单片微型计算机概述及预备知识PPT讲稿.ppt

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1、单片微型计算机概述及预备知识第1页，共34页，编辑于2022年，星期五电子计算机是一种能够高速而精确地进行数据处理的机电子计算机是一种能够高速而精确地进行数据处理的机器。计算机的发展分为四个时代：器。计算机的发展分为四个时代：第一代计算机是电子管时代第一代计算机是电子管时代1946年美国宾夕法尼亚大学发明的年美国宾夕法尼亚大学发明的ENIAC，用了，用了18800只只电子管，电子管，150平方米、平方米、30t、100kw、运算速度为、运算速度为5000次次/秒。秒。第二代计算机是晶体管时代第二代计算机是晶体管时代1957年美国研制了第一台晶体管计算机年美国研制了第一台晶体管计算机TRANSA

2、CS-1000；主存贮器为磁芯存贮器，辅存贮器为磁盘、软件已开始；主存贮器为磁芯存贮器，辅存贮器为磁盘、软件已开始使用高级程序设计语言和操作系统使用高级程序设计语言和操作系统。一、计算机的发展概况第一章第一章 单片微型计算机概述及预备知识单片微型计算机概述及预备知识第2页，共34页，编辑于2022年，星期五第四代计算机是大规模、超大规模集成电路时代第四代计算机是大规模、超大规模集成电路时代1971年年IBM370主要存贮器为半导体存贮器主要存贮器为半导体存贮器第三代计算机是中、小规模集成电路时代第三代计算机是中、小规模集成电路时代1964年年IBM推出的推出的IBM360第一章第一章 单片微型

3、计算机概述及预备知识单片微型计算机概述及预备知识第3页，共34页，编辑于2022年，星期五第一章第一章 单片微型计算机概述及预备知识单片微型计算机概述及预备知识电子计算机是模仿人脑部分功能的一种工具，故俗称电子计算机是模仿人脑部分功能的一种工具，故俗称“电电脑脑”。设想一下：人用算盘来计算。设想一下：人用算盘来计算2436+3748-4569 的过程，的过程，把算盘记为把算盘记为R，则计算过程为：，则计算过程为：二、计算机的系统组成5、记录记录（R）结果结果6、停止计算停止计算1、0R2、2436R4、(R）-4569R3、(R)+3748R第4页，共34页，编辑于2022年，星期五第一章第一

4、章 单片微型计算机概述及预备知识单片微型计算机概述及预备知识 若用电子计算机模拟上述解题过程，计算机若用电子计算机模拟上述解题过程，计算机必须必须具备以具备以下条件：下条件：1、机器内必须有相当于算盘的机器内必须有相当于算盘的运算器运算器；2、为了保存和记录原始数据、解题程序和运算的中间结为了保存和记录原始数据、解题程序和运算的中间结果，机器内必须有容量足够大的果，机器内必须有容量足够大的存贮器存贮器；3、必须按照解题程序指挥、控制各个部件协同工作的必须按照解题程序指挥、控制各个部件协同工作的控制器控制器；4、必须具备将数据和程序送入机器内部的必须具备将数据和程序送入机器内部的输入设备输入设备

5、和给和给出计算结果的出计算结果的输出设备输出设备。第5页，共34页，编辑于2022年，星期五第一章第一章 单片微型计算机概述及预备知识单片微型计算机概述及预备知识运算器、控制器、存贮器、输入运算器、控制器、存贮器、输入/输出设备输出设备是计算机赖是计算机赖以工作的物质基础，称为以工作的物质基础，称为硬件硬件。当然只有硬件，而没有必要的程序，则计算机什么也干不当然只有硬件，而没有必要的程序，则计算机什么也干不了的，计算机中的程序称为了的，计算机中的程序称为软件。软件。指令指令执行某种操作的命令。执行某种操作的命令。程序程序完成某种功能的一组指令。完成某种功能的一组指令。程序设计程序设计编制解题程

6、序的过程。编制解题程序的过程。第6页，共34页，编辑于2022年，星期五第一章第一章 单片微型计算机概述及预备知识单片微型计算机概述及预备知识1.1 1.1 单片机的发展历史和发展趋势单片机的发展历史和发展趋势一、单片机的发展历史第一阶段第一阶段（19741976）：）：单片机采用双片形式，即需另加其它外围电路才能构成单片机采用双片形式，即需另加其它外围电路才能构成完整的微型计算机。完整的微型计算机。eg:仙童公司的仙童公司的F8+3851第二阶段第二阶段（19761978）：）：低性能的单片机阶段。单片机由一片芯片构成，性能低。低性能的单片机阶段。单片机由一片芯片构成，性能低。eg:MCS-

7、48(Intel)；8048，8035(I/O少，存贮器容量小少，存贮器容量小)；第7页，共34页，编辑于2022年，星期五第一章第一章 单片微型计算机概述及预备知识单片微型计算机概述及预备知识第三阶段第三阶段（1978）：）：高性能单片机阶段。高性能单片机阶段。CPU、并行口、串行口、定时器、并行口、串行口、定时器、RAM、ROM、A/D、多级中断处理，、多级中断处理，RAM、ROM容量大，容量大，I/O种类数量多，寻址范围大。种类数量多，寻址范围大。eg:MCS-518031、Motorona6801、ZilogZ8第四阶段第四阶段（1982）8位单片机巩固发展及位单片机巩固发展及16位单

8、片机推出。位单片机推出。eg:MCS-518031，MCS-968096（8098）第8页，共34页，编辑于2022年，星期五第一章第一章 单片微型计算机概述及预备知识单片微型计算机概述及预备知识二、单片机的发展趋势（一）（一）CPU功能的增强功能的增强（二）内部资源增多（二）内部资源增多1、加大存贮容量。、加大存贮容量。1、双、双CPU提高处理能力。提高处理能力。2、增加数据总线宽度。、增加数据总线宽度。NEC PD7800系列，内部采用系列，内部采用16位数据总线。位数据总线。3、采用流水线结构。指令以队列形式出现在、采用流水线结构。指令以队列形式出现在CPU中。中。4、串行总线。、串行总

9、线。SPI、I2C用三条数据总线代替用三条数据总线代替8位数据总线，减少引线，降低成本。位数据总线，减少引线，降低成本。第9页，共34页，编辑于2022年，星期五第一章第一章 单片微型计算机概述及预备知识单片微型计算机概述及预备知识2、片内、片内EPROM开始开始EEPROM化。鉴于化。鉴于EEPROM中数中数据写入后就能永久保存，因此，有的单片机将它据写入后就能永久保存，因此，有的单片机将它作为片内作为片内RAM使用，有的甚至作片内通用寄存器。使用，有的甚至作片内通用寄存器。3、I/O数量、能力增强（数量、能力增强（驱动能力，传输速度、控制能驱动能力，传输速度、控制能力力）（四）低功耗化（四

10、）低功耗化（三）外围电路内装化（三）外围电路内装化第10页，共34页，编辑于2022年，星期五第一章第一章 单片微型计算机概述及预备知识单片微型计算机概述及预备知识1.2 1.2 计算机的数制和码制及其数制间转换计算机的数制和码制及其数制间转换一、计算机的数制一、计算机的数制 逢逢r 进位，数的第进位，数的第i个数位对应于一个固定的值个数位对应于一个固定的值rn，rn 称为该位的称为该位的“权权”。小数点左面各位的权是一个。小数点左面各位的权是一个基数基数r 的的正次正次幂，小数点右面各位的权是一个幂，小数点右面各位的权是一个基数基数r 的的负次幂。常用的数制负次幂。常用的数制有：有：二进制二

11、进制(Binary)、八进制八进制(Octadic)、十进制十进制(Decimal)和和十六进制十六进制(Hexadecimal)，分别用分别用B、O、D和和H表示。表示。举例说明举例说明eg1：十进制数：十进制数r=10其权为：其权为：，102，101，100，10 1，10 2，(987.32)10=9102+8101+7100+310-1+210-2第11页，共34页，编辑于2022年，星期五第一章第一章 单片微型计算机概述及预备知识单片微型计算机概述及预备知识eg2：二进制数：二进制数r=2其权为：其权为：，22，21，20，2-1，2-2，(1011.101)2=123+022+12

12、1+120+12 1+02 2+12 3eg3：八进制数：八进制数r=8其权为：其权为：，82，81，80，8-1，8-2，(70613.304)8=784+083+682+181+380+38 1+08 2+48 3eg4：十六进制数：十六进制数r=16其权为：其权为：，162，161，160，16-1，16-2，(-A0.8F)16=-（10161+0160+816 1+1516 2第12页，共34页，编辑于2022年，星期五第一章第一章 单片微型计算机概述及预备知识单片微型计算机概述及预备知识二、计算机的码制二、计算机的码制 BCD（BinaryCodedDecimal）码为用二进制表示

13、的十进码为用二进制表示的十进制数。制数。常用二进制编码的十进制数有：常用二进制编码的十进制数有：8421码码、2421码码、5211码码、余余3码码eg：7（0111、1101），（），（1100、1011）ASCII码码（AmericanStandardCodeforInformationInterchange），即），即美国信息交换标准码美国信息交换标准码。ASCII码为一种码为一种8位位代码，但采用代码，但采用7位代码编码（一般其最高位为位代码编码（一般其最高位为0），共可编码），共可编码为为128个字符编码。个字符编码。表示的十进制数不唯一表示的十进制数不唯一常用常用第13页，共34页

14、，编辑于2022年，星期五第一章第一章 单片微型计算机概述及预备知识单片微型计算机概述及预备知识三、各数制间的转换三、各数制间的转换1、直接相乘法直接相乘法数数M是是r 进制进制数，转换成十进数，转换成十进制数，方法是：制数，方法是：将将M 的各位数字的各位数字用十进制数字来用十进制数字来表示，然后作乘表示，然后作乘法和加法。法和加法。好麻烦！好麻烦！第14页，共34页，编辑于2022年，星期五第一章第一章 单片微型计算机概述及预备知识单片微型计算机概述及预备知识2、余数法余数法此方法适合此方法适合于整数部分转于整数部分转换。换。数数M 是是r 进进制数，转换成制数，转换成 t 进制数的整数，

15、进制数的整数，除以除以t,取余数。取余数。eg：十进制数：十进制数62转换为二进制数转换为二进制数同理：同理：(62)10=(76)886267(62)10=(3E)161662E32622312152723210011111低位低位高位高位(62)10=(111110)2第15页，共34页，编辑于2022年，星期五第一章第一章 单片微型计算机概述及预备知识单片微型计算机概述及预备知识3、取整法取整法此方法适合于此方法适合于小数部分转换。小数部分转换。数数M 是是r进制进制数，转换成数，转换成t 进制进制数的小数，乘以数的小数，乘以t,取整数。取整数。eg：十进制数：十进制数0.375转换为二

16、进制数转换为二进制数同理：同理：（0.375）10=（0.3）8=0.（38-1）0.3758=3.000整数为整数为3（0.375）10=（0.6）16=0.（616-1）0.37516=6.000整数为整数为60.3752=0.75整数为整数为0高位高位0.752=1.5整数为整数为10.52=1.0整数为整数为1低位低位（0.375）10=（0.011）2=0.（02-1+12-2+12-3）第16页，共34页，编辑于2022年，星期五第一章第一章 单片微型计算机概述及预备知识单片微型计算机概述及预备知识eg：676.53转换为十六进制数转换为十六进制数0.5316=8.48整数为整数为

17、80.4816=7.68整数为整数为70.6816=10.88整数为整数为A1667616424162A02（676.49）10=（2A4.87A）164、二进制与十六进制间的转换二进制与十六进制间的转换1110101.10100111(75.A7)16(5A.3C)1601011010.00111100第17页，共34页，编辑于2022年，星期五第一章第一章 单片微型计算机概述及预备知识单片微型计算机概述及预备知识1.3 1.3 计算机中数的表示方法计算机中数的表示方法一、真值和机器数一、真值和机器数一个数是由符号和数值两部分组成的。一个数是由符号和数值两部分组成的。eg:+74=+1001

18、01001001010-74=-100101011001010真值机器数真值机器数机器本身只能机器本身只能表示表示0，1，不能表，不能表示示+、-，故一般用，故一般用“0”表示表示“+”，用，用“1”表示表示“-”。真值真值：直接用正号直接用正号“+”和负号和负号“-”来表示的二进制数。来表示的二进制数。机器数机器数：一个数在机器中的表示形式。：一个数在机器中的表示形式。二、带符号数的表示二、带符号数的表示Dn-1Dn-2.D0符号位符号位 数数 值值 部部 分分第18页，共34页，编辑于2022年，星期五第一章第一章 单片微型计算机概述及预备知识单片微型计算机概述及预备知识eg:110010

19、10=-(26+23+21)=-74机器数机器数最高位为符号位最高位为符号位，用用“0”表示表示“+”，用，用“1”表表示示“-”。其余的（其余的（n-1）位为数值部分。）位为数值部分。三、无符号数的表示三、无符号数的表示无符号数没有符号位，机器的全部有效位都用来表示数的无符号数没有符号位，机器的全部有效位都用来表示数的大小。大小。Dn-1Dn-2D0（11001010）2=（202）10例如：例如：D7D6D010011001第19页，共34页，编辑于2022年，星期五第一章第一章 单片微型计算机概述及预备知识单片微型计算机概述及预备知识定点数：定点数：小数点小数点固定固定。浮点数：浮点数：

20、小数点小数点不固定（位置不固定）随阶码浮动不固定（位置不固定）随阶码浮动。四、数的定点和浮点表示四、数的定点和浮点表示1、定点表示法、定点表示法符号符号.数值部分数值部分或或符号符号 数值部分数值部分.小数点小数点固定固定在数值部分的最高位之在数值部分的最高位之前前或最低位之或最低位之后后。eg:1.101011或或1101011.2、浮点表示法、浮点表示法阶符阶符 阶码阶码 数符数符 尾数尾数决定小数点位置决定小数点位置第20页，共34页，编辑于2022年，星期五第一章第一章 单片微型计算机概述及预备知识单片微型计算机概述及预备知识N=S*2 PS二进制小数，称二进制小数，称“尾数尾数”，S

21、0P称为数称为数N的阶码的阶码,为非负正数为非负正数2阶码阶码“底底”尾数尾数S15 1410 9 8 71 0阶符阶符阶码阶码数符数符五、原码、补码、反码五、原码、补码、反码原码、补码、反码都是带符号数在机器中的表示方法原码、补码、反码都是带符号数在机器中的表示方法1、原码、原码原码原码把真值的符号部分用把真值的符号部分用0或或1表示。表示。N1=+1001010N原原=01001010N2=-1001010N原原=11001010第21页，共34页，编辑于2022年，星期五第一章第一章 单片微型计算机概述及预备知识单片微型计算机概述及预备知识2、补码、补码模数模数一个计量器的容量。一个计量

22、器的容量。eg：一个一个n位二进制数它的容量为位二进制数它的容量为2n,所以它的模数为所以它的模数为2n。同余同余如果两个整数如果两个整数a、b,当用某一个正整数当用某一个正整数M（模）去（模）去除所得余数相等时，则称除所得余数相等时，则称a 和和b 对模对模M 是同余的。是同余的。eg：16=4（mod12)即：即：16和和4对对12是同余，即是同余，即16点钟和点钟和4点钟在以点钟在以12为模的钟为模的钟面上，其指示是一样的。面上，其指示是一样的。若若x=+xn-2xn-3x1x0则：则：x补补=2n+x=0 xn-2xn-3x1x0第22页，共34页，编辑于2022年，星期五第一章第一章

23、 单片微型计算机概述及预备知识单片微型计算机概述及预备知识若若x=-xn-2xn-3x1x0则：则：x补补=1xn-2xn-3x1x0+1按位取反加按位取反加1x补补=x0 x 2n-12n+x-2n-1 x 0（mod2n）当当x为正数时，补码与原码相同。为正数时，补码与原码相同。当当x为负数时，为负数时，2n+x=2n|x|性质：性质：x+y补补=x补补+y补补x-y补补=x补补-y补补当当x为纯小数时，为纯小数时，x=x-1x-2x-n-1第23页，共34页，编辑于2022年，星期五第一章第一章 单片微型计算机概述及预备知识单片微型计算机概述及预备知识3、反码、反码用用0代替符号位代替符

24、号位符号位为符号位为1，其它位按位取反，其它位按位取反x反反=0 xn-2xn-3x1x00 x 2n-11xn-2xn-3x1x0-2n-1 x 01.4 1.4 计算机的二进制数运算计算机的二进制数运算一、算术运算一、算术运算1、加法运算、加法运算二进制二进制加法法则加法法则为：为：0+0=0；1+0=0+1=1；1+1=10；（向邻近（向邻近高位高位有有进位进位）1+1+1=11；（向邻近（向邻近高位高位有有进位进位）第24页，共34页，编辑于2022年，星期五第一章第一章 单片微型计算机概述及预备知识单片微型计算机概述及预备知识例：例：两个二进制数两个二进制数X=10110110B，Y

25、=11011001B，试求，试求X+Y。解：解：X+Y可写成如下竖式：可写成如下竖式：X10110110BY11011001BX+Y110001111B被加数被加数加数加数和和X+Y=10110110B+11011001B=110001111B两个二进制数相加时要两个二进制数相加时要注意注意低位的进位，两个低位的进位，两个8位二位二进位数的和最大不会超过进位数的和最大不会超过9位。位。第25页，共34页，编辑于2022年，星期五第一章第一章 单片微型计算机概述及预备知识单片微型计算机概述及预备知识二进制二进制减法法则减法法则为：为：0 0=0；1 1=0；1 0=1；0 1=1；（向邻近高位（

26、向邻近高位借借1当作当作2）例：例：两个二进制数两个二进制数X=10010111B，Y=11011001B，试求，试求X Y。解：由于解：由于YX，故有，故有X Y=（Y X），相应竖式为：），相应竖式为：被减数被减数Y11011001B减数减数X10010111B差数差数Y X01000010BX Y=01000010B2、减法运算、减法运算第26页，共34页，编辑于2022年，星期五第一章第一章 单片微型计算机概述及预备知识单片微型计算机概述及预备知识XY=1101B1011B=10001111B3、乘法运算、乘法运算二进制加法法则为：二进制加法法则为：10=01=0；11=1；例例：两两

27、个个4位位二二进进制制数数X=1101B和和Y=1011B，试试用用手手工算法求出工算法求出XY之值。之值。被乘数被乘数1101B乘数乘数1011B110111010000+1101乘积乘积10001111B第27页，共34页，编辑于2022年，星期五第一章第一章 单片微型计算机概述及预备知识单片微型计算机概述及预备知识除法是乘法的逆运算除法是乘法的逆运算。与十进制类似，二进制除法也是。与十进制类似，二进制除法也是从被除数从被除数最高位最高位开始，查找出开始，查找出够减够减除数的位数，并在其最高除数的位数，并在其最高位处上商位处上商1和完成它对除数的减法运算，然后把被除数的下一和完成它对除数的

28、减法运算，然后把被除数的下一位移到余数位置上。若余数位移到余数位置上。若余数不够减不够减除数，则上商除数，则上商0，并把被，并把被除数的再下一位移到余数位置上。若余数够减除数，则上除数的再下一位移到余数位置上。若余数够减除数，则上商商1，余数减除数。，余数减除数。4、除法运算、除法运算例：例：设设X=10101011B，Y=110B，试求试求XY之值。之值。解：解：XY的竖式是：的竖式是：XY=10101011B110B=11100B余余11B第28页，共34页，编辑于2022年，星期五第一章第一章 单片微型计算机概述及预备知识单片微型计算机概述及预备知识逻逻辑辑乘乘又又称称逻逻辑辑与与，常常

29、用用“”运运算算符符表表示示，逻逻辑辑乘乘运算法则为：运算法则为：00=0；10=01=0；11=1两两个个二二进进制制数数进进行行逻逻辑辑乘乘，其其运运算算方方法法类类似似于于二二进进制制算算术术运算。运算。二、逻辑运算二、逻辑运算1、逻辑乘运算、逻辑乘运算XY=01100000B解：解：XY的运算竖式为：的运算竖式为：01100110B11110000B01100000B例：例：已知已知X=01100110B，Y=11110000B，试求，试求XY的值。的值。第29页，共34页，编辑于2022年，星期五第一章第一章 单片微型计算机概述及预备知识单片微型计算机概述及预备知识2、逻辑加运算、逻

30、辑加运算逻逻辑辑加加又又称称逻逻辑辑或或，常常用用算算符符“”表表示示，逻逻辑辑加加的运算规则为：的运算规则为：00=0；10=01=1；11=1例例：已已知知X=01100110B，Y=11110000B，试试求求XY的值。的值。解：解：XY的运算竖式为：的运算竖式为：01100110B11110000B11110110BXY=11110110B第30页，共34页，编辑于2022年，星期五第一章第一章 单片微型计算机概述及预备知识单片微型计算机概述及预备知识3、逻辑非运算、逻辑非运算4、逻辑异或运算、逻辑异或运算逻逻辑辑异异或或又又称称为为半半加加，是是不不考考虑虑进进位位的的加加法法，常常

31、采采用用“”算符表示。逻辑异或的运算规则为：算符表示。逻辑异或的运算规则为：0 0=1 1=0；1 0=0 1=1例例：已已知知X=10110110B，Y=11110000B，试试求求X Y的的值。值。解：解：X Y的运算竖式为：的运算竖式为：10110110B 11110000B01000110BX Y=10110110B 11110000B=01000110B逻辑非运算又称逻辑取反。运算规则为：逻辑非运算又称逻辑取反。运算规则为：0=1；1=0例：例：已知已知X=11000011B，试求，试求X的值。的值。解：解：X=11000011B，X=00111100B第31页，共34页，编辑于20

32、22年，星期五第一章第一章 单片微型计算机概述及预备知识单片微型计算机概述及预备知识1.5 1.5 常用的单片机产品常用的单片机产品目前生产单片机的厂商主要有目前生产单片机的厂商主要有Intel公司、公司、Motorola公司、公司、Philips公司、公司、ATMEL公司、公司、WinBond公司、公司、Microchip公司、公司、AMD公司、公司、Zilog公司等，产品型号规格众多，性能各具特色。公司等，产品型号规格众多，性能各具特色。型型号号ROM/EPROMRAM 时钟速度时钟速度(MHz)I/O线线定时器定时器/计数器计数器串行串行口口中断中断源源PCA通道通道A/D通道通道保密保

33、密位位省电省电方式方式8031AH128B1232215008051AH4KB128B12322150008751BH4KB128B12322150028032AH256B1232316008052AH8KB256B12323160008752BH8KB256B123231600287C514KB128B12 243221500380C32256B12 24323160080C528KB256B12 243231600187C528KB256B12 243231600380C5416KB256B12 243231600187C5416KB256B12 243231600387C5832KB25

34、6B12 243231600380C51GB256B12,1648311510887C51GB8KB256B12,164831151083第32页，共34页，编辑于2022年，星期五第一章第一章 单片微型计算机概述及预备知识单片微型计算机概述及预备知识1.6 1.6 单片机的应用与选择单片机的应用与选择一、一、单片机的特点单片机的特点（1）小巧灵活、成本低、易于产品化）小巧灵活、成本低、易于产品化（2）可靠性高、适用的温度范围宽）可靠性高、适用的温度范围宽（3）易扩展、控制功能强）易扩展、控制功能强（4）指令系统相对简单，较易掌握）指令系统相对简单，较易掌握二、二、单片机的应用领域单片机的应用

35、领域 （1）在智能仪表中的应用）在智能仪表中的应用（2）在机电一体化中的应用）在机电一体化中的应用（3）在实时控制中的应用）在实时控制中的应用（4）在军工领域的应用）在军工领域的应用（5）在分布式多机系统中应用）在分布式多机系统中应用（6）民用电子产品中的应用）民用电子产品中的应用第33页，共34页，编辑于2022年，星期五第一章第一章 单片微型计算机概述及预备知识单片微型计算机概述及预备知识三、单片机应用系统的结构三、单片机应用系统的结构1、基本系统、基本系统2、扩展系统、扩展系统复位复位时钟时钟单单片片机机输入输出设备输入输出设备 单片机单片机+输入输入/输出设输出设备无扩展的备无扩展的ROM，RAM，I/O等。等。单片机内部资源有限，要求较高的单片机系统需外扩展单片机内部资源有限，要求较高的单片机系统需外扩展ROM、RAM、I/O，甚至，甚至A/D、D/A等。等。复位复位时钟时钟电源电源单单片片机机ROMRAMA/D串行接口串行接口并行接口并行接口D/ABUS第34页，共34页，编辑于2022年，星期五