单片机原理及应用_第1章_微型计算机的基本概念.ppt
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1、 单片机原理及应用 信息工程学院信息工程学院吕吕 军军15055986023 单片微机原理及应用l微型计算机的基本概念微型计算机的基本概念l MCS-51系列单片机的硬件结构系列单片机的硬件结构l MCS-51系列单片机的指令系统和汇编语言系列单片机的指令系统和汇编语言程序示例程序示例l MCS-51系列单片机的扩展系列单片机的扩展l MCS-51系列单片机的接口与应用系列单片机的接口与应用l 单片机应用系统的开发单片机应用系统的开发 微型计算机的基本概念u 概述概述u 微处理器微处理器u 存储器存储器u 输入输出接口电路输入输出接口电路【返回返回】概 述电子计算机的特点及应用电子计算机的特点
2、及应用单片机的特点及应用单片机的特点及应用计算机的基本结构计算机的基本结构微型计算机结构微型计算机结构微型计算机软件微型计算机软件计算机中的数计算机中的数【返回返回】1946194619461946年由美国宾夕法尼亚大学研制年由美国宾夕法尼亚大学研制年由美国宾夕法尼亚大学研制年由美国宾夕法尼亚大学研制 ENIACENIACENIACENIAC(Electronic Electronic Electronic Electronic Numerical Integrator And calculatorNumerical Integrator And calculatorNumerical Int
3、egrator And calculatorNumerical Integrator And calculator),),),),运算速度运算速度运算速度运算速度 5000500050005000次次次次/秒,功耗秒,功耗秒,功耗秒,功耗150kw/h150kw/h150kw/h150kw/h,占地占地占地占地170m170m170m170m2 2 2 2,造价造价造价造价100100100100万美元。万美元。万美元。万美元。电子计算机的特点及应用电子计算机的特点及应用特点:特点:运算速度快运算速度快 高度自动化高度自动化高精度和高可靠性高精度和高可靠性具有记忆能力具有记忆能力具有逻辑判断能
4、力具有逻辑判断能力应用应用科学计算、数据处理、实时控制、计科学计算、数据处理、实时控制、计算机辅助设计、仪器仪表智能化等。算机辅助设计、仪器仪表智能化等。单片机单片机的特点及应用的特点及应用特点:特点:体积小、重量轻、价格便宜、耗电少。体积小、重量轻、价格便宜、耗电少。可可靠靠性性高高,抗抗干干扰扰性性能能优优于于采采用用一一般的般的CPU。控制功能强,运行速度快。控制功能强,运行速度快。片片内内存存储储器器的的容容量量不不大大;I/O引引脚脚少少。但存储器和但存储器和I/O接口都易于扩展。接口都易于扩展。CPU芯片芯片内存条内存条存储器接口存储器接口存储器芯片存储器芯片输入输出接口输入输出接
5、口输入输出接口输入输出接口芯片芯片定时计数器定时计数器芯片芯片A/D、D/A芯片芯片单板机印印刷刷电电路路板板单单硅硅晶晶片片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口口单片机单片机发展概况单片机发展概况n n1976-19781976-1978初级初级8 8位单片机位单片机Intel MCS-48Intel MCS-48系列系列n n1978-1978-19831983高档高档8 8位单片机位单片机Intel MCS-51Intel MCS-51系列系列:n n-51-51-51-51子系列:子系列:子系列:子系列:8031/8051/87518031/8051/
6、87518031/8051/87518031/8051/8751n n-52-52-52-52子系列:子系列:子系列:子系列:8032/8052/87528032/8052/87528032/8052/87528032/8052/8752n n低低 功功 耗耗 型型 80C3180C31高高 性性 能能 型型 80C25280C252廉廉 价价 型型89C2051/105189C2051/1051n n1983-1983-9090年代初年代初 1616位单片机位单片机 Intel MCS-96 Intel MCS-96 系列系列8098/80968098/8096、80C198/80C196,
7、DSP80C198/80C196,DSPn n9090年代初年代初-至今至今 1616位单片机高档位单片机高档3232位单片机位单片机 ARMARM应用:应用:家用电器领域家用电器领域办公自动化领域办公自动化领域调制解调器调制解调器工业自动化领域工业自动化领域智能仪器仪表与集成智能传感器领域智能仪器仪表与集成智能传感器领域汽车电子与航空航天电子系统汽车电子与航空航天电子系统 计算机的基本结构硬件硬件主机主机CPU:运算器、控制器运算器、控制器主存储器(内存)主存储器(内存)外设外设外存、输入设备、外存、输入设备、输出设备等输出设备等软件软件微型计算机结构微处理器芯片微处理器芯片存储器芯片存储器
8、芯片输入输入/输出接口电路输出接口电路总线总线 微型计算机微型计算机以以微处理器微处理器为核心,加上中大规模为核心,加上中大规模集成电路制作的集成电路制作的存储器存储器,输入输入/输出接输出接口口电路,通过电路,通过总线总线所组成的计算机称所组成的计算机称为微型计算机。为微型计算机。微处理器芯片算数逻辑部件算数逻辑部件ALU工作寄存器组工作寄存器组控制部件控制部件存储器芯片存储器芯片存储器由许多存储单元组成。存储器由许多存储单元组成。8位微机中,每个存储单元存放位微机中,每个存储单元存放8位二位二进制代码,即一个字节。进制代码,即一个字节。每个存储单元每个存储单元地址唯一。地址唯一。地址:用二
9、进制数表示,地址的二进地址:用二进制数表示,地址的二进制位数制位数N与存储器容量与存储器容量Q的关系是:的关系是:Q=2N 输入/输出接口电路在在CPU与外设之间起信与外设之间起信息转换与协调作用的电路。息转换与协调作用的电路。保证信息和数据在外设与保证信息和数据在外设与CPU之间正常传送。之间正常传送。在微型计算机各芯片之间或芯片内部在微型计算机各芯片之间或芯片内部各部件之间传输信息的一组公共通信各部件之间传输信息的一组公共通信线。线。串行发送、并行接收串行发送、并行接收优点:优点:可以减少机器中信息传送线可以减少机器中信息传送线的根数,从而提高机器的可靠性的根数,从而提高机器的可靠性 可以
10、方便地对存储器芯片及可以方便地对存储器芯片及I/O接口芯片进行扩展接口芯片进行扩展。总线缓冲器缓冲器三总线结构:三总线结构:数据总线数据总线DB:传送数据信息传送数据信息地址总线地址总线AB:传送地址信息传送地址信息控制总线控制总线CB:传送控制命令传送控制命令小结小结 微微处处理理器器、微微型型计计算算机机、微微型型计计算算机机系系统统三者关系。三者关系。单单板板机机:将将微微处处理理器器、存存储储器器、I/O接接口口电电路路及及简简单单的的输输入入/输输出出设设备备组组装装在在一一块块印印制电路板上。制电路板上。单单片片机机:将将微微处处理理器器、存存储储器器和和I/O接接口口电路以及其他
11、有关部件集成在一块芯片电路以及其他有关部件集成在一块芯片上。上。【返回返回】微型计算机软件微型计算机软件指令:操作码和操作数指令:操作码和操作数例例MOVA,#29操作码操作码目的操作数目的操作数源操作数源操作数 程序程序29+38+63+56=?MOVA,#29ADDA,#38ADDA,#63ADDA,#56机器语言、汇编语言、高级语言机器语言、汇编语言、高级语言源程序源程序汇编语言程序汇编语言程序高级语言程序高级语言程序汇汇编编(人人工工汇汇编编机机器器汇汇编编))目标程序目标程序机器语言程序机器语言程序计算机中的数计算机中的数 进位计数制:标示符进位计数制:标示符B、H、D二进制数二进制
12、数特点:特点:数字数字0、1;逢二进一逢二进一00000010B=121=21111.111B=231+221+2 11+201+2-11+2-21+2-31十六进制数十六进制数特点:特点:数字符号数字符号09,AF;逢十六进一逢十六进一例例:74H=7161+4160=116不同进制数之间的转换不同进制数之间的转换二、十六进制数转换成十进制数二、十六进制数转换成十进制数方法:按权展开,然后相加。方法:按权展开,然后相加。例例:0F.8H=0161+15160+816-1=15.511111111B=127+126+125+124+123+122+121+120=255二进制数转换成十六进制数
13、二进制数转换成十六进制数方法:方法:4位二进制数用位二进制数用1位十六进制位十六进制数代替数代替例例:11111111B=FFH00111010.11001000B=3A.C8H十六进制数转换成二进制数:十六进制数转换成二进制数:方方法法:1位位十十六六进进制制数数用用4位位二二进进制数代替制数代替例例:FFH=11111111B2.A4H=0010.10100100B 整数部分转换方法:整数部分转换方法:十进制数连续被基数十进制数连续被基数2(16)所除,依次记下余数,直到商所除,依次记下余数,直到商0位位止,第一个余数是转换后二进制止,第一个余数是转换后二进制(十六进制数)的最低位,最后一
14、(十六进制数)的最低位,最后一个数是最高位。个数是最高位。小数部分转换方法:小数部分转换方法:十十进进制制数数小小数数连连续续乘乘以以基基数数2(或或16)依依次次记记下下积积的的整整数数部部分分,直直到到积积为为0为为止止。第第一一个个数数是是二二(十十六六)进进制制数数的的最最高高位位,最最后后一一个个整整数数是是最最低低位。位。带符号数的表示带符号数的表示 带符号数,最高位带符号数,最高位0正正1负负符号位符号位D6D7D5D4D3D2D1D0数值位数值位图图1-10 8位微机中的带符号数位微机中的带符号数例:例:11111111B无符号数无符号数255带符号数带符号数-127原码原码正
15、数原码与原值同正数原码与原值同负负数数原原码码符符号号位位置置1,数数值值位不变。位不变。例:例:46原原=00101110B-46原原=10101110B8位二进制原码表示的数的范围:位二进制原码表示的数的范围:-127+127反码反码正数的反码与原码相同正数的反码与原码相同负数的反码由其绝对值按位负数的反码由其绝对值按位求反后得到。求反后得到。例:例:46反反=00101110B-46反反=11010001B8位二进制反码表示的数的范围:位二进制反码表示的数的范围:-127+127补码:补码:正数补码与原码同正数补码与原码同负数的补码为其反码加负数的补码为其反码加18位二进制补码表示的数的
16、范围位二进制补码表示的数的范围:-128+127对负数补码求反后加对负数补码求反后加1,回复为,回复为该数的绝对值。该数的绝对值。+0补补=-0补补=00000000BA-B=A+-B补补二进制编码的十进制数二进制编码的十进制数二二十进制数:十进制数:BCD码码一一个个十十进进制制数数用用四四个个二二进进制制数数表示表示10=00010000BCD十进制调整指令十进制调整指令DAA若若(A0-3)9或或(),则(则(A0-3)(A0-3)06若若(4-7)9或或(CY)=1,则(则(4-7)(4-7)+06H 例:例:48+6948=01001000BCD69=01101001BCD01001
17、000+01101001AC=110110001+01100110100010111117DASCII码码1000011奇校验(奇数个奇校验(奇数个1)01000011偶校验(偶数个偶校验(偶数个1)11000011定点数与浮点数定点数与浮点数定点数定点数 小数点位置固定不变的数小数点位置固定不变的数 小数点定于数值位之后小数点定于数值位之后 小数点定于符号位小数点定于符号位与与 数值位之间数值位之间浮点数浮点数 N=2P S 例例101.11B=1000B 0.10111B=2+11B 0.10111B尾数尾数S的特征的特征:S为纯小数为纯小数,当当0.5 S 1,称该浮点数称该浮点数为规格
18、化浮点数为规格化浮点数S是有符号数是有符号数,数数N的正或负由的正或负由S来表来表示示S用补码表示用补码表示S所取的位数规定了有效数字的位数所取的位数规定了有效数字的位数阶码阶码P的特征的特征:阶码可正可负,用补码表示阶码可正可负,用补码表示P的位数决定了数的位数决定了数N可表示的范围可表示的范围 例例1-20 某计算机字长某计算机字长16位,其中阶码用五位位,其中阶码用五位二进制数表示,尾数用九位二进制数表示,阶符、二进制数表示,尾数用九位二进制数表示,阶符、尾符各占一位数。试用浮点数形式表示十进制数尾符各占一位数。试用浮点数形式表示十进制数-117.75。-117.75=-1110101.
19、11B =-0.111010111B 2+111B 000111B补补=000111B-0111010111B补补=1000101001B 其浮点数表示为其浮点数表示为:0 00111 1 000101001【返回返回】第二节 微处理器典型典型8位微处理器结构位微处理器结构:运算器、:运算器、控控制器制器、工作寄存器组、工作寄存器组运算器运算器控制器控制器工作寄存器工作寄存器程序计数器程序计数器【返回返回】运算器运算器由算数逻辑单元由算数逻辑单元ALU、累加器累加器A、暂存寄暂存寄存器存器TR、标志寄存器标志寄存器F、二二-十进制调整十进制调整电路等组成。电路等组成。A(Accumulator
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- 关 键 词:
- 单片机 原理 应用 微型计算机 基本概念
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