《单片机应用技术》第1章.ppt

《《单片机应用技术》第1章.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《《单片机应用技术》第1章.ppt（56页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、第1章 基础知识 教学目的 v了解单片机的分类和发展历史。了解单片机的分类和发展历史。v了解单片机的特点及应用。了解单片机的特点及应用。v掌握计算机中常用的数制和码制。掌握计算机中常用的数制和码制。v掌握微型计算机的基本结构与基本原理。掌握微型计算机的基本结构与基本原理。学习重点和难点 v不同数制之间的转换和有符号数的加减法运算。不同数制之间的转换和有符号数的加减法运算。v微型计算机执行程序的过程。微型计算机执行程序的过程。第1章 基础知识 v1.1 嵌入式系统与单片机 v1.2 单片机的应用 v1.3 计算机运算基础 v1.4 微型计算机的结构与原理v本章小结 v习题 1.1 嵌入式系统与单

2、片机 v1.1.1 嵌入式系统的概念 v1.1.2 单片机技术的发展 v1.1.3 单片机的特点、分类及发展趋势 1.1 嵌入式系统与单片机 计算机发展简介v第一台电子计算机于第一台电子计算机于1946年年问世问世。v计计算算机机的的发发展展日日新新月月异异，至至今今已已经经历历了了由由电电子子管管计计算算机机、晶晶体体管管计计算算机机、集集成成电电路路计计算算机机到到大大规规模模集集成成电电路路计计算算机机四四代代。v单单片片机机的的出出现现是是计计算算机机技技术术发发展展史史上上的的一一个个重重要要里里程程碑碑，它它使使计计算算机机从从海海量量数数值值计计算算进进入入到到智智能能化化控控制

3、制领领域域。计计算算机机技技术术逐逐步步发发展展形形成成通通用用计计算算机机系系统统和和嵌嵌入入式式计计算算机机系系统统两两大大分支。分支。1.1.1 嵌入式系统的概念 基本概念v嵌嵌入入式式计计算算机机系系统统是是面面对对测测控控对对象象，嵌嵌入入到到应应用用系系统统中中的的计计算机系统的统称，简称嵌入式系统算机系统的统称，简称嵌入式系统(Embedded System)。v通通用用计计算算机机系系统统主主要要满满足足海海量量、高高速速数数值值处处理理，兼兼顾顾控控制制功功能能；嵌嵌入入式式计计算算机机系系统统主主要要满满足足测测控控对对象象的的控控制制功功能能，兼兼顾顾数值处理。数值处理。

4、嵌入式计算机系统与通用计算机系统的主要区别 v嵌嵌入入式式系系统统最最显显著著的的特特点点是是面面对对工工控控领领域域的的测测控控对对象象。控控制制对对象象对对嵌嵌入入式式计计算算机机系系统统采采集集、处处理理、控控制制的的速速度度要要求求是是有限有限的，而对的，而对控制方式控制方式与与控制能力控制能力的要求是的要求是无限无限的。的。v为为了了实实现现海海量量高高速速数数值值计计算算，通通用用计计算算机机系系统统对对计计算算机机运运行行速速度度的的要要求求是是无无限限的的，而而对对计计算算机机的的控控制制功功能能的的要要求求是是有限有限的。的。v在在数数字字信信号号处处理理(DSP)领领域域的

5、的嵌嵌入入式式系系统统也也要要求求高高速速处处理理能能力力，在在多多媒媒体体技技术术的的外外设设管管理理领领域域的的通通用用计计算算机机系系统统也也要要求良好的求良好的控制能力控制能力，但两者存在，但两者存在本质本质的差别。的差别。嵌入式系统的分类 v工业控制计算机。工业控制计算机。v通用通用CPU模块。模块。v嵌入式微处理器嵌入式微处理器(Embedded Processor)。v嵌入式微控制器嵌入式微控制器(Embedded Microcontrollers)。嵌嵌入入式式微微控控制制器器是是嵌嵌入入式式系系统统概概念念广广泛泛使使用用后后，给给传传统统单单片片机定位的称呼。机定位的称呼。

6、单单片片机机是是经经典典的的嵌嵌入入式式系系统统，它它具具有有唯唯一一的的专专门门为为嵌嵌入入式式应应用设计的体系结构与指令系统用设计的体系结构与指令系统。国国内内外外公公认认的的标标准准体体系系结结构构是是Intel的的MCS-51系系列列，其其中中8051已已被被许许多多厂厂家家作作为为基基核核，发发展展了了许许多多兼兼容容系系列列，所所有有这些系列都统称为这些系列都统称为80C51系列系列。1.1.2 单片机技术的发展 v第第一一阶阶段段(19741976)(19741976)初初始始阶阶段段。以以4 4位位单单片片机机为为主主，功功能能比比较较简简单单。如如19741974年年美美国国

7、FairchildFairchild公公司司生生产产的的第第一一台台单单片片机机F8F8，采采用用双双片片形形式，功能简单。式，功能简单。v第第二二阶阶段段(19761978)(19761978)探探索索阶阶段段。单单芯芯片片形形式式，低低档档8 8位位单单片片机机。如如19761976年年美美国国IntelIntel公公司司生生产产的的MCS-48MCS-48系系列列单单片片机机，这这是是第第一一台台完完全全的的8 8位位单单片片机机。MCS-48MCS-48的的推推出出是是在在工工控控领领域域的的探探索索，此此后后，各各种种8 8位位单单片片机机纷纷应运而生。纷纷应运而生。v第第三三阶阶段

8、段(19781982)(19781982)完完善善阶阶段段。提提高高电电路路的的集集成成度度，增增加加8 8位位单单片片机机的的功功能能。如如IntelIntel公公司司在在MCS-48MCS-48基基础础上上推推出出了了完完善善的的高高档档8 8位位单单片片机机系列系列MCS-51MCS-51。v第第四四阶阶段段(19821990)(19821990)巩巩固固和和发发展展阶阶段段。巩巩固固发发展展8 8位位单单片片机机、推推出出1616位位单单片片机机、向向微微控控制制器器发发展展，强强化化了了智智能能控控制制器器的的特特征征。如如将将ADCADC、DACDAC、PWMPWM、WDTWDT、

9、DMADMA集成到单片机集成到单片机 。v第第五五阶阶段段(1990(1990至至今今)全全面面发发展展阶阶段段。适适合合不不同同领领域域要要求求的的单单片片机机，如如各各种种高高速速、大大存存储储容容量量、强强运运算算能能力力的的8 8 位位/16/16位位/3232位位通通用用型型单单片片机机，还有用于单一领域的廉价的还有用于单一领域的廉价的专用型专用型单片机。单片机。1.1.3 单片机的特点、分类及发展趋势 单片机的主要特点 v集成度高集成度高 v控制功能强控制功能强 v可靠性高可靠性高 v低功耗、低电压低功耗、低电压 v外部总线丰富外部总线丰富 v功能扩展性强功能扩展性强 v体积小、成

10、本低体积小、成本低 v性价比高性价比高 单片机的分类 v按单片机数据处理按单片机数据处理位数位数来划分来划分 4位单片机位单片机 8位单片机位单片机 16位单片机位单片机 32位单片机位单片机 v按单片机按单片机适用范围适用范围来划分来划分 通用型单片机通用型单片机 专用型单片机专用型单片机 v按单片机按单片机并行总线并行总线来划分来划分 总线型单片机（如总线型单片机（如AT89C51）非总线型单片机（如非总线型单片机（如AT89C2051）单片机的发展趋势vCMOSCMOS化化单片机将具有更低的单片机将具有更低的功耗功耗、更低的、更低的电压电压。v高高性性能能化化精精简简指指令令集集(RIS

11、CRISC)结结构构和和流流水水线线技技术术将将得得到广泛应用到广泛应用 。v高可靠性高可靠性提高单片机的抗电磁干扰能力提高单片机的抗电磁干扰能力 。v大容量化大容量化扩大片内存储器容量。扩大片内存储器容量。v多多功功能能化化把把众众多多的的各各种种外外围围功功能能器器件件集集成成在在片片内内，如模如模/数转换器、数数转换器、数/模转换器、液晶显示驱动器模转换器、液晶显示驱动器 等。等。v串串行行扩扩展展技技术术 SPISPI、I I2 2C C、MicrowireMicrowire、1-Wire1-Wire等等串串行行总总线线的的引引入入，可可以以使使单单片片机机的的引引脚脚设设计计得得更更

12、少少，单单片片机系统结构更加简化。机系统结构更加简化。1.2 单片机的应用 v1.2.1 智能仪器的应用 v1.2.2 通信设备的应用 v1.2.3 家用电器的应用 v1.2.4 工业控制的应用 1.2.1 智能仪器的应用 v单片机用于各种仪器仪表，使仪器仪表智能化，可以提高单片机用于各种仪器仪表，使仪器仪表智能化，可以提高测量的自动化程度和精度；简化仪器仪表的硬件结构，减测量的自动化程度和精度；简化仪器仪表的硬件结构，减小体积，提高其性价比。例如：小体积，提高其性价比。例如：温度智能控制仪表温度智能控制仪表、医用医用仪表仪表、汽车电子设备汽车电子设备、数字示波器数字示波器等。等。v例如，在普

13、通模拟示波器的基础上用单片机进行改造而成例如，在普通模拟示波器的基础上用单片机进行改造而成的数字存储示波器，克服了普通模拟示波器的缺点，并增的数字存储示波器，克服了普通模拟示波器的缺点，并增加了许多功能，如可以显示大量的预触发信息，可以长期加了许多功能，如可以显示大量的预触发信息，可以长期贮存波形，可以在打印机或绘图仪上制作硬拷贝以供编制贮存波形，可以在打印机或绘图仪上制作硬拷贝以供编制文件使用，可以将采集的波形和操作人员手工或示波器全文件使用，可以将采集的波形和操作人员手工或示波器全自动采集的参考波形进行比较，波形信息可用数学方法进自动采集的参考波形进行比较，波形信息可用数学方法进行处理。行

14、处理。1.2.2 通信设备的应用 v单片机与通信技术相结合促使通信设备的智能控制水平大单片机与通信技术相结合促使通信设备的智能控制水平大大提高，广泛应用于通信的各个领域。例如：大提高，广泛应用于通信的各个领域。例如：调制解调器调制解调器、传真机传真机、复印机复印机、打印机打印机、移动电话机移动电话机、固定电话机固定电话机等。等。v例如，传统的电话机只能实现简单的拨号、响铃、通话等例如，传统的电话机只能实现简单的拨号、响铃、通话等功能，使用单片机后，可以开发出来电显示、存储电话号功能，使用单片机后，可以开发出来电显示、存储电话号码、时钟显示、免提、重拨、声控等功能。功能更多的无码、时钟显示、免提

15、、重拨、声控等功能。功能更多的无绳电话机、录音电话机、可视电话机等多功能电话机也已绳电话机、录音电话机、可视电话机等多功能电话机也已走进人们的生活。走进人们的生活。1.2.3 家用电器的应用 v传统的家电配上单片机以后，提高了智能化程度，增加了功能，倍受传统的家电配上单片机以后，提高了智能化程度，增加了功能，倍受人们喜爱；单片机使人类生活更加方便、舒适、丰富多彩。例如：人们喜爱；单片机使人类生活更加方便、舒适、丰富多彩。例如：洗洗衣机衣机、电冰箱电冰箱、电子玩具电子玩具、收录机收录机、微波炉微波炉、电视机电视机、录像机录像机、音响音响设备设备、程控玩具程控玩具、游戏机游戏机等。等。v例如，单片

16、机控制的全自动洗衣机集洗涤、脱水于一体，能自动完成例如，单片机控制的全自动洗衣机集洗涤、脱水于一体，能自动完成洗衣全过程，并有多种洗涤程序供用户自由选择，能任意调节工作时洗衣全过程，并有多种洗涤程序供用户自由选择，能任意调节工作时间，显示工作状态、洗涤时间和脱水时间，能自动处理脱水不平衡，间，显示工作状态、洗涤时间和脱水时间，能自动处理脱水不平衡，具有各种故障和高低电压自动保护功能，工作结束或电源故障会自动具有各种故障和高低电压自动保护功能，工作结束或电源故障会自动断电以确保安全。目前，有的全自动洗衣机还采用了模糊技术，即洗断电以确保安全。目前，有的全自动洗衣机还采用了模糊技术，即洗衣机能对传

17、感器提供的信息进行逻辑推理，自动判断衣服质地、重量、衣机能对传感器提供的信息进行逻辑推理，自动判断衣服质地、重量、脏污程度，从而自动选择最佳的洗涤时间、进水量、漂洗次数、脱水脏污程度，从而自动选择最佳的洗涤时间、进水量、漂洗次数、脱水时间，并显示洗涤剂的用量，达到整个洗涤过程自动化，使用方便，时间，并显示洗涤剂的用量，达到整个洗涤过程自动化，使用方便，节能节水。节能节水。1.2.4 工业控制的应用 v机电一体化是机械工业发展的方向。机电一体化产品是指集机械技术、机电一体化是机械工业发展的方向。机电一体化产品是指集机械技术、微电子技术、计算机技术于一体，具有智能化特征的机电产品，例如微微电子技术

18、、计算机技术于一体，具有智能化特征的机电产品，例如微机控制的机控制的车床车床、钻床钻床等。单片机作为产品中的控制器，能充分发挥它体等。单片机作为产品中的控制器，能充分发挥它体积小、可靠性高、功能强等优点，可大大积小、可靠性高、功能强等优点，可大大提高机器的自动化、智能化程提高机器的自动化、智能化程度度。v单片机广泛用于导弹的导航装置、飞机上各种仪表的控制、计算机的网单片机广泛用于导弹的导航装置、飞机上各种仪表的控制、计算机的网络通信与数据传输、机器人、工业自动化过程的实时控制和数据处理。络通信与数据传输、机器人、工业自动化过程的实时控制和数据处理。例如，在这些例如，在这些实时控制系统实时控制系

19、统中，都可以用单片机作为控制器，单片机的中，都可以用单片机作为控制器，单片机的实时数据处理能力和控制功能，可实时数据处理能力和控制功能，可使系统保持在最佳工作状态使系统保持在最佳工作状态，提高系提高系统的工作效率和产品质量统的工作效率和产品质量。v在比较复杂的系统中，常采用分布式多机系统。多机系统一般由若干台在比较复杂的系统中，常采用分布式多机系统。多机系统一般由若干台功能各异的单片机组成，各自完成特定的任务，它们通过串行通信相互功能各异的单片机组成，各自完成特定的任务，它们通过串行通信相互联系、协调工作。单片机在这种系统中往往作为一个终端机，安装在系联系、协调工作。单片机在这种系统中往往作为

20、一个终端机，安装在系统的某些节点上，统的某些节点上，对现场信息进行实时测量和控制对现场信息进行实时测量和控制。单片机的高可靠性。单片机的高可靠性和强抗干扰能力，使它可以置于恶劣环境的前端工作。和强抗干扰能力，使它可以置于恶劣环境的前端工作。1.2.4 工业控制的应用 v在教育部倡导的在教育部倡导的全国大学生电子设计大赛全国大学生电子设计大赛中，有一道设计简易智能电动中，有一道设计简易智能电动车的题目，参赛者用车的题目，参赛者用5151系列单片机完成了设计任务并取得了较好的成绩。系列单片机完成了设计任务并取得了较好的成绩。该设计采用单片机该设计采用单片机AT89C51AT89C51和和AT89C

21、2051AT89C2051芯片为核心部件，利用光电检测芯片为核心部件，利用光电检测技术、超声波测距、电涡流检测技术并配合一套独特的软件实现了电动技术、超声波测距、电涡流检测技术并配合一套独特的软件实现了电动车识别并选择正确的车识别并选择正确的行进路线行进路线、电机的、电机的方向方向和和速度速度控制、控制、自动寻找光源自动寻找光源、判断并自动躲避障碍物判断并自动躲避障碍物、时间显示时间显示、蜂鸣器报警蜂鸣器报警等功能。等功能。电动车控制方案如下图所示。电动车控制方案如下图所示。智能电动车控制方案智能电动车控制方案 1.3 计算机运算基础 v1.3.1 数制 v1.3.2 有符号二进制数的编码 v

22、1.3.3 二进制编码 1.3.1 数制 v数数制制是是指指数数的的制制式式，是是人人们们利利用用符符号号进进行行计计数数的的科科学方法。学方法。v数数制制有有很很多多种种，在在计计算算机机中中常常用用的的数数制制有有十十进进制制、二进制二进制和和十六进制十六进制。1.十进制 v十十进进制制中中共共使使用用0 09 9十十个个数数字字符符号号(称称为为数数码码)，数数码码的的个个数数称称为为基基数数。十十进进制制的的基基数数为为1010，任任何何一一个个十十进进制制数数都都可可用这十个数码的组合来表示。用这十个数码的组合来表示。v十进制数一般有以下特点：十进制数一般有以下特点：l有有0 09

23、9十个数字符号，基数为十个数字符号，基数为1010，各位的权为，各位的权为1010n n(n n为整为整数数)。l运算规则是加法运算规则是加法逢十进一逢十进一、减法、减法借一为十借一为十。l用后缀用后缀D D(Decimal)(Decimal)表示十进制数，通常对十进制数可不加表示十进制数，通常对十进制数可不加后缀。后缀。1.十进制 v任一个数中每一位的值可用该位的数字乘以基数的幂次来任一个数中每一位的值可用该位的数字乘以基数的幂次来表示，基数的幂次称为表示，基数的幂次称为权权。v十进制数各位的权是以十进制数各位的权是以1010为底的幂，任何一个十进制数都为底的幂，任何一个十进制数都可用权展开

24、式来表示。可用权展开式来表示。例如：例如：十进制数十进制数1986.1291986.129可如下式展开：可如下式展开：1986.129=110 1986.129=1103 3+910+9102 2+810+8101 1+610+6100 0+110+110-1-1 +210+210-2-2+910+910-3-3 上式中上式中10100 0、10101 1、10102 2、10103 3分别称为分别称为0 0权位权位、1 1权位权位、2 2权位权位、3 3权位权位。2.二进制 v二进制中共使用二进制中共使用0 0、1 1两个数字符号。两个数字符号。v二进制数一般有以下特点：二进制数一般有以下特

25、点：l有有0 0、1 1两个数字符号，基数为两个数字符号，基数为2 2，各位的权为，各位的权为2 2n n(n n为整数为整数)。l运算规则是加法运算规则是加法逢二进一逢二进一、减法、减法借一为二借一为二。l用后缀用后缀B B(Binary)(Binary)表示二进制数。表示二进制数。2.二进制 v二进制数各位的权是以二进制数各位的权是以2 2为底的幂，任何一个二进制数都可为底的幂，任何一个二进制数都可用权展开式来表示。用权展开式来表示。例如：例如：二进制数二进制数1011.111011.11可如下式展开：可如下式展开：1011.11B=12 1011.11B=123 3+02+022 2+1

26、2+121 1+12+120 0+12+12-1-1+12+12-2-2 =11.75=11.75 由上式可知，二进制数由上式可知，二进制数1011.11B1011.11B相当于十进制数相当于十进制数11.7511.75。3.十六进制 v十十六六进进制制中中共共使使用用0 09 9及及A AF F十十六六个个数数字字符符号号，其其中中A AF F相相当于十进制数的当于十进制数的10101515。v十六进制数一般有以下特点：十六进制数一般有以下特点：l有有0 09 9及及A AF F十六个数字符号，基数为十六个数字符号，基数为1616，各位的权为，各位的权为1616n n(n n为整数为整数)。

27、l运算规则是加法运算规则是加法逢十六进一逢十六进一、减法、减法借一为十六借一为十六。l用后缀用后缀H H(Hexadecimal)(Hexadecimal)表示十六进制数。表示十六进制数。3.十六进制 v十六进制数各位的权是以十六进制数各位的权是以1616为底的幂，任何一个十六进制为底的幂，任何一个十六进制数都可用权展开式来表示。数都可用权展开式来表示。例如：例如：十六进制数十六进制数5D6E.45D6E.4可如下式展开：可如下式展开：5D6E.4H=5165D6E.4H=5163 3+1316+13162 2+616+6161 1+1416+14160 0+416+416-1-1 =2391

28、8.25=23918.25 由上式可知，十六进制数由上式可知，十六进制数5D6E.45D6E.4相当于十进制数相当于十进制数23918.2523918.25。十进制数、二进制数和十六进制数对照表十进制数、二进制数和十六进制数对照表十十进进制数制数二二进进制数制数十六十六进进制数制数十十进进制数制数二二进进制数制数十六十六进进制数制数0 0000000000 08 8100010008 81 1000100011 19 9100110019 92 2001000102 2101010101010A A3 3001100113 3111110111011B B4 4010001004 412121

29、1001100C C5 5010101015 5131311011101D D6 6011001106 6141411101110E E7 7011101117 7151511111111F F4.不同数制之间的转换 v二进制数转换成十六进制数二进制数转换成十六进制数采用采用“四位合一位四位合一位”法法 v十六进制数转换成二进制数十六进制数转换成二进制数采用采用“一位分四位一位分四位”法法 v二进制数转换成十进制数二进制数转换成十进制数按按权展开后相加权展开后相加 v十六进制数转换成十进制数十六进制数转换成十进制数按按权展开后相加权展开后相加 v十进制整数转换成二进制整数十进制整数转换成二进制

30、整数采用采用“除以除以2 2取余取余”法法v十进制整数转换成十六进制整数十进制整数转换成十六进制整数采用采用“除以除以1616取余取余”法法v十进制小数转换成二进制小数十进制小数转换成二进制小数采用采用“乘乘2 2取整取整”法法 v十进制小数转换成十六进制小数十进制小数转换成十六进制小数采用采用“乘乘1616取整取整”法法 4.不同数制之间的转换 【例【例1 1】将十进制整数将十进制整数100100转换成二进制整数。转换成二进制整数。解：用解：用2 2连续除连续除100100，直至商小于，直至商小于2 2，算式如下：，算式如下：运算结果：运算结果：100=1100100B100=1100100

31、B。4.不同数制之间的转换 【例【例2 2】将十进制小数将十进制小数0.6180.618转换成二进制小数。转换成二进制小数。解：用解：用2 2连续乘以连续乘以0.6180.618，小数部分为，小数部分为0 0或保留或保留4 4位小数，算式如位小数，算式如下：下：运算结果：运算结果：0.6180.1001B0.6180.1001B。1.3.2 有符号二进制数的编码 基本概念v在在计计算算机机中中把把有有符符号号数数、字字母母、数数字字和和字字符符用用二二进进制制代代码码按按一一定定规规律律编编排排，使使每每组组代代码码具具有有特特定定的的含含义义，称称为为计计算算机编码机编码。v有符号二进制数的

32、正负号分别用“+”和“-”来表示。一般规定最高位为符号位，最高位为“0”表示正数，为“1”表示负数，这种把符号数值化的数称为机器数，而原来的数值称为机器数的真值。v有符号二进制数有三种表示法，即原码、反码和补码。1.原码 v原码的表示方法：原码的表示方法：正数的符号位用正数的符号位用“0”“0”表示。表示。负数的符号位用负数的符号位用“1”“1”表示。表示。v0 0的原码有两种表示形式：的原码有两种表示形式：+0+0原原=00000000 =00000000 -0 -0原原=10000000=10000000v原码的特点：原码的特点：原码表示简单直观，但原码表示简单直观，但0 0的表示不唯一，

33、加减运算复杂。的表示不唯一，加减运算复杂。v8 8位二进制数的原码能表示的范围为位二进制数的原码能表示的范围为 11111111B11111111B01111111B01111111B (-127 (-127+127)+127)2.反码 v反码的表示方法：反码的表示方法：正数的反码与原码表示形式相同。正数的反码与原码表示形式相同。负数的反码的符号位为负数的反码的符号位为1 1，数值位按位取反。，数值位按位取反。v0 0的反码有两种表示形式。的反码有两种表示形式。+0+0反反=00000000=00000000 -0 -0反反=11111111=11111111v8 8位二进制数的反码能表示的范

34、围为位二进制数的反码能表示的范围为 10000000B10000000B01111111B01111111B (-127 (-127+127)+127)3.补码 v补码的表示方法：补码的表示方法：正数的补码表示与原码表示形式相同。正数的补码表示与原码表示形式相同。负数的补码的符号位为负数的补码的符号位为1 1，数值位按位求反加，数值位按位求反加1 1。v0 0的补码只有一种表示形式：的补码只有一种表示形式：+0+0补补=-0=-0补补=00000000=00000000v补码的特点：补码的特点：0 0的表示唯一，加减运算方便。的表示唯一，加减运算方便。v8 8位二进制数的补码能表示的范围为位二

35、进制数的补码能表示的范围为 10000000B10000000B01111111B01111111B (-128 (-128+127)+127)4.有符号数的运算 v补码的加法运算规则：补码的加法运算规则：X+YX+Y补补=X=X补补+Y+Y补补v补码的减法运算规则：补码的减法运算规则：X-YX-Y补补=X=X补补-Y-Y补补=X=X补补+-Y+-Y补补v在计算机中有符号数一般用补码表示，无论是加法还在计算机中有符号数一般用补码表示，无论是加法还是减法都可采用加法运算，而且是连同符号位一起进是减法都可采用加法运算，而且是连同符号位一起进行运算的，运算的结果仍为补码。行运算的，运算的结果仍为补码

36、。4.有符号数的运算【例【例8 8】真值真值X1=+17X1=+17，X2=+25X2=+25，求，求X1-X2X1-X2的值。的值。解：解：X1X1补补=00010001 -X2=00010001 -X2补补=11100111=11100111 X1-X2 X1-X2补补=X1=X1补补+-X2+-X2补补=11111000=11111000 用二进制加法运算如下：用二进制加法运算如下：X1-X2=X1-X2X1-X2=X1-X2补补 补补=-8D=-8D 1.3.3 二进制编码 v在在计计算算机机中中对对数数字字、字字母母和和字字符符用用二二进进制制代代码码进进行行编编码码的的方方法法很很

37、多多，二二进进制制数数的的位位数数越越长长，所所能能编编码码的的数数字字、字字母母和字符就越多。和字符就越多。v常用的二进制编码有常用的二进制编码有BCDBCD码码、ASCIIASCII码码等。等。1.BCD码v用用二二进进制制编编码码表表示示的的十十进进制制数数称称为为二二-十十进进制制数数，简简称称BCD(Binary Coded Decimal)BCD(Binary Coded Decimal)码。码。vBCDBCD码码保保留留了了十十进进制制的的权权，用用四四位位二二进进制制数数给给0 09 9这这1010个个数数字编码。字编码。vBCDBCD码种类较多，如有码种类较多，如有84218

38、421码码、24212421码码和和余余3 3码码等。等。v最最常常用用的的是是 8421BCD8421BCD码码(简简称称BCDBCD码码)，组组成成它它的的4 4位位二二进进制制数码的权分别是数码的权分别是8 8、4 4、2 2、1 1。8421BCD8421BCD码与十进制数的对应关系表码与十进制数的对应关系表 十十进进制数制数84218421码码十十进进制数制数84218421码码十十进进制数制数84218421码码0 000000000 6 601100110 12 1200010010000100101 100010001 7 701110111 13 13000100110001

39、00112 200100010 8 810001000 14 1400010100000101003 300110011 9 910011001 15 1500010101000101014 401000100 10 100001000000010000 16 1600010110000101105 501010101 11 110001000100010001 17 1700010111000101111.BCD码vBCDBCD码码的的加加减减法法运运算算与与十十进进制制运运算算规规则则相相同同，加加法法为为逢逢十十进进一一、减法为、减法为借一为十借一为十。vBCDBCD码加法运算的修正原则

40、：码加法运算的修正原则：若和的低若和的低4 4位大于位大于9 9或低或低4 4位向高位向高4 4位有进位，则低位有进位，则低4 4位加位加6 6；若高若高4 4位大于位大于9 9或高或高4 4位向最高位有进位，则高位向最高位有进位，则高4 4位加位加6 6。vBCDBCD码减法运算的修正原则：码减法运算的修正原则：若差的低若差的低4 4位大于位大于9 9或低或低4 4位向高位向高4 4位有借位，则低位有借位，则低4 4位减位减6 6；若高若高4 4位大于位大于9 9或高或高4 4位向最高位有借位，则高位向最高位有借位，则高4 4位减位减6 6。2.ASCII码 vASCIIASCII码码(Am

41、eriacan(Ameriacan Standard Standard Coded Coded for for Information Information Interchange)Interchange)是是“美美国国信信息息交交换换标标准准代代码码”的的简简称称，已已成成为国际通用的标准编码。为国际通用的标准编码。vASCIIASCII码采用码采用7 7位二进制编码，可为位二进制编码，可为128128个字符编码，这个字符编码，这128128个字符分为两类。个字符分为两类。l图形字符图形字符包括包括1010个十进制数符、个十进制数符、5252个大小写英文字母个大小写英文字母和和3434个其

42、它字符，共计个其它字符，共计9696个。图形字符具有特定的形状，个。图形字符具有特定的形状，可以在显示器上显示。可以在显示器上显示。l控制字符控制字符包括回车、换行、退格等，共包括回车、换行、退格等，共3232个。控制字个。控制字符没有特定的形状但有一定的控制作用，不能在显示器上符没有特定的形状但有一定的控制作用，不能在显示器上显示。显示。ASCII码字符表 字 高低 符 位 位0123456700000101001110010111011100000NULDLESP0P、p10001SOHDC1!1AQaq20010STXDC2“2BRbr30011ETXDC3#3CScs40100EOTD

43、C44DTdt50101ENQNAK%5EUeu60110ACKSYN&6FVfv70111BELETB7GWgw81000BSCAN(8HXhx91001HTEM)9IYjyA1010LFSUB*：JZjzB1011VTESC+；KkC1100FFFS，Ll|D1101CRGS-=MmE1110SORS.NnF1111SIUS/?OoDEL1.4 微型计算机的结构与原理v1.4.1 微型计算机的基本结构 v1.4.2 微型计算机的工作原理 1.4.1 微型计算机的基本结构 v微微型型计计算算机机由由硬硬件件系系统统和和软软件件系系统统两两大大部部分分组组成成，一一般般把把二者构成的系统称为微

44、型计算机系统。二者构成的系统称为微型计算机系统。v微型计算机的硬件主要是由微型计算机的硬件主要是由CPUCPU(运算器和控制器运算器和控制器)、存储器存储器、I/OI/O接口接口和和I/OI/O设备设备组成，各组成部分之间通过地址总线组成，各组成部分之间通过地址总线ABAB (Address Bus)(Address Bus)、数据总线、数据总线DBDB(Data Bus)(Data Bus)、控制总线、控制总线CBCB (Control Bus)(Control Bus)联系在一起。联系在一起。v微型计算机的软件包括微型计算机的软件包括系统软件系统软件和和应用软件应用软件两大类。软件两大类。

45、软件与硬件相辅相成，共同构成微型计算机系统，缺一不可。与硬件相辅相成，共同构成微型计算机系统，缺一不可。微型计算机的系统结构框图 微型计算机系统采用总线结构形式。总线结构的主要优点：设计简单、灵活性好、易于扩展、便于故障检测和维修。AB1.4.2 微型计算机的工作原理 v指指令令是是对对计计算算机机发发出出的的一一条条条条工工作作命命令令，命命令令它它执执行行规规定定的操作，的操作，程序程序是实现既定任务的指令序列。是实现既定任务的指令序列。v把把程序程序和和数据数据送到具有记忆功能的送到具有记忆功能的存储器存储器中保存起来，计中保存起来，计算机工作时只要给出程序中第一条指令的地址，算机工作时

46、只要给出程序中第一条指令的地址，控制器控制器就就可依据存储程序中的指令顺序周而复始地取出指令、分析可依据存储程序中的指令顺序周而复始地取出指令、分析指令、执行指令，直到执行完全部指令为止。指令、执行指令，直到执行完全部指令为止。微型计算机执行程序的过程 v微微型型计计算算机机执执行行程程序序的的过过程程就就是是逐逐条条执执行行指指令令的的过过程程。由由于于执执行行每每一一条条指指令令，都都包包括括取取指指令令与与执执行行指指令令两两个个基基本本阶阶段段，所所以以，微微机机的的工工作作过过程程，也也就就是是不不断断地地取取指指令令和和执执行行指指令令的的过程。过程。v17+15的加法运算程序如下

47、：的加法运算程序如下：存储地址存储地址 机器语言程序机器语言程序 汇编语言程序汇编语言程序 注释注释 0000H 74 11 MOV A,#11H;数数11H送入累加送入累加 器器A 0002H 24 0F ADD A,#0FH;数数0FH与累加器与累加器A中的中的11H 相加相加,和送入累加器和送入累加器A 0004H 80 FE SJMP ;暂停暂停执行程序的过程示意图 执行第一条指令的过程（一）v开始执行程序时，必须先给程序计数器开始执行程序时，必须先给程序计数器PCPC赋以第赋以第1 1条指令的首地址条指令的首地址0000H0000H，然后就进入第一条指令的，然后就进入第一条指令的取指

48、令阶段取指令阶段。v取第一条指令的步骤取第一条指令的步骤如下：如下：把程序计数器把程序计数器PCPC的内容的内容0000H0000H送到地址寄存器送到地址寄存器ARAR。程序计数器程序计数器PCPC的内容送入的内容送入ARAR后，后，PCPC自动加自动加1 1，即由，即由0000H0000H变为变为0001H0001H。此。此时时ARAR的内容并没有变化。的内容并没有变化。把地址寄存器把地址寄存器ARAR的内容的内容0000H0000H通过地址总线通过地址总线ABAB送至存储器，经地址译码送至存储器，经地址译码器译码，选中存储器相应的器译码，选中存储器相应的0000H0000H单元。单元。CP

49、U CPU控制器发出读命令。控制器发出读命令。在读命令控制下，把所选中的在读命令控制下，把所选中的0000H0000H单元中的内容即第单元中的内容即第1 1条指令的操作条指令的操作码码74H74H读到数据总线读到数据总线DBDB上。上。把读出的内容把读出的内容74H74H经数据总线经数据总线DBDB送到数据寄存器送到数据寄存器DRDR。因取出的是指令的操作码，故把数据寄存器因取出的是指令的操作码，故把数据寄存器DRDR的内容的内容74H74H送到指令寄存送到指令寄存器器IRIR，然后再送到指令译码器，然后再送到指令译码器IDID。这就完成了第一条指令的取指令阶。这就完成了第一条指令的取指令阶段

50、，然后转入第一条指令的段，然后转入第一条指令的执行阶段执行阶段。执行第一条指令的过程（二）v经过对操作码经过对操作码74H74H译码后，译码后，CPUCPU识别出这个操作码是把下一个存储单元识别出这个操作码是把下一个存储单元中的操作数送入累加器中的操作数送入累加器A A的双字节指令，所以，执行第一条指令就必须的双字节指令，所以，执行第一条指令就必须把指令第把指令第2 2字节中的操作数取出来。字节中的操作数取出来。v取第一条指令操作数的步骤取第一条指令操作数的步骤如下：如下：把程序计数器把程序计数器PCPC的内容的内容0001H0001H送到地址寄存器送到地址寄存器ARAR。程序计数器程序计数器