1、2单片机概述单片机概述 1.1微型计算机系统组成微型计算机系统组成 1.2微型计算机的运算基础知识微型计算机的运算基础知识 1.3第第1 1章章 单片机基础知识单片机基础知识 31.1 单片机概述单片机概述u 什么是单片机什么是单片机?u 单片机单片机与微型计算机的与微型计算机的关系关系u 常用常用的单片机的单片机系列系列u 单片机单片机的的应用应用u 初初识单片机识单片机控制系统控制系统u 单片机实验板单片机实验板 4 单片机单片机是指在是指在一块半导体芯片一块半导体芯片上，集成了微处理上，集成了微处理器、存储器、输入器、存储器、输入/输出接口、定时器输出接口、定时器/计数器以及计数器以及中
2、断系统等功能部件，构成一台完整的微型计算机。中断系统等功能部件，构成一台完整的微型计算机。1.1.1 什么是单片机什么是单片机?单片机单片机实物实物微处微处理器理器存储存储器器I/O接口接口定时器定时器/计数器计数器中断中断系统系统5单片机可可通过执行使用者编写的程序，控通过执行使用者编写的程序，控制芯片的各个引脚在不同的时间输出不同制芯片的各个引脚在不同的时间输出不同的电平，从而控制与单片机各个引脚相连的电平，从而控制与单片机各个引脚相连的外围电路的电气的外围电路的电气状态状态。所以又被称为微微控制器控制器。6单片机单片机为什么为什么可以可以根据程序实现灵活的运算及根据程序实现灵活的运算及控
3、制控制？依赖于依赖于其其内部内部精妙的电路结构设计精妙的电路结构设计。单片机的内部结构单片机的内部结构 在在塑料基底的中央塑料基底的中央有一个微型的芯片，有一个微型的芯片，还有连接芯片和单片还有连接芯片和单片机管脚的细导线机管脚的细导线。单片机单片机起主要作用起主要作用的是芯片部分，细导的是芯片部分，细导线只是起到了在芯片线只是起到了在芯片和管脚之间传递信号和管脚之间传递信号的作用。的作用。71.1.2 单片机与微型计算机的关系单片机与微型计算机的关系 计算机的发展经历了从计算机的发展经历了从电子管、晶体管、集成电路到大电子管、晶体管、集成电路到大规模集成电路规模集成电路四代的演变。四代的演变
4、。微型计算机属于第四代计算机。微型计算机属于第四代计算机。微型计算机的发展微型计算机的发展以微处理器的发展以微处理器的发展为特征，为特征，主要表现：主要表现：(1)芯片集成度芯片集成度的提高的提高(从最初的约从最初的约2000个晶体管个晶体管/片发展片发展到目前的几百万个晶体管到目前的几百万个晶体管/片片)；(2)处理器位数处理器位数的增加（从的增加（从4位增加到位增加到64位）；位）；(3)时钟频率时钟频率的加快的加快(从从1MHz到约几个到约几个GHz)；(4)价格价格的逐渐降低等方面。的逐渐降低等方面。8 微型计算机有两个主要发展方向：微型计算机有两个主要发展方向：一是向高速度、高性能、
5、大容量的一是向高速度、高性能、大容量的高档微型计高档微型计算机方向算机方向发展；发展；二是向稳定可靠、小而廉、能适应各种控制领二是向稳定可靠、小而廉、能适应各种控制领域需要的域需要的单片机方向单片机方向发展。发展。单片机是微型计算机发展的一个重要分支！单片机是微型计算机发展的一个重要分支！1.1.2 单片机与微型计算机的关系单片机与微型计算机的关系91.1.3 常用的单片机系列常用的单片机系列 MCS-51系列及与之兼容的系列及与之兼容的8051系列单片机系列单片机Atmel公司的公司的AVR系列系列Microchip公司的公司的PIC系列系列Motorola公司的单片机公司的单片机 TI公司
6、的公司的MSP430系列单片机系列单片机 基于基于ARM核的核的32位单片机位单片机 12:42101.8051单片机单片机 MCS-51系列系列单片机是单片机是美国美国Intel公司公司在在1980年年推出的高性能推出的高性能单片机。单片机。型号：型号：8051、8751、8031、8032、8052等。等。其中其中8051是最典型的产品，其它单片机都是在是最典型的产品，其它单片机都是在8051的基础上的基础上进行功能的增、减改变而来的，所以人们习惯于用进行功能的增、减改变而来的，所以人们习惯于用8051来称呼来称呼MCS-51系列单片机。系列单片机。20世纪世纪80年代中期年代中期Inte
7、l公司将公司将MCS-51的核心技术授权的核心技术授权给了给了很多其他公司，如：很多其他公司，如：Atmel、Philips、STC、Siemens、Winbond等，这些厂商生产的芯片是等，这些厂商生产的芯片是MCS-51系列的兼容产品，系列的兼容产品，准确地说是准确地说是与与MCS-51指令系统指令系统兼容兼容的单片机的单片机，这些单片机的，这些单片机的系统结构与系统结构与8051相同，并且都采用相同，并且都采用CHMOS工艺，因而常用工艺，因而常用80C51系列来称呼它们。系列来称呼它们。11制造厂商制造厂商单片机型号单片机型号AT(Atmel)AT89C51，AT89C52，AT89C
8、53，AT89C55，AT89LV52，AT89S51，AT89S52，AT89LS53等等Philips(飞利浦飞利浦)P80C54，P80C58，P87C54，P87C58，P87C524，P87C528等等STCSTC89C51RC，STC89C52RC，STC89C53RC，STC89LE51RC，STC89LE52RC，STC12C5412AD等等Winbond(华邦华邦)W78C54，W78C58，W78E54，W78C58等等Intel(英特尔英特尔)i87C54，i87C58，i87L54，i87C51FB，i87C51FCSiemens(西门子西门子)C501-1R，C501
9、-1E，C513A-H，C503-1R，C504-2R表表1-1 不同制造厂商的不同制造厂商的80C51单片机型号列表单片机型号列表12Atmel单片机单片机实物实物图图单片机芯片单片机芯片AT89C51AT89S51AT89S52AT89C2051双列直插式(Dual In-line Package)封装 13STC单片机单片机实物实物图图塑料扁平式PQFP/TQFP(Plastic Quad Flat Package)封装 带引线的塑料芯片封装PLCC44(Plastic Leaded Chip Carrier)双列直插式DIP40 (Dual In-line Package)封装 12:
10、4214STC公司公司8051单片机芯片的命名规则单片机芯片的命名规则 152.Atmel公司的公司的AVR系列系列 AVR系列单片机系列单片机是是1997年年Atmel公司公司为了充分发挥其为了充分发挥其Flash的技术优势，而推出的全新配置的精简指令集的技术优势，而推出的全新配置的精简指令集(Reduced Instruction Set Computer，简称，简称RISC)单片机。单片机。该系列单片机一进入市场，就以其卓越的性能而大受欢迎。该系列单片机一进入市场，就以其卓越的性能而大受欢迎。通过这几年的发展，通过这几年的发展，AVR单片机已形成系列产品，其单片机已形成系列产品，其Att
11、iny系系列、列、AT90S系列与系列与Atmega系列分别对应为低、中、高档产品系列分别对应为低、中、高档产品(高档产品含高档产品含JTAG ICE仿真功能仿真功能)。163.Microchip公司的公司的PIC系列系列 Microchip单片机是市场份额增长最快的单片机。它的主单片机是市场份额增长最快的单片机。它的主要产品是要产品是PIC系列系列8位单片机，它的位单片机，它的CPU是采用了精简指令是采用了精简指令集集(RISC)结构的嵌入式微控制器，其高速度、低电压、低结构的嵌入式微控制器，其高速度、低电压、低功耗、大电流功耗、大电流LCD驱动能力和低价位驱动能力和低价位OTP技术等都体现
12、出技术等都体现出单片机产业的新趋势。单片机产业的新趋势。PIC 8位单片机产品共有位单片机产品共有3个系列，即基本级、中级和高个系列，即基本级、中级和高级。用户可根据需要选择不同档次和不同功能的芯片级。用户可根据需要选择不同档次和不同功能的芯片。12:4217 4.Motorola公司的单片机公司的单片机 (飞思卡尔公司飞思卡尔公司-恩智浦恩智浦(NXP)半导体公司半导体公司)Motorola公司是世界上最大的单片机厂商，该公司的特点是公司是世界上最大的单片机厂商，该公司的特点是品种全、选择余地大、新产品多，在品种全、选择余地大、新产品多，在8位机方面有位机方面有68HC05和升和升级产品级产
13、品68HC08，68HC05有有30多个系列，多个系列，200多个品种，产量多个品种，产量已超过已超过20亿片。亿片。8位增强型单片机位增强型单片机68HC11也有也有30多个品种，年多个品种，年产量在产量在1亿片以上。升级产品有亿片以上。升级产品有68HC12。16位机位机68HC16也有也有10多个品种。多个品种。32位单片机的位单片机的683XX系列也有几十个品种。系列也有几十个品种。Motorola单片机特点之一是在同样速度下所用的时钟频率较单片机特点之一是在同样速度下所用的时钟频率较Intel类单片机低很多，因而使得高频噪声低，抗干扰能力强，类单片机低很多，因而使得高频噪声低，抗干扰
14、能力强，更适合用于工控领域及恶劣的环境。更适合用于工控领域及恶劣的环境。Motorola 8位单片机过去位单片机过去的策略是以掩膜为主，最近推出了的策略是以掩膜为主，最近推出了OTP计划以适应单片机发展计划以适应单片机发展新趋势。在新趋势。在32位机上，位机上，M.CORE在性能和功耗方面都胜过在性能和功耗方面都胜过ARM7。由于由于Motorola单片机产品以前主要是以掩膜为主，不太适合单片机产品以前主要是以掩膜为主，不太适合于教学，所以没有被选做教学用机型。于教学，所以没有被选做教学用机型。18 5.TI公司公司MSP430系列单片机系列单片机 TI公司公司MSP430系列单片机是超低功耗
15、系列单片机是超低功耗Flash型单片机，型单片机，有有“绿绿色微控制器色微控制器(Green MCUs)”称号，是目前单片机业界所有内部集称号，是目前单片机业界所有内部集成闪速存储器成闪速存储器(Flash ROM)产品中功耗最低的，消耗功率仅为其他产品中功耗最低的，消耗功率仅为其他闪速微控制器闪速微控制器(Flash MCUs)的的1/5。在。在3V工作电压下其耗电电流低工作电压下其耗电电流低于于350A/MHz，待机模式仅为，待机模式仅为1A/MHz，具有，具有5种节能模式。种节能模式。MSP430 微控制器可广泛地应用于煤气表、水表、电子电度表、微控制器可广泛地应用于煤气表、水表、电子电
16、度表、医疗仪器、火警智能探头、通信产品、家庭自动化产品、便携式医疗仪器、火警智能探头、通信产品、家庭自动化产品、便携式监视器及其他低耗能产品。由于监视器及其他低耗能产品。由于MSP430微控制器的功耗极低，可微控制器的功耗极低，可设计出只需一块电池就可以使用长达设计出只需一块电池就可以使用长达10年的仪表应用产品。年的仪表应用产品。MSP430 Flash系列的确是不可多得的高性价比单片机。系列的确是不可多得的高性价比单片机。196.基于基于ARM核的核的32位单片机位单片机 ARM(Advanced RISC Machine)是一种通用的是一种通用的32位位RISC处理器。处理器。32位是指
17、处理器的外部数据总线是位是指处理器的外部数据总线是32位的，与位的，与8位位和和16位的相同主频处理器相比性能更强大。位的相同主频处理器相比性能更强大。ARM是一种功耗很低的高性能处理器，如是一种功耗很低的高性能处理器，如ARM7 TDMI具有每瓦生产具有每瓦生产690MIPS(Millions Instruction Per Second，百，百万条指令万条指令/秒秒)的能力，已被证明在工业界处于领先水平。的能力，已被证明在工业界处于领先水平。ARM公司并不生产芯片，而是将公司并不生产芯片，而是将ARM的技术授权其他公的技术授权其他公司生产。司生产。ARM本质并不是一种芯片，而是一种芯片结构
18、技本质并不是一种芯片，而是一种芯片结构技术，不涉及芯片生产工艺。术，不涉及芯片生产工艺。授权生产授权生产ARM结构芯片的公司采用不同的半导体技术，结构芯片的公司采用不同的半导体技术，面对不同的应用进行扩展和集成，标有不同的系列号。面对不同的应用进行扩展和集成，标有不同的系列号。206.基于基于ARM核的核的32位单片机位单片机 目前可以提供含目前可以提供含ARM核核CPU芯片的著名半导体公司有：芯片的著名半导体公司有：Intel、TI、三星半导体、摩托罗拉、飞利浦半导体、意法半、三星半导体、摩托罗拉、飞利浦半导体、意法半导体、亿恒半导体、科胜讯、导体、亿恒半导体、科胜讯、ADI公司、安捷伦、高
19、通公司、公司、安捷伦、高通公司、Atmel、Intersil、Alcatel、Altera、Cirrus Logic、Linkup、Parthus、LSI Logic、Micronas等。等。ARM的应用范围非常广的应用范围非常广泛，如嵌入式控制泛，如嵌入式控制汽车、电子设备、保安设备、大容量存汽车、电子设备、保安设备、大容量存储器、调制解调器、打印机，数字消费产品储器、调制解调器、打印机，数字消费产品数码相机、数数码相机、数字式电视机、游戏机、字式电视机、游戏机、GPS、机顶盒、便携式产品、机顶盒、便携式产品手提式手提式计算机、移动电话、计算机、移动电话、PDA、灵巧电话。、灵巧电话。211
20、.1.4 单片机的应用单片机的应用 单片机属于单片机属于数字数字控制类芯片，目前其应用领域已非常广控制类芯片，目前其应用领域已非常广泛，典型应用如下：泛，典型应用如下：1.工业自动化。工业自动化。如数据采集、测控技术。如数据采集、测控技术。2.智能仪器仪表。智能仪器仪表。如数字示波器、数字信号源、数字万用如数字示波器、数字信号源、数字万用表、感应电流表等。表、感应电流表等。3.消费类电子产品。消费类电子产品。如洗衣机、电冰箱、空调机、电视机、如洗衣机、电冰箱、空调机、电视机、微波炉、微波炉、IC卡、汽车电子设备等。卡、汽车电子设备等。4.通信方面。通信方面。如调制解调器、程控交换技术、手机等。
21、如调制解调器、程控交换技术、手机等。5.武器装备。武器装备。如飞机、军舰、坦克、导弹、航天飞机、鱼如飞机、军舰、坦克、导弹、航天飞机、鱼雷制导、智能武器等。雷制导、智能武器等。221.1.5 初初识单片机控制系统识单片机控制系统 通过通过一个单片机最简一个单片机最简应用项目应用项目使一个发光二极管闪使一个发光二极管闪烁的控制系统的设计与制作，引导大家认识单片机控制系烁的控制系统的设计与制作，引导大家认识单片机控制系统，初步了解单片机控制系统的设计流程统，初步了解单片机控制系统的设计流程。1.项目分析项目分析 使使单片机控制一个发光二极管点亮单片机控制一个发光二极管点亮500ms，熄灭，熄灭50
22、0ms，再点亮再点亮500 ms，再熄灭，再熄灭500ms，如此循环，如此循环，如如下下图所图所示示。项目分析项目分析系统框图系统框图23 (1)单片机单片机 (2)电源电源(+5V)(3)晶振晶振 (4)复位电路复位电路 构成构成了真正可了真正可使用的单片机使用的单片机最小应用系统最小应用系统 2.系统硬件设计系统硬件设计一一个发光二极管闪烁个发光二极管闪烁的的单片机控制系统单片机控制系统 24#include /52系列单片机头文件系列单片机头文件sbit D1=P10;/声明单片机声明单片机P1口的第一位口的第一位unsigned int i,j;/声明无符号整型变量声明无符号整型变量i
23、，jvoid main()/主函数主函数 while(1)/大循环大循环 D1=0;/点亮发光二极管点亮发光二极管 D1 for(i=50;i0;i-)/延时延时500ms for(j=125;j0;j-);D1=1;/关闭发光二极管关闭发光二极管D1 for(i=50;i0;i-)延时延时500ms for(j=125;j0;j-);3.系统软件系统软件设计设计25 (1)软件软件程序需通过专用软件程序需通过专用软件(如第如第2章章2.2节介绍的节介绍的keil软件软件)在在PC机上机上进行编辑、调试，编译后生成二进制代码进行编辑、调试，编译后生成二进制代码程序程序。(2)再再采用采用USB
24、转串口转换器及转串口转换器及ISP软件软件(本书本书2.4节详细介绍节详细介绍)完成二进完成二进制代码程序从制代码程序从PC机到单片机的机到单片机的下载下载。4.4.软件下载步骤软件下载步骤程序从程序从PC机到单片机的下载机到单片机的下载示意图示意图 (3)然后然后程序在单片机中运行，就会得到二极管程序在单片机中运行，就会得到二极管D1亮灭闪烁的效果。亮灭闪烁的效果。265.实物实物制作过程制作过程271.1.6 单片机实验板单片机实验板 1.1.5节介绍了单片机控制一个发光二极管闪烁的系统节介绍了单片机控制一个发光二极管闪烁的系统的设计和制作过程，这是一个最简单的单片机控制系统，的设计和制作
25、过程，这是一个最简单的单片机控制系统，各类复杂的单片机控制系统都可以看成在这个系统上扩各类复杂的单片机控制系统都可以看成在这个系统上扩展而成的展而成的。后续后续各各章章会会介绍许多介绍许多单片机控制系统实例，如单片机控制系统实例，如LED流流水灯、数码管控制、交通灯、键盘控制、液晶显示等，水灯、数码管控制、交通灯、键盘控制、液晶显示等，为了看到单片机的真实运行效果，提高学习效率为了看到单片机的真实运行效果，提高学习效率，本课本课程组老师程组老师开发开发了可以完成各章实例的印刷电路实验了可以完成各章实例的印刷电路实验板板。281.1.6 单片机实验板单片机实验板 实验实验板的电路板的电路原理图原
26、理图见教材见教材附图附图B-1，实验板实，实验板实物物见教见教材材附图附图B-2所示所示。在实验板上运行一个发光二极管闪烁的效果图在实验板上运行一个发光二极管闪烁的效果图29单片机学习网站单片机学习网站http:/www.icourse163.org/spoc/course/YCIT-1002100002 中国大学中国大学MOOC http:/ Proteus从入门到精通从入门到精通http:/ 天祥电子天祥电子http：/ 51单片机学习网单片机学习网 http：/ Intel公司公司http：/ Motorola公司公司http：/ 凌阳大学计划凌阳大学计划 30单片机原理与接口技术课程学
27、习方法单片机原理与接口技术课程学习方法1 学习本课程应学习本课程应硬件、软件兼顾并重硬件、软件兼顾并重，既要注意单片机，既要注意单片机 的结构、原理，也要注意其语句和程序，做到两者融会的结构、原理，也要注意其语句和程序，做到两者融会 贯通，能够将两者相互渗透。贯通，能够将两者相互渗透。2 会组成单片机应用系统。学习时对单片机扩展用到的芯会组成单片机应用系统。学习时对单片机扩展用到的芯 片、接口、以及各种应用实例片、接口、以及各种应用实例(环节环节)须给予足够的重视。须给予足够的重视。3 学习本课程时，宜结合习题、学习本课程时，宜结合习题、实验、课程设计实验、课程设计，以提高，以提高 学习质量，
28、巩固和扩大学习收获。学习质量，巩固和扩大学习收获。4 总学时总学时 56+S16 周周学时学时4（1-14周周）31考核方法和成绩评定说明考核方法和成绩评定说明 考试采用统一命题，闭卷考试，考试时间为考试采用统一命题，闭卷考试，考试时间为120分钟。分钟。成绩评定：闭卷笔试成绩评定：闭卷笔试（70）实验（）实验（20）平时成绩平时成绩（10）其中：平时成绩含作业及课堂学习情况。其中：平时成绩含作业及课堂学习情况。32教材教材与参考文献与参考文献1 张兰红，邹华，刘纯利等张兰红，邹华，刘纯利等.单片机原理及应用单片机原理及应用(第第2版版)M.北京北京：机械工业出版社机械工业出版社，2017.6
29、2 郭天祥郭天祥.新概念新概念51单片机单片机C语言教程语言教程 入门、提高、开发、拓入门、提高、开发、拓展全攻略展全攻略M.北京：电子工业出版社，北京：电子工业出版社，2010.3 杨欣，张延强，张铠麟杨欣，张延强，张铠麟.实例解读实例解读51单片机完全学习与应用单片机完全学习与应用M.北北京：电子工业出版社，京：电子工业出版社，2012.4 王东峰王东峰 陈圆圆陈圆圆 郭向阳郭向阳.单片机单片机C语言应用语言应用100例例M(第第2版版).北京：北京：电子工业出版社，电子工业出版社，20165 彭伟彭伟.单片机单片机C语言程序设计实训语言程序设计实训100例例基于基于8051+Proteu
30、s仿仿真真(第第2版版)M.北京：电子工业出版社，北京：电子工业出版社，2012.12:42331.2 微型计算机系统组成微型计算机系统组成计算机的基本结构计算机的基本结构微型计算机系统组成微型计算机系统组成 微型计算机硬件微型计算机硬件 微型计算机软件微型计算机软件12:42341.2.1 计算机的基本结构计算机的基本结构计算机的基本结构计算机的基本结构运算器：运算器：是计算机处理信息的主要部件。是计算机处理信息的主要部件。控制器：控制器：产生一系列控制命令，控制计产生一系列控制命令，控制计 算机各部件自动地、协调一致地工作。算机各部件自动地、协调一致地工作。存储器：存储器：是存放程序与数据
31、的部件。是存放程序与数据的部件。输入设备：输入设备：用来输入用来输入程序与数据程序与数据，常用的，常用的输入设备有键盘、鼠标、光电输入机等。输入设备有键盘、鼠标、光电输入机等。输出设备：输出设备：将计算机的处理结果用数字将计算机的处理结果用数字、图形等形式表示出来。常用的输出设、图形等形式表示出来。常用的输出设备有显示终端、数码管、打印机、绘图备有显示终端、数码管、打印机、绘图仪等。仪等。12:42351.2.1 计算机的基本结构计算机的基本结构计算机的基本结构计算机的基本结构中央处理单元中央处理单元CPU：运算器、控运算器、控制 器 合 称 为 中 央 处 理 单 元制 器 合 称 为 中
32、央 处 理 单 元CPU(Central Processing Unit)。主机：主机：通常把运算器、控制器、存通常把运算器、控制器、存储器这三部分称为计算机主机。储器这三部分称为计算机主机。外设：外设：输入、输出设备称为计算机输入、输出设备称为计算机的外围设备的外围设备(简称简称“外没外没”)。12:42361.2.2 微型计算机的结构微型计算机的结构 随着大规模集成电路技术的发展，已经将运算器、控制器集成在一块硅片随着大规模集成电路技术的发展，已经将运算器、控制器集成在一块硅片上，成为独立的器件，该芯片称为上，成为独立的器件，该芯片称为微处理器或微处理机微处理器或微处理机(Micro-pr
33、ocessor)。存储器存储器(Memory)也已经成为一块独立的芯片。也已经成为一块独立的芯片。微处理器芯片、存储器芯片与输入输出接口微处理器芯片、存储器芯片与输入输出接口(Input/Output，简称，简称IO接口接口)电路芯片电路芯片构成了微型计算机构成了微型计算机(Micro-computer)，芯片之间用总线，芯片之间用总线(Bus)连接。连接。微型计算机结构微型计算机结构 12:4237 1.微处理器微处理器 微处理器是微型计算机的核心，它通常包括微处理器是微型计算机的核心，它通常包括3个部分：个部分：(1)算术逻辑部件算术逻辑部件(Arithmetic Logic Unit，简
34、称，简称ALU)：对传送到微处：对传送到微处理器的数据进行算术运算或逻辑运算，如执行加法、减法运算，理器的数据进行算术运算或逻辑运算，如执行加法、减法运算，逻辑与、逻辑或运算等。逻辑与、逻辑或运算等。(2)工作寄存器组。工作寄存器组。CPU中有多个工作寄存器，用来存放操作数及运算的中间结果等。中有多个工作寄存器，用来存放操作数及运算的中间结果等。(3)控制部件：控制部件：包括包括时钟电路时钟电路和和控制电路控制电路。时钟电路产生时钟脉冲，。时钟电路产生时钟脉冲，用于计算机各部分电路的同步定时。控制电路产生完成各种操作用于计算机各部分电路的同步定时。控制电路产生完成各种操作所需的控制信号。所需的
35、控制信号。12:42382.存储器存储器介绍存储器有关概念之前，先介绍微型计算机中的几个常用术语：介绍存储器有关概念之前，先介绍微型计算机中的几个常用术语：(1)位（位（bit）是计算机所能表示的最小的数据单位，即是计算机所能表示的最小的数据单位，即1位二进制数位二进制数。它有两种状态：它有两种状态：0和和1。(2)字节（字节（Byte）一个连续的一个连续的8位二进制数称为一个字节，即位二进制数称为一个字节，即1Byte8bit。(3)字（字（Word）通常把通常把16位二进制数称为一个字，位二进制数称为一个字，32位二进制数称为一位二进制数称为一个双字。个双字。(4)字长字长 CPU一次能够
36、处理二进制信息的位数称为字长，通常也一次能够处理二进制信息的位数称为字长，通常也 指指CPU与输入与输入/输出设备或内存储器之间一次传送二进制数据的位数。输出设备或内存储器之间一次传送二进制数据的位数。12:4239 计算机的计算机的字长字长与与处理能力处理能力和和计算精度计算精度有关。有关。(1)字长越长，计算精度越高，处理能力越强，但计算机字长越长，计算精度越高，处理能力越强，但计算机的结构也变得更复杂。的结构也变得更复杂。(2)CPU的字长有的字长有1位、位、4位、位、8位、位、16位、位、32位和位和64位，对位，对应的计算机就是应的计算机就是1位机、位机、4位机、位机、8位机、位机、
37、16位机、位机、32位位机和机和64位机。位机。本书所介绍的本书所介绍的80C51系列单片机就是系列单片机就是8位机位机，这意味着，这意味着如果要处理如果要处理16位数据的话就应分两次处理。位数据的话就应分两次处理。12:4240 存储器由许多存储单元组成，在存储器由许多存储单元组成，在8位字长的微机中，每个位字长的微机中，每个存储单元存放存储单元存放8位二进制代码，即存放一个字节位二进制代码，即存放一个字节(Byte)。12:4241存储器的一个重要指标是存储器的一个重要指标是容量容量。假如存储器有假如存储器有256个单元，每个单元存放个单元，每个单元存放8位二进制数位二进制数那么该存储器容
38、量为那么该存储器容量为256字节，或字节，或2568位。位。存储容量存储容量单位单位：“KB”、“MB”、“GB”、“TB”1KB1024B210B，1MB1024KB220B，1GB1024MB 230B，1TB1024GB 240B。12:4242存储器的存储器的读写读写操作：操作：(1)计算机工作时，将计算机工作时，将数据数据存入存储器的过程称为存入存储器的过程称为“写写”操作操作。(2)CPU从存储器中取数据的过程为从存储器中取数据的过程为“读读”操作。操作。(3)写入存储单元的数据取代了原有的数据，而且在下写入存储单元的数据取代了原有的数据，而且在下一个新的数据写入之前一直保留着，即
39、存储器具有一个新的数据写入之前一直保留着，即存储器具有记记忆数据忆数据的功能。的功能。(4)在执行读操作后，存储单元中原有的内容不变，即在执行读操作后，存储单元中原有的内容不变，即存储器的读出存储器的读出是非破坏性是非破坏性的。的。12:4243 存储单元的存储单元的地址和容量的关系：地址和容量的关系：(1)为了便于读、写操作，要对存储器所有单元按顺为了便于读、写操作，要对存储器所有单元按顺 序编号，这种序编号，这种编号就是存储单元的地址编号就是存储单元的地址。(2)地址的二进制位数地址的二进制位数N与存储容量与存储容量Q之间的关系是之间的关系是：Q2N。12:42443.输入输入/输出接口电
40、路输出接口电路(1)I/O接口是沟通接口是沟通CPU与外与外围围设备的不可缺少的重要部设备的不可缺少的重要部件。件。(2)外部设备种类繁多，其运行速度、数据形式、电平外部设备种类繁多，其运行速度、数据形式、电平等各不相同，常常与等各不相同，常常与CPU不一致，所以要用不一致，所以要用I/O接口接口作桥梁，起到作桥梁，起到信息转换与协调信息转换与协调的作用的作用。12:42454.总线总线 总线总线（Bus）是在微型计算机各芯片之间或芯片内部各是在微型计算机各芯片之间或芯片内部各部件之间传输信息的一组公共通信线部件之间传输信息的一组公共通信线。各芯片之间的一组各芯片之间的一组8位总线位总线 12
41、:4246 根据传递信息种类，总线分为根据传递信息种类，总线分为地址总线地址总线、数据总线数据总线和和控制总线控制总线。(1)地址总线地址总线AB（Address Bus）是是CPU用于给存储器或输入用于给存储器或输入/输输出接口发送地址信息的单向通信总线，以选择相应的存储单元或出接口发送地址信息的单向通信总线，以选择相应的存储单元或寄存器。地址总线的宽度（根数）决定了寄存器。地址总线的宽度（根数）决定了CPU的寻址范围（即的寻址范围（即CPU所能访问的存储单元的个数）。所能访问的存储单元的个数）。(2)数据总线数据总线DB（Data Bus）是用于实现是用于实现CPU、存储器及、存储器及I/
42、O接口接口之间数据信息交换的双向通信总线。之间数据信息交换的双向通信总线。(3)控制总线控制总线CB（Control Bus）是传输各种控制信号的单向总线，是传输各种控制信号的单向总线，其中有的用于传送从其中有的用于传送从CPU发出的信息；有的是其它部件发给发出的信息；有的是其它部件发给CPU的信息。的信息。12:42471.2.3 微型计算机系统微型计算机系统微型计算机系统框图微型计算机系统框图12:42481.2.4 微型计算机软件微型计算机软件1.软件定义软件定义 硬件：硬件：是在执行任务过程中相对固定的一种物质体现。是在执行任务过程中相对固定的一种物质体现。软件：软件：则是在执行任务过
43、程中比较灵活的信息的体现，则是在执行任务过程中比较灵活的信息的体现，即指使用和管理计算机的各种程序即指使用和管理计算机的各种程序(Program)。2.指令指令 指令：指令：控制计算机进行各种操作的命令称为指令。控制计算机进行各种操作的命令称为指令。操作码：表示该指令执行何种操作。操作码：表示该指令执行何种操作。操作数：表示参加运算的数据或操作数：表示参加运算的数据或数据所在的地址数据所在的地址3.程序程序 程序：程序：一系列指令的有序集合称为程序。一系列指令的有序集合称为程序。程序设计：程序设计：编制程序的过程称为程序设计。编制程序的过程称为程序设计。12:42494.机器语言、汇编语言和高
44、级语言机器语言、汇编语言和高级语言(1)汇编语言：汇编语言：用助记符用助记符(通常是指令功能的英文缩写通常是指令功能的英文缩写)表示表示操作码、用字符操作码、用字符(字母、数字、符号字母、数字、符号)表示操作数的指令称为表示操作数的指令称为汇编指令。用汇编指令编制的程序称为汇编语言程序。汇编指令。用汇编指令编制的程序称为汇编语言程序。特点：特点：这种这种程序占用存储器单元少，执行速度较快，能够准程序占用存储器单元少，执行速度较快，能够准确掌握执行时间，可实现精细控制，因此特别适用于实时控制。确掌握执行时间，可实现精细控制，因此特别适用于实时控制。然而然而汇编语言是汇编语言是面向机器面向机器的语
45、言，各种计算机的汇编语的语言，各种计算机的汇编语言是不同的，必须对所用机器的结构、原理和指令系统比较清言是不同的，必须对所用机器的结构、原理和指令系统比较清楚，才能编写出它的各种汇编语言程序，而且不能通用于其他楚，才能编写出它的各种汇编语言程序，而且不能通用于其他机器，这是汇编语言的不足之处。机器，这是汇编语言的不足之处。50(2)高级语言：高级语言：为使用户编程容易，程序中所用的语句与实际为使用户编程容易，程序中所用的语句与实际更接近，而且使用户不必了解具体的机器，就能编程，使编更接近，而且使用户不必了解具体的机器，就能编程，使编出的程序通用性更强，于是产生了高级语言。出的程序通用性更强，于
46、是产生了高级语言。常用的高级语言有常用的高级语言有BASIC、FORTRAN、C等。等。特点：特点：高级语言是高级语言是面向过程面向过程的语言，用高级语言编写程序时的语言，用高级语言编写程序时主要着眼于算法，而不必了解计算机的硬件结构和指令系统，主要着眼于算法，而不必了解计算机的硬件结构和指令系统，因此易学易用。高级语言是独立于机器的，一般地说，同一因此易学易用。高级语言是独立于机器的，一般地说，同一个程序可在任何种类的机器中使用。个程序可在任何种类的机器中使用。应用：应用：高级语言适用于科学计算、数据处理等方面高级语言适用于科学计算、数据处理等方面。12:4251(3)机器语言：机器语言：二
47、进制代码形式的程序就是机器语言程序。二进制代码形式的程序就是机器语言程序。二进制代码形式的指令又称机器指令或机器码。汇编指令与二进制代码形式的指令又称机器指令或机器码。汇编指令与机器指令具有一一对应的关系，机器指令具有一一对应的关系，特点：特点：计算机最终执行的都是机器语言程序。计算机最终执行的都是机器语言程序。机器语言只有机器语言只有0和和1两个符号，用它来直接编写程序十分两个符号，用它来直接编写程序十分困难。因此，往往先用汇编语言或高级语言编写程序，然后困难。因此，往往先用汇编语言或高级语言编写程序，然后再转换成目标程序。再转换成目标程序。12:4252(4)几个概念：几个概念：源程序：源
48、程序：汇编语言程序与高级语言程序统称为源程序汇编语言程序与高级语言程序统称为源程序目标程序：目标程序：机器语言程序又称为目标程序。机器语言程序又称为目标程序。汇编：汇编：将汇编语言程序翻译成目标程序的过程称为汇编。将汇编语言程序翻译成目标程序的过程称为汇编。手工汇编：手工汇编：由编程人员对照指令表，一条一条查找、翻译的由编程人员对照指令表，一条一条查找、翻译的方法称为手工汇编。方法称为手工汇编。机器汇编：机器汇编：由计算机自动完成汇编语言转换为机器语言的称由计算机自动完成汇编语言转换为机器语言的称为机器汇编。为机器汇编。汇编程序：汇编程序：机器汇编时用到的软件称为汇编程序。机器汇编时用到的软件
49、称为汇编程序。编译程序：编译程序：高级语言转换成机器语言的工作只能由计算机完高级语言转换成机器语言的工作只能由计算机完成，转换时所用的软件为编译程序。成，转换时所用的软件为编译程序。12:42535、程序分类、程序分类计算机软件示意图计算机软件示意图12:42541.3.1 数制的概念数制的概念1.3.2 与计算机有关的数制与计算机有关的数制1.3.3 数制之间的相互转换数制之间的相互转换1.3.4 码制的概念码制的概念1.3 微型计算机的微型计算机的运算运算基础知识基础知识12:4255 在数字电子计算机中，无论是大型计算机还是单片微型计算机，在数字电子计算机中，无论是大型计算机还是单片微型
50、计算机，都是将所有的信息作为数值进行处理的，包括数字都是将所有的信息作为数值进行处理的，包括数字(如如7、-8、4)，英文字符英文字符(如如A、B、k、m)，各种符号，各种符号(如如+、-、%、)。12:4256一个数值，可以用不同进制的数表示。一个数值，可以用不同进制的数表示。1.十进制十进制日常习惯使用日常习惯使用2.二进制二进制数字计算机最终均是用二进制数实现的数字计算机最终均是用二进制数实现的3.十六进制十六进制和二进制转换很方便和二进制转换很方便4.八进制、十二进制、六十进制等八进制、十二进制、六十进制等 1.3.1 数制数制的概念的概念12:4257为了表示不同的数制，可以在数的后
