微机原理与单片机应用1-1 (2)资料

微机原理与单片机应用吴栋南京师范大学物理科学与技术学院本课程要学的：1．计算机的基础知识（绪论，数制及转换，逻辑电路，二进制运算等）2．微机的组成电路，工作原理3．8086汇编语言程序设计4．8086外部接口芯片的工作原理5．单片机工作原理6.单片机汇编语言设计7.单片机C语言程序设计8.单片机应用技术绪论1、电子计算机发展简史（1）1946-1958第一代:电子管计算机。磁鼓存储器，机器语言、汇编语言编程。世界上第一台电子数字计算机ENIAC（ElectronicNumericalIntegratorAndcalculator），1946年由美国宾夕法尼亚大学研制，字长12位，运算速度5000次/秒，使用18800个电子管、1500个继电器，功耗150kw，占地170m2，重达30吨，造价100万美元。见下页图。（2）1958-1964第二代:晶体管计算机。磁芯作主存储器,磁盘作外存储器，开始使用高级语言编程。（3）1964-1971第三代：集成电路计算机。使用半导体存储器，出现多终端计算机和计算机网络。（4）1971-第四代：大规模集成电路计算机。出现微型计算机、单片微型计算机，外部设备多样化。（5）1981-第五代：人工智能计算机。模拟人的智能和交流方式。2、计算机发展趋势微型化─便携式、低功耗高性能─尖端科技领域的信息处理，需要超大容量、高速度智能化─模拟人类大脑思维和交流方式，多种处理能力系列化、化─便于各种计算机硬、软件兼容和升级网络化─网络计算机和信息高速公路多机系统─大型设备、生产流水线集中管理(独立控制、故障分散、资源共享)绪论绪论3、微型计算机系统的组成与结构微处理器、微型计算机、微型计算机系统之间的联系与区别：单片机简介：单片机即单片微型计算机，是将计算机主机(CPU、内存和I/O接口等)集成在一小块硅片上的微型机。单片机为工业测控而设计，又称微控制器。具有三高优势(集成度高、可靠性高、性价比高)。主要应用于工业检测与控制、计算机外设、智能仪器仪表、通讯设备、家用电器等。特别适合于嵌入式微型机应用系统。单片机实验系统用于实现单片机应用系统的硬、软件学习与开发。绪论4、计算机主要技术指标字长：CPU并行处理二进制的数据位数如：8位机、16位机、32位机和64位机。内存容量：内存中能够存储的二进制信息的数量，位/字节/字。容量单位：1K=210=1024，1M=220=1KK,1G=230=1KM，1T=240=1KG。运算速度：CPU处理速度相关参数：时钟频率、主频、每秒运算次数如：100MHz、3.2GHz。内存存取周期：内存读写速度如：50nS、70nS、200nS。绪论5、计算机主要应用领域计算机应用通常分成如下各个领域科学计算，数据处理，实时控制，计算机辅助设计，人工智能，……由于微型计算机具有如下特点体积小、价格低，工作可靠、使用方便、通用性强……所以，微型计算机可以分为两个主要应用方向：用于数值计算、数据处理及信息管理方向通用微机，例如：PC微机功能越强越好、使用越方便越好用于过程控制及智能化仪器仪表方向专用微机，例如：单片机、工控机可靠性高、实时性强程序相对简单、处理数据量小6、本门课程的研究内容及其地位与作用研究内容：微机系统与单片机的组成与结构、工作原理及应用与技术。本门课程在专业知识结构中的地位与作用：绪论7、学习方法建议复习并掌握先修课的有关内容课堂：听讲与理解、适当笔记。课后：认真阅读教材和参考书、独立完成作业。实验：充分准备、勤于动手实践。考核:理论成绩、实验成绩8、学习资源书籍网络硬件绪论第1章计算机基础知识1.1数制1.1.1数制的基本概念数制是人们利用符号来记数的科学方法，计算机科学中经常使用的数制有十进制、二进制、八进制和十六进制。（1）十进制(decimalsystem):有十个数码0～9、逢十进一。十进制是人们最熟悉的计数体制。（2）二进制(binarysystem):两个数码:0、1,逢二进一。二进制为计算机中的数据表示形式。（3）八进制(octavesystem)有八个数码0～7、逢八进一。（4）十六进制(hexadecimalsystem)十六个数码:0～9,A～F,逢十六进一。八进制和十六进制能够简化二进制数的表示。不同进制数以下标或后缀来区别,十进制数可不带下标。如:101、101D、101B、101O、101H十进制数据表达式例1234.5=1×103+2×102+3×101+4×100+5×10-1加权展开式以10为基数，各位系数为0～9。一般表达式：ND=dn-1×10n-1+dn-2×10n-2+…+d0×100+d-1×10-1+…二进制数据表达式例1101.101=1×23+1×22+0×21+1×20+1×2-1+1×2-3加权展开式以2为基数，各位系数为0、1。一般表达式：NB=bn-1×2n-1+bn-2×2n-2+…+b0×20+b-1×2-1+…第1章计算机基础知识十六进制数据表达式例：DFC.8=13×162+15×161+12×160+8×16-1展开式以16为基数，各位系数为0～9，A～F。一般表达式：NH=hn-1×16n-1+hn-2×16n-2+…+h0×160+h-1×16-1+…进位计数制的一般表达式：an-1an-2…a1a0●a-1…a-m=an-1×rn-1+an-2×rn-2+…+a1×r1＋a0×r0＋a-1×r-1＋…＋a-m×r-m其中r称为数制的基，rn-1、rn-2、…、r1、r0、r-1、…、r-m称为各位的权，an-1、an-2、…、a1、a0、a-1、…、a-m称为各位的系数。第1章计算机基础知识第1章计算机基础知识1.1.2数制之间的转换（1）二、十六进制数转换成十进制数各位的系数乘以各位的权，然后全部加起来。举例：1011.1010B=1×23+1×21+1×20+1×2-1+1×2-3=11.625DFC.8H=13×162+15×161+12×160+8×16-1=3580.5（2）二进制与十六进制数之间的转换24=16，四位二进制数对应一位十六进制数。举例：3AF.2H=001110101111.0010=1110101111.001B3AF21111101.11B=01111101.1100=7D.CH7DC第1章计算机基础知识1.1.2数制之间的转换（3）十进制数转换成二、十六进制数整数、小数分别转换1.整数转换法“除基取余”：十进制整数不断除以转换进制基数，直至商为0。每除一次取一个余数，从低位排向高位。例1：39转换成二进制数39=100111B2391（b0）2191（b1）291（b2）240（b3）220（b4）211（b5）0例题2：208转换成十六进制数208=D0H16208余01613余13=DH02.小数转换法“乘基取整”：用转换进制的基数乘以小数部分，直至小数为0或达到转换精度要求的位数。每乘一次取一次整数，从最高位排到最低位。例1：0.625转换成二进制数0.625×21.251(b-1)0.25×20.500(b-2)0.50×21.001(b-3)所以0.625=0.101B第1章计算机基础知识第1章计算机基础知识例2：0.625转换成十六进制数0.625×16=10.00.625=0.AH例3：208.625转换成十六进制数208.625=D0.AH第1章计算机基础知识1.2逻辑电路逻辑电路是实现输入信号与输出信号之间逻辑关系的电路，计算机对于信息数据的处理都是由逻辑电路实现的，因此逻辑电路是计算机的硬件基础。常用的基本逻辑门电路有：与门、或门、非门、与非门、或非门、异或门、同或门、缓冲器等，这些基本门电路是构成逻辑电路的基本成分，利用它们可以搭建多种多样的复杂的逻辑电路。基本逻辑门电路符号及表达式如下另外一套常用的基本门电路的图形符号：第1章计算机基础知识1.3布尔代数布尔代数又称为开关代数或逻辑代数，是在1847年由英国数学家乔治.布尔(GeorgeBoole)首先创立的，布尔代数研究逻辑变量之间的相互关系和变化规律，它是和设计数字逻辑电路的理论基础和基本工具。布尔代数的特点：(1)变量只有两种可能的取值：0或1。(2)只有3种基本的逻辑运算：“与”、“或”、“非”。1.3.1基本逻辑运算最基本的逻辑操作：“与”（逻辑乘，符号A·B或AB或A×B）、“或”（逻辑加，符号A+B）、“非”（逻辑非或逻辑反，符号A，或A’）。与操作的定义：A=1且B=1AB=1或操作的定义：A=1或B=1A+B=1非操作的定义：若A=1则A=0，若A=0则A=1类似地可以定义多个变量的与操作和或操作。多位二进制数的逻辑运算定义为各对应位分别进行相应的逻辑运算。见P6-7例1.5-例1.7其它常用的逻辑操作：与非、或非、与或非、异或、同或等。0-1律：A•0=0A+1=1自等律：A•1=AA+0=A重叠律：A•A=AA+A=A互补律：A•A=0A+A=1交换律：A•B=B•AA+B=B+A结合律：(A•B)•C=A•(B•C)(A+B)+C=A+(B+C)分配律：A•(B+C)=A•B+A•CA+B•C=(A+B)•(A+C)吸收律：A•(A+B)=AA+A•B=AA+A•B=A+BA•(A+B)=A•B反演律(De.Morgan定理)：A•B=A+BA+B=A•B双重否定律(还原律)：A=A第1章计算机基础知识1.3.2基本运算规律逻辑函数可以选用布尔代数式表示，真值表表示，或卡诺图表示。例：ABX000010100111ABX001011101110X=A•BX=A•B真值表布尔代数式第1章计算机基础知识1.3.3逻辑函数的表示方法第1章计算机基础知识1.3.4真值表与逻辑表达式之间的相互转换与门与非门ABABX000010100111ABX001011101110X=A•BX=A•BABX用与逻辑写出真值表中每一横行中输出为1的逻辑表达式；用或逻辑汇总真值表中全部输出为1的逻辑。不必理睬那些输出为0的各行的内容，它们已经隐含在通过1、2两步写出的表达式中。X=A*B+A*B+A*BX真值表将一个逻辑函数变成一个形式更简单，与之等效的逻辑函数，称为化简。由于每个逻辑表达式是和一个电路相对应的，因此表达式的化简就能减少实现它的电路所用的元器件。常用的两种化简方法为：代数化简法和卡诺图化简法。代数化简法：利用布尔代数的基本公式和规则，进行化简的方法。例如：A•B+A•B+A•B=A•(B+B)+A•B=A+A•B=A+B第1章计算机基础知识1.3.5逻辑函数的化简