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文档简介
单片机原理及接口原理汇报人:某某某汇报时间:2024.X.X数字逻辑电路接口技术汇编语言课程性质:应用型课程先修课程:课程目标1、掌握单片机应用系统的硬件原理及分析、设计方法。具体的说:以MCS-51系列单片机为例,详细介绍了MCS-51单片机的结构及工作原理和单片机的应用技术,通过学习本课程,能够掌握有关单片机的基础知识,基本掌握单片机应用系统设计和开发的基本技能。2、掌握软件设计与调试的基本技能。
关于考试期末统一考试成绩占40%考试100分平时成绩占60%,平时成绩包括课堂回答、实训报告、作业等。第一章单片机概述本章知识要点单片机的概念、发展及应用范围01常用的进位计数制及其相互转换的方法02原码、补码的表示方法及其相互转换,了解反码表示方法03BCD码与十进制之间的转换,BCD码的加减运算04一、什么是单片机
1、微型计算机硬件结构——常见的微机外形台式微机便携式微机立式微机微型计算机硬件结构——微机硬件组成
显示器主机键盘鼠标微型计算机硬件结构——运算器控制器CPU存储器输入接口电路输入设备输出设备输出接口电路硬件系统内部结构CPU(CentralProcessingUnit)硬件系统——构成微机的实体和装置软件系统——微机系统所使用的各种程序的总称软件系统与硬件系统共同构成实用的微机系统,两者是相辅相成、缺一不可的。
软件系统+微型计算机系统运算器控制器CPU存储器输入接口电路输入设备输出设备输出接口电路硬件系统微型计算机系统CPU输入设备输出设备软件系统+微型计算机系统硬件系统输入接口设备输出接口设备运算器控制器存储器单片微型计算机是指集成在一个芯片上的微型计算机,简称单片机——单片机实质上就是一个芯片2、单片微型计算机单片机内部结构示意图
CPU存储器定时器/计数器
中断系统P0-P3TxDRxD
TINT并行I/O口串行I/O口
单片机的定义把CPU、RAM、ROM、定时计数器,以及输入输出(I/O)接口电路等计算机的主要部件集成在一块芯片上。这样组成芯片级的微型计算机直译为单片微型计算机(Singlechipmicrocomputer)或单片机,在我国,我们习惯上称其为单片机。单片机虽然只是一个芯片,但从组成和功能上看,它已具备微机系统的含义。更为准确地反映单片机本质的叫法应是微控制器(Microcontroller,MCU)。根据单片机的结构和微电子设计的特点,应用系统中虽然往往以单片机为核心,但是它已完全融入应用系统中,故而也有把单片机称作嵌入式微控制器。单片机应用系统
单片机应用系统单片机+接口电路及外设等+软件硬件单片机应用系统:由硬件系统和软件系统组成硬件是应用系统的基础软件是在硬件的基础上对其资源进行合理调配和使用,从而完成应用系统所要求的任务,二者相互依赖,缺一不可注:本课程的重点1.掌握单片机应用系统硬件原理的分析方法。2.掌握软件设计与调试的基本技能。二、单片机的特点及应用1.单片机的特点体积小,重量轻电源单一,功耗低功能强,价格低运行速度快,抗干扰能力强,可靠性高可以嵌入到电子产品中——嵌入式应用系统2.单片机应用
工业方面民用方面仪表方面电讯方面数据处理方面汽车方面3.单片机种类
◆目前8位单片机仍是单片机的主流机型;◆生产厂商:◆单片机的发展经历了由4位机到8位机,再到16位机的发展过程美国微芯片公司:PIC16C××系列、PIC17C××系列、PIC1400系列,美国英特尔公司的MCS-48和MCS-51系列,美国摩托罗拉公司的MC68HC05系列和MC68HC11系列,美国齐洛格公司的Z8系列,日本电气公司的μPD78××系列,美国莫斯特克公司和仙童公司合作生产的F8(3870)系列等。
MCS51家族MCS51是什么?MCS是Intel公司单片机的系列符号。Intel推出有MCS-48、MCS-51、MCS-96系列单片机。MCS-51系列包括三个基本型8031、8051、8751,以及对应的低功耗型号80C31、80C51、87C51,因而MCS-51特指Intel的这几种型号。
MCS-51系列单片机51子系列:基本型,根据片内ROM的配置,对应芯片依次为8031、8051、8751、8951。52子系列:增强型,对应芯片依次为8032、8052、8752、8952三、数制及编码计算机只识别和处理数字信息,数字是以二进制数的形式表示的。它易于物理实现,同时,资料存储、传送和处理简单可靠;运算规则简单,使逻辑电路的设计、分析、综合方便,使计算器具有逻辑性。一、数制1、常用数制(1.)十进制数:
1985=1000+900+80+5=1×103+9×102+8×101+5×100
特点:有0~9十个不同的符号。逢十进一。一般用下脚标D表示,如1985D,或无下脚标。
(2.)二进制数:特点:有0,1两个不同的符号。逢二进一。二进制数的下脚标为B
例如:对于整数,
1001B=1×23+0×22+0×21+1×20=9D
对于小数,
0.101B=1×2-1+0×2-2+1×2-3=0.625D
二进制数每一位的权是:以小数点分界,
…..24,23,22,21,20.2-1,2-2,2-3,……
(3.)十六进制数:
有0~9,A,B,C,D,E,F共十六个不同的符号。逢十六进位。用下脚标“H”表示十六进制数。例:327H=3×162+2×161+7×160=807D3AB.11H
=3×162+A×161+B×160+1×161+1×16-2
=939.0664D
2、数制的转换(1.)二进制转换为十进制数方法:按权展开。
111.101B=1×22+1×21+1×20+1×2-1+0×2-2
+1×2–3=4+2+1+0.5+0.125=7.625D(2.)十进制数转换为二进制数方法:整数部分除二取余,小数部分乘二取整45余数
22111051211001222222即45=(101101)2例1、将十进制数45转换成二进制数。例2:十进制小数部分的转换:乘二取整0.6875×
2最高位取11.37500.375×2取00.750×2取11.500.5×2最低位取11.0从上至下写成从左至右10110.6875D=0.B二进制数转换成八进制数与上述类似。(3.)十六进制数与二进制数之间的转换:十六进制数转换为二进制:
9AB.7C5H
100110101011.011111000101B
二进制数转换十六进制数:0001101111100011.100101111000B1BE3.978H进制之间数的对应关系二进制的算术运算(1)加法运算运算规则:
0+0=00+1=1+0=11+1=10,向高位进1【例1-7】10100111B
+01101110B100010101B(2)减法运算运算规则:
0-0=01-0=11-1=00-1=1,向高位借1【例1-8】10100111B
-01101110B00111001B(3)乘法运算运算规则:0×0=0×1=1×0=01×1=1【例1-9】11001011B×101B1100101100000000110010111111110111B二、数码1、机器数与真值计算机中的符号数的表示方法:
把二进制数的最高位定义为符号位。符号位:“0”表示正,“1”表示负。把符号也数值化了的数,称为机器数。机器数所表示的真实的数值,称为真值。注:后面的讲述均以8位二进制数为例。例+52=+0110100=0
0110100
符号位数值位
-52=-0110100=1
0110100
真值机器数
2、机器数的编码及运算对带符号数而言,有原码、反码、补码之分,计算机内一般使用补码。(1)原码表示方法用8位二进制数表示数的原码时,最高位为数的符号位,其余7位为数值位。正数为0负数为1。例如:真值为+120和-120的原码形式
[+120]原=01111000[-120]原=11111000
对于零,可以认为它是正零,也可以认为它是负零,所以零的原码有两种表示形式:
[+0]原=00000000[-0]原=100000008位二进制数原码表示范围为:11111111~01111111,即-127~+127。对一个数X:若X>0,则[X]反=[X]原若X<0,则[X]反=对应原码的符号位不变,数值部分按位求反。例如:
[+120]反=[+120]原=01111000[-120]反=10000111零的反码有两种表示方式,即:
[+0]反=00000000[-0]反=111111118位二进制数反码表示范围为:11111111~01111111,即-127~+127。(2)反码表示方法运用补码可使减法变成加法。规定:正数的补码等于原码。负数的补码求法:反码+1如,设X=-0101110B,则[X]原
=10101110B则[X]补
=[X]反
+1=11010001+00000001=11010010B如,[+0000110]补
=
[+0000110]原
=00000110B[-0000110]补
=[-0000110]反+1=11111010B8位补码的范围–128~+127。
0的个数:只一个,即00000000而10000000B是-128的补码。原码、反码、补码对照表:见下表123(3)补码补码的概念:现在是下午3点,手表停在12点,可正拨3点,也可倒拨9点。即是说-9的操作可用+3来实现,在12点里:3、-9互为补码。
八位二进制数所能表示的数据范围机器数无符号数原码反码补码000000000+0+0+0000000011+1+1+1.....01111111127+127+127+12710000000128-0-127-12810000001129-1-126-127..........11111110254-126-1-211111111255-127-0-1(4)补码的运算当X≥0时,[X]补=[X]反=[X]原[[X]补]补
=[X]原[X]补+[Y]补
=[X+Y]补[X-Y]补=[X+(-Y)]补例:已知
X=52Y=38求X-Y
方法1:减法:
X-Y=52-38=1400110100
-)0010011000001110方法2:加法
X-Y=[[X-Y]补]补=[[X]补+[-Y]补]补
=[[52]补+[-38]补]补
=[14]补
=14
[52]补:00110100
[-38]补:+)11011010100001110
自然丢失计算机在做算术运算时,必需检查溢出,以防止发生错误
(5)运算的溢出问题由于计算机中表示数据的字长(位数)有一定限制,所以数据的表示应有一个范围。如字长8位时;补码范围-128~+127若运算结果超出这个范围,便溢出。例:
[98]补:01100010[25]补:+)00011001
[123]补001111011
未溢出00Cs+1Cs(未溢出)
[85]补:01010101
[47]补:+)00101111[132]补:10000100
溢出01Cs+1Cs(溢出)错:两个正数相加和为负数。
[-85]补:10101011[-47]补:+)11010001
[-132]补:101111100
溢出10Cs+1Cs
错:两个负数相加和为正数。【例1-12】已知[X]补=00111010B,[Y]补=10011101B,求[X+Y]补。
00111010 58+ 10011101
-99 11010111
-41 得:[X+Y]补=11010111B【例1-13】已知[X]补=10011011B,[Y]补=01101001B,求[X+Y]补。
10011011
-101+ 01101001 10500000100 4 得:[X+Y]补=00000100B(进位发生丢失,不会影响运算结果)【例1-14】已知[X]补=11000100B,[Y]补=10001000B,求[X+Y]补。
11000100
-60+ 10001000
-120101001100 -180 得:[X+Y]补=1001100B(显然该结果是错误的)
(6)
十进制数的编码对机器:二进制数方便,对人:二进制数不直观,习惯于十进制数。在编程过程中,有时需要采用十进制运算,但机器不认识十进制数。怎么办?可以将十进制的字符用二进制数进行编码:
0
00005010110001601102
00107011130011810004010091001
这叫做二进制数对十进制编码——BCD码。上述每4位二进制数表示一个十进制字符,这4位中各位的权依次是:
8、4、2、1——8421BCD码。BCD码的运算:例、18+)321
00011000+)00000011
00011011B是非BCD码(错)需进行十进制调整:
00011000
+)0000001100011011(个位大于9,应进1)
+)0110
(加6使进1)
00100001(结果形如21)BCD码加法规则:两个BCD数相加时,“某位”的和小于10则保持不变;两个BCD数相加时,“某位”的和大于9,则和数应加6修正。BCD码减法规则:两个BCD数相减时,“某位”的差未发生借位,则差数保持不变;两个BCD数相减时,“某位”发生了借位,其差应减6修正。这里“某位”指BCD数中的“个位”、“十位”、“百位”、……加法举例:
01100101(65)
+)10010111(97)11111100
+)01100110(加66调整)101100010(162)减法举例:00110100(34)
-)00010101(15)00011111
-)0110(减6调整)00011001(19)(7)字符信息的表示计算机能识别0、1、0、1、……;这些0、1、0、1、……有的代表数值,有的仅代表要处理的信息(如字母、标点符号、数字符号等文字符号),所以,计算机不仅要认识各种数字,还要能识别各种文字符号。人们事先已对各种文字符号进行二进制数编码。如,美国信息交换
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