第一章单片微型计算机基础知识

1、课程内容课程内容n微型计算机的基础知识微型计算机的基础知识n围绕围绕MCS-51MCS-51系列单片机的原理结构、汇编指令系统、系列单片机的原理结构、汇编指令系统、汇编语言程序设计，系统总线扩展技术，单片机定汇编语言程序设计，系统总线扩展技术，单片机定时计数、中断、串口通信，初步掌握单片机系统的时计数、中断、串口通信，初步掌握单片机系统的设计开发方法及单片机的简单应用。设计开发方法及单片机的简单应用。n学生能力与本门课程的关系学生能力与本门课程的关系学习本课程的建议学习本课程的建议n抓住抓住7个环节：个环节：练习、实验、练习、实验、预习、听课、复预习、听课、复习、记笔记、习、记笔记、 作业作业

2、n注重两个能力：自学能力、实践能力注重两个能力：自学能力、实践能力n注意两个交流：与同学、老师的交流注意两个交流：与同学、老师的交流n实现一个转变：基础课向专业基础课学习方法实现一个转变：基础课向专业基础课学习方法的转变。的转变。n处理好课程与教材的关系：课程学时及内容安处理好课程与教材的关系：课程学时及内容安排，学习参考书排，学习参考书理论课教学形式理论课教学形式n课堂教师讲授为主n课堂教师提示，课后学生自学为主（思考题等）n完全学生自学为主，n讨论课，安排在答疑时间，同学讨论，教师答疑总结。学习要求：学习要求：n成绩考核 考试成绩8080 平时成绩2020n归纳总结所学其中某章内容n平时成

3、绩：考勤、课后作业( (专用一本）、课堂表现n课程学习总结第一章第一章 微型计算机基础知识微型计算机基础知识一、（一、（1.1 1.1 ）微型计算机发展）微型计算机发展二、（二、（1 1、4 4） 微型计算机中数的表示和运算微型计算机中数的表示和运算三、（三、（1.21.2） 微型计算机模型微型计算机模型四、（四、（1.31.3） 单片微型计算机单片微型计算机 一一 计算机的历史与发展计算机的历史与发展计算机发展的五个阶段（基本电子器件）计算机发展的五个阶段（基本电子器件）电子管计算机电子管计算机(19461956)(19461956) 用机器语言、汇编语言编写程，用于军用机器语言、汇编语言编

4、写程，用于军事和国防尖端技术事和国防尖端技术晶体管计算机晶体管计算机(19561962)(19561962)开始使用高级语言，开始用于工程技术、数开始使用高级语言，开始用于工程技术、数据处理和其它科学领域据处理和其它科学领域小规模集成电路计算机小规模集成电路计算机(19621975)(19621975)采用微程序、流水线等技术，提高运行速度；采用微程序、流水线等技术，提高运行速度；出现操作系统、诊断程序等软件出现操作系统、诊断程序等软件大规模集成电路计算机大规模集成电路计算机(19751981)(19751981)采用半导体存储器、采用图形界面操作系统采用半导体存储器、采用图形界面操作系统 器

5、件速度更快器件速度更快, , 软件、外设更加丰富软件、外设更加丰富超大规模集成电路计算机超大规模集成电路计算机(1981(1981至今至今) )微型化、巨型化、多媒体及人工智能微型化、巨型化、多媒体及人工智能联网应用。联网应用。1 1、1 1 微型计算机的分类微型计算机的分类 1) 1) 按形态分类按形态分类 2) 2) 按按CPUCPU的字长分类的字长分类 3) 3) 按主机装置分类按主机装置分类 4 4）应用类型）应用类型n按形态分类按形态分类 单片机、单板机、微机系统单片机、单板机、微机系统单板机单板机单片机单片机 系统机系统机 三种应用形态图示三种应用形态图示4）按应用类型分：）按应用

6、类型分：用于数值计算、数据处理及信息管理方向通用微机，例如：PC微机功能越强越好、使用越方便越好。用于过程控制、智能化仪器仪表方向、实时信号处理的专用微机。例如：单片机、工控机可靠性高、实时性强程序相对简单、处理数据量小。DSP硬件计算，速度快。计算机的应用范围n科学计算n信息处理n实时控制：工业现场控制、家用电器等n计算机辅助设计n人工智能：模式识别、专家系统、机器人等二、计算机的数二、计算机的数1. 1. 进位计数制进位计数制n计算机中采用的是二进制数。计算机中采用的是二进制数。n二进制数的要素有：每一位数是二进制数的要素有：每一位数是0 0或或1 1两个数码两个数码中的一个；逢二进一，借

7、一为二。二进制数的中的一个；逢二进一，借一为二。二进制数的尾符为：尾符为：B Bn十进制数是日常生活中使用最多的数制。十进十进制数是日常生活中使用最多的数制。十进制数的要素有：制数的要素有： 每一位数是每一位数是0909十个数码中的一个；十个数码中的一个； 逢十进一，借一为十。逢十进一，借一为十。 十进制数的尾符为：十进制数的尾符为：D D1. 位位 ( bit )2. 字节字节 ( Byte )3. 字和字长字和字长 (word)4. 位编号位编号5. 指令、指令系统和程序指令、指令系统和程序注意：计算机以二进制代码的形式表示信注意：计算机以二进制代码的形式表示信息息有关术语有关术语 位位

8、( bit)l 指指计算机能表示的最基本最小的单位计算机能表示的最基本最小的单位l 在计算机中采用二进制表示数据和指令，故：在计算机中采用二进制表示数据和指令，故：位就是一个二进制位，有两种状态，位就是一个二进制位，有两种状态，“0” 和和 “1”字节字节 ( Byte )l 相邻的相邻的8位二进制数称为一个字节位二进制数称为一个字节 1 Byte = 8 bit 如：如： 1100 0011 0101 0111 位位 1 或或 0 1位位字节字节 1100 0011 8位位字字 1100 0011 0011 1100 16位位双字双字 1100 0011 0011 1100 1100 001

9、1 0011 1100 32位位高字节高字节低字节低字节 高高 字字 低低 字字把一个把一个字字定为定为16 位位， 1 Word = 2 Byte 一个一个双字双字定为定为32位位 1 DWord = 2 Word= 4 Byte字长字长 字长字长是每一个字所包含的二进制位数。是每一个字所包含的二进制位数。 表示信息的二进制代码单元的基本长度位数）称为字长，字长越长。 表示的数值范围就越大，精度就越高。 字长字长常与常与CPU内部的寄存器、内部的寄存器、 运算装置、总运算装置、总线宽度一致。线宽度一致。三总线：三总线：AB 、DB、CB例例 某某CPU内含内含 8位运算器位运算器，则：，则：

10、参加运算的数及结果均以参加运算的数及结果均以 8位位 表示表示, ,最高位产生的进位或借位在最高位产生的进位或借位在8位运算器中不保存，位运算器中不保存，而将其保存到标志寄存器中而将其保存到标志寄存器中 1 0 1 1 0 1 0 1 被加数被加数8位位 + + 1 0 0 0 1 1 1 1 加数加数8位位进位进位 1 1 1 1 1 1 1 0 1 0 0 0 1 0 0 和和8位位PSW标志寄存器标志寄存器运运算算器器标志标志寄存器寄存器运运算算器器被加数被加数加数加数和和进位进位字长是衡量字长是衡量CPU工作性能的一个重要参数。工作性能的一个重要参数。 不同类型的不同类型的CPU有不同

11、的字长。有不同的字长。 如如: Intel 4004 是是 4 位位 8051 是是 8 位位 8088/ 8086/80286 是是 16 位位 80386/80486、Pentium 是是 32 位位 1010 1100 0110 0101 1001 1000 0100 0011 被加数被加数 + + 1100 0011 1100 0011 0001 0101 0101 1000 加数加数进位进位 1 1 1111 1 111 1 1 0111 0000 0010 1000 1010 1101 1001 1011 和和 4位位 8次次 8位位 4次次16位位 2次次32位位 1次次位编号位

12、编号 为便于描述，对字节为便于描述，对字节,字和双字中的各位进行编号。字和双字中的各位进行编号。 从低位开始，从右到左依次为从低位开始，从右到左依次为 0、1、2 编号编号7654321010100010D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0字节字节数据数据Data地址地址AddressD0D7D15D8158101010101010101070A0A7A15A8字字的编号为的编号为15 0双字双字的编号依此类推，为的编号依此类推，为31 0 例如例如 0 + 1 = 1 1 + 1 = 10 11 + 1 = 100 10 1 = 1 （

13、1 1） 二进制二进制 ( (Binary) ) (xxx)2 或或 (xxx)B 例如例如 (1011.11)2 或或 (1011.11)B 数码：数码：0、1 进位规律：逢二进一，借一当二进位规律：逢二进一，借一当二 权：权：2i 基数：基数：2 系数：系数：0、1 按权展开式表示按权展开式表示 (1011.11)2 = 123 + 022 + 121 + 120 + 12- -1 + 12- -2 将按权展开式按照十进制规律相加，即得对应十进制数将按权展开式按照十进制规律相加，即得对应十进制数。= 8 + 0 + 2 + 1 + 0.5 + 0.25 (1011.11)2 = (11.7

14、5)10 = 11.75 (1011.11)2 = 123 + 022 + 121 + 120 + 12- -1 + 12- -2 （2）八进制和十六进制）八进制和十六进制 进制进制数的表示数的表示计数规律计数规律 基数基数 权权 数码数码八进制八进制 ( (Octal) ) (xxx)8 或或(xxx)O逢八进一，借一当八逢八进一，借一当八 8 0 7 8i 十六进制十六进制( (Hexadecimal) ) (xxx)16 或或(xxx)H 逢十六进一，借一当十六逢十六进一，借一当十六 16 0 9、A、B、C、D、E、F 16i例如例如 (437.25)8 = 482 + 381 + 7

15、80 + 28- -1 + 58- -2 = 256 + 24 + 7 + 0.25 + 0.078125 = (287.328125)10 例如例如(3BE.C4)16 = 3162 + 11161 + 14160 + 1216- -1 + 416- -2 = 768 + 176 + 14 + 0.75 + 0.015625 = (958.765625)10 二、不同数制间的关系与转换二、不同数制间的关系与转换 (1)(1) 不同数制间的关系不同数制间的关系 2 不同数制间的关系与转换不同数制间的关系与转换 不同数制之间有关系吗？不同数制之间有关系吗？十进制、二进制、八进制、十六进制对照表十

16、进制、二进制、八进制、十六进制对照表770111766011065501015440100433001132200102 11000110000000 十六十六八八二二 十十F17111115E16111014D15110113C14110012B13101111A12101010 9111001981010008 十六十六八八二二 十十n非十进制换成十进制：非十进制换成十进制：按权展开相加按权展开相加 (2)(2) 不同数制间的转换不同数制间的转换 （10101.11）B =124+122+120+12-1+12-2 =16+4+1+0.5+0.25 =（21.75）D （2A.8）H =2

17、161+10160+816-1 =32+10+0.5 =（42.5）D （165.2）O =182+681+580+28 -1 =64+48+5+0.25 =（117.25）Dn十进制换成其他进制十进制换成其他进制 十进制数转换为其他进制数时，可将十进制数分为整十进制数转换为其他进制数时，可将十进制数分为整数和小数两部分进行。数和小数两部分进行。整数的转换整数的转换基数除法基数除法 规则：规则：除基取余，商零为止，逆序排列。除基取余，商零为止，逆序排列。小数的转换小数的转换基数乘法基数乘法 规则：规则：乘基取整，满足精度要求为止，顺序排列。乘基取整，满足精度要求为止，顺序排列。1.500 1

18、整数整数0.750 0例例 将十进制数将十进制数 (26.375)10 转换成二进制数转换成二进制数 26 6 1 3 01 10 12(26 )10 = (11010 ) 2 2 21.000 1.37522220.375 2一直除到商为一直除到商为 0 为止为止 余数余数 13 0读读数数顺顺序序读读数数顺顺序序 .011 每位八进制数用三位二进每位八进制数用三位二进制数代替，再按原顺序排列。制数代替，再按原顺序排列。八进制八进制二进制二进制 二进制二进制八进制八进制(11100101.11101011)2 = (345.726)8 (745.361)8 = (111100101.0111

19、10001)2 补补0(11100101.11101011)2 = ( ? )8 11100101.11101011 00 345726 从小数点开始，整数部分向左从小数点开始，整数部分向左 ( (小数部分向右小数部分向右) ) 三位一组三位一组，最后，最后不不足三位的加足三位的加 0 补足补足三位，再按顺序三位，再按顺序写出各组对应的八进制数写出各组对应的八进制数 。补补011100101 11101011n二进制与八进制间的相互转换二进制与八进制间的相互转换 一位十六进制数对应一位十六进制数对应四位二进制数，因此二进四位二进制数，因此二进制数四位为一组。制数四位为一组。(100111110

20、11.111011)2= (4FB.EC)16 (3BE5.97D)16 = (11101111100101.100101111101)2 补补 0(10011111011.111011)2 = ( ? )16 10011111011.11101100 4FBEC0 十六进制十六进制二进制二进制 :每位十六进制数用四位二进每位十六进制数用四位二进制数代替，再按原顺序排列。制数代替，再按原顺序排列。二进制二进制十六进制十六进制 : 从小数点开始，整数部分从小数点开始，整数部分向向左左( (小数部分向右小数部分向右) ) 四位一组四位一组，最后最后不足四位的加不足四位的加 0 补足补足四位，四位，

21、再按顺序写出各组对应的十六进再按顺序写出各组对应的十六进制数制数 。补补 010011111011 111011n二进制和十六进制间的相互转换二进制和十六进制间的相互转换n计算机中两个重要的数位计算机中两个重要的数位 LSB：最低有效位。：最低有效位。 MSB：最高有效位。：最高有效位。n对八位二进制数：对八位二进制数：D0-D6：表示数字本身。：表示数字本身。D7：表示符号位。即：表示符号位。即MSB为符号位。为符号位。n表示的方法表示的方法: 原码、反码及补码。原码、反码及补码。3 带符号数的表示原码原码nMSB=0 表示正数；表示正数；MSB=1表示负数。表示负数。 X1=+105D 则

22、X1原01101001B X2=-105D 则X1原11101001Bn0有两种表示方法：有两种表示方法：00000000B与与10000000B。 0原原00000000 -0原原10000000n可表示的正数与负数个数相等。可表示的正数与负数个数相等。n可表示的数据范围：可表示的数据范围：(-127127)反码反码n正数的反码正数的反码=原码；原码； 负数的反码负数的反码=符号位不变，数字位逐个取反。符号位不变，数字位逐个取反。 +31原00011111 -31原10011111 +31反00011111 -31反11100000n0有两种表示方法：有两种表示方法：00000000B与与1

23、1111111B。 0反00000000 -0反11111111n可表示的正数与负数个数相等。可表示的正数与负数个数相等。n可表示的数据范围：可表示的数据范围：(-127127) +127原01111111 -127反10000000补码补码n正数的补码正数的补码= =原码；负数的补码原码；负数的补码= =反码反码+1+1。 7原原00000111 -7原原100001117反反00000111 -7反反111110007补补00000111 -7补补11111001n0 0的表达式是唯一的：的表达式是唯一的：00000000B00000000B 0原00000000 -0原10000000

24、0反00000000 -0反11111111 0补00000000 -0补00000000n表示的范围：表示的范围：(-128127)(-128127)n可表示的负数比正数多一个。可表示的负数比正数多一个。补码的运算补码的运算 8位二进制补码所能表示的数值范围是-128127。对于微型计算机， 如果运算结果超过了它所能表示的数值范围，称为溢出。引入补码可以将减法运算化成加法运算。 XY补= X补+ Y补 5、计算机中的编码制度、计算机中的编码制度n编码制度：指用一组二进制数表示某个符号编码制度：指用一组二进制数表示某个符号(数字、数字、字符字符)的方法。的方法。nBCD码：码： 用四位二进制数

25、表示一位十进制数的方用四位二进制数表示一位十进制数的方法，多用法，多用8421BCD码。码。nASCII码：美国国家标准信息交换码。用七位二进码：美国国家标准信息交换码。用七位二进制数表示一个字符。制数表示一个字符。n扩展扩展ASCII码：用八位二进制数表示一个字符。对码：用八位二进制数表示一个字符。对于汉字，通常使用两个扩展于汉字，通常使用两个扩展ASCII码表示一个汉字。码表示一个汉字。（2）与自然二进制数排列一至，）与自然二进制数排列一至，10101111为冗为冗余码；余码；（3）运算时按逢）运算时按逢10进进1的原则的原则,并且要进行调整。并且要进行调整。 调整原则调整原则: 有进位或

26、出现冗余码时：有进位或出现冗余码时：加加+6调整。调整。（1）有权码，从左到右为）有权码，从左到右为 8 4 2 1；8421BCD码码例: 8+9=17 1 0 0 0+) 1 0 0 1 1 0 0 0 1 有进位6+) 0 1 1 00 1 1 1例: 7+6=13 0 1 1 1+) 0 1 1 0 1 1 0 1 +) 0 1 1 01 0 0 1 1丢弃8421码运算举例码运算举例冗余码6用用 BCD 码表示十进制数举例码表示十进制数举例： (36)10 = ( )8421BCD (4.79)10 = ( )8421BCD (01010000)8421BCD = ( )10 注意区

27、别注意区别 BCD 码与数制：码与数制： (150)10 = (000101010000)8421BCD = (10010110)2 = (226)8 = (96)16 6 0110 3 0011 4. 0100.7 01119 10010101 50000 0BCDBCD码与二进制数之间转换没有直接关系，必须先转换码与二进制数之间转换没有直接关系，必须先转换成十进制成十进制, ,然后转换成二进制。然后转换成二进制。ASCII码n美国国家信息交换标准代码美国国家信息交换标准代码ASCII American Standard Code for Information Interchange），）

28、，目前微型计算机的字符编码都采用目前微型计算机的字符编码都采用ASCII码。码。nASCII码是一种码是一种8位代码，位代码， 用用1个字节中的个字节中的7位对字位对字符进行编码，符进行编码， 最高位是奇偶校验位，用以判别数码最高位是奇偶校验位，用以判别数码传送是否正确。用传送是否正确。用7位码来代表字符信息，位码来代表字符信息， 共可表共可表示示128个字符。个字符。ASCII（美国标准信息交换码）（美国标准信息交换码）微机中普遍采用的字符编码，如键盘、打印机、微机中普遍采用的字符编码，如键盘、打印机、显示器等显示器等ASCII数数字字0 930H39H小小写写a z61H7AH大大写写A

29、Z41H5AH回回车车符符0DH换换行行符符0AHD:DEBUG ;进入进入DEBUG- -E DS:0 Hello World! ;向当前数据段填写入字符串向当前数据段填写入字符串- -D DS:0 ;查看字符串在内存存放情况查看字符串在内存存放情况1693:0000 48 65 6C 6C 6F 20 57 6F-72 6C 64 21 18 10 8A 03 Hello World!.1693:0000 48 65 6C 6C 6F 20 57 6F-72 6C 64 21 18 10 8A 03 Hello World!.1693:0010 18 10 17 03 18 10 23 0

30、E-01 01 01 00 02 FF FF FF .#.1693:0010 18 10 17 03 18 10 23 0E-01 01 01 00 02 FF FF FF .#.1693:0020 FF FF FF FF FF FF FF FF-FF FF FF FF E7 0F 4E 01 .N.1693:0020 FF FF FF FF FF FF FF FF-FF FF FF FF E7 0F 4E 01 .N.1693:0030 1F 14 14 00 18 00 93 16-FF FF FF FF 00 00 00 00 .1693:0030 1F 14 14 00 18 00 9

31、3 16-FF FF FF FF 00 00 00 00 .1693:0040 07 0A 00 00 00 00 00 00-00 00 00 00 00 00 00 00 .1693:0040 07 0A 00 00 00 00 00 00-00 00 00 00 00 00 00 00 .1693:0050 CD 21 CB 00 00 00 00 00-00 00 00 00 00 20 20 20 .!.1693:0050 CD 21 CB 00 00 00 00 00-00 00 00 00 00 20 20 20 .!.1693:0060 20 20 20 20 20 20 20

32、 20-00 00 00 00 00 20 20 20 .1693:0060 20 20 20 20 20 20 20 20-00 00 00 00 00 20 20 20 .1693:0070 20 20 20 20 20 20 20 20-00 00 00 00 00 00 00 001693:0070 20 20 20 20 20 20 20 20-00 00 00 00 00 00 00 00 . .- -Q ;退出退出DEBUG1693:0000 48 65 6C 6C 6F 20 57 6F-72 6C 64 21 18 10 8A 031693:0000 48 65 6C 6C 6F 20 57 6F-72 6C 64 21 18 10 8A 03 H e l l o W o r l d ! . . . . . . . .例例 在在DEBUG下查看字符串在内存的存放情况：下查看字符串在内存的存放情况：汉字编码汉字编码 具有汉字信息处理能力的计算机系统，除了配备必要的汉字设备具有汉字信息处理能力的计算机系统，除了配备必要的汉字设备和接口外，还应该装配有支持汉字信息输入、输出和处理的操作系和接口外，还应该装配有支持汉字信息输入、输出和处理的操作系统。统。 （1）汉字输入码：用于外部输入汉字，也称为外码。）汉字输入码：用于外部输入汉字，也称为外码。 顺序码顺