基础知识1ppt课件

1 单片机原理及应用 计算机与信息科学系蔡文培 2 第一章概述 主要内容 1 1什么是单片机 1 2本课程的主要内容1 3基础知识1 4存储器 3 1 1什么是单片机 4 1 1 1计算机系统组成 计算机系统 5 1 1 1计算机系统组成 硬件由主机和外围设备组成 主机包括CPU 存储器 ROM RAM 输入 输出接口 I O接口 和总线5部分 CPU 中央处理单元 是计算机的核心部件 主要进行运算和控制 按处理数据的字长分 常见的有8位 16位 32位CPU 存储器是计算机的记忆部件 用来存放程序和数据等信息 输入输出接口简称I O接口 它是CPU与外围设备之间数据输入输出的通道 6 1 1 1计算机系统组成 总线 BUS 是连接计算机各部件的公共信息线 按传送的信息分为地址总线 AB 数据总线 DB 控制总线 CB 地址总线 AB CPU用来输出存储单元地址 8位CPU的地址总线一般为16根 符号为A0 A15 数据总线 DB CPU与其他部件传送数据的信号线 8位CPU的数据总线为8根 符号为D0 D7 控制总线 CB CPU与其他部件传送控制命令 状态的信号线 输入 输出设备又称外围设备 主要实现程序 数据 命令的输入及结果的输出 7 1 1 1计算机系统组成 软件 各种程序和数据 包括系统软件和应用软件 系统软件用于计算机系统的管理 调度 监视和服务等功能如 操作系统 语言处理程序 数据库管理系统 工具软件等 应用软件是用户为解决某种应用问题而编制的一些程序 8 1 1 2单片机 单片机是指将组成计算机的主要部件 包括CPU 存储器 RAM ROM 各种I O接口和定时器 计数器等都集成在一个芯片上的微型计算机叫单片微型计算机 简称单片机 9 1 1 2单片机 10 1 2本课程的主要内容 学习内容 以一种典型的单片机 MCS 51 为例介绍单片机的结构 工作原理 指令系统 汇编语言程序设计 中断系统 定时器 计数器 单片机系统扩展以及单片机应用技术 参考资料 8051单片机实践与应用 吴金戌沈庆阳郭庭吉编著 清华大学出版社 2002年12月 http www wave 南京伟福实业有限公司 仿真软件 11 1 3计算机基础知识 1 3 1数制1 进位计数制是一种计数的方法 习惯上最常用的是十进制计数法 十进制数的基数为10 即其数码的个数为10 0 9 且遵循逢十进一的规则 例如十进制数335可表示为 335 3 102 3 101 5 100其中相应于每位数字的10k k 0 1 2 称为该位数字的权 所以每位数字乘以其权所得到的乘积之和及为所表示数的值 12 1 3 1数制 2 计算机中为便于存储及计算的物理实现 采用二进制数 二进制数的基为2 只有0 1两个数码 并遵循逢二进一的的规则 它的各位权为2k 书写时在数字后面跟一英文字母 B 表示 例如 101101B 1 25 0 24 1 23 1 22 0 21 1 20 45 13 1 3 1数制 n位二进制数可以表示2n个数 如3位二进制数可以表示8个数 4位二进制数可以表示16个数 在计算机内部 所有的信息都是以二进制的形式存储和处理的 其基本单位为一个二进制位 Bit 比特 8位二进制数组成一个字节 Byte 14 1 3 1数制 3 十六进制数的表示 十六进制数作为书写和记忆方式 十六进制数的基数为16 共有16个数码 即0 9 A B C D E F A F表示十进制数的10 15 十六进制数中各位的权是16k 遵循逢十六进一的规则 书写时在数字后面跟一英文字母 H 表示 它与二进制和十进制数的对应关系如下 15 1 3 2不同进位计数制之间的转换 一 二进制数与十进制数之间的转换1 二进制数转换为十进制数 各位二进制数码乘以与其对应的权之和即为与该二进制数相对应的十进制数 例如 101101B 1 25 0 24 1 23 1 22 0 21 1 20 452 十进制数转换为二进制数 除法 把要转换的十进制数的整数部分不断除以2 并记下余数 直到商为0 16 1 3 2不同进位计数制之间的转换 例 N 2929 2 14 a0 1 14 2 7 a1 0 7 2 3 a2 1 3 2 1 a3 1 1 2 0 a4 1 所以 N 29 a4a3a2a1a0B 11101B 降幂法 首先写出要转换的十进制数 其次写出所有小于此数的各位二进制权值 然后用要转换的十进制数减去与它最相近的二进制权值 如够减则减去并在相应位记以1 如不够减 则在相应位记以0并跳过此位 如此不断反复 直到该数为0为止 17 1 3 2不同进位计数制之间的转换 例 N 73小于N的二进制权为 6432168421对应的二进制数是 1001001计算过程如下 73 26 73 64 9 a6 1 a5 0 a4 0 9 23 9 8 1 a3 1 a2 0 a1 0 1 20 1 1 0 a0 1 所以 N 73 a6a5a4a3a2a1a0B 1001001B 18 1 3 2不同进位计数制之间的转换 二 十六进制数与十进制数之间的转换1 十六进制数转换为十进制数 各位十六进制数码乘以与其对应的权之和即为与该十六进制数相对应的十进制数 例 3ACH 3 162 10 161 12 160 9402 十进制数转换为十六进制数 除法 把要转换的十进制数的整数部分不断除以16 并记下余数 直到商为0 例 N 334334 16 20 a0 14 20 16 1 a1 4 1 16 0 a2 1 所以 N 334 a2a1a0H 14EH 19 1 3 2不同进位计数制之间的转换 降幂法 首先写出要转换的十进制数 其次写出所有小于该数的各位十六进制权值 然后找出该数中包含多少个最接近它的权值的倍数 这一倍数即对应位的值 用原数减去此倍数与相应位权值的乘积得到一个差值 再用此差值去找低一位的权值的倍数 如此反复直到差值为0为止 例 N 500小于N的十六进制权值为256161对应的十六进制数为1F4 20 1 3 2不同进位计数制之间的转换 三 十六进制数与二进制数之间的转换1 由于十六进制数的基数是2的幂 所以这两种数制之间的转换较容易 一个二进制数只要把它从低位到高位每4位为一组直接用十六进制数来表示就可以了 例 0011011110111101B37BDH即 11011110111101B 37BDH2 反之 将十六进制数中的每一位用4位二进制数表示 就形成相应的二进制数 例 A3C5H1010001111000101B即 A3C5H 1010001111000101B 21 1 3 3二进制数和十六进制数运算 一 二进制数的运算 遵循逢二进一的规则 加法规则 乘法规则 0 0 00 0 00 1 10 1 01 0 11 0 01 1 0 进位1 1 1 1二 十六进制数的运算 遵循逢十六进一的规则 例 22 1 4存储器 1 4 1存储器的作用 存储器是计算机的主要组成部分 其用途是存放程序和数据 使计算机具有记忆功能 1 4 2半导体存储器的分类 按存取功能分 一 随机存取存储器RAM RandomAccessMemory 特点 可读可写 断电后RAM中的信息会丢失 RAM常用于存放经常要改变的程序或中间计算结果 RAM按照存储信息的方式 又可分为静态和动态两种 静态RAM SRAM 只要有电源加于RAM 数据就能长期保存 动态RAM DRAM 写入的信息只能保持几毫秒时间 必须定时重写 刷新 电路复杂 价格便宜 23 1 4 2半导体存储器的分类 二 只读存储器ROM ReadOnlyMemory 特点 在正常操作时只能读出而不能写入 断电后ROM中的信息不会丢失 常用来存放一些固定程序或数据表等 ROM按编程 存储信息 的方式又可分为 掩膜ROM 信息由厂家固化 用户不能更改 可编程只读存储器PROM 信息由用户一次性写入 一旦写入 只能读出 不能再更改 OTP 可擦除可编程只读存储器EPROM 紫外线擦除 可重复编程 电可擦除可编程只读存储器EEPROM E2PROM 可通过加电写入或清除其内容 既有与RAM一样读写操作简便 又有数据不会因掉电而丢失的优点 24 1 4 2半导体存储器的分类 三 可现场改写的非易失存储器 快擦写存储器FLASH 既具有SRAM读写的灵活性和较快的访问速度 又具有ROM在断电后不丢失信息的特点 成本低于DRAM 铁电存储器FRAM 集成度高 读写速度快 成本低 但读操作是破坏性的 新型非易失静态读写存储器NVSRAM 速度快 25 1 4 3半导体存储器的结构 一 存储器由存储体 地址译码器和读 写控制电路组成 存储单元 01H 3AH 用一定位数的二进制码对存储单元进行编号 称为存储单元的地址 n位二进制码可寻址2n个单元 如 28 256 216 65536 存储单元取出 存入信息的操作称为读 写操作 存储体由大量存储单元组成 每个单元存放若干位二进制码 26 1 4 3半导体存储器的结构 二 每个存储单元可存放若干位 bit 的二进制代码 存储单元存放的二进制代码称为存储单元的内容 代码的位数称为位长 字长 8位二进制代码称为一个字节 Byte 简写为B 两个字节称为一个字 Word 四个字节称为双字 DoubleWord 对一个8位二进制代码 最低位称为第0位 D0 最高位称为第7位 D7 27 1 4 4存储器的读写操作过程 一 存储器的读 写操作过程1 读操作 例如 要将01H单元的内容3AH读出 CPU将地址码01H送到地址总线上 经地址译码器选通01H单元 CPU发出 读 信号 01H单元的内容送数据总线上 再送往CPU某一寄存器 对存储单元的操作 不会破坏其原内容 28 1 4 4存储器的读写操作过程 2 写操作 例如 要将C7H写入02H单元 CPU将地址码01H送到地址总线上 经地址译码器选通01H单元 CPU将C7H送到数据总线上 CPU发出 写 信号 C7H从数据总线02H单元 对存储单元的操作 改变了其原来内容 29 1 4 5存储器的指标 衡量