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1、微型计算机硬件及应用n 电气工程学院n 刘志雄 n18971202697 n3教4楼电气信息与控制研究所417室单片机学习网站(部分)1. “学习单片机” WWW 2. “单片机基地” WWW 3. “PIC单片机” WWW 4. “中国单片机世界” WWW 5. “单片机资讯网” WWW 6. “微控设计网” WWW 7. “C8051F网络” WWW 8. “华工单片机科技网” WWW微机原理及应用课程教学说明n1. 考试方式:闭卷,120分钟.n2. 成绩评定方法:考试成绩(100分)占总成绩的60%,平时 成绩(100分)(主要是作业 实验)占总成绩的40%.n3. 每人准备一个作业本
2、.n4. 主要参考书:n(1)教材n(2)赵德安,单片机原理与应用,机械工业出版社,2005n(3)刘瑞新,单片机原理与应用教程,机械工业出版社,2005n(4)张友德,单片机原理与应用技术,机械工业出版社,2004n(5)陈连坤,嵌入式系统的设计与开发,清华大学出版社 ,2005微型计算机硬件及应用n第1章 微型计算机基础n第2章 MCS-51单片机的结构和原理n第3章 MCS-51单片机的指令系统n第4章 汇编语言程序设计n第5章 半导体存储器n第6章 定时器及应用n第7章 MCS-51单片机的中断系统n第8章 单片机系统扩展及接口n第9章 MCS-51的串行通讯第1章微型计算机基础n电子
3、计算机是一种对信息进行加工处理的机器,它具有记 忆,判断和运算能力,能模仿人类的思维活动,代替人的部分 脑力劳动,并能对生产过程实施某种控制,等等.n1946年,美国制造出世界上第一台电子计算机.它经历了电 子管,晶体管,集成电路和超大集成电路等阶段,现在进入第 四代,一般分为巨型机,大型机,中型机,小型机和微型机等五 类.n就系统组成和工作原理来说,微型机与其他几类计算机并 无本质区别,只是在体积,性能和应用范围方面有所不同.n本章主要介绍微机的基础知识,组成原理,以及单片机的产 生,发展和应用,为后续几章的学习打下基础.1.1 计算机中的数制及数的转换n1.1.1 计算机中的数制n数制:
4、是指数的形式,是人们利用符号计数的一种科学方法. 常用的有十进制,二进制,八进制,十六进制等.n1. 十进制(Decimal)n主要特点: (1) 有09十个不同的数码,作为基本符号.n(2) 逢10进位.n(3) 统一表示形式:n式中: i表示数中任意一位,是一个变量,ai表示第i位的数码,n 为该数整数部分的位数,m 为小数部分的位数. 例： 123.45=l102+2101+3100+410-1+510-21.1 计算机中的数制及数的转换n2. 二进制(Binary)n主要特点为: (1)它共有0和1两个数码,二进制数都由它们 组成.n(2) 基数是2,是逢2进1的进位原则.n10110
5、.11B=22.75n二进进制的一般表达式为为：n NB=bn-12n-1+bn-22n-2+b020+b-12-1+n B为为二进进制(Binary)的英文缩缩写，表示采用的是二进进制 的记记数方式；n表示二进进制记记数的总总的位数；bn-1表示该该 二进进制数第n-1位的值值 。1.1 计算机中的数制及数的转换n3. 十六进制(Hexadecimal)n主要特点为: (1)它有0,1,2,9, A,B,C,D,E,F等十六个数码.n(2) 基数是16,进位计数为逢16进1.n十六进进制的一般表达式为为：H=hn-116n-1+ hn-216n-2+ h0160+ h-116-1+n H是十
6、六进进制(Hexadecimal)的英文缩缩写，表示 采用的是十六进进制的记记数方式；N表示用十六进进制 记记数的总总的位数；hn-1表示该该十六进进制数第n-1位的 值值。1.1 计算机中的数制及数的转换n二进制的缺点:阅读和书写困难.采用十六进制可以大大减 轻阅读和书写二进制数时的负担.n例如: 11011011B=DBHn为了区分数制,数的后面要用大写字母写出数制的标志,二 进制用B,如:00110011B.十六进制要用H,例如:00FFH.n1.1.2 计算机中数制间的转换n1. 二进制数和十进制数间的转换n(1) 二进制数转换成十进制数: 只要把欲转换的数按权展 开后相加即可.n(2
7、)十进制数转换成二进制数nA 十进制整数转换成二进制整数:”除2取余,倒序排列法”nB十进制小数转换成二进制小数:”乘2取整,正序排列法”1.1 计算机中的数制及数的转换n2. 十六进制数和十进制数间的转换n(1)十六进制数转换成十进制数: 把十六进制数按权展开后 相加. FFH=255n(2)十进制数转换成十六进制数nA 整数: “除16取余法”. 例如: 100=64HnB 小数: “乘16取整法”. 例如: 0.761 718 75=0.C3Hn3. 二进制数和十六进制数的转换n(1) 二进制数转换成十六进制数 “四位合一位法”.例如: n 01011010B=5AHn(2)十六进制数转
8、换成二进制数 “四位展开,连成一体”.n例如:BCH=10111100B1.2 计算机中数的表示方法n在计算机中,小数和整数都是以二进制形式表示的,但对小 数点,通常有定点和浮点两种表示方法.n小数点采用定点表示法的称为定点机,采用浮点表示法的 叫做浮点机.n1.2.1 定点机中数的表示方法n在定点计算机中,二进制数的小数点位置是固定不变的,小 数点可以固定在数值位之前,也可以约定在数值之后.前者 称为定点小数计算机,后者叫做定点整数计算机.n1. 定点整数表示法n小数点位置被固定在数值位之后.n优点: 运算规则简单.缺点:表示的数的范围小.1.2 计算机中数的表示方法n2. 定点小数表示法n
9、小数点的位置被约定在数值位之前.因此,这种计算机在实 际计算前应先把参加计算的二进制整数按适当比例替换成 纯小数,计算结束后再按同样的逆比例替换后输出.n1.2.2 浮点机中数的表示方法n小数点的位置是浮动的,不固定的.n一个浮点数N由阶码和尾数两部分组成.阶码部分包括阶符 和阶码,尾数部分由数符和尾数组成.n其中Pf为阶符,Pf=0表示为正,Pf=1表示为负;Sf为数符,Sf=0 表示为正数,Sf=1表示为负数.Pf 。 Sf 。1.2 计算机中数的表示方法n浮点法的优点:数的表示范围大.缺点:运算规则复杂,通常要 对阶码和尾数分别计算.n1.2.3 二进制数的计算n大部分计算机采用定点整数
10、表示法n1. 算术运算n(1)加法运算n(2)减法运算n(3)乘法运算n(4)除法运算n2. 逻辑运算n逻辑与,逻辑或,逻辑取反,逻辑异或等.1.3 计算机中数的表示形式n1.3.1 机器数的原码、反码和补码n机器数是指数的符号和值均采用二进制的表示形式.n原码、反码和补码是机器数的三种基本形式,它和机器数 的真值不同.n1. 原码(true form)n定义:机器数的原码为最高位为符号位,其余位为数值位,符 号位为0表示该数为正数,符号位为1表示它是负数.n例如:X=+1010B Y=-1010BnX原=00001010B Y原=10001010B n+0原=00000000B -0原=10
11、000000B n原码在进行乘法和除法运算时特别方便.1.3 计算机中数的表示形式n2. 反码(ones complement )n(1)正数的反码和原码相同.n(2)负数的反码的符号位和负数的原码相同,数值位是它的 数值位的按位求反.n例如: X=+1101101B Y=-0110110Bn X原=01101101B Y原=10110110Bn X反=01101101B Y反=11001001Bn3.补码(twos complement )n(1)正数的补码和原码相同.n(2)负数的补码是其原码求反加1.n例如:X=+1010B Y=-01010BnX原=00001010B Y原=10001
12、010BnX补=00001010B Y补=11110110B1.3 计算机中数的表示形式n4. 补码的符号扩展n补码数的符号扩展可以定义为一个n位补码数扩展为2n位 补码数,只要把符号位向左扩展n位,其值不变.n1.3.2 补码的加减运算n(1)补码的加法运算 X+Y补=X补+Y补 n n(2)补码的减法运算 X-Y补=X补+-Y补 n两数之差的补码等于两数补码之和.n上述运算表明:补码加法可以将减法运算化为加法来做.1.4 计算机中数和字符的编码n计算机只能识别二进制数,因此键盘上所有数字,字母和符 号必须事先为它们进行编码,以便于计算机对它们加以识 别,存储和传送.n1.4.1 BCD码和
13、ASCII码nBCD码(Binary Coded Decimal,二进制编码的十进制数), ASCII码(American Standard Code for Information Interchange , 美国信息交换标准码)n1. BCD码 8421码, 2421码, 余3码, 格雷码等.n(1)8421码 一种采用4位二进制数来代表十进制数码的代 码系统.n0000B-0,0001B-1,0010B-2,0011B-3,0100B- 4,n0101B-5,0110B-6,0111B-7,1000B-8,1001B- 9,n00010000B-101.4 计算机中数和字符的编码n(2)
14、BCD码的加法运算n计算机先按二进制数进行运算,然后进行十进制调整.n原则如下:若和的低4位大于9或低4位高4位向发生了进位, 则低4位加6修正;若高4位大于9或高4位的最高位发生了进 位,则高4位加6修正.n例如: X=48, Y=69, 试分析BCD的加法过程.n(3)BCD减法: 变成补码的加法进行计算.n例如: X=51, Y=28, 试分析BCD的减法过程.n2. ASCII码n诞生于1963年,由7位二进制编码构成,共128个字符编码, 如书上附录A.1.4 计算机中数和字符的编码n1.4.2 汉字的编码n两类:汉字输入法编码, 汉字内部二进制编码.n输入编码:五笔字型编码,汉语拼
15、音编码等数百种.n计算机内部编码: 电报码,国标码,区位码等.n1.4.3 检验码编码n作用:用于信息的传递和交换.n欲发送的信息应首先按照某种约定规律编码成检验码,使 有用的信息加载在检验码上进行传送;接收端对接收到的 检验码按约定规律的逆规律进行解码和还原,并在解码过 程中去发现和纠正因传输过程中的干扰所引起的错误码位 .n1. 奇偶检验码编码n又称奇偶校验,是一种只有一位冗余位的检验码编码方法.n作用:常用于主存校验和信息传送.1.4 计算机中数和字符的编码n奇偶校验分为两种:奇校验和偶校验.n奇校验:奇校验的约定编码规律要求编码后的检验码中”1” 的个数(包括有效信息位和奇校验位)保持为奇数.n
