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1、单片机基础知识,耿文静,本人介绍,姓名：耿文静 年龄：31 教龄：7年 毕业院校： 天津职业技术师范大学自动化系（本科） 四川大学电子与通信工程专业（研究生） 擅长授课课程： 单片机、PLC、电工学、模拟电路、数字电路。 联系方式: 手机 13601005935 QQ 31317946,培养目标,重点掌握,基本能力,单片机应用能力,基本知识,基本开发设计能力,分析,调试,设计,制作,岗位需求和相关能力,教学成果体现,数字时钟温度计,数字温度计,电子琴,智能寻轨小车,返回,单片机芯片实物,芯片内部,本部分内容,一 单片机概念 二 单片机的内部构成和外部引脚 三 计算常识补充 四 MCS-51单片
2、机的存储器,一 单片机概念,什么是单片机？ 单片机即单片微型计算机SCM （Single Chip Microcomputer），是将微型计算机的主要部件CPU、存储器（RAM、ROM）、I/O接口、定时计数器、中断系统等，集成在一片芯片上构成的一种计算机芯片，由于应用于控制领域，又简称微控制器MCU（Microcontroler Unit）。 由于ROM用于储存程序代码，因此称为“程序存储器”；RAM用于储存程序执行过程中的数据，称为“数据存储器”。,什么是单片机系统？ 由硬件（单片机芯片和外围电路）、软件（内部程序）构成，能完成一定功能的设备，比如温度显示系统、交通灯控制系统等。,单片机的
3、发展史 1971年 单片机诞生 1976年 Intel公司 8位MCS-48系列 1980年 Intel公司 8位MCS-51系列典型的、完善的、应用最广泛的一个系列。 1983年 Intel公司16位MCS-96系列,小常识1：什么是“位”。 我们通常用“位”来表示计算机的处理速度，究竟什么是位呢，为什么“位”越大代表着处理速度就越快呢？ 在计算机中，一位代表着一个二进制数，几位的CPU代表着该CPU一次能处理的二进制数的长度。,单片机的应用 单片机应用十分广泛，大致可分如下几个范畴： 1.在智能仪器仪表上的应用 ：摇床、离心机 2.在工业控制中的应用 ：工厂流水线、各种警报系统 3.在家用
4、电器中的应用 ：现在的家用电器基本上都采用了单片机控制，电饭煲、洗衣机、电冰箱、空调机、彩电五花八门，无所不在。 4.在计算机网络和通信领域中的应用 ：手机、交换机 5.单片机在医用设备领域中的应用 单片机在医用设备中的用途亦相当广泛，例如医用呼吸机，各种分析仪，监护仪，超声诊断设备及病床呼叫系统等等。 6.在各种大型电器中的模块化应用 7.单片机在汽车设备领域中的应用 ：汽车中的发动机控制器，GPS导航系统，abs防抱死系统，制动系统等等。 此外，单片机在工商，金融，科研、教育，国防航空航天等领域都有着十分广泛的用途。,二 单片机的内部构成和外部引脚,单片机的内部构成,CPU的内部构造和工作
5、原理,CPU执行指令的过程：查询PC中的地址从ROM对应地址中取出指令代码存入IR进入ID译码，确定该指令的功能在控制器的控制下输出控制信号，执行该功能 PC自加1 。重复上述过程。, MCS-51系列单片机简介 8位,外部可以扩展存储器和接口。 分为2个子系列，3个版本：, 8051单片机的外部引脚,引脚介绍 共40个引脚，4类 （1）电源接口：VCC（40脚）VSS（20脚） （2）时钟接口：XTAL2（18脚）,XTAL1（19脚） （3）I/O接口：4个8位的并行口P0、P1、P2、P3。 （4）其他引脚： RST（9脚）复位，高电平有效,小窍门1： 接口助记词： 奇左偶右，小上大下；
6、 占 4 个角，P3少3脚。 只有P0序号反。,单片机最小系统 任何单片机想要正常工作，都有3个必接的电路：电源电路、时钟电路、复位电路。接好这3种电路的单片机系统，称为单片机最小系统。 1 电源电路 VCC（40脚）一般接5V电源，VSS（20脚）接地。,2 时钟电路 时钟电路接法如左图所示，Y1为晶体振荡器，简称晶振，C1、C2为电容。 作为单片机的必接元件，晶振的作用是什么呢？ 晶振就是单片机的“时钟”。CPU的每一步运行都是有严格的时间标准的，谁来给它把控时间呢？就是晶振。单片机通电后，晶振电路开始工作，产生周期性方波，CPU就是以波动周期为时间标准的。 MCS-51系列单片机常用的晶
7、振频率为f=12MHz和f=11.0592MHz。,CPU执行指令是以机器周期为单位的。机器周期和晶振频率的关系是T=12/f。假设f=12MHz，则其机器周期为1us。,小常识2： 二进制单位有，位-bit，字节-Byte，字-Word,三者关系： 1B=8b，1W=2B=16b 小常识3： 十进制和二进制单位前缀对应数量级对比。,3 复位电路,复位的功能： 使单片机恢复初始状态。令程序计数器PC清零，令大部分RAM存储器清零。特殊的有：P0P1P2P3复位后各引脚均为高电平；堆栈指针SP=07H。 复位的条件： 复位引脚的高电平维持两个机器周期以上。 复位的方式： 上电复位和手动复位。,三
8、 计算常识补充,进制,思考：5D和5H一样大吗？15D和15H呢？,进制转换 二、十六进制转换为十进制 原则：按权展开 198 D =1102+9101+8100=198 D 2A H=2161+10160=42 D 10110 B= 124+023+122 +121+0100=22 D,十进制转换成二、十六进制 转换原则1：除基取余，倒序写（整数） 练习：将35 D转换为二进制和十六进制数。 235D 余数 217- 1 28 - 1 24 - 0 22 - 0 21 - 0 0 - 1 结果：35 D=100011 B=2D H,1645D 余数 162- D 0 - 2,小窍门2： 十进
9、制转换成二进制可采用“拆分法”，将十进制数拆分成二进制位权之和的形式，即可直接获得所求二进制数。 8 位二进制数的位权为： 27 26 25 24 23 22 21 20 128、64、32、16、8、4、2、1。 练习：35D=32+2+1= 25+ 21+ 20=100011 B 29D= 40D= 100D=,转换原则2: 乘基取整法，顺序写 练习 把0.645 D转换成二、十六进制 0.645D=0.10100 B=0.A51EB H,二进制和十六进制相互转换 转换原则：每一位十六进制数和四位二进制数对应。 练习 : 2AH=00101010B 10010B=00010010=12H,
10、计算机中数据的表示法 机器数与真值 机器只认识二进制数：0、1。 这是因为，电路状态常有两个，如通、断；高电平、低电平；可用0、1表示。 这种0、1组成的数据称为机器数，在计算机中一般以8位1字节为单元储存。,机器数的编码及运算 对带符号数而言，有原码、反码、补码之分，计算机内一般使用补码。 原码 “+”用0表示， “-”用1表示，数值部分为该数本身，就构成了原码。 如，+3原 = 00000011B - 3原 = 10000011B 0有两种表示方法： +0 00000000 B -0 11111111 B 8位原码能表示的最大、最小的数据为：+127、-128 反码 规定：正数的反码等于原
11、码；负数的反码是将原码的数值位各位取反。 如，+4反 = +4原 = 00000100 B -4反 = 11111011 B 反码的数据范围：-128 +127,补码 概念：现在是下午3点，手表停在12点，可正拨3点，也可倒拨9点。即是说-9的操作可用+3来实现，在12点里：3、-9互为补码。 运用补码可使减法变成加法。 规定：正数的补码等于原码。 负数的补码求法：反码 + 1 如，+6补 = +6原 = 00000110 B -6补 = 11111001 +1 = 11111010 B 8位补码的范围 128 +127。 0 的个数：只一个，即00000000 ，而10000000 B是-1
12、28的补码。,补码的运算 X补补 = X原 X补+ Y补 = X+Y 补 X-Y 补= X+（-Y）补 例：已知 X=52 Y=38 求X-Y的补码。,十进制数的编码 对机器来说二进制数方便，对人 来说二进制数不直观，习惯于使用十进制数。 在编程过程中，有时需要采用十进制运算，但机器不认识十进制数。怎么办？可以将十进制的字符用二进制数进行编码，这叫做二进制数对十进制编码BCD码。每4位二进制数表示一个十进制字符，这4位的位权依次是： 8、4、2、18421 BCD码。,（1）BCD码加法规则 两个BCD数相加时，“某位”的和小于10则保持不变； 两个BCD数相加时，“某位”的和大于9，则和数应
13、加6修正。 （2）BCD码减法规则 两个BCD数相减时，“某位”的差未发生借位，则差数保持不变； 两个BCD数相减时，“某位”发生了借位，其差应减6修正。 这里“某位”指BCD数中的“个位”、“十位”、“百位”、,字符信息的表示 计算机能识别0、1，这些0、1、0、1、有的代表数值，有的仅代表要处理的信息（如字母、标点符号、数字符号等文字符号），所以，计算机不仅要认识各种数字，还要能识别各种文字符号。人们事先已对各种文字符号进行二进制数编码。如，美国信息交换标准码ASCII码,四 MCS-51单片机的存储器,ROM 8051单片机的内部ROM容量为4KB，外部最大能扩展到64KB，用于存储程序
14、代码和一些固定的数据表格。 片内片外ROM的选择由引脚31决定。 /EA，31脚，允许读片外ROM控制端。低电平有效。/EA脚的接法和内外ROM使用的关系： /EA=1 先内后外 /EA=0 只用外部,小常识4： 引脚名称带上划线表示该引脚低电平或下降沿有效。,小常识5：存储空间的地址和容量的关系。 M=2N M表示存储容量，N表示存储空间地址的位数。 推导：,小常识6 如何分清3个B? 在计算机知识中，B可以代表单位（字节），进制（二进制），十六进制数中的一个（B H=11 D）。如何分请他们呢？请看下面几个B的应用,你能分清它们分别代表什么吗。 4KB, 10110100 B，5B H,R
15、AM 外部RAM 最大可以扩展到64KB，地址范围是0000HFFFF H 。 内部RAM 8051只有256B，地址范围是00HFFH。,内部RAM又分为低128B和高128B，在使用上完全不同。 内部RAM的低128B 地址范围：00H-7FH。根据功能的不同又分成-寄存器区、位寻址区、用户区3部分。,寄存器区 共32B，8B一组分成4组。 每个字节在每组内按照地址 从小到大的顺序，名称为R0-R7。用于快速存取数据。 4组寄存器的选择：,位寻址区 位寻址区的地址范围为20H-2FH，共有16B，这些字节既可作为一般单元用字节寻址，也可进行位寻址。 可寻址的位有128个，位地址为00H-7FH。 CPU能直接操作这些位，执行例如置“1”、清“0”、求“反”、转移，传送和逻辑等操作。 我们常称MCS-51具有布尔处理功能，布尔处理的存储空间指的就是这些为寻址区。 位地址分配如下表所示：,用户区 剩下的80B是供用户使用的一般RAM区了，地址为30H-7FH。对这部份区域的使用不作任何规定和限制，但应说明的是，堆栈一般开辟在这个区域。,堆栈：只有一个口的存储空间。遵循“先进后出”原则。弹夹。 可以通过堆栈指针SP设置堆栈的初始位置。比如：SP=0x4F; 注意：每入栈一个数据，SP的值加1，每弹出一个数据，SP的值减1，SP始终指向栈顶地址。,内部RAM的高
