单片机原理及应用课程课件

1、单片机原理及应用1课程简介课程性质：限选课（考查）总学时：32学时（其中实验12学时）成绩评定方法：平时10%（主要考察作业和到课情况），实验30%（主要考察实验完成情况和实验报告），考试60%。2本课程主要内容第一章 单片机概述第二章 MCS-51单片机硬件结构第三章 MCS-51单片机指令系统第四章 MCS-51汇编程序设计第五章 MCS-51单片机的中断系统第六章 MCS-51单片机内部定时器/计数器第七章 单片机串行口及应用第八章 单片机的系统扩展第九章 单片机系统的接口（*）3第一章 单片机概述一、微型计算机基础知识二、单片机概述 4一、微型计算机基础知识主要介绍：1 .电子计算机基

2、本组成 2 .微机硬件系统结构3 .微型计算机工作过程4 .计算机中的数制（运算及转换）5 .计算机中的编码及转换6.运算方法7.计算机语言51 . 电子计算机基本组成 计算机由硬件和软件两大部分组成。硬件：系指构成计算机系统的物理实体或物理装置 ，它由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备等五大部分构成 存贮器运算器控制器接口接口输入设备输出设备62 .微机硬件系统结构在微型计算机中，将运算器和控制器集成在一块IC上，合称这为CPU CPU存贮器I/O接口I/O外设地址总线控制总线数据总线73 .微型计算机工作过程 根据冯诺依曼原理构成的现代计算机的工作原理可概括为：存储程序和程序控制。

3、 存储程序是指人们必须事先把计算机的执行步骤序列(即程序)及运行中所需的数据，通过一定的方式输入并存储在计算机的存储器中。 程序控制是指计算机自动地逐一取出程序中的一条条指令，加以分析并执行规定的操作。8在计算机运行的过程中有两种信息在流动。一是数据流，这包括原始数据和指令，它们在程序运行前已经预先送至主存中。在运行程序时数据送至运算器参与运算，指令被送往控制器。二是控制流，它是由控制器根据指令的内容发出的，指挥计算机各部件执行指令规定的各种操作或运算，并对执行流程进行控制。9计算机的基本工作过程 第三步：按序再取下一条指令，分析及执行依次周而复始执行指令序列的过程CPU存贮器I/O第一步：C

4、PU自动从存贮器中取指令第二步：由CPU分析指令和执行指令104 .计算机中的数制（自学）主要介绍：二进制数，十六进制数不同数制间的相互转换二进制数的算术/逻辑运算十六进制数的算术/逻辑运算11 机器中，数的符号用“0”、“1” 表示。最高位作符号位，“0”表示“+”，“1”表示“-”。机器数与真值 机器数：机器中数的表示形式，其位数通常为8的倍数 真值： 机器数所代表的实际数值。 举例:一个8位机器数与它的真值对应关系如下： 真值：X1=+84=+1010100B X2=-84= -1010100B 机器数：X1机= 01010100B X2机= 11010100B5 .计算机中的编码12原

5、码(True Form) 最高位为符号位，0表示 “+”，1表示“”。数值位与真值数值位相同。 例 8位原码机器数： 真值： x1 = +1010100B x2 = 1010100B 机器数： x1原 = 01010100 x2原 = 11010100 原码表示简单直观,但0的表示不唯一，加减运算复杂。反码（Ones Complement）正数的反码与原码相同，负数的反码是符号位不变(为1)，其余按位取反。13x=-4 x原 = 10000100 x反 = 11111011 x补 = 11111100 补码表示的优点：0的表示唯一，加减运算方便补码（Twos Complement） 正数的补码

6、表示与原码相同。负数补码的符号位为1，数值位等于求反加1，即反码加 例：求 8位补码机器数：x=+4 x补= 00000100规定：0000 0000B 为0 1000 0000B 不是0，而是128148位机器数表示的真值15机器数与真值之间的转换 1. 真值机器数 (1)X1=+127，X2=-127，求X原 、X补 X1原=X1补=01111111= 7FH X2原=11111111= FFH X2补=10000001= 81H (2)X1=+255，X2=-255 ，求X原 、X补 X1原=X1补=0000000011111111= 00FFH X2原=1000000011111111

7、= 80FFH X2补=1111111100000001= FF01H 16 1) X1原= 59H，X2原= D9H，求真值？ X1原=X2原=2. 机器数真值注意机器数表示（原码、补码）注意机器数符号位01011001 11011001 X1= +1011001B=+89 X2=-1011001B =-89 2) X1补= 59H，X2补= D9H，求真值 X1= +1011001B =+89 X2=-0100111B =-3917原码、反码、补码之间的关系小结正数： X原=X反=X补负数：X反=X原符号位不变，其它按位取 反；X补=X反+118信息代码及转换（自学)（1）BCD码：将十进

8、制数表示为二进制编码的形式 BCD码存贮形式：非压缩BCD码和压缩BCD码： （2） ASCII码：美国国家信息交换标准字符码（3） ASCII码、BCD码及16进制数之间的转换 16进制数 ASCII码 ASCII码 16进制数 BCD码 ASCII码 16进制数 BCD码 19 1.补码加法运算：X+Y补=X补+Y补 （一） 补码加减运算符号作为数值直接参与运算,变减法为加法运算。例：X1=+13，Y1=+6，X2=-13，Y2=-6，求X1+Y1、X2+Y2解：求X1补、 Y1补、X2补、Y2补00001101+13补 11110011 -13补 + 00000110 +6补 + 111

9、11010 -6补00010011+19补 1 11101101 -19补 进位为模，舍弃6.运算方法20例：X1=+6，Y1=+8，X2=-6，Y2=-8，求X1-Y1、X2-Y2解：求X1补、 Y1补、 -Y1补、X2补、Y2补、-Y2补00000110 +6补 11111010 -6补 + 11111000 -(+8)补 + 00001000 -(-8)补11111110-2补 1 00000010 +2补 进位为模，舍弃2.补码减法运算：X-Y补=X补-Y补=X补+-Y补211. 加法运算：直接相加。 2. 减法运算：变补相加。例： X=150=96H，Y=10=0AH，计算X+Y=？

10、X-Y=？ 10010110150+ 00001010 + 10 + 11110110 - 10 10100000 160 110001100 140 进位为模，舍弃（二）无符号数加减运算变补相加计算减法:当最高位产生进位，实际无借位；反之有借位。22 机器数 无符号数 补码：10010110 150 -106 + 00001010 + 10 + +10 10100000 160 -96 无符号数与补码运算的溢出判断方法却不同。计算机中补码的加减运算与无符号数相同。23例：X=74= 4AH，Y=216= D8H，求X+Y=？和X-Y=？01001010 74 010

11、01010 74 + 11011000 + 216 + 00101000 - 216 100100010 34 0 01110010 114溢出使结果出错。加法有进位，结果应为290；减法无进位则有借位，结果负数补码。(三)溢出运算过程中数据超出允许表示范围1无符号数溢出判断最高位是否产生进位或借位。计算机设置进位标志位 Cy 判断无符号数溢出：当数据加/减最高位产生进位/借位，Cy=1；否则,Cy=0。24例X1=+45，Y1=+46，X2=+90，Y2=+107，求X1+Y1、X2+Y2 2补码溢出判断符号位和最高数值位进位是否相同。计算机设置溢出标志位 OV 判断补码溢出。逻辑关系： O

12、V =Cy6Cy7 当补码加/减产生溢出 OV=1，否则OV=0。例X1=-5,Y1=-2，X2=-105,Y2=-91,求X1+Y1、X2+Y211111011-5补10010111-105补 + 11111110 -2补 + 10100101 - 91补 1 11111001-7补 1 00111100+ 补正确，无溢出正数，有溢出。负数相加，同时有进位：Cy6 =1、Cy7=1，则无溢出；不同时有进位，则有溢出，结果出错。257 .计算机语言（程序设计语言） 指令：是能被计算机识别并执行的二进制代码。程序：计算机一系列指令的有序集合。计算机语言：人机交流的语言，程序表达方式 主要有机器语

13、言、汇编语言和高级语言汇编语言高级语言机器语言 机器（CPU）汇编编译识别26二、单片机概述主要介绍：1. 单片机概念 2. 单片机的发展简史3. 单片机发展趋势4. 单片机应用电子产品的控制器5. 单片机主要生产厂家及产品271. 单片机概念确切的称谓应是微控制器Microcontroller单片微型计算机(Single Chip Microcomputer)简称单片机，是指在一块芯片体上集成了中央处理器CPU、随机存储器RAM、程序存储器ROM或EPROM、定时器计数器、中断控制器以及串行和并行IO接口等功能部件，构成一个完整的微型计算机。目前，新型单片机内还有AD及DA转换器、高速输入输

14、出部件、DMA通道、浮点运算等特殊功能部件。IC芯片CPURAMROMI/O接口定时/计数器中断控制电路A/DD/APWM282. 单片机的发展简史大致可分为以下五个阶段。 4位单片机（197l一1974） 1971年11月，Intel公司设计 的4位微处理器Intel4004 低档8位单片机(19741978) 不带串行接口，如Intel公司的8048，Mostek公司的3870高档8位单片机(19781982) Intel公司的8051、NEC公司的MPD7800等产品。 16位单片机(19821990) Mostek公司68200，Intel公司于1983年推出16位8096新一代单片机

15、(90年代以来) 采用双CPU或内部流水线，Intel公司的8044、 NEC公司的MPD7800 293. 单片机发展趋势(1)微型化(2)低功耗 (3)高速化(4)集成资源更多 (5)性能更加优异 (6)通信及网络功能加强(7)专用型单片机发展加快304. 单片机应用电子产品的控制器（1）测控系统：温室自动控制、车辆检测系统等（2）机电一体化产品：数控机床、电脑绣花机等（3）智能仪器仪表及传感器：智能电压测试仪（4）计算机外设及智能接口 ：打印机、键盘、绘图仪等（5）计算机网络与通信产品：交换机、HUB（6）办公自动化设备：传真机、复印机、考勤机等（7）家用电器：电冰箱、空调、影音设备、电

16、子玩具 （8）其它方面：汽车电子、航空航天电子等315. 单片机主要生产厂家及产品公司典型产品系列主要产品Intel公司MCS-48 MCS-51 MCS-968048 8051 8096Philips 与MCS-51 兼容：P87 P8980C552 83C552MotoralaMC68系列MC68HC05ATMEL与MCS-51 兼容 AT89XX89C51 89C52MicroChipPIC165X系列PIC16C55/16C56ZilogZ8系列Z86C06/C21LGGMS97CXXGMS97C6532对单片机学习建议 1 对非计算机专业，学习本课程目的在于 应用单片机，学习原理主要是了解如何用 2 单片机是一块需编程的电路IC芯片 学习要硬件与软件兼顾，二者相结合 3 单片机是实践性较强的课程 通过大量的编程和实验才能真正单片机的应用33作业1 数制转换 二、十六进制数转十进制：1111B、FFH 十进制转二、十六进制数：15、127 二、十六进制数之间转换：11111000B、2FH2 二进制数算术运算： 若X=11110000B，Y=11001100B 计算X+Y，X-Y，XY3 十六进制数算术运算：若X=78H，Y=66