【正文】 《 單片機原理及應(yīng)用設(shè)計 》 化學(xué)工業(yè)出版社 主講人：王瑞芳 本書主要內(nèi)容 ? 單片機概述 ? MCS51系列單片機的組成與工作原理 ? MCS51 單片機的指令系統(tǒng) ? 匯編語言程序設(shè)計 ? MCS51單片機的中斷系統(tǒng) ? 定時 /計數(shù)器 ? 單片機的串行通信及接口 ? MCS51單片機的系統(tǒng)擴展 第 1章 單片機概述 本章知識點： ▲ 計算機的發(fā)展概況 ▲ 計算機的特點和應(yīng)用 ▲ 計算機系統(tǒng)的組成 ▲ 單片機概述 ▲ 計算機中常用的數(shù)制與碼制 本章重點： ▲ 微機系統(tǒng)的組成 ▲ 不同數(shù)制間的相互轉(zhuǎn)換 ▲ 原碼、反碼、補碼的概念既相互間的關(guān)系 電子計算機 定義：在程序的控制下自動進行信息處理的電子裝置。 分類：數(shù)字計算機、模擬計算機、模 /數(shù)混合計算機。 ? 一、現(xiàn)代計算機的發(fā)展歷史 第一代： 1946~1957 電子管計算機（速度慢） 第二代： 1957~1964 晶體管計算機 （速度快，功耗低，性能更穩(wěn)定） 第三代： 1964~1972 集成電路計算機（體積小，可靠性高） 第四代： 1972~現(xiàn)在 大規(guī)模集成電路計算機 第五代：智能化 計算機的發(fā)展概況 ? 二、計算機的發(fā)展方向 （ 1）大型化和巨型化 運算速度快，存儲量大，體積大，價格高。 （ 2）微型化 體積小，重量輕，價格便宜，普及快 （ 3）網(wǎng)絡(luò)化、智能化 軟硬件資源共享，人工智能技術(shù)開發(fā)各種系統(tǒng) 計算機的發(fā)展概況 計算機的特點和應(yīng)用 ? 一、計算機的特點 （ 1）運算速度快 （ 2）計算精度高 字長：計算機處理的一組二進制數(shù)的位數(shù) （ 3）存儲能力極強 （ 4）在程序的控制下自動操作 （ 5）通用性強 不同行業(yè)的用戶通過編制不同的程序解決不同的問題，而不需要改變硬件。 ? 二、計算機的主要性能指標 （ 1） 字長 ：計算機能直接處理的二進制位數(shù)，代表實際的處理能力。 字長越長，計算精度越高，尋址范圍越大。 （ 2） 主存儲量（內(nèi)存）： 按字長或字節(jié)計算。 主存儲量越大，執(zhí)行程序的速度越快。 （ 3） 存取周期： 存儲器進行一次完整的讀寫操作所需的時間。 （ 4） 運算速度： 一般用每秒內(nèi)所能執(zhí)行的指令條數(shù)來衡量。 速度的單位：百萬條指令 /秒。 （ 5） 主頻： 計算機的時鐘頻率，一般用 MHZ或 GHZ表示。 主頻越高，計算機的運行速度越快。 計算機的特點和應(yīng)用 計算機的特點和應(yīng)用 ? 三、計算機的應(yīng)用 （ 1）數(shù)值計算 （ 2）信息處理和事物管理 信息處理： 利用計算機對數(shù)據(jù)進行記錄、合并、分類、傳 遞、存儲、計算、檢索等處理。 事務(wù)管理： 用計算機及時提供管理信息。如：財務(wù)管理、庫存管理、銷售管理等。 （ 3）自動控制 （ 4）計算機輔助應(yīng)用： CAD、 CAM、 CAI （ 5）人工智能 （ 6）日常應(yīng)用 計算機系統(tǒng)的組成 運算器 控制器 主存儲器 外存儲器 輸入設(shè)備 輸出設(shè)備 操作系統(tǒng) 匯編程序 裝配程序 調(diào)試程序 ?? 匯編語言 B A S IC 語言 F O R T R A N 語言 C 語言 ?? 財務(wù)軟件 教學(xué)軟件 管理軟件 ?? 應(yīng)用軟件 程序設(shè)計語言 系統(tǒng)軟件 外部設(shè)備 主機 硬件系統(tǒng) 軟件系統(tǒng) 微型計算機系統(tǒng) CPU (ROM、 RAM) 計算機系統(tǒng)的組成 ? 一、計算機的硬件 （ 1）運算器 作用：運算作用，可進行算術(shù)運算和邏輯運算 組成：加法器 A （累加器）、寄存器 B、狀態(tài)標志寄存器 F、通用寄存器等組成。 （ 2）控制器 作用：指揮全機工作的中心。用來產(chǎn)生表示節(jié)拍的時序電位和時序脈沖，并將指令規(guī)定的操作類別、條件組成各種相應(yīng)的控制信號，按一定的時間和條件，把信號送到相應(yīng)的線路中協(xié)調(diào)整機工作。 組成：指令寄存器、指令譯碼器、程序計數(shù)器、脈沖分配器、時鐘電路、操作控制部件等組成。 計算機系統(tǒng)的組成 （ 3）存儲器 作用：用來存儲程序、數(shù)據(jù)等信息的物理介質(zhì)。 分類： （ 4）輸入、輸出設(shè)備 作用：輔助主機的工作，提供主機和外設(shè)之間交換信息的工具。 種類：鍵盤、鼠標、顯示器、打印機等。 （ 5）外圍設(shè)備 （ 6）總線 作用：系統(tǒng)中信息傳送的公共通道 分類： 地址總線、數(shù)據(jù)總線、控制總線 內(nèi)存儲器（主存）： 直接與 CPU交換信息，速度快、容量小 外存儲器：存儲容量大，斷電后不會丟失 計算機系統(tǒng)的組成 二、計算機的指令和指令系統(tǒng) （ 1）指令 定義：計算機完成某個具體的操作所發(fā)出的指示或命令，并由計算機直接識別執(zhí)行。 組成：操作碼、操作數(shù) 操作碼： 計算機執(zhí)行何種工作。 操作數(shù)： 指出參加操作的數(shù)據(jù)或數(shù)據(jù)所在單元的地址。 類型：操作類指令、控制轉(zhuǎn)移類指令 （ 2）指令系統(tǒng)（決定計算機的能力，影響 其體系結(jié)構(gòu)） 定義：所有指令的集合。 計算機系統(tǒng)的組成 三、計算機的軟件 分類：系統(tǒng)軟件、應(yīng)用軟件、程序設(shè)計語言 （ 1）系統(tǒng)軟件 由制造者提供，包括監(jiān)控程序、操作系統(tǒng)、匯編軟件、解釋程序、實用程序、診斷程序等。 （ 2）應(yīng)用軟件 定義：指用戶的專業(yè)軟件，是為解決某一專業(yè)領(lǐng)域的問題而編寫的程序。 （ 3）程序設(shè)計語言 作用：編寫程序所使用的語言。 分類： 機器語言、匯編語言、高級語言 單片機： 單片微型計算機就是將 CPU、 RAM、ROM、 定時 /計數(shù)器和多種接口都集成到一塊集成電路芯片、尖端武器、日常生活中最廣泛使用的計算機上的微型計算機。因此，一塊芯片就構(gòu)成了一臺計算機。它已成為工業(yè)控制領(lǐng)域、智能儀器儀表。 一、單片機的發(fā)展過程 第一階段（ 1976~1978年）：低性能單片機的探索階段 第二階段 （ 1978~1982年 ） ：高性能單片機階段 第三階段 （ 1982~1990年 ） ： 16位單片機階段 第四階段 （ 1990年 ~） ：微控制器的全面發(fā)展階段 單片機概述 二、單片機的系統(tǒng)組成 ： CPU、存儲器、輸入 /輸出接口電路、輸入 /輸出設(shè)備等 2 .軟件系統(tǒng) 三、單片機的發(fā)展趨勢 （ 1）微型化 （ 2）低功耗（工作方式多，電源范圍擴大） （ 3）高速化 （ 4）集成更多資源 （ 5）通信及網(wǎng)絡(luò)功能加強 （ 6）專用型單片機發(fā)展加快 單片機概述 計算機中常用的數(shù)制與碼制 一、數(shù)制 計算機系統(tǒng)中，對于符號數(shù)有不同的編碼方式，通常有 原碼、反碼和補碼 。 （ 1）原碼 最高位為符號位（正數(shù)用 0表示，負數(shù)用 1表示），其他位為數(shù)值位。 X=+87=01010111B， [X]原 =01010111B Y=87=11010111B， [Y]原 =11010111B （ 2）反碼 正數(shù)的反碼與原碼相同，負數(shù)的反碼是其對應(yīng)的原碼符號位保持為 1，數(shù)值位逐位取反的結(jié)果。 X=+87=01010111B， [X]反 =01010111B Y=87=11010111B， [Y]反 =10101000B 計算機中常用的數(shù)制與碼制 （ 3）補碼 正數(shù)的補碼與原碼相同，負數(shù)的補碼是其對應(yīng)的原碼符號位保持為1，數(shù)值位逐位取反，末位加 1的結(jié)果，即對應(yīng)的反碼加 1。 X=+87=01010111B， [X]補 =01010111B Y=87=11010111B， [Y]補 =10101001B 二、碼制 在計算機中，除了表示數(shù)以外，還要表達字母、字符等信息，他們也是以二進制的形式出現(xiàn)的，只是編碼的形式不同而已，計算機中常見的編碼由 BCD碼和 ASCII碼。 ASCII碼： ASCII碼是一種 8位代碼，最高位一般用于奇偶校驗，用其余的 7位代碼來對 128個字符編碼，其中 32個是控制字符， 96個是圖形字符。 BCD碼：采用二進制數(shù)編碼十進制數(shù)。 計算機中常用的數(shù)制與碼制 十進制 8421BCD碼 二進制 0 0000 0000 1 0001 0001 2 0010 0010 3 0011 0011 4 0100 0100 5 0101 0101 6 0110 0110 7 0111 0111 8 1000 1000 9 1001 1001 10 0001 0000 1010 11 0001 0001 1011 12 0001 0010 1100 13 0001 0011 1101 14 0001 0100 1110 15 0001 0101 1111 BCD碼 閱讀材料 不同計數(shù)制之間的轉(zhuǎn)換 十進制數(shù) 一個十進制數(shù) ， 它的數(shù)值是由數(shù)碼 0， 1， 2， … ， 8， 9來表示的 。 數(shù)碼所處的位置不同 ， 代表數(shù)的大小也不同 。 例如： 53478=5 104+3 103+4 102+7 101+8 100，對應(yīng)于： 5 3 4 7 8萬 千 百 十 個十進制10 4 10 3 10 2 10 1 10 0 二進制數(shù) 二進制是按 “ 逢二進一 ” 的原則進行計數(shù)的。二進制數(shù)的基為 “ 2”，即其使用的數(shù)碼為 0、 1，共兩個。二進制數(shù)的權(quán)是以 2為底的冪。 例如： 10110100=1 27+0 26+1 25+1 24+0 23+1 22+0 21+0 20， 對應(yīng)于： 其各位的權(quán)為 1， 2， 4， 8， … ，即以 2為底的 0次冪、 1次冪、 2次冪等。 (10110100)2＝1 27+0 26+1 25+1 24+0 23+1 22+0 21+0 20=180 1 0 1 1 1 000二進制2 7 2 6 2 5 2 4 2 3 2 2 2 1 2 0 十六進制數(shù) 十六進制數(shù)的基為 16，即基數(shù)碼共有 l6個： 0， 1， 2， 3， 4， 5， 6， 7，8， 9， A， B， C， D， E， F。其中 A， B， C， D， E， F分別代表值為十進制數(shù)中的 10， 11， 12， 13， 14， 15。十六進制的權(quán)為以 16為底的冪。 例如： 4F8E=4 163+F 162+8 161+E 160=20366， 對應(yīng)于： 4 EF 8十六進制16 3 16 2 16 1 16 0常用計數(shù)制表示數(shù)的方法比較 十進制 二進制 十六進制 0 0 0 1 1 1 2 10 2 3 11 3 4 100 4 5 101 5 6 110 6 7 111 7 8 1000 8