第一章 微机基础知识

单片机原理与接口技术1单片机的功能：1、数据采集与处理；2、实时控制。2单片机的特点结构简单，体积小，性价比高，功能齐全，功耗小，可靠性高，应用范围广。3

军事技术通常在这些电子系统的集中显示系统、动力监测控制系统、自动驾驭系统、通讯系统以及运行监视器（黑匣子）都会用到单片机技术。单片机应用领域4人工智能工业机器人的控制系统由中央控制器、感觉系统、行走系统、擒拿系统等节点构成的单机或多机网络系统。而其中的每一个小系统（如数据采集、远程监控系统）都是由单片机进行控制的。5工业控制单片机的应用为传统的仪器仪表行业的产品“更新换代”提供了非常理想的条件。目前各种变送器、电器测量仪表普遍采用单片机系统代替原来的测量系统，使测量系统的各种功能如存储、数据处理、查找、判断、联网和语音等功能得以实现6消费类电子产品电讯方面7单片机的应用领域智能仪器仪表：如各种智能电气测量仪表、智能传感器等，如数字示波器，数字万用表机电一体化：如机器人、数控机床、自动包装机、点钞机、医疗设备、打印机、传真机、复印机等实时过程控制：如电机转速控制、温度控制、自动生产线日常生活：如空调器、电冰箱、洗衣机、电饭煲、高档洗浴设备、高档玩具等其它方面：汽车、火车、飞机、航天器等均有单片机的广泛应用。如汽车自动驾驶系统、航天测控系统、黑匣子等。8目录第一章微机基础知识第二章

89C51单片机的结构和原理第三章89C51指令系统第四章汇编语言程序设计知识第五章中断系统第六章定时器及应用第七章89C51串行口及通信技术91.1微处理器、微机和单片机的概念包括微处理器(CPU)存储器接口适配器（输入输出接口电路）输入/输出（I/O）设备。1、微处理器(Microprocessor):是小型计算机或微型计算机的控制和处理部分,又称中央处理单元CPU（CentralProcessingUnit）2、微型计算机（Microcomputer）:是具有完整运算及控制功能的计算机103、单片机（Single-ChipMicrocomputer）:是将微处理器、一定容量RAM和ROM以及I/O口、定时器等电路集成在一块芯片上，构成单片微型计算机。也称为嵌入式系统。嵌入式系统的定义：嵌入到对象体系中的专用计算机系统。单片机把微型计算机的各主要部分集成在一块芯片上,大大缩短了系统内信号传送距离，从而提高了系统的可靠性及运行速度。11单片机分类：通用型与专用型两类通用型与专用型是按某一型号单片机适用范围区分的。通用型单片机：是一个基本的芯片，内部资源丰富，性能全面且通用性强，覆盖多种需求。例如，MCS51系列是通用型单片机，它并不是为某一种专门用途设计的单片机；12专用型单片机：针对某一类产品甚至某个产品需要而设计、生产的单片机。设计时已经使设备最简，软硬件资源利用最优，可靠性及经济成本最佳。例如，来电显示电话中配有液晶驱动器接口的单片机和全自动洗衣机中的微控制器，都是专用单片机；特别是小家电、玩具领域的单片机，因为小封装、价格低廉一外围器件、外设接口集成度高，多数为专用单片机。1389C51单片机的外观DIP双列直插式DualIn-linePackage

第1脚14PQFP

塑料方块平面封装PlasticQuadFlatPackage15PLCC塑封J引线芯片封装

PlasticLeadedChipCarrier

161.1.1

微处理器(机）的组成（一）、运算器

算术逻辑单元(简称ALU）

运算器累加器

寄存器172、运算器的作用是把传送到微处理器的数据进行运算或逻辑运算。ALU可对两个操作数进行加、减、与、或、比较大小等操作，最后将结果存入累加器。ALU执行不同的运算操作是由不同控制线上的信息所确定的。183、ALU的两个主要的输入来源输入来源数据寄存器累加器19控制器的组成程序计数器指令寄存器指令译码器时序产生器操作控制器（二）、控制器它是发布命令的“决策机构”，即协调和指挥整个计算机系统的操作。20控制器的主要功能：从内存中取出一条指令，并指出下一条指令在内存中的位置。对指令进行译码或测试，并产生相应的操作控制信号，以便启动规定的动作。指挥并控制CPU、内存和输入/输出设备之间数据流动的方向。二、控制器21（三）、CPU中的主要寄存器1、累加器（A）2、数据寄存器（DR）3、指令寄存器（IR）4、指令译码器（ID）6、地址寄存器（AR）5、程序计数器（PC）221、累加器（A）在算术和逻辑运算时，它具有双重功能：运算前，用于保存一个操作数；运算后，用于保存所得的和、差或逻辑运算结果。累加器是微处理器中最繁忙的寄存器。232、数据寄存器（DR）数据（缓冲）寄存器（DR）是通过数据总线（DBUS）向存储器（M）和输入/输出设备I/O送（写）或取（读）数据的暂存单元。243、指令寄存器（IR）指令寄存器用来保存当前正在执行的一条指令当执行一条指令时先把它从内存取到数据寄存器中，然后再传送到指令译码器中。254、指令译码器（ID）指令分为操作码和地址码字段，由二进制数字组成。当执行任何给定的指令，必须对操作码进行译码，以便确定所要求的操作。指令寄存器中操作码字段的输出就是指令译码器的输入。操作码一经译码后，即可向控制器发出具体操作的特定信号。265、程序计数器（PC）

通常又称为指令地址计数器。在程序开始执行前，必须将其起始地址，即程序的第一条指令所在的内存单元地址送到PC。当执行指令时，CPU将自动修改PC的内容，使之总是保存将要执行的下一条指令的地址。由于大多数指令都是按顺序执行的，所以修改的过程通常是简单的加1操作。276、地址寄存器（AR）地址寄存器用来保存当前CPU所要访问的内存单元或I/O设备的地址。因为内存（I/O设备）和CPU之间存在着速度上的差别，所以必须使用地址寄存器来保存地址信息，直到内存（I/O设备）读/写操作完成为止。28一、存储器地址总线、数据总线和若干控制线把存储器和微处理器连接起来。存储器从CPU接收控制信号，以确定存储器执行读/写操作。地址总线将8位地址信息送入地址译码器，地址译码器的输出可以确定唯一的存储单元。数据总线用来传送存储器到CPU或CPU到存储器的数据信息。1.1.2存储器和输入/输出接口29二、I/O接口及外设每个外设与微处理器的连接必须经过接口适配器（I/O接口）。每个I/O接口及其对应的外设都有一个固定的地址，在CPU的控制下实现对外设的输入（读）和输出（写）操作。30(1)二进制(Binary，用B表示)数码：0、1，基数为2，进位规则：逢二进一如：1001B=1×23+0×22+0×21+1×20

=9D,式中2n称为各数位的权(2)十进制(Decimal，用D表示)数码(数字符号)：0—9，基数(数码的个数)为10，进位规则：逢十进一如：1135.5D=1×103+1×102+3×101+5×100+5×10-1,式中10n称为各数位的权

1.2常用数制和编码31(3)十六进制(Hexadecimal，用H表示)

数码：0—9，A,B,C,D,E,F，基数为16，进位规则：逢16进一，如：1C5H=1×162+12×161+5×160=453D,式中16n称为各数位的权

1.2常用数制和编码当最高位是A~F中的任意一个时，应在前面加0，说明是数字而不是文字，如A7H应写为0A7H32总之，N进制数，N个数码，基为N,逢N进一R进制X=(an-1···a1a0.a-1a-2···a-m)可以按权展开为十进制数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)、二进制、十六进制转化成十进制：

将二、十六进制数按权展开相加即为相应的十进制数。如：1101B=1×23+1×22+0×21+1×20=13D如：1FH=1×161+15×160=31D2)、十进制数转换成二、十六进制数

任意十进制数N转换成R进制数，需将整数部分和小数部分分开，采用不同方法分别进行转换，然后用小数点将这两部分连接起来。二、不同进制之间相互转换342)、十进制数转换成二、十六进制数(1)整数部分：除基取余法

将十进制数除基取余，商为0止，余数倒置如168D=10101000B=0A8H035(2)小数部分：乘基取整法

将十进制数乘基取整，积为0或满足精度要求时止，整数顺排。如0.645D=0.10100B=0.A51EBH

所以，168.645D=10101000.10100B=0A8.A51EBH363)、二进制转换成十六进制数

将二进制数以小数点为界四位一分，不足补0，用一位十六进制数代替四位二进制数。如：100111100B=0001

0011

1100B=13CH4)、十六进制转换成二进制数

将十六进制数以小数点为界，用四位二进制数代替一位十六进制数。如：0D4EH=1101

0100

1110

B371.3数据在计算机中的表示

1、机器数与真值 机器只认识二进制数：0、1。这是因为，电路状态常有两个，如通、断；高电平、低电平；可用0、1表示。 这种0、1、0、1…1在机器中的表现形式(也即以二进制形式表示的数)称为机器数。一般为8位。机器数代表的数值称为真值。

381.3数据在计算机中的表示

1、机器数与真值机器数无符号数：00000000B~11111111B即00H~FFH带符号数：+1010110B、-1101001——真值

01010110、11101001——机器数对带符号数而言，有原码、反码、补码之分，计算机内所有有符号数都是以补码的形式存放。391、原码

一个二进制数同时包含符号和数值两部分。它的最高位为符号位，其余位表示数值。符号位为0时，表示正数，为1时，表示负数。如：X1=+4D 则：[X1]原

=00000100B如：X2=-4D 则：[X2]原

=10000100B［+0］原＝000…00，［-0］原＝100…00402、反码a)、正数：它的反码与原码相同。如：X1=+4D 则：[X1]反=[X1]原=00000100Bb)、负数：它的反码为它的原码除符号位外，其余各位按位取反;也等于2n+X-1如：X2=-4D 则：[X2]原=10000100B，[X2]反=11111011Bc)、零：［+0］反＝000…00，［-0］反＝111…11413、补码由此可见,在以12为模的系统中,加8和减4的效果是一样的,即-4=+8（mod12）

以时钟为例,设当前时钟指向11点,而准确时间为7点,调整时间的方法有两种,一种是时钟倒拨4小时,即11-4=7;另一种是时钟正拨8小时,即11+8=12+7=7。42对于n位计算机来说,数X的补码定义为:1D-1D=1D+(-1)D=000000001B-00000001B=00000001B+10000001B=10000010=-2D00000001B-00000001B=00000001B+11111111B=100000000=0D使用补码可以使符号位直接参与运算，也就可以减法运算化为补码加法运算43a)、正数：它的补码与原码相同。如：X1=+4D 则：[X1]补=[X1]原=[X1]反

=00000100Bb)、负数：它的补码为它的反码+1。如：X2=-4D 则：[X2]原=10000100B[X2]反=11111011B[X2]补=11111100BC)、零的补码为零,［+0］补＝［-0］补＝000…00练习：有十进制数：-15D，20D，写出它们的原码、反码、补码。44三、单片计算机常用编码1、BCD（Binary-CodedDecimal)码用二进制对十进制0-9进行编码——BCD