单片机基本知识及接口技术.ppt

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1、有关本课程学习的几点建议,本课程是一门实践性、应用性很强的学科 仅仅听懂还不够,重在培养动手能力,硬件/软件同样重要、不可偏废 硬件是骨架，软件是皮肉器脏及思想,本课程的前期基础课程是数字电路与微机原理这方面知识掌握得不够好的请自己补上,预习、听课、复习、作业、实验环环都重要 用科学的方法学习,第1章 微型计算机系统基础知识,本章要点： 微型计算机和单片机的发展概况 单片机系统组成概述(CPU、总线、存储器和I/O口等) 二进制、十进制和十六进制数(数制转换和运算) 计算机中数的表示(原码、反码和补码) 单片机常用编码(BCD码、ASCII码),第1章 微型计算机系统基本知识,微型计算机具有体

2、积小，功耗低重量轻，价格低，可靠性高，开发使用简便等一系列优点，自问世以来得到了非常广泛的应用。,1-1 概念 1.1.1 微型计算机,图1-2 微处理器、微计算机和微计算机系统的关系,微处理器加上同样采用大规模集成电路制成的用于存储程序和数据的存储器，以及与输入输出设备相衔接的输入输出接口电路就构成了微型计算机(Microcomputer),什么是单片机?,如果将微处理器、存储器和输入输出接口电路集成在一块集成电路芯片上，称为单片微型计算机，简称单片机。,几种单片机封装形式,返回,1.1.2 微型计算机的发展概况,1、PC机： PC机系统全力实现海量高速数据处理，兼顾控制功能。,2、单片机：

3、单片机系统全力满足测控对象的测控功能，兼顾数据处理能力。,形成两大分支：,组成： CPU(进行运算、控制) RAM(数据存储器) I/O口(串口、并口等) ROM(程序存储器) PC机： 上述部件以芯片形式安装在主板上。 单片机：上述部件被集成到单芯片中。,通用PC包括：键盘、显示器、鼠标、硬/软/光驱、音箱、打印机、扫描仪等外设。 单片机则只是一片集成电路。（100、48、40、32、28、20、16、8条引脚）。,单片机与PC机之异同（1）,功能： PC机： 数据运算、采集、处理、存储、传输； 单片机：控制（或受控于）外设。,通用计算机擅长于数据运算、采集、处理、存储和传输； 单片机的专长

4、则是测控，往往嵌入某个仪器/设备/系统中，使其达到智能化的效果。,单片机与PC机之异同（2）,应用特点： 个人计算机（微机）：,体积大，功耗大，价格高，用途较固定，属通用计算机。易于学习掌握和使用，但用于控制时必须制作或购买专用的接口卡，并编制专门的应用软件。,单片机：,体积小，功耗小，价格低，用途灵活，无处不在，属专用计算机。是一种特殊器件，需经过专门学习方能掌握应用，应用中要设计专业的硬件和软件。,单片机与PC机之异同（3）,1.1.3 单片机的发展概况,可分为四个阶段:,目前，应用广泛的主流机型是89C51系列单片机。,第一阶段：单片机探索阶段。,第二阶段：单片机完善阶段。,第三阶段：8

5、位机和16位机争艳阶段，也是 单片机向微控制器发展的阶段。,第四阶段：微控制器全面发展阶段。,1.1.4 单片机的特点和应用, 有优异的性能价格比。, 集成度高，体积小，可靠性好。, 控制能力强。, 低功耗,低电压,便于生产便携式产品。, 易扩展。,1、单片机特点,2、单片机的应用, 智能化家用电器。, 办公自动化设备。, 商业营销设备。, 工业自动化控制。, 智能化通信产品。, 智能化仪表。, 汽车电子产品。, 航空航天系统和国防军事、尖端武器等。,1-2 单片机系统的组成,组成单片机系统的物理实体；,有两大部分组成:,对硬件使用和管理的程序。, 硬件：, 软件：,硬件结构框图,1.2.1

6、微处理器 运算器：累加器A，暂存寄存器TMP，标志 寄存器F，算术逻辑单元ALU； 控制器：程序计数器PC，指令寄存器IR， 指令译码器ID，定时和控制逻辑电路。,1.2.2 总线： 用于传送信息的公共途径。 总线分为： 数据总线 DB (Data Bus) 地址总线 AB (Address Bus) 控制总线 CB (Control Bus),1.2.3 输入/输出设备及其接口电路 输入设备； 输出设备； I/O接口电路。 输入输出设备一般不能与CPU直接相连，而是通过某种电路完成寻址、数据缓冲、输入输出控制、功率驱动、A/D、D/A等功能，这种电路称为I/O接口电路。例如：8255、080

7、9、0832等等。,1.2.5 软件,单片机程序设计语言可分为三类： 机器语言 汇编语言 高级语言 本书介绍的MCS-51型单片机使用汇编语言。,1-3 计算机中数的表示方法及运算,引言: 十进制数是人们习惯使用的进制。 计算机只能“识别”二进制数。 为了书写和识读方便，计算机程序需要用十六进制数表示。 十进制数、二进制数、十六进制数之间的关系、相互转换和 运算方法，是学习计算机必备的基础知识。,一、二进制、十进制和十六进制数, 十进制数 主要特点： 基数是10。有10个数码（数符）构成： 0、1、2、3、4、5、6、7、8、9。 进位规则是“逢十进一”。,【例】 1234.56= 1103+

8、2102+3101+4100+510-1+610-2= 1000+200+30+4+0.5+0.06 上述，103、102、101、100、10-1、10-2 称为十进制数各数位的 “ 权 ” 。, 二进制数 主要特点： 基数是2。只有两个数码：0 和 1。 进位规则是“逢二进一”。 每左移一位,数值增大一倍；右移一位,数值减小一半。 二进制数用尾缀B作为标识符。 【例】 111.11B = 122 +121 +120 +12-1+12-2 = 7.75 其中，22、21、20、2-1、2-2 称为二进制数各数位的“ 权 ”, 十六进制数 主要特点： 基数是16。共有16个数符构成： 0、1、

9、9、A、B、C、D、E、F。其中， A、B、C、D、E、F 代表的数值分别为 10、11、12、13、14、15。 进位规则是“逢十六进一”。 十六进制数用尾缀H表示。 【例】A3.4H = 10161+3160+416-1 = 160+3+0.25 = 163.25 其中，163、162、161、160、16-1、16-2 称为十六进制数各数位的“权”。,十六进制数、二进制数和十进制数对应关系表,二、数制转换 二进制数与十六进制数相互转换 二进制数转换成十六进制数 整数部分： 自右向左，四位一组，不足四位，向左填零，各部分用相应的十六进制数替代； 小数部分： 自左向右，四位一组，不足四位，向

10、右填零，各部分用相应的十六进制数替代；, 十六进制数转换成二进制数 每位十六进制数分别用相应4位二进制数替代。, 十进制数整数转换成十六进制数的方法： 除16取余法, 十进制数转换成二进制数、十六进制数, 十进制小数转换成二进制小数的方法： 乘2取整法, 整数部分的转换, 十进制整数转换成二进制整数的方法： 除2取余法, 小数部分的转换, 十进制小数转换成十六进制小数的方法： 乘16取整法,1. 整数转换法 “除基取余”：十进制整数不断除以转换进制基数，直至商为0。每除一次取一个余数，从低位排向高位。 举例：,（1） 39转换成二进制数 39 =100111B 2 39 1 （ b0） 2 1

11、9 1 （ b1） 2 9 1 （ b2） 2 4 0 （ b3） 2 2 0 （ b4） 2 1 1 （ b5） 0,（2） 208转换成十六进制数 208 = D0H 16 208 余 0 16 13 余 13 = DH 0,2. 小数转换法 “乘基取整”：用转换进制的基数乘以小数部分，直至小数为0或达到转换精度要求的位数。每乘一次取一次整数，从最高位排到最低位。 举例：,（1） 0.625转换成二进制数 1) 0.625 2 2) 1.250 1 (b- 2 3) 0.5 0 0 (b- 2 1.0 1 (b- 0.625 = 0.101B,（2） 0.625转换成十六进制数 0.625

12、 16 = 10.0 0.625 = 0.AH （3） 208.625 转换成十六进制数 208.625 = D0.AH,三、二进制数和十六进制数运算,【例】00110101B +10011100B, 二进制数加法运算,规则：0 + 0 = 0，0 + 1 = 1 + 0 = 1， 1 + 1 = 0（向高位进1）。,11010001B,【例】10110101B -10011100B,规则：0 0 = 0，1 0 = 0，1 1 = 0， 0 1 = 1（向高位借1）。, 二进制数减法运算,00011001B,1101, 二进制数乘法运算,规则：00=0，10=01=0，11=1。,【例】 1

13、101B 1001B,1110101B,+ 1101, 二进制数除法运算,规则：00=0，01=0，11=1。, 二进制数“与”运算,规则：0 0 = 0，1 0 = 0， 1 0 = 0，1 1 = 1。,规则： 0 0 = 0，1 0 = 0， 1 1 = 0，0 1 = 1。, 二进制数“或”运算, 二进制数“异或”运算,规则：00 = 0，01 = 1， 10 = 1，11 = 0。,8. 十六进制数运算,先将十六进制数转换成二进制数， 然后根据二进制运算法则进行运算， 再转换成十六进制数。,四 带符号数的表示方法,机器中，数的符号用“0”、“1” 表示。最高位作符号位，“0”表示“+

14、”，“1”表示“-”。 1)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= 01010100 X2机= 11010100,2)原码、反码和补码,数的正负表示形式： D7=1 表示负数，D7=0 表示正数。 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 符号位 数值位,原码(True 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 =

15、+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。,原码的缺点： l“0”的原码有两种形式，这在运算中非常不方便。 0原 00000000B 0原 10000000B，即分为0和0 l原码在进行两个异符号数相加或两个同符号数相减时，需做减法运算，由于微机中一般只有加法器而无减法器，所以，为了把减法运算转变为加法运算就引入了反码和补码。 原码的用途： l原码做乘除法运算方便，两数的符号和数值分别处理 积的符号为两数符号位的异或运算结果 积的数值部分为两数绝对值相乘的结果,反码 定

16、义：正数的反码表示与原码相同； 负数的反码，可将负数原码的符号位保持不变、数值位 按位取反得到。,缺点：“0”的反码也有两种表示法，即0和0。 0反00000000B 0反11111111B,n位反码表示数的范围与原码相同， 八位二进制反码表示的范围仍是127至127。,求真值：由反码求得原码，再由原码求得真值，即可得到反码的真值。 例如：反码11011001B，符号位为1，将数值位按位取反，得到原码10100110B，其真值为0100110B 即十进制数38。,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。 例：求 8位补码机器

17、数：x=+4 x补= 00000100 x=-4 10000100 x1111011 x补 = 11111100 补码表示的优点： 0的表示唯一，加减运算方便,补码的含义: 以时钟对时为例来说明，现由7点钟调到4点钟。,顺时针调： 79 4 （mod 12）,逆时针调： 73 4 （mod 12）,由于时钟上超过12点时就会自动丢失一个数12， 这个自动丢失的数叫做“模”（module，简写为mod）,数的补码与“模”有关 “模”即计数系统的量程。 当X0，X补= 模-X8位二进制数的模为： 28 = 256 当X0，X补= 28 -X = 256 -X= 255 -X+1 = X反码 + 1

18、 规则：求反加1，符号位不变。 如： 1000 1101B 其补码：1111 0010 规定：0000 0000B 为0 1000 0000B 不是0，而是128,X反 =X原数值位取反，符号位不变。,在计算机中，机器数有三种表示方法：即原码、反码和补码。,采取补码运算，可以将减法转换成加法运算。, 对于正数：,X原 =X反 =X补, 对于负数：,X补 =X反 + 1,例：,（-52）的补码为11001100B,原码、反码和补码对应关系表,怎样根据真值求补码，或根据补码求真值,一 求负数真值的补码 ：用绝对值“取反加1” 二求负数补码的真值：先将该补码数“取反加1”的方法得到其绝对值，再在绝对

19、值前添加一负号,例：求下列带符号数补码的真值。,- 0101，0000 B,1-4 常用编码,8421 BCD码称为二-十进制数或简称BCD码 (Binary Coded Decimal Code)，用标识符BCD表示。,特点：保留了十进制的权，每一位十进制数字则用二进制码表示。,一、8421 BCD码, 编码方法 二-十进制数是十进制数，逢十进一，只是数符09用4位二进制码 0000 1001 表示而已； 每4位以内按二进制进位； 4位与4位之间按十进制进位。 转换关系 BCD码与十进制数相互转换关系 BCD码与二进制数相互转换关系 BCD码与二进制数之间不能直接相互转换，通常要先转换成十进

20、制数。,【例】将二进制数01000011B转换成BCD码。,解：01000011B= 67= 0110 0111BCD,需要指出的是: 决不能把01100111BCD误认为二进制码01100111B，二进制码01100111B的值为103，而01100111BCD 的值为67，显然两者是不一样的。, BCD码运算,BCD码用4位二进制数表示，但4位二进制数最多可表示16种状态，余下6种状态，10101111在BCD编码中称为非法码或冗余码。在BCD码的运算中将会出现冗余码，需要作某些修正，才能得到正确的结果。,若相加后的低4位（或高4位）二进制数大于9，或大于15（即低4位或高4位的最高位有进

21、位），则应对低4位（或高4位）加6修正。,修正方法：,二、ASCII码,用二进制编码表示各种字母和符号ASCII码（American Standed Code for Information Interchange，美国信息交换标准代码）。,作用：,ASCII编码表,ASCII码用7位二进制数表示： 高3位组 低4位组 b7 b6 b5 b4 b3 b2 b1,由于单片机本身没有开发编程的能力，所以必须借助开发工具。 硬开发工具:各种编程器、仿真开发机等编程开发设备；软开发工具:各种编辑汇编、模拟调试等工具软件。 开发过程：总体设计、硬件设计、制版与安装、软件设计、调试运行。 硬件仿真调试：借助于各种实时在线开发仿真器，对目标程序进行多种方式的联机运行调试，从而发现程序中的错误之处并改正之。 软件模拟仿真调试：借助于PC机系统，利用模拟（仿真）调试工具软件来进行目标程序的运行调试。,1.5单片机的开发与应用方法简述,仿真器和逻辑测试仪,编程器,编程器和芯片座,返回,编程器软件界面,各种实验板,返回,Dais单片机微机仿真实验系统,