最新01第一章課件(基礎知識)

01第一章課件(基礎知識)01第一章課件(基礎知識)§1.1電子計算機的發(fā)展概述§1.1.1電子計算機的問世及其經(jīng)典結構

1946年2月15日，第一臺電子數(shù)字計算機問世，這標志著計算機時代的到來。ENIAC§1.1電子計算機的發(fā)展概述§1.1.1電子計算機的問世2最新01第一章課件(基礎知識)3最新01第一章課件(基礎知識)4最新01第一章課件(基礎知識)5最新01第一章課件(基礎知識)6最新01第一章課件(基礎知識)7最新01第一章課件(基礎知識)8二、微型計算機的應用形態(tài)從應用形態(tài)上，微機可以分成三種：

◆多板機（系統(tǒng)機）將CPU、存儲器、I/O接口電路和總線接口等組裝在一塊主機板（即微機主板）。各種適配板卡插在主機板的擴展槽上并與電源、軟/硬盤驅動器及光驅等裝在同一機箱內，再配上系統(tǒng)軟件，就構成了一臺完整的微型計算機系統(tǒng)（簡稱系統(tǒng)機）。工業(yè)PC機也屬于多板機。二、微型計算機的應用形態(tài)◆多板機（系統(tǒng)機）9

◆單板機將CPU芯片、存儲器芯片、I/O接口芯片和簡單的I/O設備（小鍵盤、LED顯示器）等裝配在一塊印刷電路板上，再配上監(jiān)控程序（固化在ROM中），就構成了一臺單板微型計算機（簡稱單板機）。單板機◆單板機單板機10單板機的I/O設備簡單，軟件資源少，使用不方便。早期主要用于微型計算機原理的教學及簡單的測控系統(tǒng)，現(xiàn)在已很少使用。單板機的I/O設備簡單，軟件資源少，使用不方便。早期主要用于11

◆單片機在一片集成電路芯片上集成微處理器、存儲器、I/O接口電路，從而構成了單芯片微型計算機，即單片機。三種應用形態(tài)的比較：單板機單片機系統(tǒng)機（多板機）◆單片機單板機單片機系統(tǒng)機（多板機）12

系統(tǒng)機（桌面應用）屬于通用計算機，主要應用于數(shù)據(jù)處理、辦公自動化及輔助設計等廣泛領域。

單片機（嵌入式應用）屬于專用計算機，主要應用于智能儀表、智能傳感器、智能家電、智能辦公設備、汽車及軍事電子設備等應用系統(tǒng)。

單片機體積小、價格低、可靠性高，其非凡的嵌入式應用形態(tài)對于滿足嵌入式應用需求具有獨特的優(yōu)勢。系統(tǒng)機（桌面應用）屬于通用計算機，主要應用于數(shù)據(jù)處理13§1.2單片機的發(fā)展過程及產品近況§1.2.1單片機的發(fā)展過程

單片機技術發(fā)展過程可分為三個主要階段：

◆單芯片微機形成階段

1976年，Intel公司推出了MCS-48系列單片機。8位CPU、1K字節(jié)ROM、64字節(jié)RAM、27根I/O線和1個8位定時/計數(shù)器。

特點是：存儲器容量較小，尋址范圍?。ú淮笥?K），無串行接口，指令系統(tǒng)功能不強。

§1.2單片機的發(fā)展過程及產品近況§1.2.114

◆性能完善提高

1980年，Intel公司推出了MCS-51系列單片機：8位CPU、4K字節(jié)ROM、128字節(jié)RAM、4個8位并口、1個全雙工串行口、2個16位定時/計數(shù)器。尋址范圍64K，并有控制功能較強的布爾處理器。

特點是：結構體系完善，性能已大大提高，面向控制的特點進一步突出?，F(xiàn)在，MCS-51已成為公認的單片機經(jīng)典機種。◆性能完善提高特點是：結構體系完善，性15

特點是：片內面向測控系統(tǒng)外圍電路增強，使單片機可以方便靈活地用于復雜的自動測控系統(tǒng)及設備?！拔⒖刂破鳌钡姆Q謂更能反應單片機的本質。1982年，Intel推出MCS-96系列單片機。芯片內集成：16位CPU、8K字節(jié)ROM、232字節(jié)RAM、5個8位并口、1個全雙工串行口、2個16位定時/計數(shù)器。尋址范圍64K。片上還有8路10位ADC、1路PWM輸出及高速I/O部件等。特點是：片內面向測控系統(tǒng)外圍電路增強，使單片機可以方便靈活16§1.2.2單片機產品近況

﹡ATMEL公司融入Flash存儲器技術的AT89系列；

﹡Philips公司的80C51、80C552系列；

﹡華邦公司的W78C51、W77C51高速低價系列；

﹡ADI公司的ADμC8xx高精度ADC系列；

﹡LG公司的GMS90/97低壓高速系列；

﹡Maxim公司的DS89C420高速（50MIPS）系列；

﹡Cygnal公司的C8051F系列高速SOC單片機。◆

80C51系列單片機產品繁多，主流地位已經(jīng)形成，近年來推出的與80C51兼容的主要產品有：§1.2.2單片機產品近況﹡ATMEL公司融入Flas17

◆非80C51結構單片機新品不斷推出，給用戶提供了更為廣泛的選擇空間，近年來推出的非80C51系列的主要產品有：﹡Intel的MCS-96系列16位單片機；﹡Microchip的PIC系列RISC單片機；﹡TI的MSP430F系列16位低功耗單片機?！舴?0C51結構單片機新品不斷推出，給用戶提供了更為廣18§1.3單片機的特點及應用領域§1.3.1單片機的特點

近期推出的單片機產品，內部集成有高速I/O口、ADC、PWM、WDT等部件，并在低電壓、低功耗、串行擴展總線、控制網(wǎng)絡總線和開發(fā)方式（如在系統(tǒng)編程ISP）等方面都有了進一步的增強?！艨刂菩阅芎涂煽啃愿邔崟r控制功能特別強，其CPU可以對I/O端口直接進行操作，位操作能力更是其它計算機無法比擬的。另外，由于CPU、存儲器及I/O接口集成在同一芯片內，各部件間的連接緊湊，數(shù)據(jù)在傳送時受干擾的影響較小，且不易受環(huán)境條件的影響，所以單片機的可靠性非常高。§1.3單片機的特點及應用領域§1.3.1單片機的特點19◆體積小、價格低、易于產品化

單片機芯片即是一臺完整的微型計算機，對于批量大的專用場合，一方面可以在眾多的單片機品種間進行匹配選擇；同時還可以專門進行芯片設計，使芯片的功能與應用具有良好的對應關系；在單片機產品的引腳封裝方面，有的單片機引腳已減少到8個或更少。從而使應用系統(tǒng)的印制板減小、接插件減少、安裝簡單方便?！趔w積小、價格低、易于產品化20§1.3.2單片機的應用領域

◆智能儀器儀表

單片機用于各種儀器儀表，一方面提高了儀器儀表的使用功能和精度，使儀器儀表智能化，同時還簡化了儀器儀表的硬件結構，從而可以方便地完成儀器儀表產品的升級換代。如各種智能電氣測量儀表、智能傳感器等?！?.3.2單片機的應用領域◆智能儀器儀表單片21◆機電一體化產品機電一體化產品是集機械技術、微電子技術、自動化技術和計算機技術于一體，具有智能化特征的各種機電產品。單片機在機電一體化產品的開發(fā)中可以發(fā)揮巨大的作用。典型產品如機器人、數(shù)控機床、自動包裝機、點鈔機、醫(yī)療設備、打印機、傳真機、復印機等。◆機電一體化產品機電一體化產品是集機械技術、微電子技術、自動22◆實時工業(yè)控制單片機還可以用于各種物理量的采集與控制。電流、電壓、溫度、液位、流量等物理參數(shù)的采集和控制均可以利用單片機方便地實現(xiàn)。在這類系統(tǒng)中，利用單片機作為系統(tǒng)控制器，可以根據(jù)被控對象的不同特征采用不同的智能算法，實現(xiàn)期望的控制指標，從而提高生產效率和產品質量。典型應用如電機轉速控制、溫度控制、自動生產線等?！魧崟r工業(yè)控制單片機還可以用于各種物理量的采集與控制。電流、23◆分布式系統(tǒng)的前端模塊

在較復雜的工業(yè)系統(tǒng)中，經(jīng)常要采用分布式測控系統(tǒng)完成大量的分布參數(shù)的采集。在這類系統(tǒng)中，采用單片機作為分布式系統(tǒng)的前端采集模塊，系統(tǒng)具有運行可靠，數(shù)據(jù)采集方便靈活，成本低廉等一系列優(yōu)點?！舴植际较到y(tǒng)的前端模塊在較復雜的工業(yè)系統(tǒng)中，經(jīng)常要采用分24◆家用電器家用電器是單片機的又一重要應用領域，前景十分廣闊。如空調器、電冰箱、洗衣機、電飯煲、高檔洗浴設備、高檔玩具等。

另外，在交通領域中，汽車、火車、飛機、航天器等均有單片機的廣泛應用。如汽車自動駕駛系統(tǒng)、航天測控系統(tǒng)、黑匣子等

。◆家用電器家用電器是單片機的又一重要應用領域，前景十分廣闊。25§1.4單片機應用系統(tǒng)開發(fā)簡介§1.4.1單片機應用系統(tǒng)的開發(fā)

◆正確無誤的硬件設計和良好的軟件功能設計是一個實用的單片機應用系統(tǒng)的設計目標。完成這一目標的過程稱為單片機應用系統(tǒng)的開發(fā)。

◆單片機作為一片集成了微型計算機基本部件的集成電路芯片，與通用微機相比，它自身沒有開發(fā)功能，必須借助開發(fā)機（一種特殊的計算機系統(tǒng)）來完成如下任務：

﹡排除應用系統(tǒng)的硬件故障和軟件錯誤；

﹡程序固化到內部或外部程序存儲器芯片中。

§1.4單片機應用系統(tǒng)開發(fā)簡介§1.4.1單片機應用系26◆指令的表示形式指令是讓單片機執(zhí)行某種操作的命令。在單片機中，指令按一定的順序以二進制碼的形式存放于程序存儲器中。為了書寫、輸入和顯示方便，人們通常將二進制的機器碼寫成十六進制形式。如，二進制碼00000100B可以表示為04H。04H所對應的指令意義是累加器A的內容加1。若寫成INCA則要清楚得多，這就是該指令的符號表示，稱為符號指令?！糁噶畹谋硎拘问饺?，二進制碼00000100B可以表示為027

◆匯編或編譯

符號指令要轉換成計算機所能執(zhí)行的機器碼并存入計算機的程序存儲器中，這種轉換稱為匯編。常用的匯編方法有三種：﹡手工匯編；﹡利用開發(fā)機的駐留匯編程序進行匯編；﹡交叉匯編。現(xiàn)在人們還可以常常采用高級語言（如C51）進行單片機應用程序的設計。這種方法具有周期短、移植和修改方便的優(yōu)點，適合于較為復雜系統(tǒng)的開發(fā)?！魠R編或編譯﹡手工匯編；現(xiàn)在人們還可以常常采用高級語言（28§1.4.2單片機應用系統(tǒng)傳統(tǒng)開發(fā)方式

◆利用仿真器開發(fā)USB§1.4.2單片機應用系統(tǒng)傳統(tǒng)開發(fā)方式USB29SST公司推出的SST89C54和SST89C58芯片分別有20KB和30KB的SuperFLASH存儲器，利用這種存儲器可以進行高速讀寫的特點，能夠實現(xiàn)在系統(tǒng)編程（ISP）和在應用編程（IAP）功能。首先在PC機上完成應用程序的編輯、匯編（或編譯）、模擬運行，然后實現(xiàn)目標程序的串行下載。§1.4.3單片機開發(fā)方式的發(fā)展SST公司推出的SST89C54和SST89C58芯片30Microchip公司推出的RISC結構單片機PIC16F87X中內置有在線調試器ICD（In-CircuitProgramming）功能；

該公司還配置了具有ICSP（In-CircuitSerialProgramming）功能的簡單仿真器和燒寫器。通過PC機串行電纜就可以完成對目標系統(tǒng)的仿真調試。Microchip公司推出的RISC結構單片機PIC1631§1.5計算機運算基礎一.二進制NB兩個數(shù)碼：0、1,逢二進一 例1101.101B=1×23+1×22+0×21+1×20+1×2-1+1×2-3

加權展開式以2為基數(shù)，各位系數(shù)為0、1

一般表達式：

NB=bn-1×2n-1+bn-2×2n-2+…+b0×20+b-1×2-1+…§1.5.1進位計數(shù)制§1.5計算機運算基礎一.二進制NB§1.5.1進位32二.十六進制NH十六個數(shù)碼0～9、A～F，逢十六進一 例：DFC.8H=13×162+15×161+12×160+8×16-1

展開式以十六為基數(shù)，各位系數(shù)為0～9，A～F

一般表達式：

NH=hn-1×16n-1+hn-2×16n-2+…+h0×160+h-1×16-1+…二.十六進制NH331.十進制ND有十個數(shù)碼0～9、逢十進一十進制用于計算機輸入輸出，人機交互三.進位計數(shù)制小結：2.二進制NB兩個數(shù)碼:0、1,逢二進一二進制為機器中的數(shù)據(jù)形式3.十六進制NH十六個數(shù)碼:0～9,A～F,逢十六進一十六進制用于表示二進制數(shù)不同進位制數(shù)以下標或后綴區(qū)別,十進制數(shù)可不帶下標如:101、101D、101B、101H、101H1.十進制ND有十個數(shù)碼0～9、逢十進一三.進位計數(shù)制小34§1.5.2不同進位計數(shù)制之間的轉換先展開，然后按照十進制運算法則求和。舉例：一.二、十六進制數(shù)轉換成十進制數(shù)

進位計數(shù)制的一般表達式：

Nr=an-1rn-1+an-2rn-2+…+a1r1＋a0r0＋a-1r-1…＋a-mr-m

將r1進制的數(shù)轉換成r2進制的數(shù)：

先展開，然后按r2進制的運算法則求和計算DFC.8H=13×162+15×161+12×160+8×16-1=3580.51011.1010B=1×23+1×21+1×20+1×2-1+1×2-3=11.625§1.5.2不同進位計數(shù)制之間的轉換先展開，然后按照十進制35二.二進制與十六進制數(shù)之間的轉換3AF.2H=0011

1010

1111.0010=1110101111.001B 3AF210111000.0101B=1011

1000.0101=1111101.11B=0111

1101.1100=7D.CH7DCB8.5H24=16

，四位二進制數(shù)對應一位十六進制數(shù)。舉例：二.二進制與十六進制數(shù)之間的轉換3AF.2H=001136三.十進制數(shù)轉換成二、十六進制數(shù)1.整數(shù)轉換法“除2取余”從低位排向高位。舉例：(1)39轉換成二進制數(shù)

39=100111B2391（b0）

219 1（b1）

29 1（b2）

24 0（b3）

22 0（b4）

21 1（b5）

0(2)208轉換成十六進制數(shù)208=D0H16208余01613余13=DH 0三.十進制數(shù)轉換成二、十六進制數(shù)1.整數(shù)轉換法(1)39轉372. 小數(shù)轉換法：“乘基取整”：從最高位排到最低位。舉例：0.625轉換成二進制數(shù)

0.625 ×2 1.251(b-1) 0.25 ×2 0.50(b-2) × 2 1.0 1(b-3)0.625=0.101B2. 小數(shù)轉換法：“乘基取整”：從最高位排到最低位。舉例：038§1.5.3帶符號數(shù)的表示方法機器數(shù)：機器中數(shù)的表示形式真值：機器數(shù)所代表的實際數(shù)值一.機器數(shù)與真值

舉例:一個8位機器數(shù)與它的真值對應關系如下：真值：X1=+84=+1010100BX2=-84=

-1010100B

機器數(shù)：[X1]機=01010100[X2]機=11010100

機器中，數(shù)的符號用“0”、“1”表示。

最高位作符號位，“0”表示“+”,“1”表示“-”§1.5.3帶符號數(shù)的表示方法機器數(shù)：機器中數(shù)的表示形式39最高位為符號位，0表示“+”，1表示“－”數(shù)值位與真值數(shù)值位相同 例8位原碼機器數(shù)：真值： x1=+1010100B x2=-1010100B

機器數(shù)：

[x1]原=01010100

[x2]原=11010100B原碼表示簡單直觀,但0的表示不唯一，加減運算復雜有符號數(shù)通常使用三種表示方法：二.原碼最高位為符號位，0表示“+”，1表示“－”有符號數(shù)通常使用40正數(shù)的反碼與原碼表示相同 負數(shù)反碼符號位為1，數(shù)值位為原碼數(shù)值各位取反三.反碼

x=-4：

[x]原=10000100 [x]反=11111011

例求8位原碼機器數(shù)：

x=+4： [x]原=00000100

[x]反=00000100正數(shù)的反碼與原碼表示相同 三.反碼 x=41四.補碼正數(shù)的補碼表示與原碼相同 負數(shù)補碼的符號位為1，數(shù)值位等于反碼加1

例：求8位補碼機器數(shù)：

x=+4：[x]原=[x]反=[x]補=00000100 x=-4：

[x]原=10000100

[x]反=11111011

[x]補=11111100補碼表示的優(yōu)點：

0的表示唯一，加減運算方便，用加法代替減法四.補碼正數(shù)的補碼表示與原碼相同 例：求8位補碼42數(shù)的補碼與“?！庇嘘P,即與計數(shù)系統(tǒng)的量程有關當X<0，[X]補=模-｜X｜舉例：鐘表對時： 設時鐘系統(tǒng)“?！睘?2，標準時間為7點整 8位二進制數(shù)的模為28=256，求8位補碼時 當X<0，[X]補=28-｜X｜

=256-｜X｜=255-｜X｜+1 =[X]反碼

+19+[-2]補=9+10=7+12=7(舍棄模)數(shù)的補碼與“?！庇嘘P,即與計數(shù)系統(tǒng)的量程有關當X<0，[X]438位機器數(shù)表示的真值8位機器數(shù)有符號數(shù)十六進制二進制無符號數(shù)原碼反碼補碼0001…7F80…FEFF0000000000000001…0111111110000000…111111101111111101…127128…254255+0+1…+127-0…-126-127+0+1…+127-

127…-1-0+0+1…+127-128…-2-18位機器數(shù)表示的真值8位機器數(shù)有符號數(shù)十六進制二進制無符號數(shù)44五.機器數(shù)與真值之間的轉換1)X1=+127，X2=-127，求[X]原、[X]補

[X1]原=[X1]補=01111111=7FH [X2]原=11111111=FFH [X2]補=10000001=81H1.真值?機器數(shù)2)X1=+255，X2=-255，求[X]原、[X]補

[X1]原=[X1]補=0000000011111111=00FFH [X2]原=1000000011111111=80FFH [X2]補=1111111100000001=FF01H 五.機器數(shù)與真值之間的轉換1)X1=+127，X2=451) [X1]原=59H， [X2]原=D9H，求真值？

[X1]原= [X1]原=2.機器數(shù)?真值

＊ 注意機器數(shù)表示（原碼、補碼）

＊ 注意機器數(shù)符號位0101100111011001

X1=+1011001B=+89DX2=-1011001B=-89D 2) [X1]補=59H， [X2]補=D9H，求真值

X1=+1011001B=+89DX2=-0100111B=-39D 1) [X1]原=59H， [X2]原=D9H，求46§1.5.4運算方法

原則：向高位擴展，真值不變。方法：用原補碼數(shù)的符號位填充擴展的高位，即符號擴展。例：將下列8位字長的有符號補碼數(shù)擴展為16位。⑴X1=01000101B=45H⑵X2=11001010B=AAH

解：⑴X1=0000000001000101B=0045H⑵

X2=1111111111001010B=FFAAH一.有符號補碼數(shù)的字長擴展§1.5.4運算方法 原則：向高位擴展，真值不變。一.471.加法運算：[X+Y]補=[X]補+[Y]補

二.有符號補碼數(shù)的加減運算

符號作為數(shù)值直接參與運算,變減法為加法運算例X1=+13，Y1=+6，X2=-13，Y2=-6，求X1+Y1、X2+Y2解：求[X1]補、[Y1]補、[X2]補、[Y2]補

00001101 [+13]補

11110011 [-13]補+ 00000110 [+6]補

+11111010[-6]補 00010011 [+19]補

111101101[-19]補進位為模，舍棄1.加法運算：[X+Y]補=[X]補+[Y]補 48

進位為模，舍棄

11111110 [-2]補

100000010[+2]補例：X1=+6，Y1=+8，X2=-6，Y2=-8，求X1-Y1、X2-Y2解：先求[X1]補、[X2]補、[-Y1]補、[-Y2]補求補 [X1]補=00000110 [X2]補=11111010 [Y1]補=00001000 [Y2]補=11111000變補 [-Y1]補=11111000 [-Y2]補=000010002.減法運算：[X-Y]補=[X]補-[Y]補=[X]補+[-Y]補 00000110 [+6]補

11111010[-6]補+11111000 [-(+8)]補

+00001000[-(-8)]補 進位為模，舍棄 11111110 [-2]補49 10100000160 1 10001100140 進位為模，舍棄 1.字長的擴展：擴展的高位用0填充，即零擴展2.加法運算：直接相加 3.減法運算：變補相加例：X=150=96H，Y=10=0AH，計算X+Y=？X-Y=？三.無符號數(shù)的運算 10010110150 10010110150

+ 00001010

+10

+11110110

-10

10100000160 1 1000110050

機器數(shù) 無符號數(shù) 補碼

10010110 150 -106 00001010

+10

++10 10100000 160 -96 但無符號數(shù)與補碼的運算是否溢出的判斷方法不同計算機中有符號數(shù)補碼與無符號數(shù)的加減運算方法相同：

加法直接相加，減法變補相加。 機器數(shù) 無符號數(shù) 補碼計算機中有符號數(shù)51例：X=74=4AH，Y=216=D8H，求X+Y=？X-Y=？

01001010 74 01001010 74

+11011000

+216

+00101000

-2161 00100010 340

01110010 114加法有進位，結果應為290；減法無進位時有借位，有進位時，實際無借位；三.溢出（運算結果超出范圍）的判斷1．無符號數(shù)溢出判斷─最高位是否產生進位或借位

8位無符號數(shù)表示范圍：0～255計算機用進位標志位Cy來判斷無符號數(shù)是否溢出：

數(shù)據(jù)加/減最高位產生進位/借位時，Cy=1；否則Cy=0例：X=74=4AH，Y=216=D8H，求X+Y=？X-52解：[X1]補=2DH，[Y1]補=2EH，[X2]補=5AH，[Y2]補=6BH 00101101 [+45]補

01011010 [+90]補

+

00101110 [+46]補

+01101011 [+107]補

001011011 [+91]補

011000101 [-58]補例：X1=+45，Y1=+46，X2=+90，Y2=+107，求X1+Y1、X2+Y22．有符號數(shù)補碼溢出判斷─符號位和最高數(shù)值位進位是否相同同號數(shù)相加或異號數(shù)相減時，可能產生溢出

正確，無溢出 結果變負，有溢出 正數(shù)相加：同時無進位Cy6=Cy7=0，則無溢出； 不同時有進位

Cy6≠Cy7則有溢出，結果出錯解：[X1]補=2DH，[Y1]補=2EH，[X2]補=5A53計算機用溢出標志位OV

來判斷補碼是否溢出

邏輯關系：OV=Cy6?Cy7

補碼加/減產生溢出時，OV=1，否則OV=0例：X1=-5,Y1=-2，X2=-105,Y2=-91,求X1+Y1、X2+Y2解：

11111011 [-5]補

10010111 [-105]補

+11111110

[-2]補

+10100101 [-91]補

1

11111001 [-7]補

100111100 [+]補

正確，無溢出 結果變正，有溢出負數(shù)相加：同時有進位：Cy6=Cy7=1結果正確無溢出 不同時有進位

Cy6≠Cy7結果錯有溢出計算機用溢出標志位OV來判斷補碼是否溢出

邏輯關54§1.5.5二—十進制編碼BCD碼例：求十進制數(shù)876的BCD碼

[876]BCD=100001110110 876=36CH=1101101100BBCD碼(BinaryCodedDecimal)

二進制代碼表示的十進制數(shù)一.8421BCD碼 §1.5.5二—十進制編碼BCD碼例：求十進制數(shù)8755二.BCD碼運算BCD碼運算：先按二進制法則計算，再進行十進制調整十進制調整：當計算結果有非BCD碼或產生進位/借位時，進行+6或-6調整運算

例：計算BCD碼78+69=？

01111000 [78]BCD

+01101001

+[69]BCD

11100001

產生非BCD碼和半進位

+01100110+66H調整

101000111 帶進位結果：147 二.BCD碼運算BCD碼運算：先按二進制法則計算，再進行十56§1.5.6字符編碼

美國標準信息交換碼ASCII碼，用于計算機與計算機、計算機與外設之間傳遞信息§1.5.6字符編碼

美國標準信息交換碼ASCII57思考題與習題

1.第一臺計算機的問世有何意義？

2.計算機由哪幾部分組成？

3.微型計算機由哪幾部分構成？

4.數(shù)據(jù)、地址總線寬度的作用是什么？

4.微處理器與微型計算機有何區(qū)別？

5.什么叫單片機？其主要特點有哪些？

6.微型計算機有哪些應用形式？各適于什么場合？

7.當前單片機的主要產品有哪些？各有何特點？

8.簡述單片機的開發(fā)過程。

9.常用的單片機應用系統(tǒng)開發(fā)方法有哪些？思考題與習題58

結束語謝謝大家聆聽?。。?9

結束語謝謝大家聆聽?。?！5901第一章課件(基礎知識)01第一章課件(基礎知識)§1.1電子計算機的發(fā)展概述§1.1.1電子計算機的問世及其經(jīng)典結構

1946年2月15日，第一臺電子數(shù)字計算機問世，這標志著計算機時代的到來。ENIAC§1.1電子計算機的發(fā)展概述§1.1.1電子計算機的問世61最新01第一章課件(基礎知識)62最新01第一章課件(基礎知識)63最新01第一章課件(基礎知識)64最新01第一章課件(基礎知識)65最新01第一章課件(基礎知識)66最新01第一章課件(基礎知識)67二、微型計算機的應用形態(tài)從應用形態(tài)上，微機可以分成三種：

◆多板機（系統(tǒng)機）將CPU、存儲器、I/O接口電路和總線接口等組裝在一塊主機板（即微機主板）。各種適配板卡插在主機板的擴展槽上并與電源、軟/硬盤驅動器及光驅等裝在同一機箱內，再配上系統(tǒng)軟件，就構成了一臺完整的微型計算機系統(tǒng)（簡稱系統(tǒng)機）。工業(yè)PC機也屬于多板機。二、微型計算機的應用形態(tài)◆多板機（系統(tǒng)機）68

◆單板機將CPU芯片、存儲器芯片、I/O接口芯片和簡單的I/O設備（小鍵盤、LED顯示器）等裝配在一塊印刷電路板上，再配上監(jiān)控程序（固化在ROM中），就構成了一臺單板微型計算機（簡稱單板機）。單板機◆單板機單板機69單板機的I/O設備簡單，軟件資源少，使用不方便。早期主要用于微型計算機原理的教學及簡單的測控系統(tǒng)，現(xiàn)在已很少使用。單板機的I/O設備簡單，軟件資源少，使用不方便。早期主要用于70

◆單片機在一片集成電路芯片上集成微處理器、存儲器、I/O接口電路，從而構成了單芯片微型計算機，即單片機。三種應用形態(tài)的比較：單板機單片機系統(tǒng)機（多板機）◆單片機單板機單片機系統(tǒng)機（多板機）71

系統(tǒng)機（桌面應用）屬于通用計算機，主要應用于數(shù)據(jù)處理、辦公自動化及輔助設計等廣泛領域。

單片機（嵌入式應用）屬于專用計算機，主要應用于智能儀表、智能傳感器、智能家電、智能辦公設備、汽車及軍事電子設備等應用系統(tǒng)。

單片機體積小、價格低、可靠性高，其非凡的嵌入式應用形態(tài)對于滿足嵌入式應用需求具有獨特的優(yōu)勢。系統(tǒng)機（桌面應用）屬于通用計算機，主要應用于數(shù)據(jù)處理72§1.2單片機的發(fā)展過程及產品近況§1.2.1單片機的發(fā)展過程

單片機技術發(fā)展過程可分為三個主要階段：

◆單芯片微機形成階段

1976年，Intel公司推出了MCS-48系列單片機。8位CPU、1K字節(jié)ROM、64字節(jié)RAM、27根I/O線和1個8位定時/計數(shù)器。

特點是：存儲器容量較小，尋址范圍?。ú淮笥?K），無串行接口，指令系統(tǒng)功能不強。

§1.2單片機的發(fā)展過程及產品近況§1.2.173

◆性能完善提高

1980年，Intel公司推出了MCS-51系列單片機：8位CPU、4K字節(jié)ROM、128字節(jié)RAM、4個8位并口、1個全雙工串行口、2個16位定時/計數(shù)器。尋址范圍64K，并有控制功能較強的布爾處理器。

特點是：結構體系完善，性能已大大提高，面向控制的特點進一步突出?，F(xiàn)在，MCS-51已成為公認的單片機經(jīng)典機種?！粜阅芡晟铺岣咛攸c是：結構體系完善，性74

特點是：片內面向測控系統(tǒng)外圍電路增強，使單片機可以方便靈活地用于復雜的自動測控系統(tǒng)及設備?！拔⒖刂破鳌钡姆Q謂更能反應單片機的本質。1982年，Intel推出MCS-96系列單片機。芯片內集成：16位CPU、8K字節(jié)ROM、232字節(jié)RAM、5個8位并口、1個全雙工串行口、2個16位定時/計數(shù)器。尋址范圍64K。片上還有8路10位ADC、1路PWM輸出及高速I/O部件等。特點是：片內面向測控系統(tǒng)外圍電路增強，使單片機可以方便靈活75§1.2.2單片機產品近況

﹡ATMEL公司融入Flash存儲器技術的AT89系列；

﹡Philips公司的80C51、80C552系列；

﹡華邦公司的W78C51、W77C51高速低價系列；

﹡ADI公司的ADμC8xx高精度ADC系列；

﹡LG公司的GMS90/97低壓高速系列；

﹡Maxim公司的DS89C420高速（50MIPS）系列；

﹡Cygnal公司的C8051F系列高速SOC單片機。◆

80C51系列單片機產品繁多，主流地位已經(jīng)形成，近年來推出的與80C51兼容的主要產品有：§1.2.2單片機產品近況﹡ATMEL公司融入Flas76

◆非80C51結構單片機新品不斷推出，給用戶提供了更為廣泛的選擇空間，近年來推出的非80C51系列的主要產品有：﹡Intel的MCS-96系列16位單片機；﹡Microchip的PIC系列RISC單片機；﹡TI的MSP430F系列16位低功耗單片機?！舴?0C51結構單片機新品不斷推出，給用戶提供了更為廣77§1.3單片機的特點及應用領域§1.3.1單片機的特點

近期推出的單片機產品，內部集成有高速I/O口、ADC、PWM、WDT等部件，并在低電壓、低功耗、串行擴展總線、控制網(wǎng)絡總線和開發(fā)方式（如在系統(tǒng)編程ISP）等方面都有了進一步的增強?！艨刂菩阅芎涂煽啃愿邔崟r控制功能特別強，其CPU可以對I/O端口直接進行操作，位操作能力更是其它計算機無法比擬的。另外，由于CPU、存儲器及I/O接口集成在同一芯片內，各部件間的連接緊湊，數(shù)據(jù)在傳送時受干擾的影響較小，且不易受環(huán)境條件的影響，所以單片機的可靠性非常高。§1.3單片機的特點及應用領域§1.3.1單片機的特點78◆體積小、價格低、易于產品化

單片機芯片即是一臺完整的微型計算機，對于批量大的專用場合，一方面可以在眾多的單片機品種間進行匹配選擇；同時還可以專門進行芯片設計，使芯片的功能與應用具有良好的對應關系；在單片機產品的引腳封裝方面，有的單片機引腳已減少到8個或更少。從而使應用系統(tǒng)的印制板減小、接插件減少、安裝簡單方便?！趔w積小、價格低、易于產品化79§1.3.2單片機的應用領域

◆智能儀器儀表

單片機用于各種儀器儀表，一方面提高了儀器儀表的使用功能和精度，使儀器儀表智能化，同時還簡化了儀器儀表的硬件結構，從而可以方便地完成儀器儀表產品的升級換代。如各種智能電氣測量儀表、智能傳感器等。§1.3.2單片機的應用領域◆智能儀器儀表單片80◆機電一體化產品機電一體化產品是集機械技術、微電子技術、自動化技術和計算機技術于一體，具有智能化特征的各種機電產品。單片機在機電一體化產品的開發(fā)中可以發(fā)揮巨大的作用。典型產品如機器人、數(shù)控機床、自動包裝機、點鈔機、醫(yī)療設備、打印機、傳真機、復印機等。◆機電一體化產品機電一體化產品是集機械技術、微電子技術、自動81◆實時工業(yè)控制單片機還可以用于各種物理量的采集與控制。電流、電壓、溫度、液位、流量等物理參數(shù)的采集和控制均可以利用單片機方便地實現(xiàn)。在這類系統(tǒng)中，利用單片機作為系統(tǒng)控制器，可以根據(jù)被控對象的不同特征采用不同的智能算法，實現(xiàn)期望的控制指標，從而提高生產效率和產品質量。典型應用如電機轉速控制、溫度控制、自動生產線等?！魧崟r工業(yè)控制單片機還可以用于各種物理量的采集與控制。電流、82◆分布式系統(tǒng)的前端模塊

在較復雜的工業(yè)系統(tǒng)中，經(jīng)常要采用分布式測控系統(tǒng)完成大量的分布參數(shù)的采集。在這類系統(tǒng)中，采用單片機作為分布式系統(tǒng)的前端采集模塊，系統(tǒng)具有運行可靠，數(shù)據(jù)采集方便靈活，成本低廉等一系列優(yōu)點。◆分布式系統(tǒng)的前端模塊在較復雜的工業(yè)系統(tǒng)中，經(jīng)常要采用分83◆家用電器家用電器是單片機的又一重要應用領域，前景十分廣闊。如空調器、電冰箱、洗衣機、電飯煲、高檔洗浴設備、高檔玩具等。

另外，在交通領域中，汽車、火車、飛機、航天器等均有單片機的廣泛應用。如汽車自動駕駛系統(tǒng)、航天測控系統(tǒng)、黑匣子等

?！艏矣秒娖骷矣秒娖魇菃纹瑱C的又一重要應用領域，前景十分廣闊。84§1.4單片機應用系統(tǒng)開發(fā)簡介§1.4.1單片機應用系統(tǒng)的開發(fā)

◆正確無誤的硬件設計和良好的軟件功能設計是一個實用的單片機應用系統(tǒng)的設計目標。完成這一目標的過程稱為單片機應用系統(tǒng)的開發(fā)。

◆單片機作為一片集成了微型計算機基本部件的集成電路芯片，與通用微機相比，它自身沒有開發(fā)功能，必須借助開發(fā)機（一種特殊的計算機系統(tǒng)）來完成如下任務：

﹡排除應用系統(tǒng)的硬件故障和軟件錯誤；

﹡程序固化到內部或外部程序存儲器芯片中。

§1.4單片機應用系統(tǒng)開發(fā)簡介§1.4.1單片機應用系85◆指令的表示形式指令是讓單片機執(zhí)行某種操作的命令。在單片機中，指令按一定的順序以二進制碼的形式存放于程序存儲器中。為了書寫、輸入和顯示方便，人們通常將二進制的機器碼寫成十六進制形式。如，二進制碼00000100B可以表示為04H。04H所對應的指令意義是累加器A的內容加1。若寫成INCA則要清楚得多，這就是該指令的符號表示，稱為符號指令?！糁噶畹谋硎拘问饺?，二進制碼00000100B可以表示為086

◆匯編或編譯

符號指令要轉換成計算機所能執(zhí)行的機器碼并存入計算機的程序存儲器中，這種轉換稱為匯編。常用的匯編方法有三種：﹡手工匯編；﹡利用開發(fā)機的駐留匯編程序進行匯編；﹡交叉匯編?，F(xiàn)在人們還可以常常采用高級語言（如C51）進行單片機應用程序的設計。這種方法具有周期短、移植和修改方便的優(yōu)點，適合于較為復雜系統(tǒng)的開發(fā)?！魠R編或編譯﹡手工匯編；現(xiàn)在人們還可以常常采用高級語言（87§1.4.2單片機應用系統(tǒng)傳統(tǒng)開發(fā)方式

◆利用仿真器開發(fā)USB§1.4.2單片機應用系統(tǒng)傳統(tǒng)開發(fā)方式USB88SST公司推出的SST89C54和SST89C58芯片分別有20KB和30KB的SuperFLASH存儲器，利用這種存儲器可以進行高速讀寫的特點，能夠實現(xiàn)在系統(tǒng)編程（ISP）和在應用編程（IAP）功能。首先在PC機上完成應用程序的編輯、匯編（或編譯）、模擬運行，然后實現(xiàn)目標程序的串行下載。§1.4.3單片機開發(fā)方式的發(fā)展SST公司推出的SST89C54和SST89C58芯片89Microchip公司推出的RISC結構單片機PIC16F87X中內置有在線調試器ICD（In-CircuitProgramming）功能；

該公司還配置了具有ICSP（In-CircuitSerialProgramming）功能的簡單仿真器和燒寫器。通過PC機串行電纜就可以完成對目標系統(tǒng)的仿真調試。Microchip公司推出的RISC結構單片機PIC1690§1.5計算機運算基礎一.二進制NB兩個數(shù)碼：0、1,逢二進一 例1101.101B=1×23+1×22+0×21+1×20+1×2-1+1×2-3

加權展開式以2為基數(shù)，各位系數(shù)為0、1

一般表達式：

NB=bn-1×2n-1+bn-2×2n-2+…+b0×20+b-1×2-1+…§1.5.1進位計數(shù)制§1.5計算機運算基礎一.二進制NB§1.5.1進位91二.十六進制NH十六個數(shù)碼0～9、A～F，逢十六進一 例：DFC.8H=13×162+15×161+12×160+8×16-1

展開式以十六為基數(shù)，各位系數(shù)為0～9，A～F

一般表達式：

NH=hn-1×16n-1+hn-2×16n-2+…+h0×160+h-1×16-1+…二.十六進制NH921.十進制ND有十個數(shù)碼0～9、逢十進一十進制用于計算機輸入輸出，人機交互三.進位計數(shù)制小結：2.二進制NB兩個數(shù)碼:0、1,逢二進一二進制為機器中的數(shù)據(jù)形式3.十六進制NH十六個數(shù)碼:0～9,A～F,逢十六進一十六進制用于表示二進制數(shù)不同進位制數(shù)以下標或后綴區(qū)別,十進制數(shù)可不帶下標如:101、101D、101B、101H、101H1.十進制ND有十個數(shù)碼0～9、逢十進一三.進位計數(shù)制小93§1.5.2不同進位計數(shù)制之間的轉換先展開，然后按照十進制運算法則求和。舉例：一.二、十六進制數(shù)轉換成十進制數(shù)

進位計數(shù)制的一般表達式：

Nr=an-1rn-1+an-2rn-2+…+a1r1＋a0r0＋a-1r-1…＋a-mr-m

將r1進制的數(shù)轉換成r2進制的數(shù)：

先展開，然后按r2進制的運算法則求和計算DFC.8H=13×162+15×161+12×160+8×16-1=3580.51011.1010B=1×23+1×21+1×20+1×2-1+1×2-3=11.625§1.5.2不同進位計數(shù)制之間的轉換先展開，然后按照十進制94二.二進制與十六進制數(shù)之間的轉換3AF.2H=0011

1010

1111.0010=1110101111.001B 3AF210111000.0101B=1011

1000.0101=1111101.11B=0111

1101.1100=7D.CH7DCB8.5H24=16

，四位二進制數(shù)對應一位十六進制數(shù)。舉例：二.二進制與十六進制數(shù)之間的轉換3AF.2H=001195三.十進制數(shù)轉換成二、十六進制數(shù)1.整數(shù)轉換法“除2取余”從低位排向高位。舉例：(1)39轉換成二進制數(shù)

39=100111B2391（b0）

219 1（b1）

29 1（b2）

24 0（b3）

22 0（b4）

21 1（b5）

0(2)208轉換成十六進制數(shù)208=D0H16208余01613余13=DH 0三.十進制數(shù)轉換成二、十六進制數(shù)1.整數(shù)轉換法(1)39轉962. 小數(shù)轉換法：“乘基取整”：從最高位排到最低位。舉例：0.625轉換成二進制數(shù)

0.625 ×2 1.251(b-1) 0.25 ×2 0.50(b-2) × 2 1.0 1(b-3)0.625=0.101B2. 小數(shù)轉換法：“乘基取整”：從最高位排到最低位。舉例：097§1.5.3帶符號數(shù)的表示方法機器數(shù)：機器中數(shù)的表示形式真值：機器數(shù)所代表的實際數(shù)值一.機器數(shù)與真值

舉例:一個8位機器數(shù)與它的真值對應關系如下：真值：X1=+84=+1010100BX2=-84=

-1010100B

機器數(shù)：[X1]機=01010100[X2]機=11010100

機器中，數(shù)的符號用“0”、“1”表示。

最高位作符號位，“0”表示“+”,“1”表示“-”§1.5.3帶符號數(shù)的表示方法機器數(shù)：機器中數(shù)的表示形式98最高位為符號位，0表示“+”，1表示“－”數(shù)值位與真值數(shù)值位相同 例8位原碼機器數(shù)：真值： x1=+1010100B x2=-1010100B

機器數(shù)：

[x1]原=01010100

[x2]原=11010100B原碼表示簡單直觀,但0的表示不唯一，加減運算復雜有符號數(shù)通常使用三種表示方法：二.原碼最高位為符號位，0表示“+”，1表示“－”有符號數(shù)通常使用99正數(shù)的反碼與原碼表示相同 負數(shù)反碼符號位為1，數(shù)值位為原碼數(shù)值各位取反三.反碼

x=-4：

[x]原=10000100 [x]反=11111011

例求8位原碼機器數(shù)：

x=+4： [x]原=00000100

[x]反=00000100正數(shù)的反碼與原碼表示相同 三.反碼 x=100四.補碼正數(shù)的補碼表示與原碼相同 負數(shù)補碼的符號位為1，數(shù)值位等于反碼加1

例：求8位補碼機器數(shù)：

x=+4：[x]原=[x]反=[x]補=00000100 x=-4：

[x]原=10000100

[x]反=11111011

[x]補=11111100補碼表示的優(yōu)點：

0的表示唯一，加減運算方便，用加法代替減法四.補碼正數(shù)的補碼表示與原碼相同 例：求8位補碼101數(shù)的補碼與“?！庇嘘P,即與計數(shù)系統(tǒng)的量程有關當X<0，[X]補=模-｜X｜舉例：鐘表對時： 設時鐘系統(tǒng)“?！睘?2，標準時間為7點整 8位二進制數(shù)的模為28=256，求8位補碼時 當X<0，[X]補=28-｜X｜

=256-｜X｜=255-｜X｜+1 =[X]反碼

+19+[-2]補=9+10=7+12=7(舍棄模)數(shù)的補碼與“?！庇嘘P,即與計數(shù)系統(tǒng)的量程有關當X<0，[X]1028位機器數(shù)表示的真值8位機器數(shù)有符號數(shù)十六進制二進制無符號數(shù)原碼反碼補碼0001…7F80…FEFF0000000000000001…0111111110000000…111111101111111101…127128…254255+0+1…+127-0…-126-127+0+1…+127-

127…-1-0+0+1…+127-128…-2-18位機器數(shù)表示的真值8位機器數(shù)有符號數(shù)十六進制二進制無符號數(shù)103五.機器數(shù)與真值之間的轉換1)X1=+127，X2=-127，求[X]原、[X]補

[X1]原=[X1]補=01111111=7FH [X2]原=11111111=FFH [X2]補=10000001=81H1.真值?機器數(shù)2)X1=+255，X2=-255，求[X]原、[X]補

[X1]原=[X1]補=0000000011111111=00FFH [X2]原=1000000011111111=80FFH [X2]補=1111111100000001=FF01H 五.機器數(shù)與真值之間的轉換1)X1=+127，X2=1041) [X1]原=59H， [X2]原=D9H，求真值？

[X1]原= [X1]原=2.機器數(shù)?真值

＊ 注意機器數(shù)表示（原碼、補碼）

＊ 注意機器數(shù)符號位0101100111011001

X1=+1011001B=+89DX2=-1011001B=-89D 2) [X1]補=59H， [X2]補=D9H，求真值

X1=+1011001B=+89DX2=-0100111B=-39D 1) [X1]原=59H， [X2]原=D9H，求105§1.5.4運算方法

原則：向高位擴展，真值不變。方法：用原補碼數(shù)的符號位填充擴展的高位，即符號擴展。例：將下列8位字長的有符號補碼數(shù)擴展為16位。⑴X1=01000101B=45H⑵X2=11001010B=AAH

解：⑴X1=0000000001000101B=0045H⑵

X2=1111111111001010B=FFAAH一.有符號補碼數(shù)的字長擴展§1.5.4運算方法 原則：向高位擴展，真值不變。一.1061.加法運算：[X+Y]補=[X]補+[Y]補

二.有符號補碼數(shù)的加減運算

符號作為數(shù)值直接參與運算,變減法為加法運算例X1=+13，Y1=+6，X2=-13，Y2=-6，求X1+Y1、X2+Y2解：求[X1]補、[Y1]補、[X2]補、[Y2]補

00001101 [+13]補

11110011 [-13]補+ 00000110 [+6]補

+11111010[-6]補 00010011 [+19]補

111101101[-19]補進位為模，舍棄1.加法運算：[X+Y]補=[X]補+[Y]補 107

進位為模，舍棄

11111110 [-2]補

100000010[+2]補例：X1=+6，Y1=+8，X2=-6，Y2=-8，求X1-Y1、X2-Y2解：先求[X1]補、[X2]補、[-Y1]補、[-Y2]補求補 [X1]補=00000110 [X2]補=11111010 [Y1]補=00001000 [Y2]補=11111000變補 [-Y1]補=11111000 [-Y2]補=000010002.減法運算：[X-Y]補=[X]補-[Y]補=[X]補+[-Y]補 00000110 [+6]補

11111010[-6]補+11111000 [-(+8)]補

+00001000[-(-8)]補 進位為模，舍棄 11111110 [-2]補108 10100000160 1 10001100140 進位為模，舍棄 1.字長的擴展：擴展的高位用0填充，