单片机与接口技术第一章

第1章单片机基础知识第2章MCS-51系列单片机的结构和时序第3章MCS-51系列单片机指令系统第4章MCS-51系列单片机中断系统与定时／计数器第5章存储器扩展技术第6章并行I／O扩展技术第7章串行通信技术第8章I／O设备接口技术第9章单片机应用系统设计第1章基础知识本章重点：了解微型计算机的基本结构和工作原理；掌握单片机的概念及应用场合；掌握计算机中的数制与编码。1.1微型计算机简介1.2单片机简介1.3计算机中的数制与编码

本章小结1.1微型计算机简介1.1.1微型计算机的发展

1.微型计算机的发展第一代微处理器例：Intel4004→4位第二代微处理器例：Intel8080→8位第三代微处理器例：Intel8086→16位第四代微处理器例：Intel80486→32位第五代微处理器例：Intel公司的Pentiumg→64位2.微型计算机的应用数值计算控制信息处理与管理人工智能1.1.2微型计算机的组成及工作原理

1.微型计算机的常用术语位（bit）：

位是计算机所能表示的最基本、最小的数据单位。位有两种状态：0和1。字节（Byte）：一个连续的8位二进制数称为一个字节，即：

1Byte＝8bit，通常以字节为单位来存放数据。字（Word）：是计算机内部进行数据处理的基本单位。字通常与计算机内部的寄存器、算术逻辑单元、数据总线的宽度相一致。存储器容量更大单位：

KB（1KB＝1024B＝210B）

MB（1MB＝1024KB＝220B）

GB（1＝1024MB＝230B）

指令（instruction）：是规定计算机进行某种操作的命令。

指令系统（instructionset）：指一台计算机所能执行的全部指令。程序（program）：是指令的有序集合，是一组为完成某种任务而编制的指令序列。2.微型计算机的组成（1）中央处理单元（CPU）

CPU主要由运算器、控制器组成。（2）存储器存储器的主要功能是存放程序和数据。存储器中存放二进制数的单元称为存储单元。（3）输入/输出接口（I/O接口）完成外设与CPU的连接；转换数据传送速度；转换电平；将I/O设备的状态信息反馈给CPU等。

（4）总线（Bus）总线是将CPU、存储器和I/O接口等相对独立的功能部件连接起来，并传送信息的公共通道。数据总线DB（DataBus）：双向通信总线。地址总线AB（AddressBus）：单向通信总线。控制总线CB（ControlBus）：单向通信总线。3.微型计算机的工作原理（1）取指令CPU选中存储单元；CPU向存储器发出读取数据的控制信号；CPU通过DB读入指令代码。（2）分析、执行指令过程CPU读取指令代码后进行译码；CPU根据译码结果发出为完成此指令所需要的控制信号；执行指令所规定的操作。1.2单片机简介常见计算机：一般计算机的结构：显示器主机鼠标键盘微型计算机系统运算器控制器CPU存储器输入接口电路输入设备输出设备输出接口电路硬件系统软件系统+什么是单片机？

单片机就是将组成微型计算机的CPU、存储器（RAM和ROM）、输入/输出接口等几个部分，全部集成在一块芯片内所组成的微型计算机，就称为单片机。什么是单片机？1.2.1单片机的发展概况单片机的发展方向低电源、低功耗外围接口电路内装化工艺的进步及抗干扰能力的提高存储能力和Internet连接1.2.2单片机的特点体积小、结构简单、可靠性高；控制功能强；低电压、低功耗优异的性能/价格1.2.3单片机的应用汽车电子家用电器航空航天医疗设备工业控制仪器仪表通信产品1.2.4MCS-51系列单片机简介MCS-51系列基本产品型号：8051、8031、8751称为51子系列。不同型号MCS-51单片机CPU处理能力和指令系统完全兼容，只是存储器和I/O接口的配置有所不同。

硬件配置基本配置：1.

8位CPU2.片内ROM/EPROM、RAM3.片内并行I/O接口4.片内16位定时器/计数器5.片内中断处理系统6.片内全双工串行I/O口1.3计算机中的数制与编码1.3.1数制数制：是按进位原则进行计数的一种方法，即进位计数制。十进制数（1）记数符号：0、1、2、3、4、5、6、7、8、9；书写时用“D”作后缀（一般省略）。（2）进位原则：“逢十进一”。（3）按权展开式：二进制数（1）记数符号：0、1；书写时用“B”作后缀。（2）进位原则：“逢二进一”；（3）按权展开式：十六进制数（1）记数符号：0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、A、B、C、D、E、F；书写时用“H”作后缀。（2）进位原则：“逢十六进一”；（3）按权展开式：记住：十六进制与十进制、十六进制与二进制对应关系。1.3.2数制之间的相互转换1.二进制及其他进制转换为十进制数二进制、八进制和十六进制转换十进制的方法是：将二进制、八进制或十六进制写成按权展开式，然后各项相加，则得相应的十进制数。【例】把二进制数10101.1011B转换成相应的十进制数。解：10101.1011B

＝1×24＋0×23＋１×22＋0×21＋1×20

＋1×2-1＋1×2-3＋1×2-4

＝21.6875D2.十进制数转换成二进制数十进制数据转换成二进制数是将整数部分按“除2倒读余数法”的原则进行转换；小数部分按“乘2顺读整数法”的原则进行转换。【例】把十进制数15.625转换成为对应二进制数。解：所以十进制数15.625＝1111.101B3.二进制数与十六进制数相互转换二进制数转换成十六进制数时，从小数点开始，分别向左、向右每4位二进制数划为一组，整数部分不足4位前面添0，小数部分不足4位后面添0，然后每一组（4位二进制数）用1位十六进制数代替（4位二进制数与1位十六进制数对应关系见表），小数点位置保持不变。

【例】二进制数1111000111.100101B转换成为十六进制数。解：

1111000111.100101B＝001111000111.10010100B

＝3C7.94H3.二进制数与十六进制数相互转换十六进制数转换成二进制数时，1位十六进制数用4位二进制数来替换，小数点位置保持不变。【例】将十六进制数2F5.CH转换成为二进制数解：

2F5.CH＝001011110101.1100B

＝1011110101.11B4.十进制数转换十六进制数先将十进制数转换成二进制数，再将二进制数转换成十六进制数。1.3.3二进制数的算术运算1．加法运算加法规则：

0＋0＝0；0＋1＝1；1＋0＝1；1＋1＝10进位原则：逢二进位。【例】求0111B与0110B之和。解：0111……（7）

＋）0110……（6）

1101……（13）∴0111B＋0110B＝1101B2．减法运算减法规则：

0－0＝0；1－0＝1；1－1＝0；0－1＝1（借位）【例】求1110B－0101B＝？解：1110……（14）

－）0101……（5）

1001……（9）∴1110B－0101B＝1001B3．乘法运算在计算机系统中，都是将乘法作为连续的加法来执行。其中，自身相加的数为被乘数，相加的次数为乘数。【例】求1101B×11B＝？解：1101B×11B＝1101B＋1101B＋1101B

＝100111B 4．除法运算除法可以归结为连续的减法，即从被除数中不断地减去除数，所减的次数是相除的商，而剩下的值则是相除的余数。注意：因为减法可以转换为加法（见二进制数补码的加减运算），所以除法也能转换成加法。这样，二进制数的加、减、乘、除都可以转换加法运算。1.3.4二进制数的逻辑运算1．逻辑与运算

运算规则

0∧0＝0；0∧1＝0；1∧0＝0；1∧1＝1

记忆口诀：有0为0，全1为1。2．逻辑或运算

运算规则

0∨0＝0；0∨1＝1；1∨0＝1；1∨1＝1

记忆口诀：有1为1，全0为0。3．逻辑异或运算

运算规则

0⊕0＝0；0⊕1＝1；1⊕0＝1；1⊕1＝0

记忆口诀：相同为0，不同为1（仅指两位异或运算）。4．逻辑非运算

运算规则

记忆口诀：取反。1.3.5计算机中数的表示与编码1．计算机中数的表示在计算机中，为了运算的方便，数的最高位用来表示正、负数。最高位为“0”表示正数，最高位为“1”表示负数。真值:带“+、－”号的数。机器数:数码化了的带符号数。第1章单片机基础知识概述有符号数的表示方法

计算机所能表示的数或其它信息，都是用二进制表达的，对正号和负号只能用“0”和“1”来表达。一般最高位为符号位，“0”表示正数，“1”表示负数。真值+123→机器数01111011B真值-123→机器数11111011B

所谓机器数，是指在计算机中使用的、带有符号位的二进制数，其位数通常为8的整数倍。有符号数：即机器数，最高位为符号位，“0”表示正数，“1”表示负数。无符号数：机器数中最高位不作为符号位，而当成数值位。【例】正数59H真值和机器数表示法。解：真值的表示法：+1011001B或+59H

机器数表示法：01011001B或59H【例】-59H真值和机器数表示法。解：真值的表示法：-1011001B或-59H

机器数表示法：11011001B或D9H第1章单片机基础知识概述有符号位有原码，反码和补码三种表示法。

原码：原码就是机器码。8位原码数表示的范围为FFH～7FH（-127～+127）。原码数00H和80H的数值部分相同、符号位相反，它们分别为+0和－0。16位原码数表示的范围为FFFFH～7FFFH（-32767～+32767）。原码数0000H和8000H的数值部分相同、符号位相反，它们分别为+0和－0。反码：正数的反码与原码相同；负数的反码为：符号位不变，数值部分按位取反。例如，求8位反码机器数：原码00000100B→反码01111011B补码：正数的补码表示与原码相同。负数的补码为其反码加1，但原符号位不变。微型计算机中一个符号数的机器数的表示方法有原码、反码、补码等三种表示法。原码：用最高位表示符号位，后面各位表示该数的绝对值。（注意：符号位：0代表＋，1代表-)【例】（＋56）原码（－56）原码

（＋56）原码＝00111000B＝38H

（－56）原码＝10111000B＝B8H从例题中可以看出：一个负数的原码只要在其对应的正数原码基础上加80H就可以方便地求出其原码。（－56）原码＝（＋56）原码＋80H＝38H＋80H＝B8H反码：正数的反码与原码相同；负数的反码是在其原码的基础上，保留符号位不变，数值位各位取反。【例】（＋56）反码

（－56）反码

（＋56）反码＝00111000B＝38H

（－56）反码＝11000111B＝C7H从例题中可以看出：一个负数的反码只要在其对应的正数反码（即原码）基础上各位取反就可以方便地求出其反码。而取反的方法也很简单，只要用FFH去减该数即可。（－56）反码＝FFH-（＋56）原码＝FFH-38H＝C7HWhy？补码：正数的补码与原码、反码相同；负数的补码是在其反码的基础上加1即可。【例】

（＋56）补码＝00111000B＝38H

（－56）补码＝（－56）反码＋1＝C7H＋1＝C8H从求反码的方法中可以推导：（－56）补码＝（－56）反码＋1＝FFH-（＋56）原码＋1

＝100H-（＋56）原码＝100H-38H=C8H第1章单片机基础知识概述例如，求8位二进制数补码：X=+4;X=-4在原码中，零可以表示成+0(00000000B)，也可以表示成-0(10000000B)。在反码中，零可以表示成+0(00000000B)，也可以表示成-0(11111111B)。在补码中，由于补码的特殊规律，零只有一种表示方法.[±0]补=00000000B

在计算机中，有符号位一律用补码表示，这样可以简化计算机的硬件结构。

原码为10000100B其反码为11111011B［X］补=11111100B［X］补=00000100B负数原码、反码、补码求法归纳：（负数）原码＝（对应正数）原码＋80H（负数）反码＝FFH－（对应正数）原码（负数）补码＝100H－（对应正数）原码注意：在原码和反码，0有两种表示法，即＋0和－0的表示法不同；而在补码中0的表示法只有一种。2.二进制编码BCD码：用二进制数表示的十进制数称为二进制编码的十进制数。非压缩BCD码：8位码表示1位十进制数（高4位填0）的编码。压缩的BCD码：8位码表示2位十进制数（高4位、低4位各代表一位十进制数）。非法码：4位代码在1010B~1111B范围时。（2个BCD码的运算可能出现非法码，这时要对所得结果进行调整。）二—十进制编码BCD码

BCD码(BinaryCodedDecimal)二进制代码表示的十进制数。一、8421BCD码例：求十进制数876的BCD码

[876]BCD=100001110110 876=36CH=1101101100BBCD码运算

十进制调整：计算机实际按二进制法则计算，加入十进制调整操作，可计算BCD码。十进制调整方法：当计算结果有非BCD码或产生进位或借位，进行加6或减6调整。例：计算BCD码38-29=？

00111000

[38]BCD

+11010111

-[29]BCD 1

00001111产生非BCD

+11111010-06调整

1

00001001结果无借位：9

ASCII码（AmericanStandardCodedforInformationInterchange）是“美国信息交换标准码”的简称，后来由国际标准组织（ISO）确定为国际标准字符编码。它是微机中最常使用的字符编码。字符0～9的ASCII码：30H～39H大写英文字母A～Z的ASCII码：41H～5AH小写英文字母a～z的ASCII码：61H～7AHASCII码由7位二进制码构成，可表示128（27=128）个字符，ASCII码表见表1-3。表1.3ASCII码表本章小结1.微型计算机的基本结构和常用术语单片机的概念单片机的特点及应用场合

2.按一定的进位原则进行计数的科学方法称为数制。二进制、十进制和十六进制是微机中的常用进制。它们都有各自的特点和运算规则，并且相互可以进行转换。十进制数转换为二进制数采用“除2取余/乘2取整”法，转换为十六进制数采用“除16取余/乘16取整”法；二进制数转换为十进制数