最新单片机原理第1章ppt课件.ppt

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1、http:/ 葛葛 化化 敏敏 南京信息工程大学仪器科学系南京信息工程大学仪器科学系 http:/ n通用CPU模块。 n嵌入式微处理器(Embedded Processor)。 n嵌入式微控制器(Embedded Microcontrollers)。 嵌入式微控制器是嵌入式系统概念广泛使用后，给传统单片机定位的称呼。 单片机是经典的嵌入式系统，它具有唯一的专门为嵌入式应用设计的体系结构与指令系统 。 国内外公认的标准体系结构是Intel的MCS-51系列，其中8051已被许多厂家作为基核，发展了许多兼容系列，所有这些系列都统称为80C51系列。 http:/ n第一阶段(19741976)初

2、始阶段。以4位单片机为主，功能比较简单。如1974年美国Fairchild公司生产的第一台单片机F8，采用双片形式，功能简单。 n第二阶段(19761978)探索阶段。单芯片形式，低档8位单片机。如1976年美国Intel公司生产的MCS-48系列单片机，这是第一台完全的8位单片机。MCS-48的推出是在工控领域的探索，此后，各种8位单片机纷纷应运而生。n第三阶段(19781982)完善阶段。提高电路的集成度，增加8位单片机的功能。如Intel公司在MCS-48基础上推出了完善的高档8位单片机系列MCS-51。n第四阶段(19821990) 巩固和发展阶段。巩固发展8位单片机、推出16位单片机

3、、向微控制器发展，强化了智能控制器的特征 。 如将ADC、DAC、PWM、WDT、DMA集成到单片机 。n第五阶段(1990至今) 全面发展阶段。适合不同领域要求的单片机，如各种高速、大存储容量、强运算能力的8 位/16位/32位通用型单片机，还有用于单一领域的廉价的专用型单片机。 http:/ 单片机的主要特点单片机的主要特点 n集成度高 n控制功能强 n可靠性高 n低功耗、低电压 n外部总线丰富 n功能扩展性强 n体积小、成本低 n性价比高 http:/ 单片机的分类单片机的分类 n按单片机数据处理位数来划分 4位单片机 8位单片机 16位单片机 32位单片机 n按单片机适用范围来划分 通

4、用型单片机 专用型单片机 n按单片机并行总线来划分 总线型单片机（如AT89C51 ） 非总线型单片机（如AT89C2051 ） http:/ 单片机的发展趋势单片机的发展趋势nCMOS化单片机将具有更低的功耗、更低的电压。 n高性能化精简指令集(RISC)结构和流水线技术将得到广泛应用 。n高可靠性提高单片机的抗电磁干扰能力 。 n大容量化扩大片内存储器容量。 n多功能化把众多的各种外围功能器件集成在片内，如模/数转换器、数/模转换器、液晶显示驱动器 等。 n串行扩展技术 SPI、I2C、Microwire、1-Wire等串行总线的引入，可以使单片机的引脚设计得更少，单片机系统结构更加简化。

5、 http:/ 目前世界上较为著名的8位单片机的生产厂家和主要机型如下。n 美国Intel公司：MCS-51系列及其增强型系列n 美国Motorola公司：6801系列和6805系列n 美国Atmel公司：89C51系列n 美国Zilog公司：Z8系列及SUPER8n 美国Fairchild公司：F8系列和3870系列n 美国Rockwell公司：65001系列n 美国TI(德克萨司仪器仪表)公司：TMS7000系列n NS(美国国家半导体)公司：NS8070系列n 美国RCA(无线电)公司：CDPl800系列n 日本松下(National)公司：MN6800系列n 日本NEC(电气)公司：(

6、COM87(PD7800)系列n 日本HITACHI(日立)公司：HD6301HD63L05HD6305n 荷兰PHILIPS(菲力浦)公司：8XC552系列n虽然单片机的品种很多，但在我国使用最多的还是Intel公司的MCS-51系列单片机。MCS-51系列单片机是在MCS-48系列的基础上于20世纪80年代初发展起来的，虽然它仍然是8位的单片机，但它品种齐全、兼容性强、性能价格比高。且软硬件应用设计资料丰富，已为广大工程技术人员所熟悉，因此在我国得到了广泛的应用。http:/ 1.2.1 智能仪器的应用智能仪器的应用 n1.2.2 1.2.2 通信设备的应用通信设备的应用 n1.2.3 1

7、.2.3 家用电器的应用家用电器的应用 n1.2.4 1.2.4 工业控制的应用工业控制的应用 http:/ http:/ http:/ http:/ http:/ 电动车控制方案如下图所示。 智能电动车控制方案 http:/ 1.3.1 数制数制 n1.3.2 1.3.2 有符号二进制数的编码有符号二进制数的编码 n1.3.3 1.3.3 二进制编码二进制编码 http:/ http:/ n十进制数一般有以下特点：l有09十个数字符号，基数为10，各位的权为10n(n为整数)。l运算规则是加法逢十进一、减法借一为十。l用后缀D(Decimal)表示十进制数，通常对十进制数可不加后缀。 htt

8、p:/ 1986.129=1103+9102+8101+6100+110-1 +210-2+910-3 上式中100、101、102、103分别称为0权位、1权位、2权位、3权位。 http:/ n二进制数一般有以下特点：l有0、1两个数字符号，基数为2，各位的权为2n(n为整数)。 l运算规则是加法逢二进一、减法借一为二。 l用后缀B(Binary)表示二进制数。http:/ 1011.11B=123+022+121+120+12-1+12-2 =11.75 由上式可知，二进制数1011.11B相当于十进制数11.75。 http:/ n十六进制数一般有以下特点：l有09及AF十六个数字符号

9、，基数为16，各位的权为16n(n为整数)。 l运算规则是加法逢十六进一、减法借一为十六。 l用后缀H(Hexadecimal)表示十六进制数。 http:/ =23918.25 由上式可知，十六进制数5D6E.4相当于十进制数23918.25。 http:/ n十六进制数转换成二进制数采用“一位分四位”法 n二进制数转换成十进制数按权展开后相加 n十六进制数转换成十进制数按权展开后相加 n十进制整数转换成二进制整数采用“除以2取余”法n十进制整数转换成十六进制整数采用“除以16取余”法n十进制小数转换成二进制小数采用“乘2取整”法 n十进制小数转换成十六进制小数采用“乘16取整”法 http

10、:/ 将十进制整数100转换成二进制整数。解：用2连续除100，直至商小于2，算式如下： 运算结果：100=1100100B。 http:/ 将十进制小数0.618转换成二进制小数。解：用2连续乘以0.618，小数部分为0或保留4位小数，算式如下： 运算结果：0.6180.1001B。 http:/ 基本概念基本概念n在计算机中把有符号数、字母、数字和字符用二进制代码按一定规律编排，使每组代码具有特定的含义，称为计算机编码。 n有符号二进制数的正负号分别用有符号二进制数的正负号分别用“+”+”和和“-”-”来表示。一来表示。一般规定最高位为般规定最高位为符号位符号位，最高位为，最高位为“0”0

11、”表示正数，为表示正数，为“1”1”表示负数，这种把符号数值化的数称为表示负数，这种把符号数值化的数称为机器数机器数，而原来的，而原来的数值称为机器数的数值称为机器数的真值真值。n有符号二进制数有三种表示法，即有符号二进制数有三种表示法，即原码原码、反码反码和和补码补码。 http:/ 正数的符号位用“0”表示。 负数的符号位用“1”表示。n0的原码有两种表示形式： +0原= 00000000 -0原= 10000000n原码的特点： 原码表示简单直观，但0的表示不唯一，加减运算复杂。n8位二进制数的原码能表示的范围为 11111111B01111111B (-127+127) http:/

12、正数的反码与原码表示形式相同。 负数的反码的符号位为1，数值位按位取反。n0的反码有两种表示形式。 +0反= 00000000 -0反= 11111111n8位二进制数的反码能表示的范围为 10000000B01111111B (-127+127)http:/ 正数的补码表示与原码表示形式相同。 负数的补码的符号位为1，数值位按位求反加1。n0的补码只有一种表示形式： +0补= -0补= 00000000n补码的特点： 0的表示唯一，加减运算方便。n8位二进制数的补码能表示的范围为 10000000B01111111B (-128+127) http:/ X+Y补=X补+Y补n补码的减法运算规

13、则： X-Y补=X补-Y补=X补+-Y补n在计算机中有符号数一般用补码表示，无论是加法还是减法都可采用加法运算，而且是连同符号位一起进行运算的，运算的结果仍为补码。 http:/ 真值X1=+17，X2=+25，求X1-X2的值。解：X1补=00010001 -X2补=11100111 X1-X2补=X1补+-X2补=11111000 用二进制加法运算如下： X1-X2=X1-X2补补=-88D http:/ http:/ Coded Decimal)码。 nBCD码保留了十进制的权，用四位二进制数给09这10个数字编码。nBCD码种类较多，如有8421码、2421码和余3码等。n最常用的是

14、8421BCD码(以后简称BCD码)，组成它的4位二进制数码的权分别是8、4、2、1。 http:/ 60110 120001001010001 70111 130001001120010 81000 140001010030011 91001 150001010140100 1000010000 160001011050101 1100010001 1700010111http:/ nBCD码加法运算的修正原则： 若和的低4位大于9或低4位向高4位有进位，则低4位加6；若高4位大于9或高4位向最高位有进位，则高4位加6。nBCD码减法运算的修正原则： 若差的低4位大于9或低4位向高4位有借位

15、，则低4位减6；若高4位大于9或高4位向最高位有借位，则高4位减6。 http:/ Standard Coded for Information Interchange)是“美国信息交换标准代码”的简称，已成为国际通用的标准编码。 nASCII码采用7位二进制编码，可为128个字符编码，这128个字符分为两类。l图形字符包括10个十进制数符、52个大小写英文字母和34个其它字符，共计96个。图形字符具有特定的形状，可以在显示器上显示。l控制字符包括回车、换行、退格等，共32个。控制字符没有特定的形状但有一定的控制作用，不能在显示器上显示。 http:/ 字字 高高低低 符符 位位 位位0123

16、456700000101001110010111011100000NULDLESP0P、p10001SOHDC1!1AQaq20010STXDC2“2BRbr30011ETXDC3#3CScs40100EOTDC44DTdt50101ENQNAK%5EUeu60110ACKSYN&6FVfv70111BELETB7GWgw81000BSCAN(8HXhx91001HTEM)9IYjyA1010LFSUB*：JZjzB1011VTESC+；KkC1100FFFS，Ll|D1101CRGS- -=MmE1110SORS. NnF1111SIUS/?OoDELhttp:/ 1.4.1 微型计算机的基

17、本结构微型计算机的基本结构 n1.4.2 1.4.2 微型计算机的工作原理微型计算机的工作原理 http:/ n微型计算机的硬件主要是由CPU(运算器和控制器)、存储器、I/O接口和I/O设备组成，各组成部分之间通过地址总线AB (Address Bus)、数据总线DB (Data Bus)、控制总线CB (Control Bus)联系在一起。n微型计算机的软件包括系统软件和应用软件两大类。软件与硬件相辅相成，共同构成微型计算机系统，缺一不可。 http:/ CPU 运算器 控制器 器 程序存储器 ROM 数据存储器 RAM 输入/输出设备 I/O 接口 DB CB 微型计算机系统采用总线结构

18、形式。总线结构的主要优点：设计简单、灵活性好、易于扩展、便于故障检测和维修。 ABhttp:/ n把程序和数据送到具有记忆功能的存储器中保存起来，计算机工作时只要给出程序中第一条指令的地址，控制器就可依据存储程序中的指令顺序周而复始地取出指令、分析指令、执行指令，直到执行完全部指令为止。 http:/ 存储地址 机器语言程序 汇编语言程序 注释 0000H 74 11 MOV A,#11H;数11H送入累加 器A 0002H 24 0F ADD A,#0FH;数0FH与累加器A中的11H 相加,和送入累加器A 0004H 80 FE SJMP ;暂停http:/ ALU O I2 I1 A I

19、D IR PLA DR 0000H 01110100 00010001 00100100 00001111 10000000 11111110 RA 存储器 0006H 0003H 0004H 0005H 0002H 0001H AR AB DB PC 1 http:/ 把程序计数器PC的内容0000H送到地址寄存器AR。 程序计数器PC的内容送入AR后，PC自动加1，即由0000H变为0001H。此时AR的内容并没有变化。 把地址寄存器AR的内容0000H通过地址总线AB送至存储器，经地址译码器译码，选中存储器相应的0000H单元。 CPU控制器发出读命令。 在读命令控制下，把所选中的000

20、0H单元中的内容即第1条指令的操作码74H读到数据总线DB上。 把读出的内容74H经数据总线DB送到数据寄存器DR。 因取出的是指令的操作码，故把数据寄存器DR的内容74H送到指令寄存器IR，然后再送到指令译码器ID。这就完成了第一条指令的取指令阶段，然后转入第一条指令的执行阶段。 http:/ 把程序计数器PC的内容0001H送到地址寄存器AR。 程序计数器PC的内容送到AR后，PC自动加1，变为0002H。此时AR中的内容并没有变化。 把地址寄存器AR的内容0001H通过地址总线AB送至存储器，经地址译码器译码，选中存储器相应的0001H单元。 CPU控制器发出读命令。 在读命令控制下，将

21、选中的0001H单元的内容11H读到数据总线DB上。 把读出的内容11H经数据总线DB送到数据寄存器DR。 因CPU已知这时读出的是操作数，且指令要求把它送到累加器A，故把数据寄存器DR的内容11H经内部数据总线送到累加器A中，于是第一条指令执行完毕，进入第二条指令的取指令阶段。 http:/ n有符号二进制数有三种表示法，即原码、反码和补码。在计算机中有符号数一般用补码表示，无论是加法还是减法都可采用加法运算，而且是连同符号位一起进行的，运算的结果仍为补码。nBCD码的加减法运算与十进制运算规则相同，但必须对运算结果进行修正。ASCII码是国际通用的标准编码，采用7位二进制编码，分为图形字符

22、和控制字符两类，共128个字符。 http:/ http:/ 十进制、二进制、十六进制数各有什么特点?请举例加以说明。2. 将下列十进制数转换为二进制和十六进制数。 255 127 0.123 0.1415 45.32 1999.083. 将下列二进制和十六进制数转换为十进制数。 1001010B 0.1010111B 1010.11B 1C3H 0.A49H EB.0AH4. 将下列二进制数转换为十六进制数。 1011011B 0.1010101B 1010.0101B 111000010100.1110101B5. 机器数、真值、原码、反码和补码如何表示? 请举例加以说明。6. 下列是有符号数的原码，请写出其反码和补码。 01111011B 10101010B 10000001B 11111111Bhttp:/ 把下列数看成无符号数时，对应的十进制数为多少?若把它们看成有符号数的补码，对应的十进制数是多少? 10101010B 00110010B 10000001B8. 把下列各数用补码表示，再按补码运算规则分别求出X+Y补和X-Y补。 X=+46 Y=-78 X=+112 Y=-519. 写出89和157两数的BCD码，并对这两个BCD码进行加法运算。10. 微型计算机系统的硬件和软件包括哪些部分?11. 结合图1-2简述微型计算机执行一条指令的过程。 http:/