《一章单片机原理及应用ppt课件.ppt》由会员分享,可在线阅读,更多相关《一章单片机原理及应用ppt课件.ppt(63页珍藏版)》请在三一文库上搜索。
1、Foundation and Application of One Chip Microcomputer 单片机原理及应用,钱 锐 机电控制工程系 200909,教材及参考书,教材:机电设备的单片机控制技术 参考书:1.单片微机原理 丁元杰等 上海科技文献出版社 1991 2. 单片微型机原理、应用与实验 张友得等 复旦大学出版社 1995 3.单片机应用系统设计系统配置与接口设计 技术 何立民 北京航空航天大学出版社 1990 周立功,教学内容安排,第一章 绪论 1.1 单片机概述 1.2 计算机中的数和常用编码 1.3 计算机基础 第二章 MCS-51组成 2.1 MCS-51概况 2.2
2、 系统组成结构 2.3 存储器组织 第三章 指令系统及汇编程序设计 3.1 指令概念 3.2 寻址方式 3.3 指令系统 3.4 汇编程序设计,教学内容安排,第四章 定时器/计数器、串行口和中断系统 4.1 定时器/计数器 4.2 串行口 4.3 中断系统 第五章 MCS-51单片机扩展技术 5.1 程序存储器扩展设计 5.2 数据存储器和外部I/0端口扩展设计 5.3 8位A/D、D/A接口电路介绍 第六章 输键入与显示电路 6.1 单片机常用显示电路 6.2 单键与行列式键盘 实验实训,第一章 绪论 重点: 1、概念 2、进位计数制及其转换 3、带符号数的表示方法 (真值、原码、反码、补码
3、) 难点: 补码与真值概念,第一章 绪论,1.1 单片机概述 单片机定义(单片微型计算机): Single Chip Microcomputer Single Chip Microcontroller The small digital processor made in a single chip. 在一片芯片上集成CPU、存储器、I / O接口等组成一台完整的微型计算机。 CPU 中央处理器 存储器 RAM 、 ROM、EPROM I / O接口 A / D等功能部件,第一章 绪论 1.1 单片机概述,单片机作用: 针对工业控制和数据处理,也称为“微控制器”、“微处理器”,Micro-co
4、ntroller, Micro-processor 单片机分类: 4位、8位、16位、32位 单片数字处理装置: single chip digital processing device,第一章 绪论 1.1 单片机概述,The family of single chip digital processors digital signal processor : DSP field programmable gate array : FPGA processor of computer: ex. CPU single chip microcontroller,第一章 绪论 1.1 单片机概述
5、,第一章 绪论 1.1 单片机概述 1.1.1 单片机发展情况,1.1.1 单片机发展情况 1. 计算机: 1946年第一代电子管(宾夕法尼亚大学)ENIA 晶体管(5060年)TRANSACS-1000 集成电路计算机(1964年IBM360) 大规模集成电路(1971年IBM370、470V/6型M-0) 2. 微型计算机: 1971年INTEL 4004, 1972年INTEL 8008第一代;,第一章 绪论 1.1 单片机概述 1.1.1 单片机发展情况,8位 INTEL 8080/8085,ZILOG Z80,APPLE 6502 16位 Intel 8086,80186,286,P
6、entium 具有CPU ( Central Processing Unit) 3.单片机: 1974年,Fair Child研制的F8,准单片机,共分四个阶段: 1)单片机初级阶段 7476年 采用双片形式,F8(8位CPU64RAM2个并行I/O口)3851(1K ROM定时器/计数器2个并行I/O) 组成一台完整的计算机。,第一章 绪论 1.1 单片机概述 1.1.1 单片机发展情况,2)低性能单片机阶段 7678年 MCS-48系列INTEL 8048 (8位CPU、2 I/O口、8位定时器/计数器、64 RAM/ 1K ROM、简单中断、寻址小于4K无串行口) 3)高性能单片机阶段
7、78年 MCS-51系列,Motorola 6801,Zilog Z8 增加功能: 串行I/O、多级中断、16定时/计数器、片内RAM/ROM增大,寻址64K。 Intel,Philips, Motorola,第一章 绪论 1.1 单片机概述 1.1.1 单片机发展情况,4)16位单片机 82年 MCS-96系列,8096、8098、80196等 增加性能:16位CPU,RAM/ROM增大,中断能力增强 A/D、HSIO等 性能、速度 1.1.2 单片机特点 集成度高、可靠性高 一片芯片:CPU、存储器、I/O接口等 片内RAM采用存储器结构,第一章 绪论 1.1 单片机概述 1.1.3 单片
8、机的应用,指令(控制功能强) 单字节、单周期,指令丰富 片内有完善的I/O部件 易产品化 1.1.3 单片机的应用 各行各业的技术改造和产品的更新换代 1.智能仪表 速度、精度的提高,自动记录仪、温度、压力等,第一章 绪论 1.1 单片机概述 1.1.3 单片机的应用,2.机电一体化 微机控制的机床,机器人 3.实时控制 伺服系统、调节器、测量与数据处理再反馈 4.分布式控制系统(DCS) 信号采集、转换、数据处理、数据通讯等 5.家电产品 应用类型可分为:控制型、数据处理、混合型系统。,1.1.4 单片机发展趋势 83年4位机,85年4、8位机,86年16位机打开市场 1.大容量、高性能 C
9、PU功能增强:速度、精度、I/O处理能力提高、指令丰富 内部资源的增多:波形输出、LED输出、PWM输出、A/D输入 寻址范围增大:几兆,第一章 绪论 1.1 单片机概述 1.1.4 单片机的发展趋势,2. 超小型、低功耗、廉价 工作电压低(26V)、工作电流几个毫安、引脚少等。 1.1.5 典型的单片机产品 INTEL:MCS-48、MCS-51、MCS-96 8051;80C51,20C51 PHILIPS: 51 MOTOROLA:M68HC05/M68HC11、M68HC16,第一章 绪论 1.1 单片机概述 1.1.4 单片机的发展趋势,1.2 计算机中的数和常用编码 Compute
10、r基本功能:计数和数的处理 计算机中的数:电子元件的稳定状态 0,1 1.2.1进位计数制 1. 十进制 特点:1)“0,1,9 ” 十个数组成; 2) 逢“10”进 “1” 任意一个十进制数,第一章 绪论 1.2 计算机中的数和常用编码,任意一个十进制数A,第一章 绪论 1.2 计算机中的数和常用编码,其中:10为基数(底); n 个整数,m 个小数; 小数点左移1位,数据扩大10倍。权,2. J进制 特点:1)“0,1,J-1 ” J个数组成; 2) 逢“J”进 “1”,第一章 绪论 1.2 计算机中的数和常用编码,其中:J为基数(底); n 个整数,m 个小数; 小数点左移1位,数据扩大
11、J倍。权,3. 二进制(J=2) 特点:1)“0,1” 2个数组成; 2) 逢“2”进 “1”,第一章 绪论 1.2 计算机中的数和常用编码,二进制数 十进制数,第一章 绪论 1.2 计算机中的数和常用编码,4. 十六进制(J=16) 特点:1)“0,1,.9,A,B,C,D,E,F” 16个 数组成; 2) 逢“16”进 “1”,第一章 绪论 1.2 计算机中的数和常用编码,5. 八进制(J=8),1.2.2 进位计数制转换 1. 二进制、八进制、十六进制转换为十进制 按定义(公式)展开,第一章 绪论 1.2 计算机中的数和常用编码,2.十进制转换为二进制 1)整数 用2不断去除要转换的十进
12、制数,直之商为0。每次得到的余数(0,1)为所求的二进制数,最初得到的是最低位。,例:215 = ?B,第一章 绪论 1.2 计算机中的数和常用编码,转换原理分析,第一章 绪论 1.2 计算机中的数和常用编码,等式两边同除2: A/2 =整数+分数(0,1)/2 =B0 + 分数,设有一个任意十进制整数A,转化为二进制数,2)小数 用2去乘要转换的十进制小数,得到的整数部分即为所求的进制小数,先得到的为高位。,第一章 绪论 1.2 计算机中的数和常用编码,第一章 绪论 1.2 计算机中的数和常用编码,转换原理(小数) 结论:十进制转二进制,整数与小数分别转换,3. 十进制转换为八进制、十六进制
13、 整数部分:用8、16整除; 小数部分:用8、16乘; 注意余数:0-7;0-15。,4. 二进制、八进制、十六进制相互转换 了解与十进制数的关系,见下表,二进制数B 十进制D 十六进制H,第一章 绪论 1.2 计算机中的数和常用编码,二进制数B 十进制D 十六进制H,第一章 绪论 1.2 计算机中的数和常用编码,1.2.3 、二进制数的运算,第一章 绪论 1.2 计算机中的数和常用编码,. 无符号数算术运算 )加法,1. 算术运算规则 加法:000,011,111进位1; 减法:000,101,011借位1; 乘法:000,010,111,第一章 绪论 1.2 计算机中的数和常用编码,)减法
14、,注意:4,负数的表达方法? 1100B, 0CH, 12,3)乘法,乘法计算,第一章 绪论 1.2 计算机中的数和常用编码,部分积方法,4)除法,第一章 绪论 1.2 计算机中的数和常用编码,部分商 左移相减,3. 逻缉运算规则,第一章 绪论 1.2 计算机中的数和常用编码,与AND、或OR、非NOT、异或XOR,1) 与AND,第一章 绪论 1.2 计算机中的数和常用编码,2) 或OR,3) 非NOT,4) 异或XOR,第一章 绪论 1.2 计算机中的数和常用编码,1.2.4 带符号数的表示方法,第一章 绪论 1.2 计算机中的数和常用编码,1. 机器数与真值 二进制数的最高位:符号位。“
15、0”正,“1”负; 以8位二进制数为例: 01011011 = 5BH = 91 ; 11011011 = DBH = 91 ;,机器数: 一个数字在机器(计算机)中的表示形式; 二进制(0,1),符号位数字化。 01011011 ;5BH,真值:机器数本身代表的值称为真值。91,第一章 绪论 1.2 计算机中的数和常用编码,机器数:包括无符号数、有符号数; 有符号数:常见表示方法是原码、反码、补码,1)原码 (d7d0) 最高位是符号位d7: 正数0; 负数1 特点: () 8位二进制数表示的范围:127127; ()00000000,10000000,0、0不相等; ()加、减运算困难。
16、求解真值、原码: + 65,34;32H,0A3H,第一章 绪论 1.2 计算机中的数和常用编码,2)反码 正数的反码 = 正数的原码 负数的反码 = 正数的原码按位取反;,例:(+0)反 = 0000,0000B; (-0)反 = 1111,1111B (+127)反 = 0111,1111B; (-127)反 = 1000,0000B 特点:(1)范围 +127-127; (2)+0、-0不相等 (3)求真值时,若d7=1,则按位取反。 + 65,34;32H,0A3H,第一章 绪论 1.2 计算机中的数和常用编码,3)补码 正数的补码 = 正数的原码 负数的补码 = 正数的原码按位取反,
17、再加1。,例:(-127)补 = 1000,0001; (-1)补 = 1111,1111 + 65,34 ? 32H,0A3H?,特点: (1)范围:128127; (2)0 = 0 =0000,0000; (3)求真值时,若d7 = 1,则按位取反,再加1。,第一章 绪论 1.2 计算机中的数和常用编码,8位二进制数的补码表示: 00H,01H,.,7FH; +0,+1,.,+127; 80H,81H,.,0FFH;-128,-127,.,-1,2. 补码的进一步解释: 补码的作用:将减法运算转换为加法运算。,模与补码的概念: a)钟表 10点拨到6点: 104 = 6, 逆时针 108
18、= 126,顺时针;,第一章 绪论 1.2 计算机中的数和常用编码,模:系统所能表示的最大量程,称之为模。 钟表采用十二进制.,X + (-X)补 = 模, (-4)补= = 12 10 - 4 = 10 +(-4)补 = 10 +(12-4) =12 + 6, 其中12可自然丢失,b)十进制数(以二位十进制数举例) 模,70 - 40 = 70 + (-40)补 =70 +60 =100 + 30 =30,第一章 绪论 1.2 计算机中的数和常用编码,c)二进制数(以8位二进制数举例) 模 256=,64 - 50 = 14; 40H - 32H = 0EH (-32H)补=(0011001
19、0)按位取反加1 = 11001101 + 1 =11001110 = 206 40H + (-32H)补 = 100H + 0EH 注:求二进制数补码,不需做减法。,第一章 绪论 1.2 计算机中的数和常用编码,3. 有符号数的加、减运算(以补码形式表示) 1) 补码 + 补码 = 补码 结果不产生溢出时为正确。 (超出-128+127) 正数+正数、负数+负数,可能产生溢出。 2) 补码 - 补码 = 补码 (类似) 3) 补码不能乘除,4. 数的进位与溢出 最高位有进位或借位进位,CY 超出了数的表示范围溢出,OV 判断方法:有没有破坏符号位。,1.2.5 二进制编码,第一章 绪论 1.
20、2 计算机中的数和常用编码,计算机中表示的数、字母、符号等都以二进制数表示。常用编码有以下几种:,1. BCD码(BINARY CODED DECIMAL) 用二进制数编码(表示)的十进制数,权为8421码。 一位十进制数用四位二进制数表示。 特点:1)09,由四位二进制数表示; 2)逢“十”进一; 3) DAA调整,即加法运算 数(结果)大于9,再加6。 压缩BCD码; 非压缩BCD码。,2. ASCII码(美国标准信息交换码) American Standard Code for Information Interchange 七位二进制编码表示128种字符 52 大小写英文字母; 10
21、十进制数; 7 标点符号; 9 运算符号; 50 其他符号。,第一章 绪论 1.2 计算机中的数和常用编码,30H-39H; 0-9 41H-46H; A-F,第一章 绪论 1.2 计算机中的数和常用编码,4. 可靠性代码 奇偶校验码; 格雷GRAY码; 海明HAMMING码,3. 2421码、余3代码 特点:以9为模,取反即为补码。 例:2421码(4)01001011(5) 余3码 (1)01001011(8),1.3 计算机基础,第一章 绪论 1.3 计算机基础,1. 计算机基本组成 1) 算盘 算盘:运算工具;运算器 纸和笔:记录、输入/输出数据;存储器、I/O 人的操作控制:控制器。
22、,2)计算机组成 运算器:算盘; 控制器:人的大脑; 存储器:纸; 输入设备;输出设备。笔,第一章 绪论 1.3 计算机基础,CPU: (Central Processing Unit) 中央处理单元、微处理器 运算器控制器,完成运算、控制作用; 微型计算机,输入设备,存储器,输出设备,运算器,控制器,第一章 绪论 1.3 计算机基础,3) 微型计算机简化结构,存储器,CPU,I/O接口,I/O设备,数据总线,地址总线,控制总线,第一章 绪论 1.3 计算机基础,A-BUS:地址总线 直接指定存储器地址和外部I/O接口地址,单向; 8位: 256(00-FFH) 16位:65535(0000-
23、FFFFH),D-BUS:数据总线 实现CPU、存储器、I/O口之间的数据、 指令交换,双向。 读、写、浮空状态。8、16位。,C-BUS:控制总线 每根线有确定的意义,单向。,第一章 绪论 1.3 计算机基础,2. CPU结构,内部单总线结构、分时操作; 外部采用三总线A、B、C-BUS。,CPU,控制器,运算器,ALU,寄存器部件:A、F、DB等,ID,PC,PLA,IR,第一章 绪论 1.3 计算机基础,1)ALU 算术逻缉部件(Arithmetic Logic Unit) 进行算术、逻缉运算,CPU中最主要的部件。,2)A(ACC)累加器Accumulator ALU无寄存功能。 凡运
24、算时,操作数之一是A的数。 许多指令是关于A的 。,3)PC 程序计数器 (Program Counter) 存放要读取的指令所在地址的一个专用寄存器。 二种功能:具有计数(加1) 接受信息。,第一章 绪论 1.3 计算机基础,5)AB和DB(Address Buffer、Data Buffer) 地址缓冲器、数据缓冲器 协调CPU与存储器、I/O设备之间的速度、位数等差异.,4)状态标志寄存器FLAG 保存计算机执行一条指令后所处的状态信息。 不同的计算机,标志有所不同。 常用的标志: CY、AC、S、P、Z、OV,第一章 绪论 1.3 计算机基础,7)指令寄存器IR(Instruction
25、 Register) 存放正要被执行的指令。 指令IR(操作码)ID产生相应操作控制命令。,6)寄存器阵列RA(Register Array) 通用寄存器、堆栈指针、变址指针、中断页地址指针等,8)指令译码器ID(Instruction Decoder) 操作码翻译码产生控制命令,第一章 绪论 1.3 计算机基础,9)可编程逻缉阵列PLA (Programmable Logic Array) 接受ID、FALG及外设送来的信号; 发出各种内部、外部控制信号; 内部:运算、数据传送; 外部:R/W,ALE.,3. 存储器(Memory),内存储器:半导体存储器 ROM、EPROM、EEPROM、
26、RAM 外存储器:磁带、磁盘等,第一章 绪论 1.3 计算机基础,随机读取存储器:静态、动态,1) RAM的概念 (Random Access Memory) a. 示意图,RAM,AB,R/W,CS,DB,DB,第一章 绪论 1.3 计算机基础,b.结构图 8位字长的存储器结构图(地址线8位),控制电路,AB,R/W,DB,地址译码器,00H单元,01H单元,RAM FFH单元,第一章 绪论 1.3 计算机基础,注意:地址线8位的存储器 存储器由256个单元组成,编号00、01、FF区分不同的单元; 每个单元可存放8位二进制数; 单元的地址(编号)不同于单元中存放的数(内容),2) RAM的
27、读、写操作 读操作 (04H)=84H 04H由ABAR,译码找到04号单元; CPU发出“读”信号; (04H)=84H送至DB,数据缓冲器。,第一章 绪论 1.3 计算机基础,(04H)=84H,控制电路,AB,R/W,DB,地址译码器,00H单元,01H单元,84H FFH单元,04,04,84H,第一章 绪论 1.3 计算机基础,3)只读存储器ROM EPROM、EEPROM,4. I/O接口 联系CPU与外设交换数据信号,起转换、协调作用。 速度、数据格式、电平不一样。 一般包括数据寄存器、控制寄存器、状态寄存器。,第一章 绪论 1.3 计算机基础,5. 软件常用术语,字、字节、位(WORD、BYTE、BIT) 指令/指令系统(INSTRUCTION SET) 计算机执行的各种操作,用命令的形式写下来;一条指令对应一种基本操作。 全部指令的结合指令系统。 程序 一个有用途的指令结合程序; 源程序 / 目标程序(SOURCE/TATGET) 系统程序 /应用程序/ 用户程序,第一章 绪论 1.3 计算机基础,计算机语言 人与计算机打交道的一种语言; 机器码、汇编语言(助记符)、高级语言 周期 完成规定动作所需的时间; 指令周期、机器周期、时钟周期,
链接地址:https://www.31doc.com/p-2657153.html