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1、,单片机原理及应用A,授课教师：韩慧,EMAIL:,参考科目：单片机初级教程单片机基础主编：何立民 出版社：北京航空航天大学出版社 单片机微型计算机原理及应用张毅坤 陈善久 编著 西安电子科技大学出版社,教材： MCS-51系列单片机系统及其应用主编：蔡美琴,课程情况(1-10周，15-17周) 教学：40学时； 实验：8学时 考试：实验10%，出勤10%，期末考试80%,第一章 绪论,课程涉及内容,第二章 MCS-51单片机结构,第三章 MCS-51指令系统,第四章 MCS-51汇编语言程序设计,第五章 MCS-51系统扩展技术,第1章 绪论,1.1 单片机的基本概念 1.2 单片机的发展概
2、况 1.3 单片机的特点及应用 1.4 常用单片机系列介绍,1.1 单片机的基本概念,一、单片机？,单片机全称单片微型计算机（Single Chip Microcomputer）。又称MCU。它是将CPU、RAM、ROM、定时/计数器和多种接口都集成到一块集成电路芯片上的微型计算机。,外围设备,系统软件,存储器（ROM、RAM）,输入/输出接口,系统总线,算术逻辑部件,累加器、寄存器组,控制部件,内部总线,微 型 计 算 机 系 统,微 型 计 算 机,微处理器,微处理器、微型计算机和微型计算机系统三者的关系,目前流行的微处理器,AT89S51单片机,(1) 4KB FLASH ROM； (2
3、) 128B内部RAM； (3) 32根I/O口线； (4)看门狗功能； (5)一个全双工串行通信口； (6) 5个中断源、2个优先级中断等； (7)片内振荡器及时钟电路。,二、存储器分类,(3)可改写的只读存储器EPROM (Erasable Programable Read Only Memory):前两种ROM只能进行一次性写入，因而用户较少使用。用紫外线擦除器进行擦除，可改写几十次。,1、只读存储器ROM（Read Only Memory）：只能读出而不能写入，断电后信息不丢失，常用于存放固定的程序和数据。,(1)掩膜ROM：由厂家编好程序写入ROM (称固化)供用户使用，用户不能更改
4、它。,(2)可编程只读存储器PROM (Programable Read Only Memory) ：它的内容可由用户根据自己所编程序一次性写入，一旦写入，只能读出，不能更改。也称为OTP（Only Time Programmable）,(4)可电改写只读存储器E2PROM(Electrically Erasable Programmable Read Only Memory)：通过加电写入或清除内容，每块芯片可擦写1000次以上。,(2)动态DRAM (Dynamic RAM) ：写入的信息只能保持若干毫秒，因此每隔一段时间必须重新写入，以保持原来的信息不变。常见的有2164 。,(1)静态
5、SRAM (Static RAM) ：只要有电源加于存储器，数据就能长期保留。常见的有6116(2K)和6264(8K)。,2、随机存储器RAM(Random Access Memory)：它不仅能读取存放在存储单元中的数据，还能随时写入新的数据，写入后原来的数据会丢失。断电后信息全部丢失。常用于存放中间运算结果。,3、可现场改写的非易失存储器：从原理上看属于ROM型。但从功能上它又可以随时改写信息，相当于RAM。 (1)快擦写存储器FLASH：读写速度较快，可重新编程上万次。 (2)铁电存储器FRAM：利用铁电材料极化方向来存储数据， 读写速度更快，可重新编程100亿次。,三、数制,常用数制
6、：,十进制符合人们的习惯 二进制便于物理实现 十六进制便于识别、书写 八进制,重点掌握二进制、十进制与十六进制转换,2、二进制数(binary system),只有0和1两个符号； 计算规则是“逢二进一，借一当二”。,1011.1（B） = 1 * 23 + 0 * 22 + 1 * 21 + 1 * 20 +1 * 2-1 = 11.5 (D),例：二进制数 1011.1 意义如下：,1、十进制数(decimal system),以十为底，逢十进一；共有0-9十个。,二进制运算规则： 加法运算： 0+0 = 0 0+1 = 1 1+0 = 1 1+1 =10 （逢二进一） 减法运算： 0-0
7、 = 0 0-1 =1 （借位） 1-0 = 1 1-1 =0 乘法运算： 0 * 0 =0 0 * 1 =0 1 * 0 =0 1 * 1 =1 除法运算 0 / 1 =0 1 / 1 =1,例1：D（H） 1101（B）,例2：56D.3（H） = 5 * 162 + 6 * 161 + 13 * 160 + 3 * 16-1,3、十六进制数(hexadecimal system),十六进制数是基数为十六的计数制。十六进制数主要采用0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,A,B,C,D,E,F这十六个字符。各位的权值为 16i 。,十六进制数的运算规则为“逢十六进一，借一当十六”。 1位十
8、六进制数用4位二进制来表示，转换方便。,十六进制数如是字母打头，则在使用汇编指令时前面须加一个0。 MOV P1, #0FFH,4、数制转换,进制的表示符号,二进制 B (binary),十六进制 H(hexadecimal),八进制 O(octave),十进制 D(decimal)。,例：100D,100B,表示 四;,100H,表示 二百五十六,表示 一百;,例如，将13转换成二进制数：,（1）二、十六进制数转换成十进制数,根据定义，只需将二、十六进制数按权展开后相加即可。,123+022+121+1208+0+2+111,例：1011B,10161+4160=164,A4H=,（2）十进
9、制数转换成二、十六进制数,一个十进制数转换成二进制数时，通常采用“除二取余”法，即用二连续除十进制数，直至商为零，逆序排列余数即可得到。,2 13 2 6 1 低位 2 3 0 2 1 1 0 1 高位 结果：131101B 同理，将十进制数“除十六取余”即可得到十六进制数。例如，将236转换成十六进制数： 16 236 16 14 C（12） 0 E（14） 结果：236ECH,3 0011 A1010 2 0010 F 1111 即 3A2FH= 0011101000101111B,（3）将十六进制数3A2FH转为二进制形式。,（4）将二进制110011011B转化成十六进制形式。,101
10、1B 10019 00011 即 110011011B= 19BH,四、计算机中的编码 1、有符号数的编码 数学上有符号数的正负号分别用“”和“”来表示。在计算机中由于采用二进制，只有“1”和“0”两个数字。一般规定最高位是符号位，最高位为“0”表示正数，为“1”表示负数。因在单片机中多数情况以8位二进制数(-128 +127)为单位表示数字，因而下面所举例子均是8位二进制数。计算机中的带符号数有三种表示方法：即原码、反码和补码。,(1)原码 正数的符号位用“0”表示，负数的符号位用“1”表示，这种表示法称为原码。 例如：X11010101 X1原=01010101 X21010101 X2原
11、=11010101 左边数称为真值,即为某数的实际有效值。右边为用原码表示的数，两者的最高位分别用“0”和“1”代替了“”和“” 。,(2)反码 一个数的反码很容易由原码取得。如果是正数，则其反码与原码相同；如果是负数，则其反码除符号位为1外，其他各数位均将1转换为0，0转换为1。 例如： X11010101 X1反=01010101 X21010101 X2反=10101010,(3)补码 一个数的补码很容易由反码求得。如果是正数，则其补码与原码、反码相同；如果是负数，则其补码为反码加1。 例如： X11010101 X1补=01010101 X21010101 X2补=10101011,总
12、结：,补码表示法规定：正数的补码和原码相同，负数的补码是在其反码的最后一位加1。,数的原码指最高位为数符位，“0”表示正，“1”表示负，数值部分是原数的绝对值。,数的反码表示法规定：正数的反码和原码相同，负数的反码是对其原码除符号位外各位求反(0变1，1变0)。,例题：二进制数的减法运算。求 24（D） 23（D）= ?,+24的8位原码为00011000B,+24的8位补码为00011000B,+24的8位反码为00011000B,- 23的8位原码为10010111B,- 23的8位反码为11101000B,- 23的8位补码为11101001B,+24 - 23 =,00011000B,
13、+ 11101001B,减法运算,加法运算,二十进制称为二进制编码的十进制数，简称BCD（Binary Coded Decimal)码。在BCD码中是用四位二进制数给09这10个数字编码。,2、二十进制编码,例如，十进制数94用BCD码表示即为10010100 。,表1 各数制对照表,0001 0101,1111,F,15,0111,0111,7,7,0001 0100,1110,E,14,0110,0110,6,6,0001 0011,1101,D,13,0101,0101,5,5,0001 0010,1100,C,12,0100,0100,4,4,0001 0001,1011,B,11,0
14、011,0011,3,3,0001 0000,1010,A,10,0010,0010,2,2,1001,1001,9,9,0001,0001,1,1,1000,1000,8,8,0000,0000,0,0,二十,二,十六,十,二十,二,十六,十,3、ASCII码：美国国家信息交换标准码，其中数字09的ASCII码分别为30H 39H,英文大写字母A Z的ASCII编码为41H 5AH等等。,1.2 单片机的发展概况,第一阶段（19741978年）：单片机的初级阶段。以Intel公司的MCS-48为代表，在一块芯片内含有一个8位CPU、一个8位并行I/O口、一个8位定时/计数器，片内RAM、RO
15、M容量较小。寻址范围不大于4KB，无串行口。,第二阶段（19781982年）：单片机的高性能阶段，这一类单片机带有串行接口、16位定时器/计数器和多级中断控制系统、片内RAM、ROM容量也都有增加，寻址的范围达到64KB。这类单片机以Intel公司的MCS-51系列单片机为主流。,第三阶段（1982至今）：8位单片机巩固发展和16位、32位单片机的推出阶段。16位单片机除CPU为16位外，片内RAM和ROM容量进一步增大，实时处理能力更强，体现了微控制器的特征。例如Intel公司的MCS-96/196系列、TI公司的MSP430系列等为主。有的单片机还集成了A/D、D/A、看门狗、脉冲宽度调制
16、(PWM)输出等功能。32位单片机是未来单片机发展的趋势，但应用并不多。8位单片机在中、小规模应用场合仍占主流地位，16位单片机在比较复杂的控制系统中才有应用。,总结：单片机性能不断提高，主要表现在以下几个方面,没有ROM,4KB掩膜ROM,4KB EPROM,片内RAM128B；216位定时器/计数器；4 8位I/O口；1个串口；5个中断源、2个优先级中断，采用HMOS工艺(功耗高),没有ROM,8KB掩膜ROM,8KB EPROM,8KB FLASH,片内RAM256B；316位定时器/计数器；6个中断源；,80C51采用CHMOS工艺，功耗低。如8051功耗约为630mW，而80C51的功耗只有120mW。,4KB FLASH,常用单片机封装,PDIP (8031、8
