1、，这种顺序就称为时序。 指令周期：即从取指到执行完，所需时间。 不同机器指令周期不一样；即使相同机器，不同的 指令其指令周期也不一样。 机器周期：机器的基本操作周期。一个指令周期含若干机器周 期（单、双、四周期） 35 每个状态周期含两个振荡周期，即相位P1、P2。 振荡周期：由振荡时钟产生。 振荡周期Tosc = 1/fosc 一个机器周期 = 12个振荡周期 = 121/fosc 。 例如，若fosc = 12MHz，则一个机器周期 = 1s。 状态周期：一个机器周期分6个状态周期Si 36 v指令的字节数与指令周期之间的关系： 在MCS-51单片机的指令系统中有： 单字节； 双字节； 三
2、字节指令。 在MCS-51的111条指令中,可以分为六种基本的时序: 1,单字节单周期指令; 4,双字节单周期指令; 2,单字节双周期指令; 5,双字节双周期指令; 3,单字节四周期指令; 6,三字节双周期指令. 37 指令特点:在程序存储器ROM中仅占一个存储单元。 在ALE第一次有效(S1P2)时,从ROM中读取指令的操作码, 送入指令寄存器IR中.并译码执行,在ALE第二次有效时,封锁 PC加一,使第二次读数无效.可见: 1, ALE信号对应着从ROM中读指令,所以在一个机器周期 中CPU可以读两次指令; 2,对于单字节单周期的指令,CPU通过译码后封死PC,实际 上指令的后半部不做任何
3、工作. 单字节单周期指令的时序: 机器周期 读操作码一读操作无效 ALE S1S2S6S5S4S3 38 指令特点:一条指令长度为两个字节，并存储在ROM相邻的 两个单元中。要想完整的将这样的指令执行完,必须从ROM 中读两次操作码. 在ALE第一次有效时,CPU 从ROM的n单元中取出指令的 第一个字节OP1-1,并送入IR译码,通过译码CPU知道这是一 条双字节指令,所以使PC加一,并在ALE第二次有效时,从ROM 的n+1单元取出指令的第二个字节OP1-2送入IR进行译码,并 产生对应的操作.最后在S6P2时完成本条指令的运行. S1S2S6S5S4S3 机器周期 读操作码一读操作码二
4、OP1-2 OP1-1 n+1 n 程序ROM PC 双字节单周期指令时序 ALE 39 指令特点:单字节, 需要两个机器周期运行.如: INC DPTR DPTR为两个8位的寄存器,加一时,必须分两步完成.既第一步 DPL加一,如果DPL加一有进位则还要进行第二步对DPH加一. 在指令周期的第一个ALE时,将ROM中的操作码OP取出, 经IR译码后得知为单字节双周期指令,所以一面执行该指令, 同时封锁后面三次ALE有效时的PC+1,在第二个机器周期的 S6P2时,完成操作. S1S2S6S5S4S3 机器周期1 读操作码读无效 S1S2S6S5S4S3 读无效读无效 机器周期2 单字节双周期
5、指令的时序 ALE 40 41 42 指令指令 寄存器寄存器 译码译码 地址地址 译码译码 程序计数器程序计数器地址寄存器地址寄存器 累加器累加器A A 运算器运算器 存存 储储 器器 内内 部部 数数 据据 总总 线线 外部地址总线外部地址总线ABAB 数据缓冲器数据缓冲器 外部数据总线外部数据总线DBDB 寄存器区寄存器区 外部控制总线外部控制总线CBCB 内部控制信号内部控制信号 时钟及清零时钟及清零 2-4 2-4 单片机的工作过程单片机的工作过程 取指过程取指过程 例: MOV A,#09H 74H 09H ;把09H送到累加器A中 执行过程 PC=0000H 0001H 0000H
6、 0002H 0 1 1 1 0 1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 (PC) (PC) 0001H0002H 0000H 外部控制总线外部控制总线CBCB 取指过程取指过程 (PC) 执行过程 你知道你知道PCPC 的作用吗的作用吗 ？ 例: MOV A, 09H E5H 09H ;把地址为09H单元的数据送到累加器A中 43 2-5.单片机开发系统概述 PC 并口线 仿真器 电源 +5 0123 4567 89AB CDEF 89C51 51单片机开发板 RESET 实验板(组合教具) 仿真器 仿真软件(集成开发环境) 44 组合教具 CPU模块 存储器模块 总线接口模块总线扩展模
7、块 LED模块点阵LED模块 LCD模块 键盘模块A/D模块 D/A模块 输入模块输出模块 红外遥控发射模块红外遥控接收模块DIP20模块 DIP40模块 45 仿真器 仿真软件 A51 C51 并口 串口 USB口等 46 v程序运行的基本操作方法 2 2、单步运行、单步运行 3 3、跟踪运行、跟踪运行 4 4、连续运行、连续运行 5 5、断点运行、断点运行 1 1、观察复位后的各寄存器状态、观察复位后的各寄存器状态 47 单片机资源分配与观察单片机资源分配与观察 2）RAM内容观察与修改 3）ROM内容观察 1）寄存器内容观察与修改 R0R7 R0R7 工作寄存器区变化工作寄存器区变化 特
8、殊工能寄存器特殊工能寄存器 48 第一章 单片机基础知识 1-1 单片机概述 1-2 数制及数码 内容提要: 1 1-1 单片机概述 一、什么是单片机 单片机就是单片微型计算机(Single-Chip Microcomputer)。 微型计算机系统的硬件部分通常由五部分组成: 输入设备运算器输出设备 控制器存储器 2 这种计算机系统通常由多块印刷电路板制成： 多板机 主板 显卡 声卡 存储器接口 网卡 输入输出接口 内存条CPU 3 CPU CPU芯片 内存条 存储器接口 存储器芯片 输入输出接口 输入输出接口 芯片 定时计数器 芯片 A/D、D/A 芯片 单板机 印 刷 电 路 板 4 单
9、硅 晶 片 CPU存储器 控制电路定时器时钟电路 I / O口 单片机 5 6 7 （1）体积小，重量轻； （2）可靠性高，运行速度快，抗干扰能力强； （3）控制功能强，使用灵活，性价比高； （4）易扩展，易于开发； （5）受集成度限制，片内存储器容量较小，一般 内ROM在8KB以下，内RAM在256B以内。 单片机是应工业测控的需要而诞生的,它的结构与指令功能 都是按照工业控制要求设计的,故又称单片微控制器(Single Chip Microcontroller)。 单片机特点： 8 以单片机为核心的应用系统广泛应用于 ： 家用电器； 工业过程控制； 仪器仪表； 智能武器； 航空、汽车等领域
10、。 9 二、单片机系统的组成 CPU AB DB CB 存储器接口部件 键盘显示器数码管打印机 定时计数器 10 单 片 机 系 统 硬件 部分 软件 部分 单片 机芯 片 外围 器件 CPU 内存 中断控制逻辑 通用接口 运算器 寄存器组 控制器 并行I / O口 串行UART 定时/计数器 ADC0809、DAC0832 8253 8251 8255A、8155 2764、6264 指令 系统 应用 程序 11 1-2 数制及数码 计算机只识别和处理数字信息，数字是以二进制数的形式表示的 。它易于物理实现，同时，资料存储、传送和处理简单可靠；运 算规则简单，使逻辑电路的设计、分析、综合方便
11、，使计算器具 有逻辑性。 一、数制 1、常用数制 （1.）十进制数： 1985 = 1000+900+80+5 = 1103+9102+8101+5100 特点：有0 9 十个不同的符号。 逢十进一。 一般用下脚标 D 表示，如 1985D ,或无下脚标。 12 （ 2.）二进制数： 特点：有0，1两个不同的符号。 逢二进一。二进制数的下脚标为B 例如：对于整数， 1001B=123+022+021+120 = 9D 对于小数， 0.101B = 12-1 + 02-2 + 12-3 = 0.625D 二进制数每一位的权是：以小数点分界， .24 , 23 , 22 , 2 1, 2 0 .
12、2 -1, 2 -2, 2 - 3, 13 （ 3.）十六进制数： 有0 9 ，A,B,C,D,E,F 共十六个不同的符号。 逢十六进位。用下脚标 “H” 表示十六进制数。 例：327 H = 3162+2161+7160 = 807D 3AB . 11H = 3162+A161+B160+1161+116-2 =939 . 0664 D 14 2、数制的转换 （1.）二进制转换为十进制数 方法: 按权展开。 111.101B =122+12 1+12 0 +1 2 -1 +0 2 -2 +1 2 3 =4+2+1+0.5+0.125 =7.625D （2.）十进制数转换为二进制数 方法： 整
13、数部分除二取余，小数部分乘二取整 15 45 余数 22 1 110 51 2 1 10 01 2 2 2 2 2 2 即 45 = （101101）2 例1、将十进制数45转换成二进制数。 16 例2：十进制小数部分的转换: 乘二取整 0.6875 2 最高位 取 1 1.3750 0.375 2 取 0 0.750 2 取 1 1. 50 0.5 2 最低位 取 1 1. 0 从上至下写成从左至右10110.6875D = 0. B 17 二进制数转换成八进制数与上述类似。 （ 3.）十六进制数与二进制数之间的转换: 十六进制数转换为二进制： 9 A B . 7 C 5 H 1001 10
14、10 1011 . 0111 1100 0101B 二进制数转换十六进制数: 0001 1011 1110 0011 . 1001 0111 1000B 1 B E 3 . 9 7 8H 18 二、数码 1、机器数与真值 机器只认识二进制数：0、1。 这是因为，电路状态常常有两种情况， 如：电路的通、断； 高电平、低电平；可用0、1表示。 在机器中，这种0、1、0、1的表现形式称为机器数。 机器数分为无符号数、带符号数。 无符号数如：00000001、10010011、01010010、 等等，范围：00H FFH。 有符号数如：+1010110B、-1101001B、等等 01010110B
15、 、 11101001B 19 2、机器数的编码及运算 对带符号数而言，有原码、反码、补码之分，计算机内一般使用补 码。 （1）原码 将数“数码化”，原数前“+”用0表示，原数前“-”用1表示，数值部分 为该数本身，这样的机器数叫原码。 设X原数；则X原 = X（X0） X原 = 2n-1 X （X0），n为字长的位数。 如，+3原 = 00000011B -3原 = 27 - （-3） = 10000011B 0有两种表示方法：00000000 +0 10000000 -0 原码最大、最小的表示：+127、-128 20 （2）反码 规定正数的反码等于原码；负数的反码是将原码的数值位各位 取
16、反。 X反 = X （X0） X反 =（2n 1）+ X （X0）如， +4反 = +4原 = 00000100 B -4反=(281)+(-5)=11111111-00000101= 11111010 B 反码范围：-128 +127 两个0： +0 00000000 B -0 11111111 B 21 运用补码可使减法变成加法。 规定：正数的补码等于原码。 负数的补码求法：1）反码 + 1 2）公式：X补 = 2n + X （X0） 如，设X = - 0101110 B ， 则X原 = 10101110 B 则X补 = X反 + 1 = 11010001 + 00000001 = 110
17、10010 B 如，+6补 = +6原 = 00000110 B -6补 = 28 + （-6） = 10000000 00000110 = 11111010 B 8位补码的范围 128 +127。 0 的个数：只一个，即00000000 而10000000 B是-128的补码。 原码、反码、补码对照表：见下表 12 3 （3）补码 补码的概念：现在是下午3点，手表停在12点，可正拨3点，也可倒拨9点。即 是说-9的操作可用+3来实现，在12点里：3、-9互为补码。 22 八位二进制数所能表示的数据范围 机器数 无符号数 原码 反码 补码 00000000 0 +0 +0 +0 0000000
18、1 1 +1 +1 +1 . . . . . 01111111 127 +127 +127 +127 10000000 128 -0 -127 -128 10000001 129 -1 -126 -127 . . . . . . . . . . 11111110 254 -126 -1 -2 11111111 255 -127 -0 -1 23 （4）补码的运算 当X0时，X补= X反=X原 X补补 = X原 X补+ Y补 = X+Y 补 X-Y 补= X+（-Y）补 例：已知 X=52 Y=38 求X-Y 方法1： 减法： X-Y = 52-38 =14 0 0 1 1 0 1 0 0 -）
19、 0 0 1 0 0 1 1 0 0 0 0 0 1 1 1 0 24 方法2： 加法 X-Y = X-Y补补 = X补+-Y补补 = 52补+ -38补补 = 14 补 =14 52补： 0 0 1 1 0 1 0 0 -38补：+） 1 1 0 1 1 0 1 0 1 0 0 0 0 1 1 1 0 自然丢失 计算机在做算术运算时，必需检查溢出，以防止发生错误 25 (5) 运算的溢出问题 由于计算机中表示数据的字长（位数）有一定限制， 所以数据的表示应有一个范围。 如字长8位时； 补码范围-128+127 若运算结果超出这个范围，便溢出。 例： 98补： 0 1 1 0 0 0 1 0
20、25补：+）0 0 0 1 1 0 0 1 123补 0 0 1 1 1 1 0 1 1 未溢出 0 0 Cs+1 Cs（未溢出） 26 85补： 0 1 0 1 0 1 0 1 47补：+）0 0 1 0 1 1 1 1 132补： 1 0 0 0 0 1 0 0 溢出 0 1 Cs+1 Cs （溢出） 错：两个正数相加和为负数。 - 85补： 1 0 1 0 1 0 1 1 - 47补：+）1 1 0 1 0 0 0 1 - 132补：1 0 1 1 1 1 1 0 0 溢出 1 0 Cs+1 Cs 错：两个负数相加和为正数。 27 - 19补： 0 1 0 1 0 1 0 1 - 79补：+）1 0 1 1 0 0 0 1 - 98补： 1 1 0 0 1 1 1 1 未溢出 1 1
