南京邮电大学光电工程学院

单片机原理及应用主讲:张学军TEL:85880665光电工程学院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。

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①CPU存贮器I/O②③第一步：CPU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“-”。①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12②原码(TrueForm)

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。③反码（One’sComplement）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。13 x=-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③补码（Two’sComplement）

正数的补码表示与原码相同。负数补码的符号位为1，数值位等于求反加1，即反码加１例：求8位补码机器数： x=+4 [x]补=00000100 规定：00000000B为0

10000000B不是－0，而是－128

148位机器数表示的真值15④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 [X2]补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=+89X2=-1011001B=-892) [X1]补=59H，[X2]补=D9H，求真值 X1=+1011001B=+89 X2=-0100111B=-39 17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+118⑤信息代码及转换（自学)（1）BCD码：将十进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191.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

+11111010[-6]补 00010011 [+19]补111101101[-19]补 进位为模，舍弃6.运算方法20例：X1耻=+6，晓Y1=+博8，X2宏=-6，时Y2=-忍8，求X就1-Y1约、X2-浩Y2解：求[筛X1]补、[Y1滨]补、[-Y1挪]补、[X2剥]补、[Y2辫]补、[-Y谁2]补000药001庭10魔[+总6]补1111约1010款[瓣-6]补+拿111汗110漂00[-(+怖8)]补+0迫000丙100邪0[-(依-8)坝]补1111姻1110用[-2香]补10肾000考001炸0炼[+着2]补进位为符模，舍茅弃2.补码减贩法运算路：[X窝-Y]补=[X东]补-[Y储]补=[X]补+[-联Y]补211.加法运算悬：直接相柔加。2.樱减法运洁算：‘变补相伯加’。例：X=15秩0=96片H，Y=征10=0分AH，计节算X+Y截=？X-慎Y=？1001蹈0110练1讽50堆1001腔0110夜1祸50+紧000剩010放10+10+1仙111下011开0-101010雁0000畏1禽60零1执100施0110稿0悄140进位为衬模，舍啦弃（二）庸无符号驶数加减池运算变补相起加计算忘减法:间当最起高位产钳生进位绑，实际丸无借位蜂；反之吉有借位。22机器数轨无绣符号数圣补码：1001未0110辉1初50社-1毁06+0队0001赛010+1竹0++老101010题0000迅1渠60道-学96无符号数泡与补码运栋算的溢出寨判断方法敞却不同。计算机中密补码的加肉减运算与扎无符号数刮相同。23例：X=闯74=男4AH，恭Y=21惑6=D爬8H，求颈X+Y=矮？和X-尚Y=？0100懂1010篇74宏010缓0101疤0零74+1洲1011岁000+21沿6+0另0101丙000-21要61 00杰1000领10孤34猴0011腾100彻10晃1愉14溢出使结宫果出错。合加法有进浪位，结果颈应为29剂0；减法无进挺位则有借松位，结果帅负数补码倡。(三)溢弟出─运算梳过程中数央据超出允凑许表示范辩围1．无符号芳数溢出咏判断─最高位铁是否产生百进位或借税位。计算机设两置进位标锅志位C奋y判断蚀无符号数沾溢出：侍当数据加束/减最高啄位产生进等位/借位地，Cy=计1；否则规,Cy=岁0。24例X1截=+4按5，Y协1=+拘46，拨X2=庭+90偷，Y2刊=+1缠07，肌求X1柳+Y1辨、X2炼+Y22．补码溢出菜判断─符号食位和最都高数值写位进位眯是否相售同。计算机瓦设置溢云出标志戚位OV判断互补码溢出冶。

逻价辑关系：OV=C幼y6ÅCy7当补码加很/减产生按溢出OV=1暑，否则OV=0狮。例X1蜻=-5刃,Y1采=-2宫，X2屠=-1忍05,虎Y2=域-91绩,求X辉1+Y说1、X病2+Y猴2111欣110手11疫[-5左]补100怠101赠11止[-1干05]补+1叉1111惠110[-2砍]补+1乡丰0100绿101[-贷91]补1 1番1111柔001造[-7]补10恭011续110绣0 [小+歇]补正确，暴无溢出纹正茫数，有童溢出。负数相保加，同好时有进朋位：C结y6=1、乒Cy7=1，则敌无溢出；不同时有仓进位，则有华溢出，蹈结果出芳错。257.计算机语盯言（程序阔设计语象言）指令：给是能被喜计算机辈识别并仓执行的具二进制等代码。程序：硬计算机迫一系列番指令的有序集合竿。计算机语枯言：人机白交流的语狡言，程序北表达方式主要有穴机器语董言、汇困编语言省和高级言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、单条片机概跳述主要介迈绍：1.单它片机概念2.单骄片机的发逃展简史3.单凝片机发展伏趋势4.单恢片机应用咬—电子产正品的控制烘器5.盲单片机申主要生伞产厂家捏及产品271.单虑片机概念确切的援称谓应料是微控向制器M示icr撇oco籍ntr恋oll灾er单片微哑型计算呀机(Si课ngl清eC史hip膨Mi片cro见com深put总er)载简称单跌片机，骡是指在非一块芯登片体上里集成了乳中央处及理器C承PU、顿随机存刷储器R理AM、钱程序存扁储器R吹OM或坚EPR狡OM、辟定时器惭／计数民器、中徐断控制化器以及腐串行和深并行I尼／O接截口等功令能部件格，构成税一个完袍整的微荐型计算象机。目前，新伸型单片机则内还有A蛮／D及D捧／A转换朵器、高速就输入／输跳出部件、盒DMA通屿道、浮点脂运算等特参殊功能部件件。IC芯片CPURAMROMI/O接口定时/计数器中断控制电路A/DD/APWM282.单院片机的发芳展简史大致可铲分为以搭下五个坡阶段。4位单片摇机（19血7l一1卡974）1971骂年11月覆，Int言el公司陪设计的仪4位微处晃理器In被tel4迷004低档8位编单片机(洒1974戒—197传8)不带串颈行接口圈，如I煌nte尚l公司姓的80锤48，潮Mos索tek朵公司的垒387门0高档8位痒单片机(贪1978丧—198青2)Int魂el公惜司的8洪051肿、NE蜂C公司膝的MP听D78荷00等欧产品。16位单黑片机(1仆982—混1990蛙)Most积ek公司里6820庭0，In历tel公标司于19蹈83年推特出16位显8096新一代单栗片机(9许0年代以主来)采用双午CPU弓或内部锄流水线歌，In债tel蓝公司的轨804龄4、缺NEC州公司的赔MPD牙780触0293.单电片机发展奇趋势(1)微搂型化(2)炉低功耗(3)百高速化(4)肢集成资投源更多(5)姑性能更阿加优异(6)炸通信及漠网络功麻能加强(7)驾专用型叫单片机援发展加悟快304.鲜单片机针应用—铸电子产摔品的控犹制器（1）测控系赢统：温短室自动株控制、垃车辆检钻测系统自等（2）炭机电一旺体化产浸品：数羡控机床队、电脑省绣花机宋等（3）智部能仪器仪揪表及传感点器：智能右电压测试件仪（4）玩计算机滴外设及挥智能接钻口：笛打印机斧、键盘革、绘图茄仪等（5）咏计算机走网络与锄通信产展品：交永换机、扑HUB（6）办乖公自动化这设备：传如真机、复命印机、考掌勤机等（7）评家用电劈燕器：电队冰箱、灶空调、使影音设姨备、电子玩端具（8）揪其它方闲面：汽毙车电子暂、航空描航天电尼子等315.据单片机获主要生睬产厂家寨及产品公司典型产品系列主要产品Intel公司MCS-48MCS-51MCS-96804880518096Philips

与MCS-51兼容：P87P8980C55283C552MotoralaMC68系列MC68HC05ATMEL与MCS-51兼容AT89XX89C5189C52MicroChipPIC165X系列PIC16C55/16C56ZilogZ8系列Z86C06/C21LGGMS97CXXGMS97C6532对单片机只学习建议1对非计薪算机专沙业，学压习本课衡程目的在于应用单片称机，学习猛原理主陕要是了秧解如何背用2单寇片机是渔一块需喘编程的饶电路I茄C芯片学习要硬旷件与软件刚兼顾，二步者相结合3单乎片机是煎实践性田较强的观课程通过大族量的编陷程和实第验才能晴真正单葡片机的医应用33作业1数葱制转换二、十六镰进制数转悄十进制：璃1111状B、FF房诚H十进制转芝二、十六献进制数：优15、1挤27二、十艘六进制滔数之间召转换：春111斩110理00B馒、2F假H2二浩进制数