十進制數(shù)。如：1101B=1×23+1×22+0×21+1×20=13D如：1FH=1×161+15×160=31D2)、十進制數(shù)轉(zhuǎn)換成二、十六進制數(shù)

任意十進制數(shù)N轉(zhuǎn)換成R進制數(shù)，需將整數(shù)部分和小數(shù)部分分開，采用不同方法分別進行轉(zhuǎn)換，然后用小數(shù)點將這兩部分連接起來。二、不同進制之間相互轉(zhuǎn)換342)、十進制數(shù)轉(zhuǎn)換成二、十六進制數(shù)(1)整數(shù)部分：除基取余法

將十進制數(shù)除基取余，商為0止，余數(shù)倒置如168D=10101000B=0A8H035(2)小數(shù)部分：乘基取整法

將十進制數(shù)乘基取整，積為0或滿足精度要求時止，整數(shù)順排。如0.645D=0.10100B=0.A51EBH

所以，168.645D=10101000.10100B=0A8.A51EBH363)、二進制轉(zhuǎn)換成十六進制數(shù)

將二進制數(shù)以小數(shù)點為界四位一分，不足補0，用一位十六進制數(shù)代替四位二進制數(shù)。如：100111100B=0001

0011

1100B=13CH4)、十六進制轉(zhuǎn)換成二進制數(shù)

將十六進制數(shù)以小數(shù)點為界，用四位二進制數(shù)代替一位十六進制數(shù)。如：0D4EH=1101

0100

1110

B371.3數(shù)據(jù)在計算機中的表示

1、機器數(shù)與真值 機器只認(rèn)識二進制數(shù)：0、1。這是因為，電路狀態(tài)常有兩個，如通、斷；高電平、低電平；可用0、1表示。 這種0、1、0、1…1在機器中的表現(xiàn)形式(也即以二進制形式表示的數(shù))稱為機器數(shù)。一般為8位。機器數(shù)代表的數(shù)值稱為真值。

381.3數(shù)據(jù)在計算機中的表示

1、機器數(shù)與真值機器數(shù)無符號數(shù)：00000000B~11111111B即00H~FFH帶符號數(shù)：+1010110B、-1101001——真值

01010110、11101001——機器數(shù)對帶符號數(shù)而言，有原碼、反碼、補碼之分，計算機內(nèi)所有有符號數(shù)都是以補碼的形式存放。391、原碼

一個二進制數(shù)同時包含符號和數(shù)值兩部分。它的最高位為符號位，其余位表示數(shù)值。符號位為0時，表示正數(shù)，為1時，表示負(fù)數(shù)。如：X1=+4D 則：[X1]原

=00000100B如：X2=-4D 則：[X2]原

=10000100B［+0］原＝000…00，［-0］原＝100…00402、反碼a)、正數(shù)：它的反碼與原碼相同。如：X1=+4D 則：[X1]反=[X1]原=00000100Bb)、負(fù)數(shù)：它的反碼為它的原碼除符號位外，其余各位按位取反;也等于2n+X-1如：X2=-4D 則：[X2]原=10000100B，[X2]反=11111011Bc)、零：［+0］反＝000…00，［-0］反＝111…11413、補碼由此可見,在以12為模的系統(tǒng)中,加8和減4的效果是一樣的,即-4=+8（mod12）

以時鐘為例,設(shè)當(dāng)前時鐘指向11點,而準(zhǔn)確時間為7點,調(diào)整時間的方法有兩種,一種是時鐘倒撥4小時,即11-4=7;另一種是時鐘正撥8小時,即11+8=12+7=7。42對于n位計算機來說,數(shù)X的補碼定義為:1D-1D=1D+(-1)D=000000001B-00000001B=00000001B+10000001B=10000010=-2D00000001B-00000001B=00000001B+11111111B=100000000=0D使用補碼可以使符號位直接參與運算，也就可以減法運算化為補碼加法運算43a)、正數(shù)：它的補碼與原碼相同。如：X1=+4D 則：[X1]補=[X1]原=[X1]反

=00000100Bb)、負(fù)數(shù)：它的補碼為它的反碼+1。如：X2=-4D 則：[X2]原=10000100B[X2]反=11111011B[X2]補=11111100BC)、零的補碼為零,［+0］補＝［-0］補＝000…00練習(xí)：有十進制數(shù)：-15D，20D，寫出它們的原碼、反碼、補碼。44三、單片計算機常用編碼1、BCD（Binary-CodedDecimal)碼用二進制對十進制0-9進行編碼——BCD