微機(jī)原理與單片機(jī)應(yīng)用1-1

微機(jī)原理與單片機(jī)應(yīng)用吳棟南京師范大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院本課程要學(xué)的內(nèi)容：1．計(jì)算機(jī)的基礎(chǔ)知識(shí)（緒論，數(shù)制及轉(zhuǎn)換，邏輯電路，二進(jìn)制運(yùn)算等）2．微機(jī)的組成電路，工作原理3．8086匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)4．8086外部接口芯片的工作原理5．單片機(jī)工作原理6.單片機(jī)匯編語(yǔ)言設(shè)計(jì)7.單片機(jī)C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)8.單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)緒論1、電子計(jì)算機(jī)發(fā)展簡(jiǎn)史（1）1946-1958第一代:電子管計(jì)算機(jī)。磁鼓存儲(chǔ)器，機(jī)器語(yǔ)言、匯編語(yǔ)言編程。世界上第一臺(tái)電子數(shù)字計(jì)算機(jī)ENIAC（ElectronicNumericalIntegratorAndcalculator），1946年由美國(guó)賓夕法尼亞大學(xué)研制，字長(zhǎng)12位，運(yùn)算速度5000次/秒，使用18800個(gè)電子管、1500個(gè)繼電器，功耗150kw，占地170m2，重達(dá)30噸，造價(jià)100萬美元。見下頁(yè)圖。（2）1958-1964第二代:晶體管計(jì)算機(jī)。磁芯作主存儲(chǔ)器,磁盤作外存儲(chǔ)器，開始使用高級(jí)語(yǔ)言編程。（3）1964-1971第三代：集成電路計(jì)算機(jī)。使用半導(dǎo)體存儲(chǔ)器，出現(xiàn)多終端計(jì)算機(jī)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。（4）1971-第四代：大規(guī)模集成電路計(jì)算機(jī)。出現(xiàn)微型計(jì)算機(jī)、單片微型計(jì)算機(jī)，外部設(shè)備多樣化。（5）1981-第五代：人工智能計(jì)算機(jī)。模擬人的智能和交流方式。2、計(jì)算機(jī)發(fā)展趨勢(shì)微型化─便攜式、低功耗高性能─尖端科技領(lǐng)域的信息處理，需要超大容量、高速度智能化─模擬人類大腦思維和交流方式，多種處理能力系列化、標(biāo)準(zhǔn)化─便于各種計(jì)算機(jī)硬、軟件兼容和升級(jí)網(wǎng)絡(luò)化─網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)和信息高速公路多機(jī)系統(tǒng)─大型設(shè)備、生產(chǎn)流水線集中管理(獨(dú)立控制、 故障分散、資源共享)緒論微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)硬件微型計(jì)算機(jī)（主機(jī)）微處理器(CPU)軟件外圍設(shè)備運(yùn)算器控制器存儲(chǔ)器(內(nèi)存)RAMROM外部設(shè)備輔助設(shè)備輸入設(shè)備(鍵盤鼠標(biāo)、掃描儀、攝像頭…)輸出設(shè)備(顯示器、打印機(jī)、繪圖儀、…)輔助存儲(chǔ)器(磁帶、磁盤、光盤)輸入/輸出接口(PIO、SIO、CTC、ADC、DAC…)(I/O接口)總線(AB、DB、CB)系統(tǒng)軟件(操作系統(tǒng)，編輯、編譯程序，故障診斷,監(jiān)控程序…)應(yīng)用軟件(科學(xué)計(jì)算，工業(yè)控制，數(shù)據(jù)處理…)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言(機(jī)器語(yǔ)言、匯編語(yǔ)言、高級(jí)語(yǔ)言)電源電路時(shí)鐘電路緒論3、微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成與結(jié)構(gòu)運(yùn)算器

控制器寄存器組

內(nèi)存儲(chǔ)器總線輸入輸出接口電路外部設(shè)備軟件微處理器微型計(jì)算機(jī)微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)微處理器、微型計(jì)算機(jī)、微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)之間的聯(lián)系與區(qū)別：?jiǎn)纹瑱C(jī)簡(jiǎn)介：?jiǎn)纹瑱C(jī)即單片微型計(jì)算機(jī)，是將計(jì)算機(jī)主機(jī)(CPU、內(nèi)存和I/O接口等)集成在一小塊硅片上的微型機(jī)。單片機(jī)為工業(yè)測(cè)控而設(shè)計(jì)，又稱微控制器。具有三高優(yōu)勢(shì)(集成度高、可靠性高、性價(jià)比高)。主要應(yīng)用于工業(yè)檢測(cè)與控制、計(jì)算機(jī)外設(shè)、智能儀器儀表、通訊設(shè)備、家用電器等。特別適合于嵌入式微型機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。單片機(jī)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)用于實(shí)現(xiàn)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的硬、軟件學(xué)習(xí)與開發(fā)。緒論4、計(jì)算機(jī)主要技術(shù)指標(biāo)字長(zhǎng)：CPU并行處理二進(jìn)制的數(shù)據(jù)位數(shù)如：8位機(jī)、16位機(jī)、32位機(jī)和64位機(jī)。內(nèi)存容量：內(nèi)存中能夠存儲(chǔ)的二進(jìn)制信息的數(shù)量，位/字節(jié)/字。 容量單位：1K=210=1024，1M=220=1KK,

1G=230=1KM，1T=240=1KG。運(yùn)算速度：CPU處理速度 相關(guān)參數(shù)：時(shí)鐘頻率、主頻、每秒運(yùn)算次數(shù) 如：100MHz、3.2GHz。內(nèi)存存取周期：內(nèi)存讀寫速度 如：50nS

、70nS、200nS。緒論5、計(jì)算機(jī)主要應(yīng)用領(lǐng)域計(jì)算機(jī)應(yīng)用通常分成如下各個(gè)領(lǐng)域科學(xué)計(jì)算，數(shù)據(jù)處理，實(shí)時(shí)控制，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，人工智能，……由于微型計(jì)算機(jī)具有如下特點(diǎn)體積小、價(jià)格低，工作可靠、使用方便、通用性強(qiáng)……所以，微型計(jì)算機(jī)可以分為兩個(gè)主要應(yīng)用方向：用于數(shù)值計(jì)算、數(shù)據(jù)處理及信息管理方向通用微機(jī)，例如：PC微機(jī)功能越強(qiáng)越好、使用越方便越好用于過程控制及智能化儀器儀表方向?qū)Ｓ梦C(jī)，例如：?jiǎn)纹瑱C(jī)、工控機(jī)可靠性高、實(shí)時(shí)性強(qiáng)程序相對(duì)簡(jiǎn)單、處理數(shù)據(jù)量小6、本門課程的研究?jī)?nèi)容及其地位與作用研究?jī)?nèi)容：微機(jī)系統(tǒng)與單片機(jī)的組成與結(jié)構(gòu)、工作原理及應(yīng)用方法與技術(shù)。本門課程在專業(yè)知識(shí)結(jié)構(gòu)中的地位與作用：緒論7、學(xué)習(xí)方法建議復(fù)習(xí)并掌握先修課的有關(guān)內(nèi)容課堂：聽講與理解、適當(dāng)筆記。課后：認(rèn)真閱讀教材和參考書、獨(dú)立完成作業(yè)。實(shí)驗(yàn)：充分準(zhǔn)備、勤于動(dòng)手實(shí)踐?？己?理論成績(jī)、實(shí)驗(yàn)成績(jī)8、學(xué)習(xí)資源書籍網(wǎng)絡(luò)硬件緒論第1章計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)1.1數(shù)制1.1.1數(shù)制的基本概念數(shù)制是人們利用符號(hào)來記數(shù)的科學(xué)方法，計(jì)算機(jī)科學(xué)中經(jīng)常使用的數(shù)制有十進(jìn)制、二進(jìn)制、八進(jìn)制和十六進(jìn)制。（1）十進(jìn)制(decimalsystem):有十個(gè)數(shù)碼0～9、逢十進(jìn)一。十進(jìn)制是人們最熟悉的計(jì)數(shù)體制。（2）二進(jìn)制(binarysystem):兩個(gè)數(shù)碼:0、1,逢二進(jìn)一。二進(jìn)制為計(jì)算機(jī)中的數(shù)據(jù)表示形式。（3）八進(jìn)制(octavesystem)有八個(gè)數(shù)碼0～7、逢八進(jìn)一。（4）十六進(jìn)制(hexadecimalsystem)十六個(gè)數(shù)碼:0～9,A～F,逢十六進(jìn)一。八進(jìn)制和十六進(jìn)制能夠簡(jiǎn)化二進(jìn)制數(shù)的表示。不同進(jìn)制數(shù)以下標(biāo)或后綴來區(qū)別,十進(jìn)制數(shù)可不帶下標(biāo)。如:101、101D、101B、101O、101H十進(jìn)制數(shù)據(jù)表達(dá)式

例1234.5=1×103+2×102+3×101+4×100+5×10-1

加權(quán)展開式以10為基數(shù)，各位系數(shù)為0～9。 一般表達(dá)式：ND=dn-1×10n-1+dn-2×10n-2+…+d0×100+d-1×10-1+…二進(jìn)制數(shù)據(jù)表達(dá)式 例1101.101=1×23+1×22+0×21+1×20+1×2-1+1×2-3

加權(quán)展開式以2為基數(shù)，各位系數(shù)為0、1。 一般表達(dá)式：

NB=bn-1×2n-1+bn-2×2n-2+…+b0×20+b-1×2-1+…第1章計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)十六進(jìn)制數(shù)據(jù)表達(dá)式 例：DFC.8=13×162+15×161+12×160+8×16-1

展開式以16為基數(shù)，各位系數(shù)為0～9，A～F。

一般表達(dá)式：

NH=hn-1×16n-1+hn-2×16n-2+…+h0×160+h-1×16-1+…進(jìn)位計(jì)數(shù)制的一般表達(dá)式：an-1an-2…a1a0●a-1…a-m=an-1×rn-1+an-2×rn-2+…+a1×r1＋a0×r0＋a-1×r-1＋…＋a-m×r-m其中r稱為數(shù)制的基，rn-1、rn-2、…、r1、r0、r-1、…、r-m稱為各位的權(quán)，an-1、an-2、…、a1、a0、a-1、…、a-m稱為各位的系數(shù)。第1章計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)第1章計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)1.1.2數(shù)制之間的轉(zhuǎn)換（1）二、十六進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制數(shù)各位的系數(shù)乘以各位的權(quán)，然后全部加起來。 舉例：1011.1010B=1×23+1×21+1×20+1×2-1+1×2-3=11.625DFC.8H=13×162+15×161+12×160+8×16-1=3580.5（2）二進(jìn)制與十六進(jìn)制數(shù)之間的轉(zhuǎn)換

24=16，四位二進(jìn)制數(shù)對(duì)應(yīng)一位十六進(jìn)制數(shù)。舉例：3AF.2H=0011

1010

1111.0010=1110101111.001B

3AF21111101.11B=0111

1101.1100=7D.CH

7DC第1章計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)1.1.2數(shù)制之間的轉(zhuǎn)換（3）十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成二、十六進(jìn)制數(shù)整數(shù)、小數(shù)分別轉(zhuǎn)換1.整數(shù)轉(zhuǎn)換法“除基取余”：十進(jìn)制整數(shù)不斷除以轉(zhuǎn)換進(jìn)制基數(shù)，直至商為0。每除一次取一個(gè)余數(shù)，從低位排向高位。例題1：39轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù) 39=100111B 2 391（b0） 2 191（b1） 2 91（b2） 2 40（b3） 2 20（b4） 2 11（b5） 0例題2：208轉(zhuǎn)換成十六進(jìn)制數(shù)208=D0H16208余01613余13=DH 02.小數(shù)轉(zhuǎn)換法“乘基取整”：用轉(zhuǎn)換進(jìn)制的基數(shù)乘以小數(shù)部分，直至小數(shù)為0或達(dá)到轉(zhuǎn)換精度要求的位數(shù)。每乘一次取一次整數(shù)，從最高位排到最低位。例1：0.625轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)

0.625×21.251(b-1)0.25×20.500(b-2)0.50×21.001(b-3)所以0.625=0.101B第1章計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)第1章計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)例2：0.625轉(zhuǎn)換成十六進(jìn)制數(shù)0.625×16=10.0

0.625=0.AH例3：208.625轉(zhuǎn)換成十六進(jìn)制數(shù)208.625=D0.AH第1章計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)1.2邏輯電路邏輯電路是實(shí)現(xiàn)輸入信號(hào)與輸出信號(hào)之間邏輯關(guān)系的電路，計(jì)算機(jī)對(duì)于信息數(shù)據(jù)的處理都是由邏輯電路實(shí)現(xiàn)的，因此邏輯電路是計(jì)算機(jī)的硬件基礎(chǔ)。常用的基本邏輯門電路有：與門、或門、非門、與非門、或非門、異或門、同或門、緩沖器等，這些基本門電路是構(gòu)成邏輯電路的基本成分，利用它們可以搭建多種多樣的復(fù)雜的邏輯電路?；具壿嬮T電路符號(hào)及表達(dá)式如下非門與門與非門異或門或門或非門AXBX=A?B

X=A?B

X=A+B

X=A+B

XXXAAABBBAXX=AB

X=A

X=A⊙B同或門AXBAXB1&≥1=1&≥1=1XABABABXXXAABABABXXX非門與門與非門或門異或非門即同或門異或門或非門X=A

X=A?B

X=A?B

X=A+B

X=A+B

X=AB

X=AB

另外一套常用的基本門電路的圖形符號(hào)：第1章計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)1.3布爾代數(shù)布爾代數(shù)又稱為開關(guān)代數(shù)或邏輯代數(shù)，是在1847年由英國(guó)數(shù)學(xué)家喬治.布爾(GeorgeBoole)首先創(chuàng)立的，布爾代數(shù)研究邏輯變量之間的相互關(guān)系和變化規(guī)律，它是分析和設(shè)計(jì)數(shù)字邏輯電路的理論基礎(chǔ)和基本工具。布爾代數(shù)的特點(diǎn)：(1)變量只有兩種可能的取值：0或1。(2)只有3種基本的邏輯運(yùn)算：“與”、“或”、“非”。1.3.1基本邏輯運(yùn)算最基本的邏輯操作：“與”（邏輯乘，符號(hào)A·B或AB或A×B）、“或”（邏輯加，符號(hào)A+B）、“非”（邏輯非或邏輯反，符號(hào)A，或A’）。與操作的定義：A=1且B=1AB=1或操作的定義：A=1或B=1A+B=1非操作的定義：若A=1則A=0，若A=0則A=1類似地可以定義多個(gè)變量的與操作和或操作。多位二進(jìn)制數(shù)的邏輯運(yùn)算定義為各對(duì)應(yīng)位分別進(jìn)行相應(yīng)的邏輯運(yùn)算。見P6-7例1.5-例1.7其它常用的邏輯操作：與非、或非、與或非、異或、同或等。0-1律：A?0=0A+1=1自等律：A?1=AA+0=A重疊律：A?A=AA+A=A互補(bǔ)律：A?A=0A+A=1交換律：A?B=B?AA+B=B+A結(jié)合律：(A?B)?C=A?(B?C)(A+B)+C=A+(B+C)分配律：A?(B+C)=A?B+A?CA+B?C=(A+B)?(A+C)吸收律：A?(A+B)=AA+A?B=AA+A?B=A+BA?(A+B)=A?B反演律(De.Morgan定理)：A?B=A+BA+B=A?B雙重否定律(還原律)：A=A第1章計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)1.3.2基本運(yùn)算規(guī)律邏輯函數(shù)可以選用布爾代數(shù)式表示，真值表表示，或卡諾圖表示。例：ABX000010100111ABX001011101