单片机原理及其接口技术第1章-数制课件.ppt

1、1.1 1.1 数制、码制系统数制、码制系统1.1.1 1.1.1 进位计数制及各计数制间的转换进位计数制及各计数制间的转换一、进位计数制一、进位计数制1 1、基数、基数R(RadixR(Radix)：它代表计数制中所用到的数码个数。如：在十进制计数中用：它代表计数制中所用到的数码个数。如：在十进制计数中用到到0 09 9十个数码，基数是十个数码，基数是1010；二进制计数中用到；二进制计数中用到0 0和和1 1两个数码，基数是两个数码，基数是2 2；而十六进；而十六进制计数中用到制计数中用到0 0、1 1、2 2、3 3、4 4、5 5、6 6、7 7、8 8、9 9、A A、B B、C C

2、、D D、E E、F F共十六个数码，共十六个数码，基数是基数是1616。一般地说，基数为。一般地说，基数为R R的数制（简称的数制（简称R R进制）中，包含进制）中，包含0 0、1 1、R R1 1个数个数码，进位规律为码，进位规律为“逢逢R R进进1”1”或或“借当借当R”R”。2 2、位权、位权W(WeightW(Weight)二、三种进制数间的相互转换二、三种进制数间的相互转换1 1、二进制数转换成十进制数：按权展成多项式、二进制数转换成十进制数：按权展成多项式2 2、十进制数转换为二进制数：任一十进制整数、十进制数转换为二进制数：任一十进制整数N N转换成二进制数的方法是连续除以转换

3、成二进制数的方法是连续除以2 2倒取余。倒取余。3 3、二进制数与十六进制数之间的相互转换、二进制数与十六进制数之间的相互转换从个位开始向左从个位开始向左4 4位为位为1 1组进行转换；若高位不足组进行转换；若高位不足4 4位添位添0 0补足补足4 4位，便可将二进制数转位，便可将二进制数转换为十六进制数。换为十六进制数。4 4、十进制数与十六进制数之间的相互转换、十进制数与十六进制数之间的相互转换由于十六进制数是二进制数的缩写，二进制数与十进制数转换又较为方便，故十六由于十六进制数是二进制数的缩写，二进制数与十进制数转换又较为方便，故十六进制数与十进制数之间的转换可通过二进制数进行。进制数与

4、十进制数之间的转换可通过二进制数进行。三、二进制数的算术运算三、二进制数的算术运算二进制数的加、减法遵循二进制数的加、减法遵循“逢逢2进进1”、“借借1当当2”的原则。的原则。1.1.2 1.1.2 码制及其转换码制及其转换1、原码、原码无符号数所有数位均为表示二进制数大小的数值位，其表示的十进制数的范围从无符号数所有数位均为表示二进制数大小的数值位，其表示的十进制数的范围从0255。对于带符号二进制数而言，在计算机中通常把其最高位作为符号位，用。对于带符号二进制数而言，在计算机中通常把其最高位作为符号位，用0表示表示“”，用，用1表示表示“”，其余位作为数值位，称为带符号数的原码，或称机器数

5、。而用，其余位作为数值位，称为带符号数的原码，或称机器数。而用正负号表示的带符号数称为正负号表示的带符号数称为X原原的真值。的真值。2、反码、反码正数的反码与其原码相同。保持负数原码的符号位不变，数值位逐位取反正数的反码与其原码相同。保持负数原码的符号位不变，数值位逐位取反3、补码、补码 正数的补码与其原码相同。负数的补码在其反码最低位加正数的补码与其原码相同。负数的补码在其反码最低位加1得出。得出。补码所表示的补码所表示的8位二进制数的范围从位二进制数的范围从128127。真值需将结果先还原为原码，或。真值需将结果先还原为原码，或利用互补的特点，继续求补，得到补码对应的原码，进而计算其真值。

6、利用互补的特点，继续求补，得到补码对应的原码，进而计算其真值。1.1.2 1.1.2 码制及其转换码制及其转换微型机只有加法器，没有专门的减法器，当进行减法时，对减数采用补码进行加法运算。1.1.2 1.1.2 码制及其转换码制及其转换二、二、BCDBCD码（码（Binary Coded DecimalBinary Coded Decimal）BCD码是用二进制直接表示十进制数。码是用二进制直接表示十进制数。1位十进制数有位十进制数有09共共10个不同数码，故个不同数码，故需要由需要由4位二进制数来编码。位二进制数来编码。4位二进制数有位二进制数有16种组合，可任取其中种组合，可任取其中10种

7、组合分别代表种组合分别代表10个十进制数码，其余个十进制数码，其余6种组合为非法码。常用种组合为非法码。常用8421BCD码，取十六进制数的前码，取十六进制数的前10种种组合作为组合作为10个十进制数码，而个十进制数码，而A、B、C、D、E、F视为非法码，不允许出现。视为非法码，不允许出现。1.1.2 1.1.2 码制及其转换码制及其转换三、三、ASCIIASCII码（码（American Standard Code for Information InterchangeAmerican Standard Code for Information Interchange）ASCII码包括码包括

8、10个十进制数码个十进制数码09，大写和小写英文字母各，大写和小写英文字母各26个，大写字母个，大写字母AZ；小写字母小写字母az，32个通用控制符号；个通用控制符号；34个专用符号，共个专用符号，共128个字符个字符,故采用故采用7位二进制位二进制数进行编码。数进行编码。1.2 1.2 数字电路基础数字电路基础1.2.1 1.2.1 数字信号数字信号数字信号在两个固定电流或电压值之间转换数字信号在两个固定电流或电压值之间转换：0和和1即低电平和高电平即低电平和高电平1.2.2 1.2.2 门电路门电路门电路是构成数字电路的基本单元门电路是构成数字电路的基本单元 另一种在计算机中广泛应用的门电

9、路是三态门，它的输出另一种在计算机中广泛应用的门电路是三态门，它的输出b端除端除0和和1两种状态外，还有第三种状态两种状态外，还有第三种状态高阻态。当输入高阻态。当输入a端出现数据时，只有端出现数据时，只有使能端使能端EN信号信号c=1，数据才会传送至，数据才会传送至b端，若使能端端，若使能端EN信号信号c=0，则，则b端端为高阻态。三态门广泛用于隔离或放大。为高阻态。三态门广泛用于隔离或放大。计算机各部件采用总线结构传递数据，总线是各部件的公共信息线，计算机各部件采用总线结构传递数据，总线是各部件的公共信息线，为防止总线冲突，每一时刻只能有一组信息在总线中出现。所有部件与总为防止总线冲突，每

10、一时刻只能有一组信息在总线中出现。所有部件与总线采用三态门连接，当一个部件的使能信号有效时，令其它部件的使能信线采用三态门连接，当一个部件的使能信号有效时，令其它部件的使能信号均无效，与总线脱离，这就保证了数据不会发生冲突。号均无效，与总线脱离，这就保证了数据不会发生冲突。三态门还用于输入缓冲器。令使能信号三态门还用于输入缓冲器。令使能信号EN=0，将计算机与输入信号，将计算机与输入信号隔离。待现场数据稳定后，再令隔离。待现场数据稳定后，再令EN=1，计算机可进行输入工作。，计算机可进行输入工作。1.2 1.2 数字电路基础数字电路基础1.2.3 1.2.3 触发器触发器触发器是一种具有记忆功

11、能的基本逻辑单元触发器是一种具有记忆功能的基本逻辑单元 一、一、RSRS触发器触发器 输入称置位端（输入称置位端（SET），低电平时状态），低电平时状态Q为为1；称复位端（；称复位端（RESET），低电平时），低电平时状态状态Q为为0；两输入同时为；两输入同时为1时，状态时，状态Q不变，记忆。在数字系统设计中，不变，记忆。在数字系统设计中，RS触发器可触发器可作为开关去抖电路。它同时也是其它触发器的基本组成单元。作为开关去抖电路。它同时也是其它触发器的基本组成单元。二、二、D D触发器触发器 数据输入数据输入D在时钟脉冲在时钟脉冲CP（Clock Pulse）上沿（由）上沿（由0变变1）作用下

12、改变其状态）作用下改变其状态Q。D触发器通常作为寄存器的一个位，用触发器通常作为寄存器的一个位，用来接收并存储数据。它还可以构成计来接收并存储数据。它还可以构成计数器，累加数器，累加CP的个数的个数 一位一位D锁存器，其逻辑功能同锁存器，其逻辑功能同D触发器，仅时钟触发器，仅时钟C1端端没有三角符号，表示在时钟为没有三角符号，表示在时钟为1时接收数据时接收数据D，时钟为，时钟为0时数据不变，用于总线输出部件锁存总线数据。时数据不变，用于总线输出部件锁存总线数据。1.2.4 1.2.4 常用集成芯片常用集成芯片一、分类一、分类数字集成电路分为双极型和单极型两种。使用双极型技术的是数字集成电路分为

13、双极型和单极型两种。使用双极型技术的是TTL（三极管（三极管三三极管逻辑），其型号有极管逻辑），其型号有74和和54两大系列；使用单极型技术的是两大系列；使用单极型技术的是CMOS（互补（互补金属金属氧化物半导体），其型号有氧化物半导体），其型号有74HC和和54HC两大系列。两大系列。二、常用中小规模集成芯片型号二、常用中小规模集成芯片型号 常用中小规模集成芯片型号由常用中小规模集成芯片型号由74或或54后面的数字表示其功能后面的数字表示其功能1、门电路、门电路 常用器件型号：常用器件型号：TTL系列：四系列：四2输入与门输入与门74LS08，四，四2输入或门输入或门74LS32，六反相，六

14、反相器器74LS04，四，四2输入与非门输入与非门74LS00，双，双4输入与非门输入与非门74LS20，四，四2输入或非门输入或非门74LS32，四，四2输入异或门输入异或门74LS86等等。门电路常用在单片机系统设计中形成控制信等等。门电路常用在单片机系统设计中形成控制信号。号。2、译码器、译码器 译码器将输入的二进制代码转换成与代码对应的输出信号。如存储器系统设计常译码器将输入的二进制代码转换成与代码对应的输出信号。如存储器系统设计常用的用的3-8译码器译码器74LS138。通常译码器有通常译码器有M个输入，个输入，N个输出，称个输出，称M-N译码器。有译码器。有M个输入，便会有个输入，

15、便会有N=2M个个输出。按输入输出个数分输出。按输入输出个数分2-4译码（译码（74LS139）、）、3-8译码（译码（74LS138）、）、4-10译码译码（74LS145）、）、4-16译码（译码（74LS154）1.2.4 1.2.4 常用集成芯片常用集成芯片二、常用中小规模集成芯片型号二、常用中小规模集成芯片型号3、数据选择器、数据选择器 根据地址选择信号从多路输入数据中选择一路输出的器件，叫数据选择器根据地址选择信号从多路输入数据中选择一路输出的器件，叫数据选择器。常。常用器件：用器件：74LS151（8选选1，同相输出），同相输出），74LS153（双（双4选选1，同相输出），同相

16、输出），74LS157（四（四2选选1，同相输出），同相输出），74LS158（四（四2选选1，反相输出）。，反相输出）。4、数据锁存器、数据锁存器 74LS373是一种带有三态输出门的是一种带有三态输出门的8D锁存器，锁存器，1D8D为数据输入端，为数据输入端，1Q8Q为数据输出端。当允许控制端为数据输出端。当允许控制端G为为1时，时，8个锁存器同时接收数据，个锁存器同时接收数据，G变变0后，数据保后，数据保持不变，锁存。当输出控制端为持不变，锁存。当输出控制端为0时，锁存器内的数据从时，锁存器内的数据从1Q8Q端输出，当输出控端输出，当输出控制端制端1时，时，1Q8Q端高阻。端高阻。1.3

17、 1.3 微型计算机工作原理微型计算机工作原理1.3.1 1.3.1 CPUCPU（Central Processing UnitCentral Processing Unit）结构）结构 CPU是微型计算机的核心部件，它由运算器和控制器组成是微型计算机的核心部件，它由运算器和控制器组成 一、运算器一、运算器运算器的核心是算术逻辑部件运算器的核心是算术逻辑部件ALU（Arithmetic Logic Unit）,它协同暂存器它协同暂存器1、暂存器暂存器2、累加器、累加器ACC、状态寄存器，负责完成算术功能（加、减、乘、除、加、状态寄存器，负责完成算术功能（加、减、乘、除、加1、减、减1运算以及

18、运算以及BCD加法调整）和逻辑功能（与、或、异或、求反、清加法调整）和逻辑功能（与、或、异或、求反、清0运算以及左移、右运算以及左移、右移、循环移位操作）。移、循环移位操作）。1.3 1.3 微型计算机工作原理微型计算机工作原理1.3.1 1.3.1 CPUCPU（Central Processing UnitCentral Processing Unit）结构）结构 CPU是微型计算机的核心部件，它由运算器和控制器组成是微型计算机的核心部件，它由运算器和控制器组成 一、运算器一、运算器运算器的核心是算术逻辑部件运算器的核心是算术逻辑部件ALU（Arithmetic Logic Unit）,它

19、协同暂存器它协同暂存器1、暂存器暂存器2、累加器、累加器ACC、状态寄存器，负责完成算术功能（加、减、乘、除、加、状态寄存器，负责完成算术功能（加、减、乘、除、加1、减、减1运算以及运算以及BCD加法调整）和逻辑功能（与、或、异或、求反、清加法调整）和逻辑功能（与、或、异或、求反、清0运算以及左移、右运算以及左移、右移、循环移位操作）。移、循环移位操作）。1.3 1.3 微型计算机工作原理微型计算机工作原理二、控制器（二、控制器（ControllerController）控制器是整个计算机的指挥中心，它负责从程序存储器中取出指令并对指令进行分控制器是整个计算机的指挥中心，它负责从程序存储器中取

20、出指令并对指令进行分析、判断，并根据指令发出控制信号，使计算机的有关部件及设备有条不紊地协调工作，析、判断，并根据指令发出控制信号，使计算机的有关部件及设备有条不紊地协调工作，保证计算机能自动、连续地运行。保证计算机能自动、连续地运行。程序计数器程序计数器PCPC（Program Counter）用来控制程序）用来控制程序的走向。开机上电后，它提供程序第一条指令在存储器中的走向。开机上电后，它提供程序第一条指令在存储器中的地址，的地址，CPU从该地址取出要执行的指令，执行第一条从该地址取出要执行的指令，执行第一条指令。当顺序程序执行时，程序计数器具有自动加指令。当顺序程序执行时，程序计数器具有

21、自动加1功能；功能；当程序需要发生转移时，程序计数器根据指令提供的信息当程序需要发生转移时，程序计数器根据指令提供的信息将其内容更新为转移程序的目标地址继续执行程序。将其内容更新为转移程序的目标地址继续执行程序。指令寄存器指令寄存器的作用是将指令取出并存放，其操作码的作用是将指令取出并存放，其操作码送指令译码器。指令译码器用来对指令中的操作码进行译送指令译码器。指令译码器用来对指令中的操作码进行译码，以形成相应的控制命令，控制计算机各部件协调工作。码，以形成相应的控制命令，控制计算机各部件协调工作。时序电路时序电路包括时钟和节拍发生器，用来产生计算机包括时钟和节拍发生器，用来产生计算机的时钟脉

22、冲和节拍，控制计算机按节拍工作。的时钟脉冲和节拍，控制计算机按节拍工作。寄存器寄存器（Register）CPU中还包括一些寄存器，存中还包括一些寄存器，存放最活跃的信息。在计算机的编程结构中，寄存器的地位放最活跃的信息。在计算机的编程结构中，寄存器的地位是非常重要的。是非常重要的。1.3.1 1.3.1 总线结构总线结构 总线是一组公共信息线，负责将计算机中的数据从一处传到另一处。总线是一组公共信息线，负责将计算机中的数据从一处传到另一处。一、数据总线一、数据总线因为数据总线用来传递进出因为数据总线用来传递进出CPU的信息，数据总线一般与的信息，数据总线一般与CPU字长等宽。数据总字长等宽。数

23、据总线可以是单向或双向的。线可以是单向或双向的。8051单片机数据总线单片机数据总线8位，以位，以D0D7标记。标记。二、地址总线二、地址总线地址总线用来识别和地址总线用来识别和CPU相连的相连的I/O设备和存储器，所以地址总线数目越多，可设备和存储器，所以地址总线数目越多，可以被寻址的以被寻址的I/O设备和存储器的数目就越多，地址总线的数目反映设备和存储器的数目就越多，地址总线的数目反映CPU的寻址能力的的寻址能力的大小。地址线的根数越多，寻址能力越强。如一个具有大小。地址线的根数越多，寻址能力越强。如一个具有16位地址总线的位地址总线的CPU可访问可访问65536（216=26210=64

24、K）个字节的存储单元。地址总线总是单向的，由）个字节的存储单元。地址总线总是单向的，由CPU发出的。发出的。8051单片机地址总线单片机地址总线16位，以位，以A0A15标记。标记。三、控制总线三、控制总线包含包含CPU发出的控制信号和发出的控制信号和I/O设备发出的状态信号。因为半导体存储器和设备发出的状态信号。因为半导体存储器和CPU都是速度相差无几的超大规模集成电路，所以只用读都是速度相差无几的超大规模集成电路，所以只用读/写信号控制数据的流向，用地址写信号控制数据的流向，用地址锁存信号解决地址、数据线复用问题。锁存信号解决地址、数据线复用问题。1.3.2 1.3.2 指令执行过程指令执

25、行过程 计算机的工作过程就是指令的执行过程。指令是对计算机发出的命令，它们被按执计算机的工作过程就是指令的执行过程。指令是对计算机发出的命令，它们被按执行顺序预先存入计算机的程序存储器。程序执行时，计算机在程序计数器的指示下，自行顺序预先存入计算机的程序存储器。程序执行时，计算机在程序计数器的指示下，自动地从程序存储器中取出一条指令，送至指令译码器，然后程序计数器加动地从程序存储器中取出一条指令，送至指令译码器，然后程序计数器加1，通过指令，通过指令译码器对指令中的操作码加以分析，并执行对应的操作，接着程序计数开始取下一条指译码器对指令中的操作码加以分析，并执行对应的操作，接着程序计数开始取下

26、一条指令令，直至一段程序执行完毕。因此，指令的执行过程可归纳为：取指令，直至一段程序执行完毕。因此，指令的执行过程可归纳为：取指令分析指令分析指令执行指令执行指令取指令取指令分析指令分析指令执行指令执行指令三个动作不断循环的过程。三个动作不断循环的过程。1.4 1.4 存储器基础存储器基础1.4.1 1.4.1 信息的基本单位信息的基本单位 位位bit 1字节字节Byte=8bit 1字字Word=2B 一个存储器由成千上万个存储单元组成，一个单元存放一个字节的信息。为了区一个存储器由成千上万个存储单元组成，一个单元存放一个字节的信息。为了区别不同单元，用二进制数对其编号，称编址。每个单元分配

27、一个地址，别不同单元，用二进制数对其编号，称编址。每个单元分配一个地址，n位二进制数，位二进制数，可对可对2n个单元编址。个单元编址。1.4.2 1.4.2 存储器系统结构存储器系统结构 当当CPU对某一单元寻址时，就通过地址对某一单元寻址时，就通过地址总线给出该单元的地址信号，通过译码电路，总线给出该单元的地址信号，通过译码电路，选中该单元，并将其中的数据与选中该单元，并将其中的数据与CPU数据数据总线接通。读写控制信号决定数据的传输方总线接通。读写控制信号决定数据的传输方向，片选信号用于在多芯片系统中选择一片向，片选信号用于在多芯片系统中选择一片芯片与芯片与CPU交换数据。三态数据缓冲器用

28、交换数据。三态数据缓冲器用来解决多芯片系统的总线冲突问题。来解决多芯片系统的总线冲突问题。1.4.3 1.4.3 存储器的性能指标存储器的性能指标一、一、容量容量每个存储芯片所能存储的二进制数的位数，称位容量。如每个存储芯片所能存储的二进制数的位数，称位容量。如6264是是RAM芯片，其位芯片，其位容量是容量是64Kbit，或，或8K8bit。27128是是ROM芯片，其位容量是芯片，其位容量是128Kbit或或16K8bit。通常由多片上述存储芯片构成存储器组织，以字节为容量，每个单元存放一个字节通常由多片上述存储芯片构成存储器组织，以字节为容量，每个单元存放一个字节的信息。存储器组织单位分

29、别是的信息。存储器组织单位分别是B、KB、MB、GB。二、存取时间二、存取时间CPU给出有效的存储器地址到数据出现在数据总线的时间。一般几给出有效的存储器地址到数据出现在数据总线的时间。一般几ns几百几百ns。1.4.4 1.4.4 存储器分类存储器分类 一、一、ROM（Read Only Memory）计算机断电后计算机断电后ROM中的信息不会丢失，非易失性的，因此一般用来存放一些固定程中的信息不会丢失，非易失性的，因此一般用来存放一些固定程序，如监控程序、子程序、字库及数据表等序，如监控程序、子程序、字库及数据表等 1、掩膜工艺ROM（Mask ROM）2、可一次编程ROMPROM（Pro

30、grammable ROM）3、可擦除的PROMEPROM、E2PROM（Erasable PROM、Electrically Erasable PROM）1.4.4 1.4.4 存储器分类存储器分类 二、二、RAM(Random Access Memory)这种存储器又叫读写存储器，它不仅能读取存放在存储单元中的数据，还能随时写这种存储器又叫读写存储器，它不仅能读取存放在存储单元中的数据，还能随时写入新的数据，写入后原来的数据则会丢失，易失性。断电后入新的数据，写入后原来的数据则会丢失，易失性。断电后RAM中的信息全部丢失。中的信息全部丢失。1、双极型、双极型RAM2、金属氧化物（、金属氧化

31、物（MOS）RAM1.5 IO1.5 IO基本概念基本概念1.5.1 I/O1.5.1 I/O接口电路的作用接口电路的作用一个计算机系统的组成，除了一个计算机系统的组成，除了CPU、存储器外，还必须有外部设备。如键盘、显、存储器外，还必须有外部设备。如键盘、显示器、打印机、数字示器、打印机、数字/模拟、模拟模拟、模拟/数字转换器，以及被计算机检测或控制的各种设备等。数字转换器，以及被计算机检测或控制的各种设备等。计算机通过输入计算机通过输入/输出设备和外界进行信息交换。计算机所用的数据以及现场采集的各输出设备和外界进行信息交换。计算机所用的数据以及现场采集的各种信息都要通过输入接口送到计算机；

32、而计算的结果和计算机产生的各种控制信号又种信息都要通过输入接口送到计算机；而计算的结果和计算机产生的各种控制信号又需通过输出接口输出到外部设备。这就是需通过输出接口输出到外部设备。这就是I/O（Input/Output）操作。）操作。在在CPU与外部设备之间加一个中介协调它们在速度、信号种类和传送方式的差与外部设备之间加一个中介协调它们在速度、信号种类和传送方式的差异，这就是异，这就是IO接口。接口功能：接口。接口功能：1 1、数据锁存、数据锁存：数据输出时，在写入脉冲作用下，将数据总线的数据抓到锁存器：数据输出时，在写入脉冲作用下，将数据总线的数据抓到锁存器中锁存，此后数据总线数据发生变化，

33、而锁存器数据维持不变，向外设输出。以此中锁存，此后数据总线数据发生变化，而锁存器数据维持不变，向外设输出。以此协调外设和协调外设和CPU的速度差异。写入脉冲由软件发出。的速度差异。写入脉冲由软件发出。2 2、三态缓冲、三态缓冲：与数据总线相接的电路在向数据总线传送数据时，都要经过三态：与数据总线相接的电路在向数据总线传送数据时，都要经过三态结构，以防止总线冲突。输入数据进入结构，以防止总线冲突。输入数据进入CPU前，也要经过三态缓冲，以防数据变化前，也要经过三态缓冲，以防数据变化时混乱的现场干扰进入数据总线。使能信号由软件发出。时混乱的现场干扰进入数据总线。使能信号由软件发出。3 3、数据转换

34、、数据转换：现场的模拟量是连续信号，而：现场的模拟量是连续信号，而CPU只能处理数字信号，需要通过只能处理数字信号，需要通过数字数字/模拟、模拟模拟、模拟/数字转换。启动转换信号由软件发出。数字转换。启动转换信号由软件发出。1.5.2 I/O1.5.2 I/O与与CPUCPU的连接信号的连接信号 在接口与在接口与CPU之间传送的信号包括以下三类：之间传送的信号包括以下三类：数据信号：是数据信号：是CPU给外设的数据（并行或串行传送），通过写操作实现；也可以给外设的数据（并行或串行传送），通过写操作实现；也可以是外设给是外设给CPU的数据，通过读操作实现。的数据，通过读操作实现。状态信号：它通常

35、由外设提供，使状态信号：它通常由外设提供，使CPU了解外设的工作状态。通过读操作实现。了解外设的工作状态。通过读操作实现。控制信号：控制信号：CPU控制外设启动或停止工作，以及向可编程接口芯片发出的控制字控制外设启动或停止工作，以及向可编程接口芯片发出的控制字的控制信息。通过写操作实现控制。的控制信息。通过写操作实现控制。1.5.3 I/O1.5.3 I/O的编址方案的编址方案 I/O接口传送的信息除数据外还有状态和控制信号，它们与接口传送的信息除数据外还有状态和控制信号，它们与CPU交换信息全部通过交换信息全部通过数据总线进行。不同的信号在接口内被不同的寄存器保存，寄存器称为端口。一个接数据

36、总线进行。不同的信号在接口内被不同的寄存器保存，寄存器称为端口。一个接口内部包含多个端口，一个口内部包含多个端口，一个CPU又可能外接多个又可能外接多个I/O接口，接口操作也是读写操作，因接口，接口操作也是读写操作，因此接口电路与存储器类似，也需要编址。接口电路的编址是对其中的端口进行的。对此接口电路与存储器类似，也需要编址。接口电路的编址是对其中的端口进行的。对端口编址是针对端口编址是针对I/O操作进行的，因此也称为操作进行的，因此也称为I/O编址。常用的编址。常用的I/O编址有两种方案：统编址有两种方案：统一编址方式和独立编址方式。一编址方式和独立编址方式。一、外设与存储器统一编址，又称为

37、存储器映射编址方式。在这种编址方式中，一、外设与存储器统一编址，又称为存储器映射编址方式。在这种编址方式中，将外设地址和存储器地址统一安排在一个地址空间中。统一编址的方法将外设看作是将外设地址和存储器地址统一安排在一个地址空间中。统一编址的方法将外设看作是存储器单元的一部分，因此，用于存储器的指令都可以用于外设。存储器单元的一部分，因此，用于存储器的指令都可以用于外设。二、外设与存储器独立编址，存储器地址空间和外设地址空间是相互独立的，各二、外设与存储器独立编址，存储器地址空间和外设地址空间是相互独立的，各有自己的寻址空间。用于存储器和用于外设的指令是不一样的，两种指令产生不同的有自己的寻址空

38、间。用于存储器和用于外设的指令是不一样的，两种指令产生不同的控制信号。控制信号。8051采用扩展采用扩展I/O与外部数据存储器统一编址的方式。与外部数据存储器统一编址的方式。1.5.4 I/O1.5.4 I/O的控制方式的控制方式 一、无条件传送方式一、无条件传送方式无条件传送类似于无条件传送类似于CPU和存储器之间的数据传送。以此方式进行传送的外设一直和存储器之间的数据传送。以此方式进行传送的外设一直处于数据准备好的状态。这种传送方式不需要测试外设的状态，可以根据需要随时进处于数据准备好的状态。这种传送方式不需要测试外设的状态，可以根据需要随时进行数据传送操作。行数据传送操作。二、查询传送方

39、式二、查询传送方式查询传送又称为条件传送，即数据的传送是有条件的。在输入查询传送又称为条件传送，即数据的传送是有条件的。在输入/输出之前，先要检输出之前，先要检测外设的状态，以了解外设是否已为数据输入测外设的状态，以了解外设是否已为数据输入/输出作好了准备。只有在确认外设已准输出作好了准备。只有在确认外设已准备好的情况下，备好的情况下，CPU才能执行数据输入才能执行数据输入/输出操作。通常把通过程序对外设状态的检测输出操作。通常把通过程序对外设状态的检测称之为查询，所以这种有条件的传送方式又叫做程序查询方式。称之为查询，所以这种有条件的传送方式又叫做程序查询方式。三、中断传送方式三、中断传送方

40、式为了提高为了提高CPU的效率，并能处理随机事件，可采用中断传送方式。在的效率，并能处理随机事件，可采用中断传送方式。在CPU正在执正在执行程序时，外设为数据传送作好准备，然后向行程序时，外设为数据传送作好准备，然后向CPU发出中断请求信号通知发出中断请求信号通知CPU。CPU接收到中断请求信号之后立即做出响应，暂停正在执行的程序，转而执行外设的数据接收到中断请求信号之后立即做出响应，暂停正在执行的程序，转而执行外设的数据输入输入/输出服务程序，待服务完成之后，程序返回，输出服务程序，待服务完成之后，程序返回，CPU继续执行被打断的程序。中断继续执行被打断的程序。中断的过程可以认为是硬件调用子

41、程序。在微型机系统中，采用中断的优点就在于既能提的过程可以认为是硬件调用子程序。在微型机系统中，采用中断的优点就在于既能提高高CPU的效率，又能对突发事件做出实时处理。由于中断请求信号是通过硬件发出的，的效率，又能对突发事件做出实时处理。由于中断请求信号是通过硬件发出的，故使用前需进行适当接线。故使用前需进行适当接线。PC机还有机还有DMA和和I/O处理机两种控制方式，以处理大量数据的输入处理机两种控制方式，以处理大量数据的输入/输出操作。输出操作。1.6 1.6 单片机概念单片机概念1.6.1 1.6.1 概述概述单片机单片机（Single Chip Microcomputer）是单片微型计算机的简称，是单片微型计算机的简称，处理器、处理器、RAM、ROM和定时和定时/计数器和多种输入计数器和多种输入/输出接口都集中在一块超大规模集成芯片内，输出接口都集中在一块超大规模集成芯片内，用于空间小、功耗低的场合。随着其技术和体系结构上控制功能的不断扩展，目前，用于空间小、功耗低的场合。随着其技术和体系结构上控制功能的不断扩展，目前，单片机在国外被称为微控制器单片机在国外被称为微控制器MCU（MicroController Unit）。）。1.6.2 1.6.2 80518051单片机基本结构单片机基本结构