单片机原理及应用

前言 本课件配套机械工业出版社出版的单片机原理及应用（第2版）（曹克澄主编）教材而制作的，参与本课件制作的人员由上海电机学院曹克澄（第3章、第4章、第6章、第8章）、四川信息职业技术学院熊建云（第1章、第2章）、安徽机电职业技术学院余丙荣（第5章）、辽宁机电职业技术学院周兵（第7章、第9章）组成，曹克澄对本课件进行统稿，由于时间仓促，本课件有不足之处，恳请读者提出宝贵意见,并恳请读者提出修改建议。E-mail:,,第1章 基础知识第2章 MCS-51系列单片机的结构和时序第3章 MCS-51系列单片机指令系统第4章 MCS-51系列单片机中断系统 与定时计数器第5章 存储器扩展技术第6章 并行 IO扩展技术第7章 串行通信技术第8章 IO设备接口技术第9章 单片机应用系统设计,,第1章 基础知识本章重点：了解微型计算机的基本结构和工作原理； 掌握单片机的概念及应用场合； 掌握计算机中的数制与编码。1.1 微型计算机简介1.2 单片机简介1.3 计算机中的数制与编码 本章小结,,1.1 微型计算机简介1.1.1 微型计算机的发展 1.微型计算机的发展第一代微处理器 例： Intel 40044位第二代微处理器 例：Intel 80808位第三代微处理器 例：Intel 808616位第四代微处理器 例：Intel8048632位第五代微处理器 例：Intel公司的Pentiumg64位,,2.微型计算机的应用数值计算 控制 信息处理与管理人工智能,,1.1.2 微型计算机的组成及工作原理 1.微型计算机的常用术语位（bit）： 位是计算机所能表示的最基本、最小的数据单位。 位有两种状态：0和1。字节（Byte）： 一个连续的8位二进制数称为一个字节，即： 1Byte8bit，通常以字节为单位来存放数据。字（Word）：是计算机内部进行数据处理的基本单位 。 字通常与计算机内部的寄存器、算术逻辑单元、数据总线的宽度相一致。,,存储器容量更大单位： KB（1KB1024B210B） MB（1MB1024KB220B） GB（11024MB230B） 指令（instruction）：是规定计算机进行某种操作的命令。 指令系统（instruction set）：指一台计算机所能执行的全部指令。程序（program）：是指令的有序集合，是一组为完成某种任务而编制的指令序列。,,2.微型计算机的组成,,（1）中央处理单元（CPU） CPU主要由运算器、控制器组成。（2）存储器 存储器的主要功能是存放程序和数据。存储器中存放二进制数的单元称为存储单元。,,（3）输入/输出接口（I/O接口）完成外设与CPU的连接；转换数据传送速度；转换电平；将I/O设备的状态信息反馈给CPU等。 （4）总线（Bus） 总线是将CPU、存储器和I/O接口等相对独立的功能部件连接起来，并传送信息的公共通道。数据总线DB（Data Bus）：双向通信总线。地址总线AB（Address Bus）：单向通信总线。控制总线CB（Control Bus）：单向通信总线。,,3.微型计算机的工作原理（1）取指令CPU选中存储单元；CPU向存储器发出读取数据的控制信号；CPU通过DB读入指令代码。（2）分析、执行指令过程CPU读取指令代码后进行译码；CPU根据译码结果发出为完成此指令所需要的控制信号；执行指令所规定的操作。,,1.2 单片机简介常见计算机：,,一般计算机的结构：,,显示器,主机,鼠标,键盘,微型计算机系统,,什么是单片机？ 单片机就是将组成微型计算机的CXPU、存储器（RAM和ROM）、输入/输出接口等几个部分，全部集成在一块芯片内所组成的微型计算机，就称为单片机。,,1.2.1 单片机的发展概况单片机的发展方向低电源、低功耗外围接口电路内装化工艺的进步及抗干扰能力的提高存储能力和Internet连接,,1.2.2 单片机的特点体积小、结构简单、可靠性高；控制功能强 ；低电压、低功耗 优异的性能/价格,,1.2.3 单片机的应用,,1.2.4 MCS-51系列单片机简介MCS-51系列基本产品型号：8051、8031、8751称为 51子系列。不同型号MCS-51单片机CPU处理能力和指令系统完全兼容，只是存储器和I/O接口的配置有所不同。,,硬件配置基本配置：1. 8位CPU2. 片内ROM/EPROM、RAM3. 片内并行 I/O接口4. 片内16位定时器/计数器5. 片内中断处理系统6. 片内全双工串行I/O口,,1.3 计算机中的数制与编码1.3.1 数制数制：是按进位原则进行计数的一种方法，即进位计数制。十进制数（1）记数符号：0、1、2、3、4、5、6、7、8、9；书写时用“D”作后缀（一般省略）。（2）进位原则：“逢十进一”。（3）按权展开式：,,二进制数（1）记数符号：0、1；书写时用“B”作后缀。（2）进位原则：“逢二进一”；（3）按权展开式：,,十六进制数（1）记数符号：0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、A、B、C、D、E、F；书写时用“H”作后缀。（2）进位原则：“逢十六进一”；（3）按权展开式：,,,记住：十六进制与十进制、十六进制与二进制对应关系。,1.3.2 数制之间的相互转换1.二进制及其他进制转换为十进制数二进制、八进制和十六进制转换十进制的方法是：将二进制、八进制或十六进制写成按权展开式，然后各项相加，则得相应的十进制数。【例】把二进制数10101.1011B转换成相应的十进制数。解：10101.1011B 12402322021120 12-112-312-4 21.6875D,,2.十进制数转换成二进制数十进制数据转换成二进制数是将整数部分按“除2倒读余数法”的原则进行转换；小数部分按“乘2顺读整数法”的原则进行转换。【例】把十进制数15.625转换成为对应二进制数。解：所以十进制数15.6251111.101B,,3.二进制数与十六进制数相互转换二进制数转换成十六进制数时，从小数点开始，分别向左、向右每4位二进制数划为一组，整数部分不足4位前面添0，小数部分不足4位后面添0，然后每一组（4位二进制数）用1位十六进制数代替（4位二进制数与1位十六进制数对应关系见表），小数点位置保持不变。 【例】二进制数1111000111.100101B转换成为十六进制数。解： 1111000111.100101B0011 1100 0111.1001 0100B 3C7.94H,,3.二进制数与十六进制数相互转换十六进制数转换成二进制数时，1位十六进制数用4位二进制数来替换，小数点位置保持不变。【例】将十六进制数2F5.CH转换成为二进制数解： 2F5.CH0010 1111 0101.1100B 1011110101.11B4.十进制数转换十六进制数先将十进制数转换成二进制数，再将二进制数转换成十六进制数。,,1.3.3 二进制数的算术运算1加法运算加法规则： 000 ；011；101；1110进位原则：逢二进位。【例】求0111B与0110B之和。解： 0 1 1 1 （7） ）0 1 1 0 （6） 1 1 0 1 （13） 0111B0110B1101B,,2减法运算减法规则： 000 ；101；110；011（借位）【例】求1110B0101B？解： 1 1 1 0 （14） ）0 1 0 1 （5） 1 0 0 1 （9） 1110B0101B1001B,,3乘法运算在计算机系统中，都是将乘法作为连续的加法来执行。其中，自身相加的数为被乘数，相加的次数为乘数。【例】求1101B11B？解： 1101B11B 1101B1101B1101B 100111B4除法运算除法可以归结为连续的减法，即从被除数中不断地减去除数，所减的次数是相除的商，而剩下的值则是相除的余数。注意：因为减法可以转换为加法（见二进制数补码的加减运算），所以除法也能转换成加法。这样，二进制数的加、减、乘、除都可以转换加法运算。,,1.3.4 二进制数的逻辑运算1逻辑与运算运算规则 000 ；010；100；111 记忆口诀：有0为0，全1为1。2逻辑或运算运算规则 000 ；011；101；111记忆口诀：有1为1，全0为0。,,3逻辑异或运算运算规则 000 ；011；101；110 记忆口诀：相同为0，不同为1（仅指两位异或运算）。4逻辑非运算运算规则记忆口诀：取反。,,1.3.5 计算机中数的表示与编码1计算机中数的表示在计算机中，为了运算的方便，数的最高位用来表示正、负数。最高位为“0”表示正数，最高位为“1”表示负数。真值:带“+、”号的数。机器数:数码化了的带符号数。,,【例】正数59H真值和机器数表示法。解：真值的表示法：+101 1001B或+59H 机器数表示法：0101 1001B或 59H【例】-59H真值和机器数表示法。解：真值的表示法：-101 1001B或-59H 机器数表示法：1101 1001B或 D9H,,微型计算机中一个符号数的机器数的表示方法有原码、反码、补码等三种表示法。原码：用最高位表示符号位，后面各位表示该数的绝对值。（注意：符号位：0代表，1代表-)【例】 （56 ）原码0011 1000B38H （56 ）原码1011 1000BB8H从例题中可以看出：一个负数的原码只要在其对应的正数原码基础上加80H就可以方便地求出其原码。 （56）原码（56）原码80H38H80HB8H,,反码：正数的反码与原码相同；负数的反码是在其原码的基础上，保留符号位不变，数值位各位取反。【例】 （56 ）反码0011 1000B38H （56 ）反码1100 0111BC7H从例题中可以看出：一个负数的反码只要在其对应的正数反码（即原码）基础上各位取反就可以方便地求出其反码。而取反的方法也很简单，只要用FFH去减该数即可。 （56）反码FFH-（56）原码FFH-38HC7H,,Why？,补码：正数的补码与原码、反码相同；负数的补码是在其反码的基础上加1即可。【例】 （56 ）补码0011 1000B38H （56 ）补码（56）反码1C7H1C8H从求反码的方法中可以推导： （56 ）补码（56）反码1 FFH-（56）原码1 100H- （56）原码100H-38H=C8H,,负数原码、反码、补码求法归纳：（负数）原码（对应正数）原码80H（负数）反码FFH（对应正数）原码（负数）补码100H（对应正数）原码,,,注意：在原码和反码，0有两种表示法，即0和0的表示法不同；而在补码中0的表示法只有一种。,2.二进制编码BCD码：用二进制数表示的十进制数称为二进制编码的十进制数。 非压缩BCD码：8位码表示1位十进制数（高4位填0）的编码。 压缩的BCD码：8位码表示2位十进制数（高4位、低4位各代表一位十进制数）。 非法码：4位代码在1010B1111B范围