【正文】 《 單片機(jī)原理及應(yīng)用設(shè)計(jì) 》 化學(xué)工業(yè)出版社 主講人：王瑞芳 本書(shū)主要內(nèi)容 ? 單片機(jī)概述 ? MCS51系列單片機(jī)的組成與工作原理 ? MCS51 單片機(jī)的指令系統(tǒng) ? 匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì) ? MCS51單片機(jī)的中斷系統(tǒng) ? 定時(shí) /計(jì)數(shù)器 ? 單片機(jī)的串行通信及接口 ? MCS51單片機(jī)的系統(tǒng)擴(kuò)展 第 1章 單片機(jī)概述 本章知識(shí)點(diǎn)： ▲ 計(jì)算機(jī)的發(fā)展概況 ▲ 計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)和應(yīng)用 ▲ 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成 ▲ 單片機(jī)概述 ▲ 計(jì)算機(jī)中常用的數(shù)制與碼制 本章重點(diǎn)： ▲ 微機(jī)系統(tǒng)的組成 ▲ 不同數(shù)制間的相互轉(zhuǎn)換 ▲ 原碼、反碼、補(bǔ)碼的概念既相互間的關(guān)系 電子計(jì)算機(jī) 定義：在程序的控制下自動(dòng)進(jìn)行信息處理的電子裝置。 分類(lèi)：數(shù)字計(jì)算機(jī)、模擬計(jì)算機(jī)、模 /數(shù)混合計(jì)算機(jī)。 ? 一、現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的發(fā)展歷史 第一代： 1946~1957 電子管計(jì)算機(jī)（速度慢） 第二代： 1957~1964 晶體管計(jì)算機(jī) （速度快，功耗低，性能更穩(wěn)定） 第三代： 1964~1972 集成電路計(jì)算機(jī)（體積小，可靠性高） 第四代： 1972~現(xiàn)在 大規(guī)模集成電路計(jì)算機(jī) 第五代：智能化 計(jì)算機(jī)的發(fā)展概況 ? 二、計(jì)算機(jī)的發(fā)展方向 （ 1）大型化和巨型化 運(yùn)算速度快，存儲(chǔ)量大，體積大，價(jià)格高。 （ 2）微型化 體積小，重量輕，價(jià)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(kāi)發(fā)各種系統(tǒng) 計(jì)算機(jī)的發(fā)展概況 計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)和應(yīng)用 ? 一、計(jì)算機(jī)的特點(diǎn) （ 1）運(yùn)算速度快 （ 2）計(jì)算精度高 字長(zhǎng)：計(jì)算機(jī)處理的一組二進(jìn)制數(shù)的位數(shù) （ 3）存儲(chǔ)能力極強(qiáng) （ 4）在程序的控制下自動(dòng)操作 （ 5）通用性強(qiáng) 不同行業(yè)的用戶通過(guò)編制不同的程序解決不同的問(wèn)題，而不需要改變硬件。 ? 二、計(jì)算機(jī)的主要性能指標(biāo) （ 1） 字長(zhǎng) ：計(jì)算機(jī)能直接處理的二進(jìn)制位數(shù)，代表實(shí)際的處理能力。 字長(zhǎng)越長(zhǎng)，計(jì)算精度越高，尋址范圍越大。 （ 2） 主存儲(chǔ)量（內(nèi)存）： 按字長(zhǎng)或字節(jié)計(jì)算。 主存儲(chǔ)量越大，執(zhí)行程序的速度越快。 （ 3） 存取周期： 存儲(chǔ)器進(jìn)行一次完整的讀寫(xiě)操作所需的時(shí)間。 （ 4） 運(yùn)算速度： 一般用每秒內(nèi)所能執(zhí)行的指令條數(shù)來(lái)衡量。 速度的單位：百萬(wàn)條指令 /秒。 （ 5） 主頻： 計(jì)算機(jī)的時(shí)鐘頻率，一般用 MHZ或 GHZ表示。 主頻越高，計(jì)算機(jī)的運(yùn)行速度越快。 計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)和應(yīng)用 計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)和應(yīng)用 ? 三、計(jì)算機(jī)的應(yīng)用 （ 1）數(shù)值計(jì)算 （ 2）信息處理和事物管理 信息處理： 利用計(jì)算機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄、合并、分類(lèi)、傳 遞、存儲(chǔ)、計(jì)算、檢索等處理。 事務(wù)管理： 用計(jì)算機(jī)及時(shí)提供管理信息。如：財(cái)務(wù)管理、庫(kù)存管理、銷(xiāo)售管理等。 （ 3）自動(dòng)控制 （ 4）計(jì)算機(jī)輔助應(yīng)用： CAD、 CAM、 CAI （ 5）人工智能 （ 6）日常應(yīng)用 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成 運(yùn)算器 控制器 主存儲(chǔ)器 外存儲(chǔ)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(yǔ)言 B A S IC 語(yǔ)言 F O R T R A N 語(yǔ)言 C 語(yǔ)言 ?? 財(cái)務(wù)軟件 教學(xué)軟件 管理軟件 ?? 應(yīng)用軟件 程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言 系統(tǒng)軟件 外部設(shè)備 主機(jī) 硬件系統(tǒng) 軟件系統(tǒng) 微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng) CPU (ROM、 RAM) 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成 ? 一、計(jì)算機(jī)的硬件 （ 1）運(yùn)算器 作用：運(yùn)算作用，可進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算 組成：加法器 A （累加器）、寄存器 B、狀態(tài)標(biāo)志寄存器 F、通用寄存器等組成。 （ 2）控制器 作用：指揮全機(jī)工作的中心。用來(lái)產(chǎn)生表示節(jié)拍的時(shí)序電位和時(shí)序脈沖，并將指令規(guī)定的操作類(lèi)別、條件組成各種相應(yīng)的控制信號(hào)，按一定的時(shí)間和條件，把信號(hào)送到相應(yīng)的線路中協(xié)調(diào)整機(jī)工作。 組成：指令寄存器、指令譯碼器、程序計(jì)數(shù)器、脈沖分配器、時(shí)鐘電路、操作控制部件等組成。 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成 （ 3）存儲(chǔ)器 作用：用來(lái)存儲(chǔ)程序、數(shù)據(jù)等信息的物理介質(zhì)。 分類(lèi)： （ 4）輸入、輸出設(shè)備 作用：輔助主機(jī)的工作，提供主機(jī)和外設(shè)之間交換信息的工具。 種類(lèi)：鍵盤(pán)、鼠標(biāo)、顯示器、打印機(jī)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(lèi)： 地址總線、數(shù)據(jù)總線、控制總線 內(nèi)存儲(chǔ)器（主存）： 直接與 CPU交換信息，速度快、容量小 外存儲(chǔ)器：存儲(chǔ)容量大，斷電后不會(huì)丟失 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成 二、計(jì)算機(jī)的指令和指令系統(tǒng) （ 1）指令 定義：計(jì)算機(jī)完成某個(gè)具體的操作所發(fā)出的指示或命令，并由計(jì)算機(jī)直接識(shí)別執(zhí)行。 組成：操作碼、操作數(shù) 操作碼： 計(jì)算機(jī)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(lèi)型：操作類(lèi)指令、控制轉(zhuǎn)移類(lèi)指令 （ 2）指令系統(tǒng)（決定計(jì)算機(jī)的能力，影響 其體系結(jié)構(gòu)） 定義：所有指令的集合。 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成 三、計(jì)算機(jī)的軟件 分類(lèi)：系統(tǒng)軟件、應(yīng)用軟件、程序設(shè)計(jì)語(yǔ)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(shí)用程序、診斷程序等。 （ 2）應(yīng)用軟件 定義：指用戶的專(zhuān)業(yè)軟件，是為解決某一專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域的問(wèn)題而編寫(xiě)的程序。 （ 3）程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言 作用：編寫(xiě)程序所使用的語(yǔ)言。 分類(lèi)： 機(jī)器語(yǔ)言、匯編語(yǔ)言、高級(jí)語(yǔ)言 單片機(jī)： 單片微型計(jì)算機(jī)就是將 CPU、 RAM、ROM、 定時(shí) /計(jì)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(jì)算機(jī)上的微型計(jì)算機(jī)。因此，一塊芯片就構(gòu)成了一臺(tái)計(jì)算機(jī)。它已成為工業(yè)控制領(lǐng)域、智能儀器儀表。 一、單片機(jī)的發(fā)展過(guò)程 第一階段（ 1976~1978年）：低性能單片機(jī)的探索階段 第二階段 （ 1978~1982年 ） ：高性能單片機(jī)階段 第三階段 （ 1982~1990年 ） ： 16位單片機(jī)階段 第四階段 （ 1990年 ~） ：微控制器的全面發(fā)展階段 單片機(jī)概述 二、單片機(jī)的系統(tǒng)組成 ： CPU、存儲(chǔ)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(jī)的發(fā)展趨勢(shì) （ 1）微型化 （ 2）低功耗（工作方式多，電源范圍擴(kuò)大） （ 3）高速化 （ 4）集成更多資源 （ 5）通信及網(wǎng)絡(luò)功能加強(qiáng) （ 6）專(zhuān)用型單片機(jī)發(fā)展加快 單片機(jī)概述 計(jì)算機(jī)中常用的數(shù)制與碼制 一、數(shù)制 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，對(duì)于符號(hào)數(shù)有不同的編碼方式，通常有 原碼、反碼和補(bǔ)碼 。 （ 1）原碼 最高位為符號(hào)位（正數(shù)用 0表示，負(fù)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(fù)數(shù)的反碼是其對(duì)應(yīng)的原碼符號(hào)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(jì)算機(jī)中常用的數(shù)制與碼制 （ 3）補(bǔ)碼 正數(shù)的補(bǔ)碼與原碼相同，負(fù)數(shù)的補(bǔ)碼是其對(duì)應(yīng)的原碼符號(hào)位保持為1，數(shù)值位逐位取反，末位加 1的結(jié)果，即對(duì)應(yīng)的反碼加 1。 X=+87=01010111B， [X]補(bǔ) =01010111B Y=87=11010111B， [Y]補(bǔ) =10101001B 二、碼制 在計(jì)算機(jī)中，除了表示數(shù)以外，還要表達(dá)字母、字符等信息，他們也是以二進(jìn)制的形式出現(xiàn)的，只是編碼的形式不同而已，計(jì)算機(jī)中常見(jiàn)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(yàn)，用其余的 7位代碼來(lái)對(duì) 128個(gè)字符編碼，其中 32個(gè)是控制字符， 96個(gè)是圖形字符。 BCD碼：采用二進(jìn)制數(shù)編碼十進(jìn)制數(shù)。 計(jì)算機(jī)中常用的數(shù)制與碼制 十進(jìn)制 8421BCD碼 二進(jìn)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(jì)數(shù)制之間的轉(zhuǎn)換 十進(jìn)制數(shù) 一個(gè)十進(jìn)制數(shù) ， 它的數(shù)值是由數(shù)碼 0， 1， 2， … ， 8， 9來(lái)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(duì)應(yīng)于： 5 3 4 7 8萬(wàn) 千 百 十 個(gè)十進(jìn)制10 4 10 3 10 2 10 1 10 0 二進(jìn)制數(shù) 二進(jìn)制是按 “ 逢二進(jìn)一 ” 的原則進(jìn)行計(jì)數(shù)的。二進(jìn)制數(shù)的基為 “ 2”，即其使用的數(shù)碼為 0、 1，共兩個(gè)。二進(jìn)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(duì)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(jìn)制2 7 2 6 2 5 2 4 2 3 2 2 2 1 2 0 十六進(jìn)制數(shù) 十六進(jìn)制數(shù)的基為 16，即基數(shù)碼共有 l6個(gè)： 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(jìn)制數(shù)中的 10， 11， 12， 13， 14， 15。十六進(jìn)制的權(quán)為以 16為底的冪。 例如： 4F8E=4 163+F 162+8 161+E 160=20366， 對(duì)應(yīng)于： 4 EF 8十六進(jìn)制16 3 16 2 16 1 16 0常用計(jì)數(shù)制表示數(shù)的方法比較 十進(jìn)制 二進(jìn)制 十六進(jìn)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