《单片机原理及应用》PPT课件

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1、1 2 课 程 简 介v课 程 性 质 ： 限 选 课 （ 考 查 ）v总 学 时 ： 32学 时 （ 其 中 实 验 12学 时 ）v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%。 3 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

2、 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 （ *） 4 第 一 章 单 片 机 概 述一 、 微 型 计 算 机 基 础 知 识二 、 单 片 机 概 述 5 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

3、 算 方 法7.计 算 机 语 言 6 1 . 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 7 2 .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

4、I/O外设 地 址 总 线控 制 总 线数 据 总 线 8 3 .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

5、 行 规 定 的 操 作 。 9 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 。 10 计 算 机 的 基 本

6、 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 ： 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 11 4 .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 12 机 器 中 ， 数 的 符 号 用 “ 0”

7、、 “ 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 = 11010100B 5 .计 算 机 中 的 编 码 13 原 码 (Tr

8、ue 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 。 14x=

9、-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 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 128 15 8位 机 器 数 表 示 的 真 值 16 机 器 数 与 真

10、 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= 80FFH X2补 =1111111100000001= FF01H 17 1) X1原 = 59H， X2原 = D9H， 求 真 值 ？ X1原 = X2原 =2. 机 器 数

11、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 =-39 18 原 码 、 反 码 、 补 码 之 间 的 关 系 小 结v 正 数 ： X原 =X反 =X补v 负 数 ： X反 =X原 符 号 位 不 变 ， 其 它 按 位 取 反 ； X补 =X反 +1 19 信 息 代 码 及 转 换 （ 自 学 )（ 1） B

12、CD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 20 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

13、。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 1 11101101 -19补 进 位 为 模 ， 舍 弃6.运 算 方 法 21 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

14、 + 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 22 1. 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=？ X-Y=？ 10010110 150 10010110 150+ 00001010 + 10 + 11110110 - 10 10100000 160 110001100 140 进 位 为 模 ， 舍

15、 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 。 23 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 。 24 例 ： X=74= 4AH， Y=216= D8H， 求 X+Y=？ 和 X-Y=？01001010 74 01001

16、010 74 + 11011000 + 216 + 00101000 - 216 1 00100010 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；

17、否 则 ,Cy=0。 25 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 ： OV =Cy 6Cy7 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、 X +Y211111011 -5补 10010111 -105补 + 11111110 -2补 + 10100101

18、- 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 。 26 7 .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 言

19、、 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 27 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 28 1. 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

20、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 I O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 A D及 D A转 换 器 、 高 速 输 入 输 出 部 件 、 DMA通 道 、 浮 点 运 算 等 特 殊 功 能 部 件 。IC芯 片 CPU RAM ROM I/O接 口定 时 /计 数 器 中 断 控 制 电 路A/D D/A PWM 29 2.

21、 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 198

22、3年 推 出 16位 8096新 一 代 单 片 机 (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 30 3. 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 31 4. 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

23、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 子 玩 具 （ 8） 其 它 方 面 ： 汽 车 电 子 、 航 空 航 天 电 子 等 32 5. 单 片 机 主 要

24、 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-96 8048 8051 8096Philips 与 MCS-51 兼 容 ： P87 P89 80C552 83C552Motorala MC68系 列 MC68HC05ATMEL 与 MCS-51 兼 容 AT89XX 89C51 89C52MicroChip PIC165X系 列 PIC16C55/16C56Zilog Z8系 列 Z86C06/C21LG GMS97CXX GMS97C65 33 对 单 片 机 学 习 建 议 1 对 非 计 算 机 专 业

25、， 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 34 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 ： 1111100

26、0B、 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=66H 计 算 X+Y， X-Y， XY4 二 进 制 数 逻 辑 运 算 若 X=11110000B， Y=11001100B 计 算 X+Y， XY， XY， 非 X 35 5 十 六 进 制 数 逻 辑 运 算 若 X=76H， Y=0FH 计 算 X+Y， XY， XY， 非 X6 用 ASCII码 表 示 下 列 字 符 串 ： I come from 2001 toy class.7 代 码 转 换 16进 制 数 - ASCII码 ： 01H， 06H， 08H， 0AH， 0DH ASCII码 - 16进 制 数 ： 32H， 45H， 46H BCD码 - ASCII码 ： 24H， 03H 16进 制 数 - BCD码 ： 25H， 10H