第一章微型计算机基础知识 1.1 微型计算机的组成及工作原理1.1.1 微型计算机中的基本概念1. 微处理器2. 微型计算机(1)单片微处理机(2)通用微型计算机3. 微型计算机系统1.1.2 微机基本结构微型计算机的基本组成如图1.1所示，它由中央处理器 （CPU）、存储器（Memory）、输入输出接口（I/O接口） 和系统总线（BUS）构成。图1.1 微型计算机的基本组成1.1.3 微型计算机的基本工作过程微型计算机的基本工作过程是执行程序的过程，也就是CPU自动从程序存放的第1个存储单元起，逐步取出指令、分析指令，并根据指令规定的操作类型和操作对象，执行指令规定的相关操作。如此重复，周而复始，直至执行完程序的所有指令，从而实现程序的基本功能，这就是微型计算机的基本工作原理。 1.2 典型单片机产品简介1.2.1 MCS-51单片机系列MCS-51可分为两个子系列和4种类型，如表1-1所示 。按资源的配置数量，MCS-51系列分为51和52两个子系 列，其中51子系列是基本型，而52子系列属于增强型。表1-1 MCS-51系列单片机分类 资 源 配 置 子 系 列片内ROM的形式片内 ROM 容量片内 RAM 容量定时器 与 计数器中 断 源无ROMEPRO ME2PRO M851系列80318051875189514KB128B21658C51系列80C3180C5187C5189C514KB128B2165852系列80328052875289528KB256B31668C252系列80C23280C25287C25289C2528KB256B3167l 80C51与8051的比较（1）MCS-51系列芯片采用HMOS工艺，而80C51芯片则采用 CHMOS工艺。CHMOS工艺是COMS和HMOS的结合，（2）80C51芯片具有COMS低功耗的特点。例如8051芯片的 功耗为630mW,而80C51的功耗只有120mW。（3）80C51在功能增加了待机和掉电保护两种工作方式，以 保证单片机在掉电情况下能以最低的消耗电流维持。（4）此外，在80C51系列芯片中，内部程序存储器除了ROM 型和EPROM型外，还有E2PROM型，例如89C51就有4KB E2PROM。并且随着集成技术的提高，80C51系列片内程序存 储器的容量也越来越大，目前已有64KB的芯片了。另外，许 多80C51芯片还具有程序存储器保密机制，以防止应用程序泄 密或被复制。 1.2.2 MCS-96系列单片机MCS-96系列单片机是Intel公司在1983年推出的16位单 片机，它与8位机相比，具有集成度高、运算速度快等特点 。它的内部除了有常规的I/O接口、定时器计数器、全双 工串行口外，还有高速I/O部件、多路AD转换和脉宽调制 输出（PWM）等电路，其指令系统比MCS-51更加丰富。 1.2.3 ATMEL公司单片机ATMEL公司于1992年推出了全球第一个3V超低压 F1ash存储器，并于1994年以E2PROM技术与Intel公司的 80C31内核进行技术交换，从此拥有了80C31内核的使用权 ，并将ATMEL特有的Flash技术与80C31内核结合在一起， 生产出AT89C51系列单片机。1.3 单片机的应用模式1.3.1 单片机应用系统的结构单片机应用系统的结构通常分为以下三个层次。(1)单片机：通常指应用系统主处理机，即所选择的单片机器 件。(2)单片机系统：指按照单片机的技术要求和嵌入对象的资源 要求而构成的基本系统。时钟电路、复位电路和扩展存储器 等与单片机共同构成了单片机系统。(3)单片机应用系统：指能满足嵌入对象要求的全部电路系统 。在单片机系统的基础上加上面向对象的接口电路，如前向 通道、后向通道、人机交互通道(键盘、显示器、打印机等) 和串行通信口(RS232)以及应用程序等。单片机应用系统三个层次的关系如图1.2所示 图1.2 单片机应用系统三个层次的关系单片机应用系统1.3.2 单片机系统的开发过程通常开发一个单片机系统可按以下6个步骤进行。(1) 明确系统设计任务，完成单片机及其外围电路的选型工作。(2) 设计系统原理图和PCB板，经仔细检查PCB板后送 工厂制作。(3) 完成器件的安装焊接。(4) 根据硬件设计和系统要求编写应用程序。(5) 在线调试软硬件。(6) 使用编程器烧写单片机应用程序，独立运行单片机系统。 1.4 单片机的应用1.单片机在机、电、仪一体化等智能产品中的应用日常生活中含单片机的电器产品智能化的仪器仪表2.单片机在工业测控中的应用3.单片机在通信技术中的应用1.5 数制与编码1.5.1 数制的表示1.常用数制（1）十进制数我们熟悉的十进制数有两个主要特点： 有十个不同的数字符号：0、1、2、9； 低位向高位进、借位的规律是“逢十进一”“借一当十”的计数原则进行计数。例如：1234.45=1103210231014100410-1510-2式中的10称为十进制数的基数, 103、102、101、100、10-1称为各数位的权。十进制数用D结尾表示。 （2）二进制数在二进制中只有两个不同数码：0和1，进位规律是“逢二进一”“借一当二”的计数原则进行计数。二进制数用B结尾表示。例如，二进制数11011011.01可表示为：(11011011.01)2=12712602512412302212112002-112-2（3）八进制数在八进制中有0、1、2、7八个不同数码，采用“逢八进一”“借一当八”的计数原则进行计数。八进制数用O结尾表示。例如，八进制数（503.04）O可表示为：（503.04）O=582+081+380+08-1+48-2（4）十六进制数在十六进制中有0、1、2、9、A、B、C、D、E、F共十六个不同的数码，采用“逢十六进一”“借一当十六”的计数原则进行计数。十六进制数用H结尾表示。例如，十六进制数（4E9.27）H可表示为（4E9.27）H=4162141619160216-1716-22不同进制数之间的相互转换表1-4列出了二、八、十、十六进制数之间的对应关系，熟记这些对应关系对后续内容的学习会有较大的帮助。表1-4 各种进位制的对应关系十进制二进制八进制十六进制十进制二进制八进制十六进制000091001119111110101012A2102211101113B3113312110014C41004413110115D51015514111016E61106615111117F711177161000020108100010817100012111（1）二、八、十六进制数转换成为十进制数根据各进制的定义表示方式，按权展开相加，即可转换为十进制数。 【例1-1】将（10101）B，(72)O，（49）H转换为十进制数。 (10101)B=124023122021120=37(72)Q=781+280=58(49)H=41619160=73（2）十进制数转换为二进制数十进制数转换二进制数,需要将整数部分和小数部分分开,采用不同方法进行转换,然后用小数点将这两部分连接起来。整数部分：除2取余法。具体方法是：将要转换的十进制数除以2，取余 数；再用商除以2，再取余数，直到商等于0为止，将 每次得到的余数按倒序的方法排列起来作为结果。 【例1-2】将十进制数25转换成二进制数所以（25）D=11001B小数部分：乘2取整法。具体方法是：将十进制小数不断地乘以2，直到积的小 数部分为零（或直到所要求的位数）为止，每次乘得的整数 依次排列即为相应进制的数码。最初得到的为最高有效数位 ，最后得到的为最低有效数字。 【例1-3】将十进制数0.625转换成二进制数。所以（0.625）D=0.101B【例1-4】将十进制数25.625转换成二进制数，只要将上例整数 和小数部分组合在一起即可，即(25.625)D=(11001.101)B 例如：将十进制193.12转换成八进制数。所以（193.12）D (301.075)O(3) 二进制与八进制之间的相互转换由于23=8，故可采用“合三为一”的原则，即从小数点开始向左、右两边各以3位为一组进行二-八转换：若不足3位的以0补足，便可以将二进制数转换为八进制数。反之，每位八进制数用三位二进制数表示，就可将八进制数转换为二进制数。 【例1-5】将（10100101.01011101）2转换为八进制数。 010 100 101.010 111 0102 4 5 . 2 7 2即 (10100101.01011101)B =(245.272)O【例1-6】将(756.34)O转换为二进制数。7 5 6 . 3 4111 101 110 . 011 100即 (756.34)O=(111101110.0111)B(4) 二进制与十六进制之间的相互转换由于24=16，故可采用“合四为一”的原则，即从小数点开始向左、右两边各以4位为一组进行二十六转换，若不足4位的以0补足，便可以将二进制数转换为十六进制数。反之，每位十六进制数用四位二进制数表示，就可将十六进制数转换为二进制数。【例1-7】将(1111111000111.100101011)B转换为十六进制数 。0001 1111 1100 0111 . 1001 0101 10001 F C 7 . 9 5 8即 (111111000111.100101011)B =(1FC7.958)H 【例1-8】将(79BD.6C)H转换为二进制数。7 9 B D . 6 C0111 1001 1011 1101 . 0110 1100 即 (79BD.6C)H=(111100110111101.011011)B 1.5.2 常用的信息编码二十进制BCD码（Binary-Coded Decimal）二十进制BCD码是指每位十进制数用4位二进制数编码表示。由于4位二进制数可以表示16种状态，可丢弃最后6种状态，而选用00001001来表示09十个数符。这种编码又叫做8421码。见表1-5所示。表1-5 十进制数与BCD码的对应关系十进制数BCD码十进制数BCD码000001000010000100011100010001200101200010010300111300010011401001400010100501011500010101601101600010110701111700010111810001800011000910011900011001【例1-9】将69.25转换成BCD码。6 9 . 2 5 0110 1001 . 0010 0101结果为69.25=(01101001.00100101)BCD 【例1-10】将BCD码100101111000.01010110转换成十进制数 。1001 0111 1000 . 0101 01109 7 8 . 5 6结果为（100101111000.01010110）BCD=978.562. 字符编码（ASCII码）计算机使用最多、最普遍的是ASCII（American Standard Code For Information Interchange）字符编码，即美国信息交换标准代码，如表1.6所示。 表1-6 七位ASCII代码表 d3 d2