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1、单片机原理及应用 考核方式 笔试 实验 作业 期末成绩占70 期中成绩占20 实验成绩占5 平时作业成绩占5 答疑时间 周三下午16 00 17 30 答疑地点 机械学院508室 本课程教学安排 祝爱萍 机械学院508室 13519284502 第一章 概述第二章 mcs 51单片机结构及原理第三章 MCS 51单片机指令系统及编程举例第四章 单片机定时功能及应用第五章 单片机的中断系统第六章 单片机串行口及应用第七章 单片机系统扩展及显示接口技术第八章 D A A D转换器接口及应用第九章 键盘接口技术 目录 第一章概述 学习目标 通过本章的学习 学生应该能够 熟悉单片机的主要特点 典型产品
2、 应用领域 掌握数制以的概念及不同数制间的转换方法 明确数在计算机中的表示方法 重点和难点内容 数制以及不同数制间的转换和数在计算机中的表示方法 解决方法 多练习 课外指导 答疑 教学效果检测方法 批阅作业 本章作业 教材P14习题与思考题1 2 3 4 5 6 7 8 1 定义 单片机全称为单片微型计算机 single chipMicrocomputer 它在一块芯片上集成了CPU RAM ROM PROM E2PROM CTC和多个I O口 此外 有的单片机如8096单片机上还集成了ADC和DAC转换芯片 本章主要内容 一 单片机的定义及特点 测量与显示 如各种智能仪表 用于提高测量与显示
3、的自动化程度和准确度 3 应用领域 主要应用于以下几方面 2 特点 单片机的体积小 可靠性高 价格便宜 功耗低 它是目前应用最广泛的工业控制微机 辅助设计和制造 如加工中心 用于提高加工的自动化程度和精度 日常生活 如各种家电中 用于提高家电的自动化程度 增强其功能 科学计算 人造卫星轨迹 天气预报等 数据处理 企业管理 情报检索等 其他方面 系统仿真 智能模拟 计算机网络与信息及高速公路管理等 1946 1958 第一代电子管计算机 磁鼓存储器 机器语言及汇编语言编程 1958 1964 第二代晶体管计算机 磁芯作主存储器 磁盘作外存储器 开始使用高级语言编程 二 单片机的发展概况 1964
4、 1971 第三代集成电路计算机 使用半导体存储器 出现多终端计算机和计算机网络 1971 第四代大规模集成电路计算机 出现微型计算机 单片微型计算机 外部设备多样化 1981 第五代人工智能计算机 模拟人的智能和交流方式 二 单片机的发展概况 三 计算机发展趋势 微型化 便携式 低功耗巨型化 尖端科技领域的信息处理 满足超大容量 高速度的要求智能化 模拟人类大脑思维和交流方式 具有多种处理能力系列化 标准化 便于各种计算机硬 软件兼容和升级多机系统 大型设备 生产流水线集中管理 独立控制 故障分散 资源共享 典型产品有8051 8751和8031 其三种芯片的主要区别在于 ROM EPROM
5、和外接EPROM 8051内部程序要由生产芯片的厂家写入 适用于低成本大批量生产 8751片内程序可由用户固化或清除 价格相对较贵 适用于开发样机 8031芯片必须外接ROM 适用于较方便进行修改和更新程序记忆的场合 1 MCS 51系列简介 看P18表2 1 四 常用单片机系列介绍 2 存储器简介 memory是单片机的主要组成部分之一 主要用于存储信息 它的分类如下 内存 包含有 RAM 随机存储器 其中信息可读可写 断电丢失全部内容 ROM 只读存储器 用户不可更改其内容 与EPROM同样 断电仍可保存信息 外存 包含有 硬盘 可随时读写并永久保存信息但硬盘存储容量有限 随身携带不方便
6、EPROM 可擦除可编程的只读ROM 用紫外线可擦除其内容 用专用设备用户可固化信息 软盘 软盘可随时读写并永久保存信息 其容量小但可无限扩充 随身携带方便 光盘 可随时读取信息 容量大 随身携带方便 也可对其进行写操作并永久保存信息 但必须配备专门的刻盘机 五 数制及其间的转换 1 数制 常用的计数方法 有二 Binary 十 Decimal 十六 Hexadecimal 八 Q Octal 十二及六十进制等 优盘 特点同软盘 但容量较软盘大很多 比硬盘小 位权 某个数位的值是由这一位的数码值乘以处在这一位的固定常数决定的 通常把这一固定常数称之为位权值 简称位权 简而言之权是以基为底的幂
7、例 1010 11B的基为2 各位的权分别为 23 22 21 20 2 1和2 2 基数 指数制所使用数码的个数 如 B 2 Q 8 D 10 H 16 例1 FFFFH 15 163 15 162 15 161 15 160 65535例2 10111100 101B 27 25 24 23 22 2 1 2 3 188 625 二 八 十六进制转换为十进制时 原则为 按位权展开相加 2 数制之间相互转换的原则 十进制转换为二 八 十六进制时 原则为 整数部分除基取余 先出低位 小数部分乘基取整 先出高位 例1 4 32D 100 0101B 取四位小数 并非精确转换 例2 254 73D
8、 376 56Q FE BAH 机器数 数字在机器中的表示方式称为机器数 即将符号 也作为数字的一部分 具体地说 在存储数据时 最高一位用来表示数字的符号 当数字为正时 最高一位的值为0 当数字为负时 最高一位的值为1 机器数有原码 反码和补码三种形式 3 数在计算机中的表示方法 真值 一个数的实际大小称为这个数的真值 原码 正数的符号位用0表示 负数的符号位用1表示 符号位之后是数字的真值 此法表示的数字称为数的原码 正数的原码与其真值相同 例 对于8位数据 35H表示为 35H 原码 00110101 35H表示为 35H 原码 10110101 0 原码 00000000 0 原码 10
9、000000 反码 正数的反码与其原码相同 负数的反码则为其对应的原码按位取反 符号位除外 例 对于8位数据 35H表示为 35H 反码 00110101 35H表示为 35H 反码 11001010 0 反码 00000000 0 反码 11111111 补码 正数的补码与其原码相同 负数的补码则为其对应的原码按位取反 符号位除外 加1 注意 计算机中所有的符号数都是默认用补码表示的 例 对于8位数据 35H表示为 35 补码 00110101 35H表示为 35 补码 11001011 0 补码 0 补码 00000000 计算机中所能表示的符号数的范围为 2n 1 2n 1 1 n为数据
10、的位数 当n 8时 所能表示的符号数的范围为 128 127 即 27 27 1当n 16时 所能表示的符号数的范围为 32768 32767即 215 215 1 已知一个数的补码时 其真值为 正数 真值 正数 补码 负数 真值 负数 补码取反 符号位除外 1 例 x 01001101 则 x 真值 01001101 77Dx 10110101 则 x 真值 11001010 1 11001011 75D 例 Y 117 10 117 补 10 补 10001011 1110110 110000001 127 利用补码可将减法转换为加法以简化硬件电路 具体原理为 将减数与减号一起变为补码后再
11、与被减数的补码相加 其和 如有进位则舍弃进位 就是两数之差 了解 4 ASCII码 又称字符编码 英文字母A Z及a z 数字字符0 9 专用字符 空格和各种标点符号 各种非打印字符如 CR 回车 LF 换行 BELL 响铃 等 计算机处理的信息并不全是数字 有时还要处理字符和字符串 常见的字符有 5 BCD码 BinaryCodedDecimal 用四位二进制代码表示一位十进制正整数的编码称为BCD码 以上这些字符在计算机中都用固定的二进制数表示 国际上目前采用最常用的美国标准信息交换码也称ASCII码来表示 要求大家记住前两类字符的ASCII码值 P10表1 3 列高行低 例 129 00
12、0100101001 BCD 第二章mcs 51单片机结构及原理 学习目标 通过本章的学习 学生应该能够 掌握有关单片机的基本结构及其功能 尤其是mcs 51系列单片机CPU和存储器的结构及功能 这一部分是全新的概念 需要认真掌握 重点和难点内容 mcs 51系列单片机CPU和存储器的结构及功能 解决方法 细讲 慢讲 课外指导 答疑 质疑 教学效果检测方法 课堂提问 批阅作业 本章作业 教材P36习题与思考题1 3 5 6 7 本章主要内容 2 1mcs 51单片机结构 2 2mcs 51的存储器结构 2 3单片机的时序 第一节mcs 51单片机结构 一 mcs 51单片机内部结构简介二 80
13、51CPU的组成及其功能三 计算机指令执行过程四 MCS 51引脚及功能 单片机内部最核心的部分是CPU CPU的主要功能是产生各种控制信号 控制存储器及输入 输出端口的数据传送 实现数据的算术运算 逻辑运算以及位操作处理等功能 8051CPU的组成及其功能 PC程序计数器 16位专用RS 用于存放下一条将要执行的指令地址 其内容有自加功能 它可保证程序按一定顺序执行 8051CPU由控制器与运算器两部分组成1 控制器 指令译码器 将指令RS的指令转换成电信号 再经逻辑控制电路产生各种控制信号 译码前指令为0 1代码 译码后指令为脉冲信号 指令Register RS 8位 用于暂存待执行的指令
14、 等待译码 8051CPU的组成及其功能 数据指针DPTR 16位专用地址指针RS 主要用于存放16位地址 作间址RS使用 也可拆成两个8位RS DPH和DPL 它们片内RAM中占据的地址分为83H和82H 8051CPU的组成及其功能 定时控制与条件转移逻辑电路 不介绍 2 运算器 累加器ACC 8位专用RS 用于存放操作数或中间结果 是CPU中使用最频繁的一个RS 也是20个SFR中的一个 8051CPU的组成及其功能 程序状态字RS PSW 8位专用RS 用于存放程序运行中的各种状态信息 它可以进行位操作 PSW的字节地址为D0H 位地址为D0 D7H 各位的含义如下 算逻运算部件 此部
15、件实现算数运算与逻辑运算的功能 其运算结果的状态送PSW中 8051CPU的组成及其功能 CY PSW 7 进位标志 表示在进行无符号加减时 最高位有无向更高位进 借 位 当有进位CY 1 无进位则CY 0 程序状态字RS PSW 各位的含义 AC PSW 6 半进位标志 表示在进行无符号加减时 D3位有无向D4位进 借 位 当有AC 1 无则AC 0 主要用于BCD码的判断位 程序状态字RS PSW 各位的含义 RS1 RS0 PSW 4 PSW 3 工作RS组选择标志 用于选择内部RAM中4个RS中的一组它们的关系如下 F0 PSW 5 用户标志位 由用户通过程序设置1或0 表示程序处于某
16、种状态 为后续程序执行提供条件 程序状态字RS PSW OV PSW 2 溢出标志 当进行符号数运算时可表示是否有溢出 则OV 1 无则OV 0 溢出的逻辑表达式为OV C6Y C7Y F1 PSW 1 保留位 无定义 程序状态字RS PSW 各位的含义 P PSW 0 奇偶标志位 表示累加器A中含 1 个数的奇偶性 当A中有奇数个1 B寄存器 用于乘除法操作 8位RS 是20个SFR中之一 B用来存放第二操作数 即用于存放乘法的高位字节或除法的余数部分 暂存器 暂存数据信息 P 1 否则P 0 注意 P的值与A内容的奇偶无关 程序状态字RS PSW 各位的含义 三 计算机指令执行过程 MCS 51采用40引脚双列直插式封装 DIP 形式 看P28图2 6 主电源引脚 Vss 地 和Vcc 5v 外接晶振引脚 有两个 四 MCS 51引脚及功能 XTAL2 片内晶振器反向放大器输出端 当使用外部晶振器 作为晶振信号的输入端 XTAL1 片内晶振器反向放大器输入端 当使用外部晶振器 此端接地 四 MCS 51引脚及功能 3 控制信号引脚 RST VPD 系统复位 备用电源输入引脚 输入信
