單片機原理及接口技術(shù)-第一章

有關(guān)本課程學習的幾點建議

本課程是一門實踐性、應(yīng)用性很強的學科僅僅聽懂還不夠,重在培養(yǎng)動手能力硬件/軟件同樣重要、不可偏廢

硬件是骨架，軟件是皮肉器臟及思想本課程的前期基礎(chǔ)課程是數(shù)字電路與微機原理這方面知識掌握得不夠好的請自己補上預習、聽課、復習、作業(yè)、實驗環(huán)環(huán)都重要用科學的方法學習.第1章微型計算機系統(tǒng)基礎(chǔ)知識本章要點：微型計算機和單片機的發(fā)展概況單片機系統(tǒng)組成概述(CPU、總線、存儲器和I/O口等)二進制、十進制和十六進制數(shù)(數(shù)制轉(zhuǎn)換和運算)計算機中數(shù)的表示(原碼、反碼和補碼)單片機常用編碼(BCD碼、ASCII碼).第1章微型計算機系統(tǒng)基本知識

微型計算機具有體積小，功耗低重量輕，價格低，可靠性高，開發(fā)使用簡便等一系列優(yōu)點，自問世以來得到了非常廣泛的應(yīng)用?！?-1概念1.1.1微型計算機.圖1-2微處理器、微計算機和微計算機系統(tǒng)的關(guān)系.微處理器加上同樣采用大規(guī)模集成電路制成的用于存儲程序和數(shù)據(jù)的存儲器，以及與輸入輸出設(shè)備相銜接的輸入輸出接口電路就構(gòu)成了微型計算機(Microcomputer)什么是單片機?如果將微處理器、存儲器和輸入輸出接口電路集成在一塊集成電路芯片上，稱為單片微型計算機，簡稱單片機。

.幾種單片機封裝形式返回.1.1.2微型計算機的發(fā)展概況1、PC機：PC機系統(tǒng)全力實現(xiàn)海量高速數(shù)據(jù)處理，兼顧控制功能。2、單片機：單片機系統(tǒng)全力滿足測控對象的測控功能，兼顧數(shù)據(jù)處理能力。形成兩大分支：.組成：

CPU(進行運算、控制)RAM(數(shù)據(jù)存儲器)I/O口(串口、并口等)ROM(程序存儲器)PC機：上述部件以芯片形式安裝在主板上。單片機：上述部件被集成到單芯片中。通用PC包括：鍵盤、顯示器、鼠標、硬/軟/光驅(qū)、音箱、打印機、掃描儀…等外設(shè)。單片機則只是一片集成電路。（……100、48、40、32、28、20、16、8條引腳）。單片機與PC機之異同（1）.功能：PC機：數(shù)據(jù)運算、采集、處理、存儲、傳輸；單片機：控制（或受控于）外設(shè)。通用計算機擅長于數(shù)據(jù)運算、采集、處理、存儲和傳輸；單片機的專長則是測控，往往嵌入某個儀器/設(shè)備/系統(tǒng)中，使其達到智能化的效果。單片機與PC機之異同（2）.應(yīng)用特點：個人計算機（微機）：體積大，功耗大，價格高，用途較固定，屬通用計算機。易于學習掌握和使用，但用于控制時必須制作或購買專用的接口卡，并編制專門的應(yīng)用軟件。單片機：體積小，功耗小，價格低，用途靈活，無處不在，屬專用計算機。是一種特殊器件，需經(jīng)過專門學習方能掌握應(yīng)用，應(yīng)用中要設(shè)計專業(yè)的硬件和軟件。單片機與PC機之異同（3）.1.1.3單片機的發(fā)展概況可分為四個階段:目前，應(yīng)用廣泛的主流機型是89C51系列單片機。

第一階段：單片機探索階段。

第二階段：單片機完善階段。

第三階段：8位機和16位機爭艷階段，也是單片機向微控制器發(fā)展的階段。

第四階段：微控制器全面發(fā)展階段。.1.1.4單片機的特點和應(yīng)用

⑴有優(yōu)異的性能價格比。

⑵集成度高，體積小，可靠性好。

⑶控制能力強。

⑷低功耗,低電壓,便于生產(chǎn)便攜式產(chǎn)品。⑸易擴展。

1、單片機特點.2、單片機的應(yīng)用

⑴智能化家用電器。

⑵辦公自動化設(shè)備。

⑶商業(yè)營銷設(shè)備。

⑷工業(yè)自動化控制。

⑹智能化通信產(chǎn)品。

⑸智能化儀表。

⑺汽車電子產(chǎn)品。

⑻航空航天系統(tǒng)和國防軍事、尖端武器等。

.§1-2單片機系統(tǒng)的組成組成單片機系統(tǒng)的物理實體；有兩大部分組成:對硬件使用和管理的程序。⑴

硬件：⑵軟件：.CPU外部設(shè)備時鐘圖1-2單片機系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)框圖ROMRAM定時計數(shù)器中斷系統(tǒng)I/O接口復位(DB)(CB)(AB)硬件結(jié)構(gòu)框圖.

1.2.1微處理器運算器：累加器A，暫存寄存器TMP，標志寄存器F，算術(shù)邏輯單元ALU；

控制器：程序計數(shù)器PC，指令寄存器IR，

指令譯碼器ID，定時和控制邏輯電路。

.1.2.2總線：用于傳送信息的公共途徑?？偩€分為：⑴數(shù)據(jù)總線DB(DataBus)⑵地址總線AB(AddressBus)⑶控制總線CB(ControlBus).1.2.3輸入/輸出設(shè)備及其接口電路

⑴輸入設(shè)備；

⑵輸出設(shè)備；

⑶I/O接口電路。輸入輸出設(shè)備一般不能與CPU直接相連，而是通過某種電路完成尋址、數(shù)據(jù)緩沖、輸入輸出控制、功率驅(qū)動、A/D、D/A等功能，這種電路稱為I/O接口電路。例如：8255、0809、0832等等。.1.2.5軟件

單片機程序設(shè)計語言可分為三類：⑴機器語言⑵匯編語言⑶高級語言本書介紹的MCS-51型單片機使用匯編語言。.§1-3計算機中數(shù)的表示方法及運算

引言:●

十進制數(shù)是人們習慣使用的進制?！?/p>

計算機只能“識別”二進制數(shù)。●

為了書寫和識讀方便，計算機程序需要用十六進制數(shù)表示?！?/p>

十進制數(shù)、二進制數(shù)、十六進制數(shù)之間的關(guān)系、相互轉(zhuǎn)換和

運算方法，是學習計算機必備的基礎(chǔ)知識。.一、二進制、十進制和十六進制數(shù)⒈十進制數(shù)主要特點：①基數(shù)是10。有10個數(shù)碼（數(shù)符）構(gòu)成：0、1、2、3、4、5、6、7、8、9。②進位規(guī)則是“逢十進一”。【例】

1234.56

=1×103+2×102+3×101+4×100+5×10-1+6×10-2

=1000+200+30+4+0.5+0.06

上述，103、102、101、100、10-1、10-2

稱為十進制數(shù)各數(shù)位的“權(quán)”。.⒉二進制數(shù)

主要特點：①基數(shù)是2。只有兩個數(shù)碼：0和1。②進位規(guī)則是“逢二進一”。每左移一位,數(shù)值增大一倍；右移一位,數(shù)值減小一半。

二進制數(shù)用尾綴B作為標識符?！纠?11.11B=1×22+1×21+1×20+1×2-1+1×2-2=7.75

其中，22、21、20、2-1、2-2稱為二進制數(shù)各數(shù)位的“權(quán)”

.⒊十六進制數(shù)

主要特點：①基數(shù)是16。共有16個數(shù)符構(gòu)成：0、1、…、9、A、B、C、D、E、F。其中，A、B、C、D、E、F代表的數(shù)值分別為10、11、12、13、14、15。②進位規(guī)則是“逢十六進一”。十六進制數(shù)用尾綴H表示?！纠緼3.4H

=10×161+3×160+4×16-1

=160+3+0.25

=163.25

其中，163、162、161、160、16-1、16-2稱為十六進制數(shù)各數(shù)位的“權(quán)”。.十六進制數(shù)、二進制數(shù)和十進制數(shù)對應(yīng)關(guān)系表

十進制數(shù)十六進制數(shù)二進制數(shù)十進制數(shù)十六進制數(shù)二進制數(shù)000H0000B110BH1011B101H0001B120CH1100B202H0010B130DH1101B303H0011B140EH1110B404H0100B150FH1111B505H0101B1610H00010000B606H0110B1711H00010001B707H0111B1812H00010010B808H1000B1913H00010011B909H1001B2014H00010100B100AH1010B2115H00010101B.二、數(shù)制轉(zhuǎn)換

⒈二進制數(shù)與十六進制數(shù)相互轉(zhuǎn)換

⑴二進制數(shù)轉(zhuǎn)換成十六進制數(shù)

①整數(shù)部分：

自右向左，四位一組，不足四位，向左填零，各部分用相應(yīng)的十六進制數(shù)替代；

②小數(shù)部分：

自左向右，四位一組，不足四位，向右填零，各部分用相應(yīng)的十六進制數(shù)替代；

.二進制十六進制二進制十六進制00000100080001110019001021010100011310111101004110012010151101130110611101401117111115⑵十六進制數(shù)轉(zhuǎn)換成二進制數(shù)每位十六進制數(shù)分別用相應(yīng)4位二進制數(shù)替代。.②十進制數(shù)整數(shù)轉(zhuǎn)換成十六進制數(shù)的方法：

除16取余法

⒊十進制數(shù)轉(zhuǎn)換成二進制數(shù)、十六進制數(shù)①十進制小數(shù)轉(zhuǎn)換成二進制小數(shù)的方法：

乘2取整法⑴整數(shù)部分的轉(zhuǎn)換①十進制整數(shù)轉(zhuǎn)換成二進制整數(shù)的方法：

除2取余法⑵小數(shù)部分的轉(zhuǎn)換②十進制小數(shù)轉(zhuǎn)換成十六進制小數(shù)的方法：

乘16取整法.1.整數(shù)轉(zhuǎn)換法

“除基取余”：十進制整數(shù)不斷除以轉(zhuǎn)換進制基數(shù)，直至商為0。每除一次取一個余數(shù)，從低位排向高位。舉例：

（1）39轉(zhuǎn)換成二進制數(shù)

39=100111B 2 391（b0） 2 191（b1） 2 91（b2） 2 40（b3） 2 20（b4） 2 11（b5） 0（2）208轉(zhuǎn)換成十六進制數(shù)

208=D0H16208余01613余13=DH 0.2.小數(shù)轉(zhuǎn)換法

“乘基取整”：用轉(zhuǎn)換進制的基數(shù)乘以小數(shù)部分，直至小數(shù)為0或達到轉(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。舉例：

（1）0.625轉(zhuǎn)換成二進制數(shù)1) 0.625×2

2) 1.2501(b- × 23) 0.500(b- × 2 1.0 1(b-0.625=0.101B（2）0.625轉(zhuǎn)換成十六進制數(shù)0.625×16=10.0

0.625=0.AH（3）208.625轉(zhuǎn)換成十六進制數(shù)208.625=D0.AH.三、二進制數(shù)和十六進制數(shù)運算【例】 00110101B + 10011100B

⒈二進制數(shù)加法運算規(guī)則：0+0=0，0+1=1+0=1，1+1=0（向高位進1）。11010001B.【例】 10110101B - 10011100B

規(guī)則：0–0=0，1–0=0，1–1=0，

0–1=1（向高位借1）。⒉二進制數(shù)減法運算

00011001B.

1101

⒊二進制數(shù)乘法運算規(guī)則：0×0=0，1×0=0×1=0，1×1=1。【例】 1101B×1001B1110101B+1101

.⒋二進制數(shù)除法運算規(guī)則：0÷0=0，0÷1=0，1÷1=1。11110【例】

1101√11101101001－

1101－

1101.⒌二進制數(shù)“與”運算規(guī)則：0∧0=0，1∧0=0， 1∧0=0，1∧1=1?！纠? 10110101B ∧ 10011100B10010100B.規(guī)則：0∨0=0，1∨0=0，

1∨1=0，0∨1=1。⒍二進制數(shù)“或”運算【例】 10110101B ∨ 10011100B10111101B.⒎二進制數(shù)“異或”運算規(guī)則：0⊕0=0，0⊕1=1，1⊕0=1，1⊕1=0?！纠? 10110101B ⊕ 10011100B00101001B.8.十六進制數(shù)運算先將十六進制數(shù)轉(zhuǎn)換成二進制數(shù)，然后根據(jù)二進制運算法則進行運算，再轉(zhuǎn)換成十六進制數(shù)。.四

帶符號數(shù)的表示方法

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)機器數(shù)與真值

機器數(shù)：機器中數(shù)的表示形式，其位數(shù)通常為8的倍數(shù)真值：機器數(shù)所代表的實際數(shù)值。舉例:一個8位機器數(shù)與它的真值對應(yīng)關(guān)系如下：真值： X1=+84=+1010100BX2=-84=-1010100B機器數(shù)：[X1]機=01010100[X2]機=11010100.2)原碼、反碼和補碼數(shù)的正負表示形式：

D7=1表示負數(shù)，D7=0表示正數(shù)。D7D6D5D4D3D2D1D0符號位數(shù)值位

.原碼(TrueForm)

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=11010100原碼表示簡單直觀,但0的表示不唯一，加減運算復雜。.原碼的缺點：

l

“0”的原碼有兩種形式，這在運算中非常不方便。[＋0]原＝00000000B[－0]原＝

10000000B，即分為＋0和－0l

原碼在進行兩個異符號數(shù)相加或兩個同符號數(shù)相減時，需做減法運算，由于微機中一般只有加法器而無減法器，所以，為了把減法運算轉(zhuǎn)變?yōu)榧臃ㄟ\算就引入了反碼和補碼。原碼的用途：l

原碼做乘除法運算方便，兩數(shù)的符號和數(shù)值分別處理積的符號為兩數(shù)符號位的異或運算結(jié)果積的數(shù)值部分為兩數(shù)絕對值相乘的結(jié)果.反碼定義：正數(shù)的反碼表示與原碼相同；負數(shù)的反碼，可將負數(shù)原碼的符號位保持不變、數(shù)值位按位取反得到。缺點：“0”的反碼也有兩種表示法，即＋0和－0。[＋0]反＝00000000B[－0]反＝11111111B

n位反碼表示數(shù)的范圍與原碼相同，八位二進制反碼表示的范圍仍是－127至＋127。.[＋11]原＝00001011B[＋11]反＝00001011B[－11]原＝10001011B[－11]反＝11110100B[－38]原＝10100110B[－38]反＝11011001B[＋127]原＝01111111B[＋127]反＝01111111B[－127]原＝11111111B[－127]反＝10000000B[＋0]原＝00000000B[＋0]反＝00000000B[－0]原＝10000000B[－0]反＝11111111B求真值：由反碼求得原碼，再由原碼求得真值，即可得到反碼的真值。例如：反碼11011001B，符號位為1，將數(shù)值位按位取反，得到原碼10100110B，其真值為－0100110B即十進制數(shù)－38。.補碼（Two’sComplement）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)值位等于求反加1。例：求8位補碼機器數(shù)：

x=+4 [x]補=00000100 x=-4 10000100 x1111011 [x]補=11111100

補碼表示的優(yōu)點： 0的表示唯一，加減運算方便.[＋11]原＝00001011B[＋11]反＝00001011B[＋11]補＝00001011B[－11]原＝10001011B[－11]反＝11110100B[－11]補＝11110101B[＋127]原＝01111111B[＋127]反＝01111111B[＋127]補＝01111111B[－127]原＝11111111B[－127]反＝10000000B[－127]補＝10000001B[＋0]原＝00000000B[＋0]反＝10000000B[0]補＝00000000B[－0]原＝10000000B[－0]反＝11111111B[－128]補＝10000000B.補碼的含義:

以時鐘對時為例來說明，現(xiàn)由7點鐘調(diào)到4點鐘。

順時針調(diào)：7＋9＝4（mod12）逆時針調(diào)：7－3＝4（mod12）由于時鐘上超過12點時就會自動丟失一個數(shù)12，這個自動丟失的數(shù)叫做“?！保╩odule，簡寫為mod）.數(shù)的補碼與“?！庇嘘P(guān)“?！奔从嫈?shù)系統(tǒng)的量程。

當X<0，[X]補=模-｜X｜

8位二進制數(shù)的模為：28=256

當X<0，[X]補=28-｜X｜

=256-｜X｜=255-｜X｜+1

=[X]反碼+1

規(guī)則：求反加1，符號位不變。

如：10001101B其補碼：11110010

規(guī)定：00000000B為0

10000000B不是－0，而是－128

.[X]反=[X]原數(shù)值位取反，符號位不變。在計算機中，機器數(shù)有三種表示方法：即原碼、反碼和補碼。采取補碼運算，可以將減法轉(zhuǎn)換成加法運算。①對于正數(shù)：[X]原=[X]反=[X]補②對于負數(shù)：[X]補=[X]反+136-16-52例：0010，01001111，0000+1100，1100（-52）的補碼為11001100B.原碼、反碼和補碼對應(yīng)關(guān)系表

無符號二進制數(shù)無符號十進制數(shù)原碼反碼補碼000000000+0+00000000011+1+1+1000000102+2+2+2……………01111101125+125+125+12501111110126+126+126+12601111111127+127+127+12710000000128-0-127-12810000001129-1-126-12710000010130-2-125-126……………11111101253-125-2-311111110254-126-1-211111111255-127-0-1.怎樣根據(jù)真值求補碼，或根據(jù)補碼求真值一求負數(shù)真值的補碼：用絕對值“取反加1”二求負數(shù)補碼的真值：先將該補碼數(shù)“取反加1”的方法得到其絕對值，再在絕對值前添加一負號例：求下列帶符號數(shù)補碼的真值。 1000，1110B取反 0111，0001B-0111，0010B+1-（64+32+16+2）=-114-0101，0000B 1011，0000B取反 0100，1111B+1-（64+32）=-96.§1-4常用編碼

8421BCD碼稱為二-十進制數(shù)或簡稱BCD碼(BinaryCodedDecimalCode)，用標識符[……]BCD表示。

特點：保留了十進制的權(quán)，每一位十進制數(shù)字則用二進制碼表示。一、8421BCD碼.⒈編碼方法

二-十進制數(shù)是十進制數(shù)，逢十進一，只是數(shù)符0～9用4位二進制碼0000～1001表示而已；

每4位以內(nèi)按二進制進位；

4位與4位之間按十進制進位。

⒉轉(zhuǎn)換關(guān)系

⑴BCD碼與十進制數(shù)相互轉(zhuǎn)換關(guān)系

⑵BCD碼與二進制數(shù)相互轉(zhuǎn)換關(guān)系

BCD碼與二進制數(shù)之間不能直接相互轉(zhuǎn)換，通常要先轉(zhuǎn)換成十進制數(shù)。

.【例】將二進制數(shù)01000011B轉(zhuǎn)換成BCD碼。解：01000011B=67=[01100111]BCD

需要指出的是:

決不能把[01100111]BCD誤認為二進制碼01100111B，二進制碼01100111B的值為103，而[01100111]BCD的值為67，顯然兩者是不一樣的。.⒊BCD碼運算

BCD碼用4位二進制數(shù)表示，但4位二進制數(shù)最多可表示16種狀態(tài)，余下6種狀態(tài)，1010～1111在BCD編碼中稱為非法碼或冗余碼。在BCD碼的運算中將會出現(xiàn)冗余碼，需