51单片机原理与应用.ppt

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1、http:/ 1章章 根底知识根底知识 课时：课时：6 6学时学时教学目的教学目的 n了解单片机的分类和开展历史。了解单片机的分类和开展历史。n了解单片机的特点及应用。了解单片机的特点及应用。n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。n掌握微型计算机的根本结构与根本原理。掌握微型计算机的根本结构与根本原理。学习重点和难点学习重点和难点 n不同数制之间的转换和有符号数的加减法运算。n微型计算机执行程序的过程。第第1 1章章 根底知识根底知识 n1.1 1.1 嵌入式系统与单片机嵌入式系统与单片机 n1.2 1.2 单片机的应用单片机的应用 n1.3 1.3 计算机运算根底计算

2、机运算根底 n1.4 1.4 微型计算机的结构与原理微型计算机的结构与原理n本章小结本章小结 n习题习题 1.1 1.1 嵌入式系统与单片机嵌入式系统与单片机 n1.1.1 1.1.1 嵌入式系统的概念嵌入式系统的概念 n1.1.2 1.1.2 单片机技术的开展单片机技术的开展 n1.1.3 1.1.3 单片机的特点、分类及开展趋势单片机的特点、分类及开展趋势 1.1 1.1 嵌入式系统与单片机嵌入式系统与单片机 计算机开展简介计算机开展简介第一台电子计算机于第一台电子计算机于1946年问世年问世。计算机的开展日新月异，至今已经历了由电子管计算计算机的开展日新月异，至今已经历了由电子管计算机、

3、晶体管计算机、集成电路计算机到大规模集成机、晶体管计算机、集成电路计算机到大规模集成电路计算机四代电路计算机四代。单片机的出现是计算机技术开展史上的一个重要里程单片机的出现是计算机技术开展史上的一个重要里程碑，它使计算机从海量数值计算进入到智能化控制碑，它使计算机从海量数值计算进入到智能化控制领域领域。计算机技术逐步开展形成通用计算机系统。计算机技术逐步开展形成通用计算机系统和嵌入式计算机系统两大分支。和嵌入式计算机系统两大分支。1.1.1 1.1.1 嵌入式系统的概念嵌入式系统的概念 根本概念根本概念嵌入式计算机系统是面对测控对象，嵌入到应用系统嵌入式计算机系统是面对测控对象，嵌入到应用系统

4、中的计算机系统的统称，简称嵌入式系统中的计算机系统的统称，简称嵌入式系统(Embedded System)。通用计算机系统主要满足海量、高速数值处理，兼顾通用计算机系统主要满足海量、高速数值处理，兼顾控制功能；嵌入式计算机系统主要满足测控对象的控制功能；嵌入式计算机系统主要满足测控对象的控制功能，兼顾数值处理。控制功能，兼顾数值处理。嵌入式计算机系统与通用计算机系统的主要区别嵌入式计算机系统与通用计算机系统的主要区别嵌入式计算机系统与通用计算机系统的主要区别嵌入式计算机系统与通用计算机系统的主要区别 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。

5、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有限限的的，而而对对控控制制方方式式与与控控制制能能力力的的要要求是无限的。求是无限的。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的要求是有限的。能的要求是有限的。在在数数字字信信号号处处理理(DSP)领领域域的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

6、也要要求求良良好好的的控控制制能能力力，但但两两者者存存在在本本质质的的差异。差异。嵌入式系统的分类嵌入式系统的分类嵌入式系统的分类嵌入式系统的分类 工业控制计算机。工业控制计算机。通用通用CPU模块。模块。嵌入式微处理器嵌入式微处理器(Embedded Processor)。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，给给传统单片机定位的称呼。传统单片机定位的称呼。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入式应用设计的体系结

7、构与指令系统嵌入式应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，开开展展了了许许多兼容系列，所有这些系列都统称为多兼容系列，所有这些系列都统称为80C51系列。系列。1.1.2 1.1.2 单片机技术的开展单片机技术的开展 第第一一阶阶段段(19741976)初初始始阶阶段段。以以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1974年年美美国国Fairchild公公司司生生产的第一台单片机产的第一台单片机F8，采用双片形式，功能简单。，采用双片形式，功

8、能简单。第第二二阶阶段段(19761978)探探索索阶阶段段。单单芯芯片片形形式式，低低档档8位位单单片片机机。如如1976年年美美国国Intel公公司司生生产产的的MCS-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位位单单片片机机。MCS-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，各种各种8位单片机纷纷应运而生。位单片机纷纷应运而生。第第三三阶阶段段(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位位单单片片机机的的功功能能。如如Intel公公司司在在MCS-48根底上推出了完善的高档根底上推出了完善的高档8位单片机系

9、列位单片机系列MCS-51。第第四四阶阶段段(19821990)稳稳固固和和开开展展阶阶段段。稳稳固固开开展展8位位单单片片机机、推推出出16位位单单片片机机、向向微微控控制制器器开开展展，强化了智能控制器的特征强化了智能控制器的特征。如将如将ADC、DAC、PWM、WDT、DMA集成到单片机集成到单片机。第第五五阶阶段段(1990至至今今)全全面面开开展展阶阶段段。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、强强运运算算能力的能力的8 位位/16位位/32位通用型单片机，还有用于单一领域的廉价的专用型单片机。位通用型单片机，还有用于单一领域的

10、廉价的专用型单片机。1.1.3 1.1.3 单片机的特点、分类及开展趋势单片机的特点、分类及开展趋势 单片机的主要特点单片机的主要特点 集成度高集成度高 控制功能强控制功能强 可靠性高可靠性高 低功耗、低电压低功耗、低电压 外部总线丰富外部总线丰富 功能扩展性强功能扩展性强 体积小、本钱低体积小、本钱低 性价比高性价比高 单片机的分类单片机的分类 按单片机数据处理位数来划分按单片机数据处理位数来划分 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 按单片机适用范围来划分按单片机适用范围来划分 通用型单片机通用型单片机 专用型单片机专用型单片机 按单片机并行总

11、线来划分按单片机并行总线来划分 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 单片机的开展趋势单片机的开展趋势CMOS化化单片机将具有更低的功耗、更低的电压。单片机将具有更低的功耗、更低的电压。高性能化高性能化精简指令集精简指令集(RISC)结构和流水线技术将得到广泛应用结构和流水线技术将得到广泛应用。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。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。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，如如模模/数数转转换换器器、数数/

12、模转换器、液晶显示驱动器模转换器、液晶显示驱动器 等。等。串串行行扩扩展展技技术术 SPI、I2C、Microwire、1-Wire等等串串行行总总线线的的引引入，可以使单片机的引脚设计得更少，单片机系统结构更加简化。入，可以使单片机的引脚设计得更少，单片机系统结构更加简化。1.2 1.2 单片机的应用单片机的应用 n1.2.1 1.2.1 智能仪器的应用智能仪器的应用 n1.2.2 1.2.2 通信设备的应用通信设备的应用 n1.2.3 1.2.3 家用电器的应用家用电器的应用 n1.2.4 1.2.4 工业控制的应用工业控制的应用 1.2.1 1.2.1 智能仪器的应用智能仪器的应用 n单

13、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：温度智能控制仪表、医用小体积，提高其性价比。例如：温度智能控制仪表、医用仪表、汽车电子设备、数字示波器等。仪表、汽车电子设备、数字示波器等。n例如，在普通模拟示波器的根底上用单片机进行改造而成例如，在普通模拟示波器的根底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

14、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。行处理。1.2.2 1.2.2 通信设备的应用通信设备的应用 n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：调制解调器、大提高，

15、广泛应用于通信的各个领域。例如：调制解调器、机、复印机、打印机、移动机、复印机、打印机、移动 机、固定机、固定 机等。机等。n例如，传统的例如，传统的 机只能实现简单的拨号、响铃、通话等功能，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、存储使用单片机后，可以开发出来电显示、存储 号码、时钟显号码、时钟显示、免提、重拨、声控等功能。功能更多的无绳示、免提、重拨、声控等功能。功能更多的无绳 机、录音机、录音 机、可视机、可视 机等多功能机等多功能 机也已走进人们的生活。机也已走进人们的生活。1.2.3 1.2.3 家用电器的应用家用电器的应用 n传统的家电配上单片机以

16、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：洗人们喜爱；单片机使人类生活更加方便、舒适、丰富多彩。例如：洗衣机、电冰箱、电子玩具、收录机、微波炉、电视机、录像机、音响衣机、电冰箱、电子玩具、收录机、微波炉、电视机、录像机、音响设备、程控玩具、游戏机等。设备、程控玩具、游戏机等。n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

17、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，具有各种故障和上下电压自动保护功能，工作结束或电源故障会自动具有各种故障和上下电压自动保护功能，工作结束或电源故障会自动断电以确保平安。目前，有的全自动洗衣机还采用了模糊技术，即洗断电以确保平安。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，从而自动选择最正确的洗涤时间、进水量、漂洗次数、脱脏污程度，从而自动选择最

18、正确的洗涤时间、进水量、漂洗次数、脱水时间，并显示洗涤剂的用量，到达整个洗涤过程自动化，使用方便，水时间，并显示洗涤剂的用量，到达整个洗涤过程自动化，使用方便，节能节水。节能节水。1.2.4 1.2.4 工业控制的应用工业控制的应用 n机电一体化是机械工业开展的方向。机电一体化产品是指集机械技术、机电一体化是机械工业开展的方向。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、计算机技术于一体，具有智能化特征的机电产品，例如微机控制的车床、钻床等。单片机作为产品中的控制器，能充分发挥它体机控制的车床、钻床等。单片机作为产品中的控制器，能充分

19、发挥它体积小、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、智能化程度。度。n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，在这些实时控制系统中，都可以用单片机作为控制器，单片机的例如，在这些实时控制系统中，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，可使系统保持在最正确工作状态，提高实时数据处理能力和控制功

20、能，可使系统保持在最正确工作状态，提高系统的工作效率和产品质量。系统的工作效率和产品质量。n在比较复杂的系统中，常采用分布式多机系统。多机系统一般由假设干在比较复杂的系统中，常采用分布式多机系统。多机系统一般由假设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，安装在系统的某些节点上，对现场信息进行实时测量和控制。单片机的高可靠系统的某些节点上，对现场信息进行实时测量和控制。单片机的高可靠性和强抗干扰

21、能力，使它可以置于恶劣环境的前端工作。性和强抗干扰能力，使它可以置于恶劣环境的前端工作。1.2.4 1.2.4 工业控制的应用工业控制的应用 n在教育部倡导的全国大学生电子设计大赛中，有一道设计简易智能电动在教育部倡导的全国大学生电子设计大赛中，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AT89C2051AT89C2051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

22、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行进路线、电机的方向和速度控制、自动寻找光源、车识别并选择正确的行进路线、电机的方向和速度控制、自动寻找光源、判断并自动躲避障碍物、时间显示、蜂鸣器报警等功能。判断并自动躲避障碍物、时间显示、蜂鸣器报警等功能。n 电动车控制方案如以下图所示。电动车控制方案如以下图所示。n 智能电动车控制方案智能电动车控制方案 1.3 1.3 计算机运算根底计算机运算根底 n1.3.1 1.3.1 数制数制 n1.3.2 1.3.2 有符号二进制数的编码有符号二进制数的编码 n1.3.3 1.3.3 二进制编码二进

23、制编码 1.3.1 1.3.1 数制数制 n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。n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、二进制和十六进制二进制和十六进制。1.1.1.1.十进制十进制十进制十进制 n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。n十进制数一般有以下特点：十进制数一

24、般有以下特点：n有有0 09 9十十个个数数字字符符号号，基基数数为为1010，各各位位的的权权为为10n(n10n(n为为整整数数)。n运算规那么是加法逢十进一、减法借一为十。运算规那么是加法逢十进一、减法借一为十。n用用后后缀缀D(Decimal)D(Decimal)表表示示十十进进制制数数，通通常常对对十十进进制制数数可可不不加加后缀。后缀。1.1.1.1.十进制十进制十进制十进制 n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，基数的幂次称为权。表示，基数的幂次称为权。n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

25、，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式来表示。可用权展开式来表示。例如：十进制数例如：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。2.2.2.2.二进制二进制二进制二进制 n二进制中共使用二进制

26、中共使用0 0、1 1两个数字符号。两个数字符号。n n二进制数一般有以下特点：二进制数一般有以下特点：n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2n(n2n(n为整数为整数)。n运算规那么是加法逢二进一、减法借一为二。运算规那么是加法逢二进一、减法借一为二。n用后缀用后缀B(Binary)B(Binary)表示二进制数。表示二进制数。2.2.2.2.二进制二进制二进制二进制 n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：二进制数例如：二进制数

27、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+12+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。3.3.3.3.十六进制十六进制十六进制十六进制 n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。n十六进制数一般有以下特点：十六进制

28、数一般有以下特点：n有有0 09 9及及A AF F十十六六个个数数字字符符号号，基基数数为为1616，各各位位的的权权为为16n16n(n(n为整数为整数)。n运算规那么是加法逢十六进一、减法借一为十六。运算规那么是加法逢十六进一、减法借一为十六。n用后缀用后缀H(Hexadecimal)H(Hexadecimal)表示十六进制数。表示十六进制数。3.3.3.3.十六进制十六进制十六进制十六进制 n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：十六进制数例如：十六进制数5D6E.4

29、5D6E.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 =23918.25=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进制数二进制数十六进制数十进制数二进制数十六进制数00000081000810001191001

30、9200102101010A300113111011B401004121100C501015131101D601106141110E701117151111F4.4.4.4.不同数制之间的转换不同数制之间的转换不同数制之间的转换不同数制之间的转换 n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“四位合一位法四位合一位法 n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“一位分四位法一位分四位法 n二进制数转换成十进制数二进制数转换成十进制数按权展开后相加按权展开后相加 n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权展开后相加按权展开后相加 n十进制整数转换成二进制

31、整数十进制整数转换成二进制整数采用采用“除以除以2 2取余法取余法n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n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取整法取整法 n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取整法取整法 4.4.4.4.不同数制之间的转换不同数制之间的转换不同数制之间的转换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

32、如下：，算式如下：运算结果：运算结果：100=1100100B100=1100100B。4.4.4.4.不同数制之间的转换不同数制之间的转换不同数制之间的转换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，小数局部为，小数局部为0 0或保存或保存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 1.3.2 有符号二进制数的编码有符号二进制数的编码 根本概念根本概念在在计计算算机机中中把把有有符符号号

33、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特定的含义，称为计算机编码。有特定的含义，称为计算机编码。有有符符号号二二进进制制数数的的正正负负号号分分别别用用“+和和“-来来表表示示。一一般般规规定定最最高高位位为为符符号号位位，最最高高位位为为“0表表示示正正数数，为为“1表表示示负负数数，这这种种把把符符号号数数值值化化的的数数称称为为机机器器数数，而而原原来来的的数数值称为机器数的真值。值称为机器数的真值。有有符符号号二二进进制制数数有有三三种种表表示示法法，即即原原码码、反反码码和补码。和补码。1.1.1.1.原码

34、原码原码原码 n原码的表示方法：原码的表示方法：n 正数的符号位用正数的符号位用“0“0表示。表示。n 负数的符号位用负数的符号位用“1“1表示。表示。n0 0的原码有两种表示形式：的原码有两种表示形式：n +0 +0原原=00000000 =00000000 n -0 -0原原=10000000=10000000n原码的特点：原码的特点：n 原原码码表表示示简简单单直直观观，但但0 0的的表表示示不不唯唯一一，加加减减运运算算复复杂。杂。n8 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n 11111111B 11111111B01111111B01111111Bn (-1

35、27 (-127+127)+127)2.2.2.2.反码反码反码反码 n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。n0 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=11111111n8 8位二进制数的反码能表示的范围为位二进制数的反码能表示的范围为 10000000B 10000000B01111111B01111111B (-127 (-127+127)+127)3.3.3.

36、3.补码补码补码补码 n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。n0 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=00000000n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。n8 8位二进制数的补码能表示的范围为位二进制数的补码能表示的范围为 10000000B 10000000B01111111B01111111B (-128 (-128+127)+

37、127)4.4.4.4.有符号数的运算有符号数的运算有符号数的运算有符号数的运算 n补码的加法运算规那么：补码的加法运算规那么：n X+Y X+Y补补=X=X补补+Y+Y补补n补码的减法运算规那么：补码的减法运算规那么：n X-Y X-Y补补=X=X补补-Y-Y补补=X=X补补+-Y+-Y补补n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。4.4.4.4.有符号数的运算有符号数的运算有符号数的运算有

38、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-X2 X1-X2=X1-X2补补 补补=-88D =-88D 1.3.3 1.3.3 二进制编码二进制编码 n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

39、编码码的的方方法法很很多多，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。n常用的二进制编码有常用的二进制编码有BCDBCD码、码、ASCIIASCII码等。码等。1.BCD1.BCD1.BCD1.BCD码码码码n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。nBCDBCD码码保保存存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

40、码。nBCDBCD码种类较多，如有码种类较多，如有84218421码、码、24212421码和余码和余3 3码等。码等。n最最常常用用的的是是 8421BCD8421BCD码码(以以后后简简称称BCDBCD码码)，组组成成它它的的4 4位位二二进制数码的权分别是进制数码的权分别是8 8、4 4、2 2、1 1。8421BCD8421BCD8421BCD8421BCD码与十进制数的对应关系表码与十进制数的对应关系表码与十进制数的对应关系表码与十进制数的对应关系表 十进制数8421码十进制数8421码十进制数8421码00000 60110 120001001010001 70111 130001

41、001120010 81000 140001010030011 91001 150001010140100 1000010000 160001011050101 1100010001 17000101111.BCD1.BCD1.BCD1.BCD码码码码nBCDBCD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那那么么相相同同，加加法法为为逢逢十十进一、减法为借一为十。进一、减法为借一为十。n nBCDBCD码加法运算的修正原那么：码加法运算的修正原那么：n 假假设设和和的的低低4 4位位大大于于9 9或或低低4 4位位向向高高4 4位位有有进进位位，那那么么低低4 4位位加加6 6

42、；假假设设高高4 4位位大大于于9 9或或高高4 4位位向向最最高高位位有有进进位位，那那么么高高4 4位加位加6 6。nBCDBCD码减法运算的修正原那么：码减法运算的修正原那么：n 假假设设差差的的低低4 4位位大大于于9 9或或低低4 4位位向向高高4 4位位有有借借位位，那那么么低低4 4位位减减6 6；假假设设高高4 4位位大大于于9 9或或高高4 4位位向向最最高高位位有有借借位位，那那么么高高4 4位减位减6 6。2.ASCII2.ASCII2.ASCII2.ASCII码码码码 nASCIIASCII码码(Ameriacan(Ameriacan Standard Standard

43、 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。nASCIIASCII码码采采用用7 7位位二二进进制制编编码码，可可为为128128个个字字符符编编码码，这这128128个字符分为两类。个字符分为两类。n图图形形字字符符包包括括1010个个十十进进制制数数符符、5252个个大大小小写写英英文文字字母母和和3434个个其其它它字字符符，共共计计9696个个。图图形形字字符符具具有有特特定定的的形

44、形状状，可以在显示器上显示。可以在显示器上显示。n控控制制字字符符包包括括回回车车、换换行行、退退格格等等，共共3232个个。控控制制字字符符没没有有特特定定的的形形状状但但有有一一定定的的控控制制作作用用，不不能能在在显显示示器器上上显示。显示。ASCIIASCIIASCIIASCII码字符表码字符表码字符表码字符表 字字 高高低低 符符 位位 位位0123456700000101001110010111011100000NULDLESP0P、p10001SOHDC1!1AQaq20010STXDC2“2BRbr30011ETXDC3#3CScs40100EOTDC44DTdt50101EN

45、QNAK%5EUeu60110ACKSYN&6FVfv70111BELETB7GWgw81000BSCAN(8HXhx91001HTEM)9IYjyA1010LFSUB*：JZjzB1011VTESC+；KkC1100FFFS，Ll|D1101CRGS-=MmE1110SORS.NnF1111SIUS/?OoDEL1.4 1.4 微型计算机的结构与原理微型计算机的结构与原理n1.4.1 1.4.1 微型计算机的根本结构微型计算机的根本结构 n1.4.2 1.4.2 微型计算机的工作原理微型计算机的工作原理 1.4.1 1.4.1 微型计算机的根本结构微型计算机的根本结构 n微微型型计计算算机机

46、由由硬硬件件系系统统和和软软件件系系统统两两大大局局部部组组成成，一一般般把把二者构成的系统称为微型计算机系统。二者构成的系统称为微型计算机系统。n n微微型型计计算算机机的的硬硬件件主主要要是是由由CPU(CPU(运运算算器器和和控控制制器器)、存存储储器器、I/OI/O接接口口和和I/OI/O设设备备组组成成，各各组组成成局局部部之之间间通通过过地地址址总总线线AB AB(Address(Address Bus)Bus)、数数据据总总线线DB DB(Data(Data Bus)Bus)、控控制制总总线线CB CB(Control Bus)(Control Bus)联系在一起。联系在一起。n

47、微微型型计计算算机机的的软软件件包包括括系系统统软软件件和和应应用用软软件件两两大大类类。软软件件与硬件相辅相成，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的系统结构框图微型计算机的系统结构框图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 1.4.2 微型计算机的工作原理微型计算机的工作原理 n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，程序是实现既定任务的指令

48、序列。的操作，程序是实现既定任务的指令序列。n把程序和数据送到具有记忆功能的存储器中保存起来，计把程序和数据送到具有记忆功能的存储器中保存起来，计算机工作时只要给出程序中第一条指令的地址，控制器就算机工作时只要给出程序中第一条指令的地址，控制器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微型计算机执行程序的过程微型计算机执行程序的过程微型计算机执行程序的过程 n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

49、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根根本本阶阶段段，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令的过程。指令的过程。n17+15的加法运算程序如下：的加法运算程序如下：n 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 注注释释n 0000H 74 11 MOV A,#11H;数数11H送入累加送入累加 器器An 0002H 24 0F ADD A,#0FH;数数0FH与累加器与累加器A中的中的11Hn 相相加加,和和送送入累加器入累加器A n 00

50、04H 80 FE SJMP ;暂停暂停执行程序的过程示意图执行程序的过程示意图执行程序的过程示意图执行程序的过程示意图 执行第一条指令的过程一执行第一条指令的过程一执行第一条指令的过程一执行第一条指令的过程一 n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取指令阶段。，然后就进入第一条指令的取指令阶段。n取第一条指令的步骤如下：取第一条指令的步骤如下：n 把程序计数器把程序计数器PCPC的内容的内容0000H0000H送到地址存放器送到地址存放器ARAR。n 程序计数器程