单片微型计算机原理1.

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1、单片微型计算机原理与应用 主讲教师：凌宏江 华中科技大学材料学院 linghjmail.hust.edu.c n 材料学院本科生用电子教案 2012-2013学年第一学期 目 录 第一章 概述(2) 第二章 MCS-51单片机的内部结构(4) 第三章 MCS-51单片机的指令系统(4) 第四章 汇编语言程序设计(4) 第五章 存储器及扩展技术(2) 第六章 中断系统(2) 第七章 I/O口扩展及应用(2) 第八章 定时器/计数器(2) 第九章 串行通信及其接口(2) 第十章 A/D和D/A转换器接口(2) 第十一章 显示器、键盘、打印机接口 (2) 2 材料学院 单片微型计算机原理与应用 第一

2、章 概述 1.1 微型计算机的的发展和特点 1.2 微处理器、微型计算机和微型计算机 系统 1.3 微型计算机的应用 1.4 微型计算机的工作过程 1.5 Intel单片机系列介绍 1.6 计算机的数和编码 3 材料学院 单片微型计算机原理与应用 1.1 微型计算机的发展和特点 1946年2月15日，第一台电子数字计算机问世 ，这标志着计算机时代的到来。 （CALCULATOR） ENIAC 4 材料学院 单片微型计算机原理与应用 ENIAC主要性能指标 ENIAC是电子管计算机； 时钟频率仅有100 KHz； 能在1秒钟的时间内完成5000次加法运算 。 与现代的计算机相比，有许多不足，但

3、它的问世开创了计算机科学技术的新纪元， 对人类的生产和生活方式产生了巨大的影响 。 5 材料学院 单片微型计算机原理与应用 电子计算机发展的五个时代 电子计算机技术的发展，相继经历了五个时代 ： 电子管计算机； 晶体管计算机； 集成电路计算机； 大规模集成电路计算机； 超大规模集成电路计算机。 计算机的结构仍然没有突破冯诺依曼提出的 计算机经典结构框架。 6 材料学院 单片微型计算机原理与应用 第一个单片计算机 1971年1月，Intel公司的特德霍夫在与日 本商业通讯公司合作研制台式计算器时，将原 始方案的十几个芯片压缩成三个集成电路芯片 。其中的两个芯片分别用于存储程序和数据， 另一芯片集

4、成了运算器和控制器及一些寄存器 ，称为微处理器（即Intel 4004）。 7 材料学院 单片微型计算机原理与应用 1.2 微处理器、微型计算机和微型计 算机系统 微处理器、存储器加上I/O接口电路组成微型计 算机。各部分通过地址总线（AB）、数据总线（ DB）和控制总线（CB）相连。 8 材料学院 单片微型计算机原理与应用 1.3 单片微型计算机的应用 单片机应用系统的结构通常分为以下三个层次。 (1) 单片机：通常指应用系统主处理机，即所选 择的单片机器件。 (2) 单片机系统：指按照单片机的技术要求和嵌 入对象的资源要求而构成的基本系统。时钟电路、复 位电路和扩展存储器等与单片机共同构成

5、了单片机系 统。 (3) 单片机应用系统：指能满足嵌入对象要求的 全部电路系统。在单片机系统的基础上加上面向对象 的接口电路，如前向通道、后向通道、人机交互通道 （键盘、显示器、打印机等）和串行通信接口(RS232) 以及应用程序等。 9 材料学院 单片微型计算机原理与应用 单片机应用系统三个层次的关系如图 所示 10 材料学院 单片微型计算机原理与应用 单片机在机、电、仪一体化等智能 产品中的应用 日常生活中含单片机的电器产品 智能化的仪器仪表 单片机在工业测控中的应用 单片机在通信技术中的应用 11 材料学院 单片微型计算机原理与应用 1.4 微型计算机的工作过程 微型计算机的基本工作过程

6、是执行程序 的过程，也就是CPU自动从程序存放的第1个 存储单元起，逐步取出指令、分析指令，并 根据指令规定的操作类型和操作对象，执行 指令规定的相关操作。如此重复，周而复始 ，直至执行完程序的所有指令，从而实现程 序的基本功能，这就是微型计算机的基本工 作原理。 12 材料学院 单片微型计算机原理与应用 1.5 Intel单片机系列介绍 MCS-51可分为两个子系列和4种类型，如表所示。按资源的 配置数量，MCS-51系列分为51和52两个子系列，其中51子 系列是基本型，而52子系列属于增强型。 资 源 配 置 子 系 列 片内ROM的形式 片内 ROM 容量 片内 RAM 容量 定时器

7、与 计数器 中 断 源 无ROMEPROME2PROM 851系列80318051875189514KB128B2165 8C51系列80C3180C5187C5189C514KB128B2165 852系列80328052875289528KB256B3166 8C252系列80C23280C25287C25289C2528KB256B3167 13 材料学院 单片微型计算机原理与应用 1.6 计算机的数和编码 1.6.1 数制的表示 1. 常用数制 (1) 十进制数 我们熟悉的十进制数有两个主要特点： 有十个不同的数字符号：0、1、2、9； 低位向高位进、借位的规律是“逢十进一” “借一

8、当十”的计数原则进行计数。例如： 式中的10称为十进制数的基数, 103、102、101、100、10-1 、10- 2称为各数位的权。十进制数用D结尾表示。 14 材料学院 单片微型计算机原理与应用 1. 常用数制(2) (2) 二进制数 在二进制中只有两个不同数码：0和1，进位规律是“逢 二进一”“借一当二”的计数原则进行计数。二进制数用B结尾 表示。 例如，二进制数11011011.01可表示为： (11011011.01)2=1x27+1x26+0 x25+1x24+1x23+0 x22 +1x21+1x20+0 x2-1+1x2-2 (3) 八进制数 在八进制中有0、1、2、7八个不

9、同数码，采用“逢八 进一”“借一当八”的计数原则进行计数。八进制数用Q结尾表 示。 例如，八进制数503.04可表示为： (503.04)Q=5x82+0 x81+3x80+0 x8-1+4x8-2 15 材料学院 单片微型计算机原理与应用 1. 常用数制(3) (4) 十六进制数 在十六进制中有0、1、2、9、A、B、C 、D、E、F共十六个不同的数码，采用“逢十六 进一”“借一当十六”的计数原则进行计数。十六 进制数用H结尾表示。 例如，十六进制数4E9.27可表示为: (4E9.27)H=4x162+14x161+9x160+2x16-1 +7x16-2 16 材料学院 单片微型计算机原

10、理与应用 2不同进制数之间的相互转换 下表列出了二、八、十、十六进制数之间的对应关系，熟记这 些对应关系对后续内容的学习会有较大的帮助。 十进 制 二进 制 八进 制 十六进 制 十进 制 二进制八进制十六进 制 000091001119 111110101012A 2102211101113B 3113312110014C 41004413110115D 51015514111016E 61106615111117F 71117716100002010 8100010817100012111 17 材料学院 单片微型计算机原理与应用 (1) 二、八、十六进制数转换为十进制数 根据各进制的定义

11、表示方式，按权展开 相加，即可转换为十进制数。 【例1-1】将(10101)B，(72)Q，(49)H转 换为十进制数。 (10101)B=1x24+0 x23+1x22+0 x21+1x20=37 (72)Q=7x81+2x80=58 (49)H=4x161+9x160=73 18 材料学院 单片微型计算机原理与应用 (2) 十进制数转换为二进制数 十进制数转换二进制数,需要将整数部分和小数 部分分开,采用不同方法进行转换,然后用小数点将这 两部分连接起来。 1) 整数部分：除2取余法。 具体方法是：将要转换的十进制数除以2，取余数； 再用商除以2，再取余数， 直到商等于0为止，将每次 得到

12、的余数按倒序的方法 排列起来作为结果。 所以(25)D=11001B 19 材料学院 单片微型计算机原理与应用 2) 小数部分：乘2取整法。 具体方法是：将十进制小数不断地乘以2，直到积 的小数部分为零（或直到所要求的位数）为止，每 次乘得的整数依次排列即为相应进制的数码。最初 得到的为最高有效数位，最后得到的为最低有效数 字。 【例1-2】将十进制数0.625转换成二进制数。 所以(0.625)D=0.101B 20 材料学院 单片微型计算机原理与应用 (3) 二进制与八进制之间的相互转换 由于23=8，故可采用“合三为一”的原则，即从小数点开 始向左、右两边各以3位为一组进行二-八转换：若

13、不足3位 的以0补足，便可以将二进制数转换为八进制数。反之，每 位八进制数用三位二进制数表示，就可将八进制数转换为二 进制数。 【例1-3】将(10100101.01011101)B转换为八进制数 。 010 100 101.010 111 010 2 4 5 . 2 7 2 即 (10100101.01011101)B =(245.272)Q 【例1-4】将(756.34)Q转换为二进制数。 7 5 6 . 3 4 111 101 110 . 011 100 即 (756.34)Q=(111101110.0111)B 21 材料学院 单片微型计算机原理与应用 (4) 二进制与十六进制之间的相

14、互转换 由于24=16，故可采用“合四为一”的原则，即从小数点 开始向左、右两边各以4位为一组进行二十六转换，若不足 4位的以0补足，便可以将二进制数转换为十六进制数。反之 ，每位十六进制数用四位二进制数表示，就可将十六进制数 转换为二进制数。 【例1-5】将(1111111000111.100101011)B转换为十 六进制数。 0001 1111 1100 0111 . 1001 0101 1000 1 F C 7 . 9 5 8 即 (111111000111.100101011)B =(1FC7.958)H 【例1-6】将(79BD.6C)H转换为二进制数。 7 9 B D . 6 C

15、 0111 1001 1011 1101 . 0110 1100 即 (79BD.6C)H=(111100110111101.011011)B 22 材料学院 单片微型计算机原理与应用 1.6.2 常用的信息编码 1. 二-十进制BCD码（Binary-Coded Decimal） 二-十进制BCD码是指每位十进制数用4位二进制数编码 表示。由于4位二进制数可以表示16种状态，可丢弃最后6种 状态，而选用00001001来表示09十个数符。这种编码又 叫做8421码。 【例1-7】将69.25转换成BCD码。 6 9 . 2 5 0110 1001 . 0010 0101 结果为69.25=(01101001.00100101)BCD 【例1-8】将BCD码100101111000.01010110转换成十 进制数。 1001 0111 1000 . 0101 0110 9 7 8 . 5 6 结果为（100101111000.01010110）BCD=978.56 23 材料学院 单片微型计算机原理与应用 十进制数与BC