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1、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,本课程要学的内容：,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,38086汇编语言程序设计,48086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（Electronic Numerical Integrator And calculator），1946年由美国宾夕法尼亚大学研制，字
2、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
3、化 模拟人类大脑思维和交流方式，多种处理能力系列化、标准化 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
4、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
5、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、工作原理及应用方法与技术。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
6、: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(decimal system):有十个数码09、逢十进一。十进制是人们最熟悉的计数体制。（2）二进制(binary system):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(octave system)有八个数码07、逢八进一。（4）十六进制(hexadecimal system)十六个数码:09,AF,逢十六进一。八进制和十六进制能够简化二
7、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=1103+2102+3101+4100+510-1 加权展开式以10为基数，各位系数为09。一般表达式：ND=dn-110n-1+dn-210n-2+d0100+d-110-1+二进制数据表达式例 1101.101=123+122+021+120+12-1+12-3 加权展开式以2为基数，各位系数为0、1。一般表达式：NB=bn-12n-1+bn-22n-2+b020+b-12-1+,第1章 计算机基础知识,十六进制数据表达式例：DFC.8=13
8、162+15161+12160+816-1 展开式以16为基数，各位系数为09，AF。一般表达式：NH=hn-116n-1+hn-216n-2+h0160+h-116-1+进位计数制的一般表达式：an-1an-2a1a0a-1a-m=an-1rn-1+an-2rn-2+a1r1a0r0a-1r-1a-mr-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
9、。举例：1011.1010B=123+121+120+12-1+12-3=11.625DFC.8H=13162+15161+12160+816-1=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=0011 1010 1111.0010=1110101111.001B 3 A F 21111101.11B=0111 1101.1100=7D.CH 7 D C,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
10、除一次取一个余数，从低位排向高位。,例题1：39转换成二进制数39=100111B2 39 1（b0）2 19 1（b1）2 9 1（b2）2 4 0（b3）2 2 0（b4）2 1 1（b5）0,例题2：208转换成十六进制数 208=D0H16 208 余 016 13 余 13=DH 0,2.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 2 1.25 1(b-1)0.25 2 0.50 0(b-2)0.50 2 1.00 1(b-3)所以0.625=0.101
11、B,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=10.0 0.625=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
12、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(George Boole)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，它是分析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AB或AB或AB）、“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
13、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：A0=0 A+1=1自等律：A1=A A+0=A重叠律：AA=A A+A=A互补律：AA=0 A+A=1交换律：AB=BA A+B=B+A结合律：(AB)C=A(BC)(A+B)+C=A+(B+C)分配律：A(B+C)=AB+AC A+BC=(A+B)(A+C)吸收律：A(A+B)=A A+AB=A A+AB=A+B A(A+B)=AB反演律(De.Morgan定理
14、)：AB=A+B A+B=AB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：,A B X 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1,A B X 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0,X=AB,X=AB,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,A,B,A B X 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1,A B X 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0
15、,X=A B,X=A B,A,B,X,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*B,X,真值表,第1章 计算机基础知识,1.3.5逻辑函数的化简,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：AB+AB+AB=A(B+B)+AB=A+AB=A+B,
