单片机原理和应用课件ppt.ppt

江娟娟江娟娟 安徽工程大学电气工程学院自动化教研室安徽工程大学电气工程学院自动化教研室1单片机原理与应用单片机原理与应用主讲教师：江娟娟主讲教师：江娟娟江娟娟江娟娟 安徽工程大学电气工程学院自动化教研室安徽工程大学电气工程学院自动化教研室2课程简介：课程简介：“单片机原理及应用 ”是一门实践性、应用性很强的技术基础课，通过本课程的学习，使学生较好地掌握MCS-51系列单片微型计算机的基本结构、工作原理、接口技术和应用等方面的知识。掌握单片机应用系统的设计和应用程序的设计方法，学习单片机应用于工业测控等方面的基本技术。并通过实践环节的学习，学会单片机应用系统的设计和调试方法。为将来从事自动测控技术、智能电器、电子、检测等工业领域相关工作，进行各种智能化电子产品的设计和研发等提供技术准备，奠定坚实的技术基础。 江娟娟江娟娟 安徽工程大学电气工程学院自动化教研室安徽工程大学电气工程学院自动化教研室3单片机原理与应用第一章 单片机概述第二章 MCS-51单片机的硬件结构与工作第三章 MCS-51单片机的指令系统与程序设计第四章 MCS-51单片机的中断系统第五章 MCS-51定时计数器及其应用第六章 串行接口第七章 MCS-51单片机的系统扩展第八章 单片机应用系统接口技术江娟娟江娟娟 安徽工程大学电气工程学院自动化教研室安徽工程大学电气工程学院自动化教研室4第一章 单片机概述江娟娟江娟娟 安徽工程大学电气工程学院自动化教研室安徽工程大学电气工程学院自动化教研室5第二章 MCS-51单片机的硬件结构与工作原理江娟娟江娟娟 安徽工程大学电气工程学院自动化教研室安徽工程大学电气工程学院自动化教研室6第三章 MCS-51单片机的指令系统与程序设计江娟娟江娟娟 安徽工程大学电气工程学院自动化教研室安徽工程大学电气工程学院自动化教研室7第四章 MCS-51单片机的中断系统江娟娟江娟娟 安徽工程大学电气工程学院自动化教研室安徽工程大学电气工程学院自动化教研室8第五章 MCS51定时计数器及其应用江娟娟江娟娟 安徽工程大学电气工程学院自动化教研室安徽工程大学电气工程学院自动化教研室9第六章 串行接口VCCP3.3INT012跳 线 帽2.54跳 线EA/VP31X119X218RESET9RD17WR16INT012INT113T014T115P101P112P123P134P145P156P167P178P0039P0138P0237P0336P0435P0534P0633P0732P2021P2122P2223P2324P2425P2526P2627P2728PSEN29ALE/P30TXD11RXD10STC89C52RC8051（晶振电路、电源电路省略）DQ12345678910111213141516C1+V+C1-C2+C2-V-T2outR2inVccGNDT1outR1inR1outT1inT2inR2outRS232MAX232CPE104独 石 电 容104独 石 电 容104独 石 电 容104独 石 电 容VCC104独 石 电 容P3.0P3.151-RXD51-TXD162738495串 口 通 讯 电 缆 线 PC端 子DB9PC-RXDPC-TXDPC-TXDPC-RXD123系 统 板 端 子串 口 通 讯 电 缆 线TTL转 RS232接 口123VDDDQGND一 总 线 数 字 温 度 传 感 器18B20江娟娟江娟娟 安徽工程大学电气工程学院自动化教研室安徽工程大学电气工程学院自动化教研室10第七章 MCS-51单片机的系统扩展江娟娟江娟娟 安徽工程大学电气工程学院自动化教研室安徽工程大学电气工程学院自动化教研室11第八章 单片机应用系统接口技术12345678910111213141516171819202122232425262728293031323334353637383940P1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7RSTP3.0P3.1P3.2P3.3P3.4P3.5P3.6P3.7XTAL2XTAL1GND(T2)(T2EX)(MOSI)(MOSO)(SCK)(RXD)(TXD)(INT0)(INT1)(T0)(T1)(WR)(RD)VCCP0.0P0.1P0.2P0.3P0.4P0.5P0.6P0.7EA/VPPALE/PROGPSENP2.0P2.1P2.2P2.3P2.4P2.5P2.6P2.7(AD0)(AD1)(AD2)(AD3)(AD4)(AD5)(AD6)(AD7)(A8)(A9)(A10)(A11)(A12)(A13)(A14)(A15)51系 列 单 片 机IAP&ISPXTAL1XTAL2P3.7P3.6P3.5P3.4P3.3P3.2P3.1P3.0RSTP1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7VCCP0.0P0.1P0.2P0.3P0.4P0.5P0.6P0.7EAALEPSENP2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0GNDVCCVCC12345678A0A1A2GNDVCCWPSCLSDA串 行 EEPROM24C08+220F电 解 电 容P3.4P3.5T0T1104瓷 片 电 容2KR2KR12345678910111213141516C1+V+C1-C2+C2-V-T2outR2inVccGNDT1outR1inR1outT1inT2inR2outRS232MAX232CPE104独 石 电 容104独 石 电 容104独 石 电 容104独 石 电 容VCC104独 石 电 容P3.0P3.151-RXD51-TXD162738495串 口 通 讯 电 缆 线 PC端 子DB9PC-RXDPC-TXDPC-TXDPC-RXD11.0592MHz30pF30pFXTAL2XTAL112345678123456781234567899排 阻102P0.0P0.1P0.2P0.3P0.4P0.5P0.6P0.7123456781615141312111091K81K9015PNP9015PNP9015PNP9015PNP1KR1KR1KR1KRP2.7P2.6P2.5P2.4VCC1234J1BUTTEN1234J2BUTTEN1234J3BUTTEN1234J4BUTTEN1234J5BUTTEN1234J6BUTTEN1234J7BUTTEN1234J8BUTTEN1234J9BUTTEN1234J10BUTTEN1234J11BUTTEN1234J12BUTTENP2.0P2.1P2.2P2.4P2.5P2.6P2.7按 下 按 钮 1-3、 2-4接 通1234J13BUTTEN1234J14BUTTEN1234J15BUTTEN1234J16BUTTENP2.3ED DP CG S4S1 A FS2 S3 B四 合 一 七 段 显 示 器5461CS1SO2WP3Vss4SI5SCK6RST7Vcc8集 上 电 复 位 、 看 门 狗 定 时 器 、 电 源 电 压 监 控 和 串 行 EEPROMX250451234RESET22F2.2KRSTVCC按 下 按 钮 1-3、 2-4接 通12跳 线 帽2.54跳 线VCCA01A12A23A34A45A56A67A78A89A911A1012GND10REF-13REF+14DATAO16DATAI17EOC19VCC20CLOCK18CS15串 行 ADTLC2543VCCVCCVCC51-RXD51-TXD1M1M+1_23A1AMPLIFER100K+1_23A1AMPLIFER50K100K5V5V10K电 压 检 测 电 路500K+1_23A1AMPLIFER50K+1_23A1AMPLIFER50K100K5V5V10K电 流 检 测 电 路电流互感器火线火线串 行 AD通 道500K江娟娟江娟娟 安徽工程大学电气工程学院自动化教研室安徽工程大学电气工程学院自动化教研室12单片机原理与应用单片机原理与应用 本门课程主要的教学内容：本门课程主要的教学内容：n单片微型机的基本工作原理单片微型机的基本工作原理n汇编语言程序设计方法汇编语言程序设计方法n单片微型计算机应用单片微型计算机应用n单片微型计算机应用系统设计方法单片微型计算机应用系统设计方法学习方法？学习方法？ 掌握单片机应用系统硬件原理的分析方法。掌握单片机应用系统硬件原理的分析方法。 单片机与外部设备连接的原理是什么？单片机与外部设备连接的原理是什么？ 掌握软件设计与调试的基本技能。掌握软件设计与调试的基本技能。江娟娟江娟娟 安徽工程大学电气工程学院自动化教研室安徽工程大学电气工程学院自动化教研室13单片机学习邮箱： mcudsp_auts163密码： auts_mcu_dsp单片机学习网站网址： laogu 21ic单片机参考书籍： 李广弟，李广弟，单片机基础单片机基础（修订本）（修订本）北京：北京航空航天大学出版社，北京：北京航空航天大学出版社，2019 年年 江娟娟江娟娟 安徽工程大学电气工程学院自动化教研室安徽工程大学电气工程学院自动化教研室14第一章 单片机概述 讲授内容：讲授内容：1. 有关微型计算机、单片机的概念有关微型计算机、单片机的概念2. 单片机的一般结构及特点单片机的一般结构及特点3. 单片机的发展过程单片机的发展过程4. 常用单片机系列简介常用单片机系列简介5. 单片机的应用领域单片机的应用领域6. 数制、码制复习数制、码制复习 本章重点：本章重点： 1. 微处理器、微机和单片机的基本概念、单片机的结构特点微处理器、微机和单片机的基本概念、单片机的结构特点 与应用。与应用。 2.数制、码制数制、码制江娟娟江娟娟 安徽工程大学电气工程学院自动化教研室安徽工程大学电气工程学院自动化教研室15回回 顾：有关微型计算机的基础知识顾：有关微型计算机的基础知识 第一节第一节 微型计算机与单片机微型计算机与单片机 常见微型计算机的外形常见微型计算机的外形一、微型计算机、微处理器和单片机的概念一、微型计算机、微处理器和单片机的概念1 1、微型计算机的硬件结构、微型计算机的硬件结构江娟娟江娟娟 安徽工程大学电气工程学院自动化教研室安徽工程大学电气工程学院自动化教研室16 微型计算机的硬件组成微型计算机的硬件组成江娟娟江娟娟 安徽工程大学电气工程学院自动化教研室安徽工程大学电气工程学院自动化教研室17 主板显卡显卡声卡声卡存储器接口存储器接口网卡网卡输入输出输入输出接口接口内存条内存条CPU微微型型计计算算机机系系统统通通常常由由多多块块印印刷刷电电路路板板制制成成江娟娟江娟娟 安徽工程大学电气工程学院自动化教研室安徽工程大学电气工程学院自动化教研室18 软软 件件+ + 系系 统统 微型计算机的硬件内部结构微型计算机的硬件内部结构 微型计算机系统微型计算机系统硬件系统硬件系统：构成微型计算机：构成微型计算机的实体和装置，如微处理器，的实体和装置，如微处理器，存储器，总线，存储器，总线，I/OI/O接口等；接口等；软件系统软件系统：微型计算机系统：微型计算机系统所使用的各种程序的总称，如所使用的各种程序的总称，如系统软件，应用软件等。系统软件，应用软件等。江娟娟江娟娟 安徽工程大学电气工程学院自动化教研室安徽工程大学电气工程学院自动化教研室192 2、单片微型计算机、单片微型计算机 单片微型计算机的概念单片微型计算机的概念(P1.第一段第一段) 单单 硅硅 晶晶 片片 CPU存储器存储器控制电路控制电路定时器定时器时钟电路时钟电路I / O口口简单地说，单片微型简单地说，单片微型计算机是指计算机是指集成在一集成在一个芯片上个芯片上的微型计算的微型计算机机。江娟娟江娟娟 安徽工程大学电气工程学院自动化教研室安徽工程大学电气工程学院自动化教研室20 微微处理处理器器（Microprocessor）微型计算机的控制和运算器部分；微型计算机的控制和运算器部分； 微微控制控制器（器（Microcontroller Unit ）为了强调单片机的控制特点，为了强调单片机的控制特点， 将其称为微控制器；将其称为微控制器； 微型计算机微型计算机（Microcomputer）有完整运算及控制功能的计算机，有完整运算及控制功能的计算机， 包括微处理器、存储器、输入包括微处理器、存储器、输入/输出输出(I/O)接口电路以及输入接口电路以及输入/输出设备等输出设备等； 单片机单片机(single chip microcomputer)直译为单片微型计算机，它将直译为单片微型计算机，它将 CPU、RAM、ROM、定时器、定时器/计数器、输入计数器、输入/输出输出(I/O)接口电路、中断、接口电路、中断、 串行通信接口等主要计算机部件集成在一块大规模集成电路芯片上，具有一串行通信接口等主要计算机部件集成在一块大规模集成电路芯片上，具有一台计算机的属性，即组成单片微型计算机，简称为单片机台计算机的属性，即组成单片微型计算机，简称为单片机 。 单片机的形态只是一块芯片单片机的形态只是一块芯片，但是它已具有了微型计算机的组成结构和功，但是它已具有了微型计算机的组成结构和功能。由于单片机的结构特点，在实际应用中常常将它完全融入应用系统之中，能。由于单片机的结构特点，在实际应用中常常将它完全融入应用系统之中，故而也有将单片机称为故而也有将单片机称为嵌入式嵌入式微控制器微控制器(Embedded microcontroller)。 列举几个名称列举几个名称(P1.第二段第二段)江娟娟江娟娟 安徽工程大学电气工程学院自动化教研室安徽工程大学电气工程学院自动化教研室21二、单片机的一般结构及特点二、单片机的一般结构及特点 从体系结构来看，一般一般 单片机有单片机有2种基本结构形式：种基本结构形式： 一种是在通用微型计算机中广泛采用的将程序存储器和数据存储器合用一个存储空间的结构，称为称为冯冯诺依曼结构诺依曼结构； 另一种是将程序存储器和数据存储器截然分开，分别寻址的结构，称为哈哈佛佛(Harvard)结构结构。目前的单片机以采用程序存储器和数据存储器截然分开的结构较多。第二节第二节 单片机的一般结构及特点单片机的一般结构及特点 1 1、单片机的基本结构、单片机的基本结构江娟娟江娟娟 安徽工程大学电气工程学院自动化教研室安徽工程大学电气工程学院自动化教研室22一般根据控制应用需要，又可设计成通用型通用型单片机、专用型专用型单片机。(P1.第三段) 通用型通用型单片机：是一种基本芯片，内部资源较丰富，性能全面且适应性强，能覆盖多种应用需求。 专用型专用型单片机：专门针对某个特定产品或控制应用而专门设计的，设计时考虑系统结构最简化、软硬件资源利用最优化、可靠性和成本最佳化。2 2、单片机的内部结构、单片机的内部结构江娟娟江娟娟 安徽工程大学电气工程学院自动化教研室安徽工程大学电气工程学院自动化教研室23 单片机的中央处理器单片机的中央处理器(CPU)和通用微处理器基本相同，只是增设了和通用微处理器基本相同，只是增设了“面向控制面向控制”的处理功能。例如：位处理、查表、多种跳转、乘除法运的处理功能。例如：位处理、查表、多种跳转、乘除法运算、状态检测、中断处理功能等，增强了控制的实用性和灵活性。算、状态检测、中断处理功能等，增强了控制的实用性和灵活性。江娟娟江娟娟 安徽工程大学电气工程学院自动化教研室安徽工程大学电气工程学院自动化教研室243 3、单片机的特点、单片机的特点 体积小，重量轻体积小，重量轻电源单一，功耗低电源单一，功耗低 功能强，价格低功能强，价格低 运行速度快，抗干扰能力强，可靠性高运行速度快，抗干扰能力强，可靠性高4 4、单片机的芯片封装形式、单片机的芯片封装形式双列直插式双列直插式贴片式贴片式可以直接嵌入到电子产品可以直接嵌入到电子产品中中嵌入式应用系统嵌入式应用系统江娟娟江娟娟 安徽工程大学电气工程学院自动化教研室安徽工程大学电气工程学院自动化教研室255 5、单片机应用系统、单片机应用系统 掌握单片机应用系统硬件原理掌握单片机应用系统硬件原理 的分析方法。的分析方法。单片机与外部设备连接的原理是什么？单片机与外部设备连接的原理是什么？ 掌握软件设计与调试的基本技能。掌握软件设计与调试的基本技能。江娟娟江娟娟 安徽工程大学电气工程学院自动化教研室安徽工程大学电气工程学院自动化教研室26三、单片机的历史与发展三、单片机的历史与发展第一阶段:(1974-1976) 单片机初级阶段，以仙童公司的F8为代表。第二阶段:(1976-1978) 低性能单片机阶段，以MCS-48系列单片机为代表。 第三阶段:(1978-至今) 高性能单片机阶段，以MCS-51系列单片机为代表。 第四阶段:(1982-至今)在8位单片机基础上，推出16位、32位单片机，是单片机向微控制器发展的阶段。第三节第三节 单片机的发展过程单片机的发展过程1 1、单片机的发展过程、单片机的发展过程单片机的发展经历了由单片机的发展经历了由1位到位到4位位，4位到位到8位，再到位，再到16位位/32位机的发位机的发展过程。展过程。8位指的是什么？位指的是什么？单片机单片机CPU内部总线的个数，即内部总线的个数，即有多少条总线，这也就决有多少条总线，这也就决定了单元的个数！定了单元的个数！ 目前，目前，8位机仍是单片机的主流机型位机仍是单片机的主流机型，教学中选用，教学中选用MCS-51系列单片机，系列单片机，主要因为其通用性强，应用广泛。主要因为其通用性强，应用广泛。江娟娟江娟娟 安徽工程大学电气工程学院自动化教研室安徽工程大学电气工程学院自动化教研室27第四节第四节 常用单片机系列常用单片机系列 ATMEL单片机单片机 ATMEL公司所生产的ATMEL89系列单片机（简称89系列单片机），就是基于Intel公司的MCS-5l系列而研制的，该公司技术优势在于Flash存储器技术。 应用较多的有： AT89C51系列 STC89C51/52系列 SST89系列 AT-tiny、AT90/、ATmega等系列的AVR单片机 这些都是一种可下载的Flash单片机，它和IBM微机通信进行下载程序十分方便。1 1、常用单片机系列的简介、常用单片机系列的简介江娟娟江娟娟 安徽工程大学电气工程学院自动化教研室安徽工程大学电气工程学院自动化教研室28 Philips单片机单片机 Philips公司的的单片机都属于MCS-51系列兼容的单片机。 Maxim-Dallas单片机单片机 WinBond单片机单片机 Motorola单片机单片机其他公司的单片机其他公司的单片机 1）NEC单片机； 2）东芝单片机； 3）Epson单片机； 提示：经常上网查询，关注发展动态江娟娟江娟娟 安徽工程大学电气工程学院自动化教研室安徽工程大学电气工程学院自动化教研室29第五节第五节 单片机的应用领域单片机的应用领域 1 1、工业方面、工业方面电梯、生产工具、生产设备、黑匣子（安装于飞机、轮船上，用于实时保存重要的数据和参数）2 2、民用方面、民用方面数码照相机、电视机、收音机、空调、洗衣机、电饭煲等。一般电脑电饭煲，内部只有一个单片机，这种控制系统是单核嵌入；对于分体式空调，室内机与室外机中分别有1个单片机，为双核嵌入结构。江娟娟江娟娟 安徽工程大学电气工程学院自动化教研室安徽工程大学电气工程学院自动化教研室303 3、电讯方面、电讯方面手机、CALL机、电话机、交换机4 4、汽车方面、汽车方面越高档的汽车越能见到单片机的应用。江娟娟江娟娟 安徽工程大学电气工程学院自动化教研室安徽工程大学电气工程学院自动化教研室315 5、数据处理方面、数据处理方面打印机等6 6、智能仪表方面、智能仪表方面智能化仪表内部基本上都是用单片机进行信息控制与处理，扩展了单片机在智能仪器中的应用。江娟娟江娟娟 安徽工程大学电气工程学院自动化教研室安徽工程大学电气工程学院自动化教研室32（1）总线）总线(BUS) 总线是连接总线是连接CPU与各功能部件并进行信息传递的公共通道。总线与各功能部件并进行信息传递的公共通道。总线通常分为三种，即数据总线通常分为三种，即数据总线(DB)地址总线地址总线(AB)和控制总线和控制总线(CB)。 复习一复习一 微型计算机的基本结构及工作原理微型计算机的基本结构及工作原理 1. 微型计算机的基本结构微型计算机的基本结构 微型计算机微型计算机由微处理器（由微处理器（CPU）、存储器、）、存储器、 输入输出接输入输出接口（口（I/O接口）三部分组成，各部分用总线相连。接口）三部分组成，各部分用总线相连。江娟娟江娟娟 安徽工程大学电气工程学院自动化教研室安徽工程大学电气工程学院自动化教研室33 (2)输入输出输入输出(I/O)接口接口 由于由于I/O设备中类繁多，它们在速度、电平、功率、信息设备中类繁多，它们在速度、电平、功率、信息形式等很多方面有很大差别，不能直接与形式等很多方面有很大差别，不能直接与CPU连接，必须经连接，必须经过过I/O接口电路解决它们之间的匹配问题。接口电路解决它们之间的匹配问题。 (3) 存储器存储器 存储器分类存储器分类 存储器存储的信息存储器存储的信息 存储器的读写操作过程存储器的读写操作过程 江娟娟江娟娟 安徽工程大学电气工程学院自动化教研室安徽工程大学电气工程学院自动化教研室34(4)微处理器（微处理器（CPU） 运算器运算器 寄存器阵列寄存器阵列 控制器控制器 内部总线内部总线 2. 复习基本概念与常用术语复习基本概念与常用术语（1）位）位(Bit) 位是计算中构成信息的最小单位，表示二进制数位是计算中构成信息的最小单位，表示二进制数中的某个数位中的某个数位“0”或或“1”。Bit是是Binarg Digit的缩写。的缩写。（2）字）字(Word) 字是字是CPU与输入与输入/输出设备和存储器之间传送输出设备和存储器之间传送数据的基本单位，由若干位组成它与数据总线的宽度数据的基本单位，由若干位组成它与数据总线的宽度(根数根数)一一致。致。（3）字节）字节(Byte) 一字节为一字节为8位位(bit)。江娟娟江娟娟 安徽工程大学电气工程学院自动化教研室安徽工程大学电气工程学院自动化教研室35（4）指令）指令(Instruction)： 指规定计算机完成某种操作的命指规定计算机完成某种操作的命令。目前计算机只能直接识别由二进制编码的指令，即机器令。目前计算机只能直接识别由二进制编码的指令，即机器码码（5）指令系统）指令系统(Instnction Set)：指一台计算机所能识别的全：指一台计算机所能识别的全部指令的集合。部指令的集合。 。 （6）程序）程序(Progrom)：为完成特定任务而设计的一组指令有：为完成特定任务而设计的一组指令有序的集合。序的集合。（7）地址）地址(Address)地址指存贮单元的编号。地址指存贮单元的编号。（8）K和和KB计算机的存储器容量较大，计算机的存储器容量较大，K和和KB常用作计算常用作计算存储器存储器 容量的单位容量的单位 1K=210=1024; KB=1024Byte。 （9） 关于时序的概念关于时序的概念 所谓时序，就是计算机在工作过程中，所谓时序，就是计算机在工作过程中，CPU控制器所发出控制器所发出的一系列控制信号在时间上的相互关系。的一系列控制信号在时间上的相互关系。江娟娟江娟娟 安徽工程大学电气工程学院自动化教研室安徽工程大学电气工程学院自动化教研室36复习内容复习内容 二二 计算机系统中的数制、码制复习计算机系统中的数制、码制复习1.数制及其互换数制及其互换 常用数制：十进制、二进制、十六进制和八进制常用数制：十进制、二进制、十六进制和八进制十进制：符合人们的习惯。十进制：符合人们的习惯。二进制：便于物理实现。二进制：便于物理实现。十六进制：便于识别、书写。十六进制：便于识别、书写。二进制二进制特点：以特点：以2 2为底（基数），逢为底（基数），逢2 2进位；只有进位；只有0 0、1 1两个符号。两个符号。（B）2=Bn-1*2n-1+Bn-2*2n-2+B0*20+B-1*2-1+.+B-m*2-m十六进制十六进制特点：以特点：以1616为底（基数），逢为底（基数），逢1616进位。进位。（B）16=Bn-1*16n-1+Bn-2*16n-2+B0*160+B-1*16-1+.+B-m*16-m江娟娟江娟娟 安徽工程大学电气工程学院自动化教研室安徽工程大学电气工程学院自动化教研室37各进制数间的转换各进制数间的转换非十进制到十进制的转换非十进制到十进制的转换 方法：按相应进位计数制的权表达式展开（待转换的数按位展开，方法：按相应进位计数制的权表达式展开（待转换的数按位展开，各位数乘以相应的权值，再进行相加运算）。各位数乘以相应的权值，再进行相加运算）。 10110010B=( ? )10 13FAH =( ? )10 二进制与十六进制的转换二进制与十六进制的转换方法：用方法：用4 4位二进制数表示位二进制数表示1 1位十六进制数。位十六进制数。例：例： 010110001001.1100 5 8 9 . C十六进制与二进制的转换十六进制与二进制的转换方法：方法：84218421码码江娟娟江娟娟 安徽工程大学电气工程学院自动化教研室安徽工程大学电气工程学院自动化教研室382 2）十进制到非十进制的转换）十进制到非十进制的转换 十进制到二进制转换：十进制到二进制转换： 整数部分：除整数部分：除2取余；取余； 小数部分：乘小数部分：乘2取整。取整。 (12.125)10=( ? )2 十进制到十六进制转换：十进制到十六进制转换： 整数部分：除整数部分：除16取余；取余； 小数部分：乘小数部分：乘16取整。取整。以小数点为起点，求得整数和小数的各个位。以小数点为起点，求得整数和小数的各个位。江娟娟江娟娟 安徽工程大学电气工程学院自动化教研室安徽工程大学电气工程学院自动化教研室392.2.二进制数的运算二进制数的运算二进制数分为二进制数分为无符号无符号二进制数和二进制数和有符号有符号二进制数。运算分二进制数。运算分为算术运算和逻辑运算。为算术运算和逻辑运算。 有符号数的定义有符号数的定义 计算机中有符号数的表示方法：计算机中有符号数的表示方法：将二进制数的将二进制数的最高位最高位定义为定义为符号位，符号位，符号位符号位=0，是是正数正数符号位符号位=1，是是负数负数 无符号数无符号数一个一个N位的无符号二进制数位的无符号二进制数X的表示范围为的表示范围为0,2n-1,若运算结果超若运算结果超出这个范围出这个范围,则产生溢出。则产生溢出。判别方法：运算时，当最高位向更高位有进位（或借位）时，则判别方法：运算时，当最高位向更高位有进位（或借位）时，则产生溢出。产生溢出。例：例： 1 1 1 1 1 1 1 1 + 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 江娟娟江娟娟 安徽工程大学电气工程学院自动化教研室安徽工程大学电气工程学院自动化教研室40逻辑运算逻辑运算 与与, ,或或, ,非非, ,异或异或特点：按位运算，无进借位。特点：按位运算，无进借位。 逻辑与逻辑与逻辑逻辑“与与”的特点：凡是与的特点：凡是与“0”相与的，都相与的，都是是0；与；与“1”相与的，原来是什么还是什么相与的，原来是什么还是什么机器数：连同符号位一起数值化了的数。机器数：连同符号位一起数值化了的数。真值：机器数所表示的真实的数值。真值：机器数所表示的真实的数值。 +52=+0110100=00110100江娟娟江娟娟 安徽工程大学电气工程学院自动化教研室安徽工程大学电气工程学院自动化教研室41无符号数的算术运算无符号数的算术运算 加法：加法：1+1=0（有进位）（有进位）减法：减法：0-1=1（有借位）（有借位）乘法：乘以乘法：乘以2相当于左移一位相当于左移一位除法：除以除法：除以2相当于右移一位相当于右移一位例：例： 00001011*0100=00101100B 00001011/0100=00000010B 逻辑非逻辑非逻辑逻辑“非非”的特点：的特点：0的非是的非是1，1的非是的非是0。 逻辑异或逻辑异或逻辑逻辑“异或异或”的特点：两个状态不相同，则取的特点：两个状态不相同，则取1；相同则取；相同则取0。 逻辑或逻辑或逻辑逻辑“或或”的特点：无论原来是的特点：无论原来是0还是还是1，只，只要和要和1相或，就为相或，就为1；和；和0相或，还是它本身。相或，还是它本身。江娟娟江娟娟 安徽工程大学电气工程学院自动化教研室安徽工程大学电气工程学院自动化教研室423.原码、反码、补码原码、反码、补码特点：特点： 8位二进制数表示原码、反码、补码的范围 (-127+127、-127+127、-128+127) 补码的运算 在微型计算机中，带符号数用补码表示，减法可用补码相加来实在微型计算机中，带符号数用补码表示，减法可用补码相加来实现，运算结果为补码。现，运算结果为补码。江娟娟江娟娟 安徽工程大学电气工程学院自动化教研室安徽工程大学电气工程学院自动化教研室43主要内容主要内容：1.MCS-51单片机组成（结构、引脚功能）单片机组成（结构、引脚功能）2.MCS-51单片机存储器组织与操作单片机存储器组织与操作 3.MCS-51单片机并行单片机并行I/O端口端口4.MCS-51单片机的时钟与定时单片机的时钟与定时5.MCS-51单片机的系统复位单片机的系统复位6.单片机的工作过程单片机的工作过程重点理解重点理解： 1.MCS-51系列单片机存储器结构特点系列单片机存储器结构特点2. 单片机特殊功能寄存器的作用单片机特殊功能寄存器的作用3.不同场合下单片机引脚的复用功能不同场合下单片机引脚的复用功能4. 单片机的位处理功能及其作用单片机的位处理功能及其作用第二章 MCS-51单片机的硬件结构与工作原理江娟娟江娟娟 安徽工程大学电气工程学院自动化教研室安徽工程大学电气工程学院自动化教研室44时钟源T0 T1 P0 P1 P2 P3 TXD RXD INT0 INT1时钟电路SFR和RAMROM定时/计数器 CPU串行I/O口中断系统并行I/O口系统总线图图2-1 MCS-51系列单片机片内结构系列单片机片内结构8位CPU、只读存储器EPROMROM、读写存储器RAM、并行IO口、串行IO口、定时器计数器、中断系统、振荡器和时钟电路等部分组成。各部分之间通过内部总线相连。 第一节第一节 MCS-51系列单片机的硬件结构系列单片机的硬件结构 一、单片机的硬件结构一、单片机的硬件结构课本课本11页图页图2-1江娟娟江娟娟 安徽工程大学电气工程学院自动化教研室安徽工程大学电气工程学院自动化教研室451 1、MCS-51单片机的基本组成单片机的基本组成中央处理单元中央处理单元CPU： 8位，数据处理（运算）和控制功能（如位测试、置位、复位）。位，数据处理（运算）和控制功能（如位测试、置位、复位）。内部内部RAM：共有：共有128个个RAM单元（单元（52系列为系列为256B），用来存储单片机运行期间的工），用来存储单片机运行期间的工作变量、运算的中间结果、数据暂存和缓冲、标志位等。作变量、运算的中间结果、数据暂存和缓冲、标志位等。内部内部ROM：4KB ROM（8031无无ROM，8751有有4KB EPROM），用于存放程），用于存放程序、原始数据和表格。序、原始数据和表格。定时定时/ /计数器计数器: : 两个两个16位的定时位的定时/计数器，实现定时或计数的功能。计数器，实现定时或计数的功能。并行输入并行输入/输出输出I / O口：口：4个个8位的位的I/O口口P0、P1、P2、P3。串行口：一个全双工串行口。串行口：一个全双工串行口。中断控制系统：中断控制系统：5个中断源（外部中断个中断源（外部中断2个，定时个，定时/计数中断计数中断2个，串行中断个，串行中断1个）个）时钟电路：可产生时钟脉冲序列，允许晶振时钟电路：可产生时钟脉冲序列，允许晶振频率是频率是6MHZ和和12MHZ。位处理器：布尔处理器，有较强的位处理功能。位处理器：布尔处理器，有较强的位处理功能。内部总线：上述部件通过总线连接起来，构成一个完整的计算机系统。芯片内的地址内部总线：上述部件通过总线连接起来，构成一个完整的计算机系统。芯片内的地址信号、数据信号和控制信号是通过总线传递的。信号、数据信号和控制信号是通过总线传递的。特殊功能寄存器：特殊功能寄存器：21个个SFR，用于，用于CPU对片内各功能部件进行管理、控制、监视。对片内各功能部件进行管理、控制、监视。江娟娟江娟娟 安徽工程大学电气工程学院自动化教研室安徽工程大学电气工程学院自动化教研室46中央处理器中央处理器CPUDPTRIDIRIPPCPSWBACCAALUCPU数据指针控制逻辑电路指令译码器指令寄存器指令指针程序计数器控制器程序状态字寄存器累加器算术逻辑单元运算器组成：组成：主要包括运算器和控制器两部分。主要包括运算器和控制器两部分。地位：地位：中央处理器（中央处理器（CPU）是单片机最核心的部分，是指挥中心和执行机构。）是单片机最核心的部分，是指挥中心和执行机构。功能：功能：读入、分析每条指令，根据指令要求，控制部件完成特定的功能。读入、分析每条指令，根据指令要求，控制部件完成特定的功能。CPU组成组成课本课本15页页CPU江娟娟江娟娟 安徽工程大学电气工程学院自动化教研室安徽工程大学电气工程学院自动化教研室47（1）是）是CPU中使用最频繁的中使用最频繁的8位寄存器，位寄存器，CPU中的数据传送大多通过中的数据传送大多通过A。（2）A是是ALU单元的数据处理源之一，又是单元的数据处理源之一，又是ALU运算结果的存放单元，运算结果的存放单元， 如如ADD A, #data（3）因为）因为A用的最频繁，容易产生堵塞现象，这是累加器结构特有的瓶颈现象。用的最频繁，容易产生堵塞现象，这是累加器结构特有的瓶颈现象。（1）B是专门为执行乘除运算而设置的是专门为执行乘除运算而设置的8位寄存器。位寄存器。（2）不在执行乘除指令的情况下，可以把寄存器）不在执行乘除指令的情况下，可以把寄存器B当作一个普通的寄存器使用。当作一个普通的寄存器使用。（1）完成二进制数的加、减、乘、除四则运算）完成二进制数的加、减、乘、除四则运算（2）完成逻辑与、或、异或、循环、求补、清零等操作。）完成逻辑与、或、异或、循环、求补、清零等操作。（3）进行位处理操作，如置位、清零、求补、测试转移、逻辑与、或等。）进行位处理操作，如置位、清零、求补、测试转移、逻辑与、或等。（4）根据运算的结果改变程序状态字）根据运算的结果改变程序状态字PSW的值。的值。 算术逻辑单元算术逻辑单元ALU 累加器累加器A（ACC） 寄存器寄存器B 程序状态字程序状态字PSWPSW用来存放程序运行的状态信息。用来存放程序运行的状态信息。课本课本23页页 江娟娟江娟娟 安徽工程大学电气工程学院自动化教研室安徽工程大学电气工程学院自动化教研室48课本课本16页页 图图2-4 PSW的格式的格式江娟娟江娟娟 安徽工程大学电气工程学院自动化教研室安徽工程大学电气工程学院自动化教研室49（1）PC内容为内容为下一条将要执行的指令在程序存储器中的地址下一条将要执行的指令在程序存储器中的地址。（2）PC是一个是一个16位位的计数器，寻址范围达的计数器，寻址范围达64KB。（3）PC没有地址，是不可寻址的（但物理上存在的），因此用户无法没有地址，是不可寻址的（但物理上存在的），因此用户无法 对它进行读对它进行读/写。写。（4）PC有自动加有自动加1功能，从而实现程序的顺序执行。功能，从而实现程序的顺序执行。（5）可能通过转移、调用返回等指令改变）可能通过转移、调用返回等指令改变PC值，以实现程序的转移。值，以实现程序的转移。 程序计数器程序计数器PC 数据指针数据指针DPTR（1）DPTR是唯一一个用户可使用的是唯一一个用户可使用的16位寄存器，由两个位寄存