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| 編輯推薦： |
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《微机原理及应用技术》可作为高等院校微机原理及应用课程的教材,也可作为运用微型计算机从事各类自动化装置设计者的参考书。
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| 內容簡介： |
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《微机原理及应用技术》首先给出微型计算机的体系结构，着重介绍中央处理器、存储器、输入输出设备及总线等部件的组成、特点、功能和工作原理；接着介绍两种典型的微处理器，即8086微处理器和MCS51微处理器，同时分别对其存储器管理、程序设计方法（8086系统为汇编语言、MCS51系统为C语言）、输入输出接口（包括并行接口、串行接口及定时计数接口）及中断模式进行介绍；然后以实际应用为目标介绍输入输出通道设计技术，包括数字量输入输出（并行和串行）通道、模拟量输入输出通道及人机交互通道技术；最后给出一个可编程逻辑控制器（PLC）系统的综合设计实例。
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| 目錄：
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前言
第1章 微型计算机基础
1.1 计算机概述
1.1.1 计算机发展史
1.1.2 微型计算机结构
1.2 预备知识
1.2.1 数据的机内表示
1.2.2 二进制数的运算
1.2.3 常用数字电路
1.3 中央处理器
1.3.1 指令系统与寻址技术
1.3.2 CPU结构和功能
1.3.3 指令周期
1.3.4 参数与型号
1.4 存储器
1.4.1 微型机存储器结构
1.4.2 存储器的组织
1.4.3 存储器与CPU的连接
1.4.4 地址译码
1.4.5 容量扩展与数据存储
1.5 输入输出
1.5.1 IO接口基础
1.5.2 IO方式
1.5.3 IO设备
1.6 程序设计
1.6.1 简单计算实例
1.6.2 程序设计基本步骤
1.6.3 程序设计语言
1.6.4 堆栈
1.7 计算机与控制
1.7.1 计算机控制发展历程
1.7.2 控制计算机
1.7.3 控制计算机主机类型
1.7.4 控制设备中常用CPU
第2章 8086微处理器及系统
2.1 8086微处理器
2.1.1 功能与引脚
2.1.2 总线时序
2.1.3 地址锁存与总线驱动
2.1.4 时钟、就绪、等待发生器
2.1.5 工作模式
2.2 8086的存储器管理
2.2.1 存储器组织
2.2.2 存储器寻址
2.2.3 CPU与存储器接口
2.3 8086程序设计
2.3.1 8086的寻址方式
2.3.2 8086指令系统
2.3.3 汇编语言程序设计
2.4 程序直接控制IO
2.4.1 8086接口基础
2.4.2 可编程外围设备接口82C
2.4.3 可编程定时计数器
2.4.4 串行通信接口8251A
2.5 中断IO
2.5.1 8086中断与简单扩展
2.5.2 可编程中断控制器8259A
2.5.3 中断程序设计实例
2.6 直接存储器存取
2.6.1 8086与DMA
2.6.2 DMA控制器
2.6.3 DMA应用实例
2.7 8 0x86接口
第3章 89C51单片机及系统
3.1 89C51的结构和原理
3.1.1 内部结构及特点
3.1.2 引脚及功能
3.1.3 时钟、时序与复位
3.1.4 程序设计资源
3.1.5 空闲和掉电方式
3.1.6 工作模式
3.2 存储器与IO
3.2.1 存储器与IO组织
3.2.2 程序存储器扩展
3.2.3 数据存储器与IO扩展
3.3 MCS51指令系统
3.3.1 指令系统的寻址方式
3.3.2 指令系统的使用要点
3.3.3 指令系统的分类总结
3.4 高级语言程序设计
3.4.1 C51语言概述
3.4.2 C51语言基础
3.4.3 C51语言的变量定义
3.4.4 C51语言的函数
3.4.5 C51语言与汇编语言的混合编程
3.4.6 C51语言访问硬件资源
3.5 89C51集成IO资源
3.5.1 中断控制器
3.5.2 定时器计数器
3.5.3 串行通信口
第4章 IO通道设计
4.1 数字量IO通道技术
4.1.1 电平变换
4.1.2 信号隔离
4.1.3 信号驱动
4.1.4 数字量通道设计实例
4.2 模拟量IO通道技术
4.2.1 模拟量输出通道
4.2.2 模拟量输入通道
4.2.3 AD与DA的选择
4.2.4 高精度测量
4.2.5 模拟通道设计实例
4.3 人机交互通道技术
4.3.1 键盘设计
4.3.2 显示技术
4.3.3 专用键盘显示电路
4.4 串行通信通道技术
4.4.1 设备间的异步通道设计
4.4.2 设备中器件间的同步通信
第5章 综合设计实例
5.1 设计目标
5.1.1 PLC的硬件结构
5.1.2 设计目标
5.2 简单PLC系统设计
5.2.1 CPU模块设计
5.2.2 存储卡设计
5.2.3 IO模块设计
5.2.4 电源设计
参考文献
附录 8086指令码
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"第1章微型计算机基础
本章内容主要涉及学习微型计算机原理必须掌握的基础知识，包括微型计算机的体系结构、中央处理器、存储器、输入输出以及程序设计的相关概念等。
1.1计算机概述
1.1.1计算机发展史
从广义上讲，计算机是一种能够进行计算或辅助计算的工具。在这种广义的概念下，计算机分类如图1-1-1所示。图1-1-1计算机分类
现在，当谈到计算机的时候，除加以特殊说明，都是指数字计算机。数字计算机是一种自动化的电子设备，它按照人们事先编写的程序对输入的原始数据进行加工处理，以获得预期的输出信息。
随着技术的发展、应用领域的扩大，电子计算机不仅能作为计算工具进行数值计算，而且能进行信息处理。有统计资料表明，当今80%以上的计算机将主要用于信息处理。由于计算机在它出现的初期阶段主要进行数值计算，所以延续下来了“计算机”这个名称。现在，更多的人把计算机称为“电脑”，主要是指计算机可以作为人脑功能的扩展和延伸。计算机已经成为一门重要的学科和工具。随着计算机的快速发展，它对人类生活产生了革命性的影响，社会进入了计算机的时代。
1.第一台电子计算机1946年2月14日，是现代计算机行业的一个重要纪念日。无论计算机时代，还是信息革命，以及所谓的“第三次浪潮”“后工业时代”等，都以这一天作为起始的坐标原点。因为在这一天，一台名叫电子数字积分计算机（ElectronicNumericalIntegratorandComputer，ENIAC）的机器正式启动运行。 ENIAC采用十进制运算，电路结构十分复杂。它使用18000多个电子管，运行时耗电量达150kW，体积庞大，质量达30t，占地面积约140m2。ENIAC虽然需用手工搬动开关和拔、插电缆来编制程序，但比任何机械计算机快得多。ENIAC每秒可进行5000多次加法运算，一天的工作量大约相当于一个人用手摇计算机操作40年。
ENIAC于1955年正式退役，陈列于美国国立博物馆。ENIAC的出现标志着计算工具进入一个崭新的时代，是人类文明发展史中的一个里程碑。仅半个多世纪，计算机已经使人类社会从制造业社会发展到信息化社会。
2.体系结构的确立在ENIAC中，没有存储器，用布线接板进行控制。而搭接布线接板花费的时间抵消了高速计算节省的时间。因此，在ENIAC尚未投入运行前，冯 诺依曼就已经开始准备对这台电子计算机进行脱胎换骨的改造，并将新机器命名为“电子离散变量自动计算机”（ElectronicDiscreteVariableAutomaticComputer，EDVAC）。1945年6月，冯 诺依曼与戈德斯坦等联名发表了《EDVAC报告书的第一份草案》（FirstDraftofaReportontheEDVAC）。这份草案奠定了现代计算机体系结构坚实的根基，直到今天，仍然被认为是现代计算机科学发展里程碑式的文献。
与ENIAC相比，EDVAC的改进首先在于冯 诺依曼巧妙地想出“存储程序控制”的办法，程序被当作数据存进了机器内部，以便计算机能自动地一条接着一条地依次执行指令，再也不用去接通线路。其次，他明确提出这种机器必须采用二进制数制，以充分发挥电子器件的工作特点，使结构紧凑而且更通用化。
1951年EDVAC面世。程序存储在机器内部后，效率比ENIAC提高了数百倍，只用了3563个电子管和1万个晶体二极管，以水银延迟线来储存程序和数据，消耗电力和占地面积只有ENIAC的13。现在的计算机大多是按照这一思路设计的，人们把按照这一思路设计的机器统称“冯 诺依曼型计算机”。
3.计算机的发展
从1946年的ENIAC开始，计算机的发展经历了电子管—晶体管—集成电路三个阶段，早期计算机的更新换代主要集中体现在组成计算机的基本元器件上。表1-1-1列出了硬件技术对计算机更新换代的影响。第三代计算机之后，人们尚没有达成定义新一代计算机的一致意见。表1-1-1硬件技术对计算机更新换代的影响代时间硬件技术速度（104次s）
集成电路技术的发展一直是促进计算机性能提升的动力。1971年，美国Intel公司研制成功世界上第一个4位的微处理器芯片4004，它集成了2300个晶体管。随后，微处理器经历了4位、8位、16位、32位和64位几个阶段的发展，芯片的集成度和运算速度都有很大的提高。与此同时，半导体存储器的研制也在进行。1970年，第一个存储芯片面世，该芯片大约只有一个磁芯这么大，却能保存256位二进制信息。1974年后，随着半导体存储器价格的迅速下降、位密度的不断提高，存储芯片的容量经历了1KB、4KB、16KB、64KB、256KB、1MB、4MB、16MB和64MB等几个阶段，每个新的阶段都比过去提高4倍的容量，而价格和访问时间都有所下降。
现在，世界已经进入了计算机时代，计算机的发展趋势正向着“两极”分化。一极是向巨型化、超高速、并行处理、智能化方向发展，它是一个国家科技水平、经济实力、军事实力的象征，在解决天气预报、地震分析、航空气动、流体力学、卫星遥感、激光武器、海洋工程等方面的问题上，巨型机能够大显身手。另一极是向微型化、网络化、人工智能化、高性能、多用途方向发展，由于它们体积小、成本低而占领了整个国民经济和社会生活的各个领域。
4.微型计算机
微型计算机是由大规模集成电路组成的、体积较小的电子计算机。它是以微处理器为基础，配以存储器、输入输出InputOutput，IO接口电路以及相应的辅助电路而构成的。特点是体积小、灵活性大、价格便宜、使用方便。微型计算机甚至可以集成在一个芯片上。目前，由于超大规模集成电路的应用，小型机、微型机乃至大中型机的性能指标界限已不再明显。某些高档微型机的速度已经达到甚至超过了十年前一般大中型计算机的运行速度。
微型计算机分为网络计算机（如服务器、工作站、交换机、路由器等）、个人计算机（如笔记本、掌上电脑、平板电脑等）、控制计算机等。自1981年美国IBM公司推出第一代微型计算机IBM-PC以来，微型计算机以其执行结果精确、处理速度快、性价比高、轻便小巧等特点迅速进入社会各个领域。
微型计算机从局部到全局存在三个层次：微处理器、微型计算机、微型计算机系统。单纯的微处理器和单纯的微型计算机都不能独立工作，只有微型计算机系统才是完整的信息处理系统，才具有实用意义。在微型计算机硬件系统的基础上，配置必要的外部设备和软件，构成的实体称为微型计算机系统。
一个完整的微型计算机系统包括硬件系统和软件系统两大部分。硬件系统由运算器、控制器、存储器（含内存、外存和缓存）、各种IO设备组成，采用“指令驱动”方式工作。软件系统可分为系统软件和应用软件。系统软件是指管理、监控和维护计算机资源（包括硬件和软件）的软件。操作系统是系统软件的核心，应用软件是为某种应用目的而编制的计算机程序。
1.1.2微型计算机结构
1.机器组成
1）存储程序将编写好的程序和原始数据事先存入存储器中，然后再启动计算机自动执行程序，这就是存储程序的基本含义。存储程序概念可以简要地概括为以下几点。
（1）计算机（指硬件）由运算器、存储器、控制器、输入设备和输出设备5大基本部件组成。
（2）指令和数据以同等地位存放在存储器内，并可按地址访问。
（3）指令和数据均用二进制码来表示。
（4）指令由操作码和地址码组成，操作码用来表示操作的性质，地址码用来表示操作数所在存储器中的位置。
（5）指令在存储器内按顺序存放。通常，指令是顺序执行的。在特定条件下，可根据运算结果或设定的条件改变执行顺序。
（6）计算机以运算器为中心，IO设备与存储器的数据传送通过运算器实现。“存储程序控制”的计算机结构是由冯 诺依曼提出和实现的。虽然计算机的发展速度惊人，但绝大多数计算机仍是建立在存储程序概念的基础上的。所谓的冯 诺依曼型计算机，就是指符合“存储程序控制”的计算机。
2）计算机硬件组成冯 诺依曼型计算机最基本的组成如图1-1-2所示。图中实线为数据线，虚线为控制线和反馈线。图1-1-2计算机的组成
（1）输入设备。输入设备的任务是把人们编好的程序和原始数据送到计算机中，并且将它们转换成计算机内部能识别和接受的信息。常用的输入设备有键盘、鼠标、扫描仪等。控制系统中反馈环节使用的模数（AD）转换装置也是一种输入设备。
（2）输出设备。输出设备的任务是将计算机的处理结果以人或其他设备所能接受的形式送出计算机。最常用的输出设备是显示器和打印机。控制系统中控制输出环节数模（DA）转换装置也是一种输出设备。
（3）存储器。存储器是用来存放程序和数据的部件，它是一个记忆装置。存储器也是计算机能够实现“存储程序控制”的基础。
（4）运算器。运算器是对信息进行处理和运算的部件。经常进行的运算是算术运算和逻辑运算，所以运算器又称算术逻辑运算单元（ArithmeticandLogicalUnit，ALU）。运算器的核心是加法器。运算器中还有若干个通用寄存器或累加寄存器，用来暂时存放操作数和运算结果。寄存器的存取速度比存储器快得多。
（5）控制器。控制器是整个计算机的指挥中心。控制器按照人们预先确定的操作步骤，控制整个计算机的各个部件有条不紊地自动工作。
（6）总线。将前述的各大基本部件，按某种方式连接起来就构成了计算机的硬件系统。微型计算机的各大部件之间是用总线（Bus）连接起来的。
现代计算机已经转化为以存储器为中心的计算机结构，如图1-1-3所示。图中实线为控制线，虚线为反馈线，双线为数据线。图1-1-3以存储器为中心的计算机结构
由于运算器和控制器在逻辑关系及电路结构上联系紧密，当大规模集成电路制作工艺出现后，这两大部件往往被集成制作在同一芯片上。通常将运算器和控制器合称中央处理器（CentralProcessingUnit，CPU），或称为微处理器（MicroProcessor）；把输入设备和输出设备简称IO设（InputOutputEquipment）。
因此，现代计算机可以认为由三大部分构成：CPU、IO设备和存储器。存储器又分为主存储器（MainMemory，MM，简称主存）和辅助存储器（简称辅存），主存储器和辅助存储器的区别见1.4节。如图1-1-4所示，CPU和主存储器合起来又可称为主机，IO设备称为外围设备或外部设备（简称外设）。图1-1-4现代计算机组成
2.总线所谓总线是一组能为多个部件服务的公共信息传送线路，它能分时地在两个部件间传送信息。计算机中采用总线结构，既可以大大减少信息传送线的数量，又可以提高计算机扩充内存及外部设备的灵活性。由于微型计算机的设计目标是以较小的硬件代价组成具有较强功能的系统，而总线结构正好能满足这一要求，所以总线结构是微型计算机的典型结构。
1）总线的组成总线通常是由一组导线组成的传输线束，总线中信号线的条数称为总线宽度或位数，所谓总线也并不是指只有一类信号线，总线可以细分为数据总线、地址总线和控制总线，通过三类总线的配合工作，实现部件之间的信息传递。"
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