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1、微机原理与单片机技术 第二讲 PIC单片机总体架构 黄之峰 广东工业大学 自动化学院 本讲内容 上一讲知识点 编码 计算机组成原理 PIC单片机基础介绍 上一讲知识点 1，什么是单片机，单片机能做什么 单片机单片机就是利用现代的大规模集成电路技术， 把中央处理器、存储器、输入/输出接口、定 时器/计数器等电路元件集成在一块芯片上， 具有完善的计算机功能的硬件系统。 2，数制转换 二进制转十进制 位权法 给普通人看 十进制转二进制 除二求余法 给计算机看 二进制转十六进制 查表 给程序猿看 2 75 余数 2 37 1 2 18 1 2 9 0 2 4 1 2 2 0 2 1 0 0 1 例例：
2、 上一讲知识点 2，数制转换：除2求余法 高位 低位 结果为：1001011B 上一讲知识点 2，数制转换（十进制转其他进制的求余法） 8 75 余数 8 9 3 8 1 1 0 1 高位 低位 例例： 16 171 余数 16 10 11 0 10 高位 低位 例例： 上一讲知识点 2，数制转换 其他进制转十进制 位权法：把各非十进制数按权展开求和位权法：把各非十进制数按权展开求和 转换公式转换公式： (F)10 =a an nX Xn n- -1 1+a+a1 1X X0 0 +a+a- -1 1X X- -1 1+a a- -m mX X- -m m 示例示例： (1011.1) 2 =
3、 123+022 + 121 + 1 20 +1 2-1 = 8 + 0 + 2 + 1 + 0.5 = (11.5)10 上一讲知识点 2，数制转换 十六进制与二进制互转 整数从右向左四位并一位整数从右向左四位并一位 小数从左向右四位并一位小数从左向右四位并一位 二进制二进制 十六进制十六进制 1001 1011 0111.0101 ( 9 B 7 . 5 )16 示例：示例： 配套教材：第六页 表1-1 要背 上一讲知识点 3，一个重要的工程思想/研究思路/科学精神 要学会如何评价和验证得到的结果 目的开发实验结果 评价 第二讲 1，编码 什么是编码，为什么要编码 把现实生活中的信息按照约
4、定的规则转化为 机器能识别的01010100010101010001 不只是数字和符号！ 第二讲 1，编码-原码、反码及补码 作用：表示有符号数，在仅有加法器的情况 下实现减法。 基本规则：0表示正数，1表示负数 原码：用最高位表示符号位，后面紧跟数值 位。 通俗点说：就是二进制转十进制再在最高位 前按基本规则补一个符号位。 第二讲 1，编码-原码、反码及补码 作用作用：表示有符号数，在仅有加法器的情况 下实现减法。 基本规则基本规则：0表示正数，1表示负数 原码规则原码规则：用最高位表示符号位，后面紧跟 数值位。 44原=0101100 -56原=1111000 通俗点说通俗点说：就是二进制
5、转十进制再在最高位 前按基本规则补一个符号位。 8位有符号整形的表示范围？ 第二讲 1，编码-原码、反码及补码 反码规则反码规则： 正数反码=原码 负数反码=原码符号位不变，数值 位按位取 反 44原=0101100 44反=0101100 -56原=1111000 -56反=1000111 第二讲 1，编码-原码、反码及补码 补码规则补码规则： 正数补码=反码=原码 负数补码=反码+1 44原=0101100 44反=0101100 44补=0101100 -56原=1111000 -56反=1000111 -56补=1000111+1=1001000 第二讲 1，编码-原码、反码及补码 最
6、后一个规则最后一个规则： 带符号数的补码的补码等于其原码 这些规则到底有什么用？ 用做加法的方式做减法。 44补=0101100 -56补=1001000 补码相加结果：1110100 求取原码过程：1001011+1=1001100 第二讲 1，编码-BCD码 表示十进制数的另一种二进制代码也称为 8421码。 用四位二进制数表示一位十进制数 注意，由于十进制最高只到9 所以每一位的BCD码不能大于 “1001” 42: 0100 0010 第二讲 1，编码-ASCII码 作用：表示符号，串口通讯经常使用作用：表示符号，串口通讯经常使用 加加ASCIIASCII码表码表 第二讲 2，计算机基
7、本组成要素 控制器 存储器输入设备输出设备 运算器 计算步骤和 原始数据 计算结果 数据线 反馈线 控制线 冯 诺依曼（John von Neumann，19031957） 经典的冯诺依曼结 构 补充参考书计算机组成原理 第一章 第二讲 2，计算机基本组成要素 五大部件 运算器：用来完成算术运算和逻辑运算， 并将运算的中间结果暂存在运算器中 存储器：用来存放数据和程序 控制器：用来控制、指挥程序和数据的输 入、运行以及处理运算结果。 输入设备：用来把人们熟悉的信息形式转 化为机器能识别的信息形式 输出设备：与输入设备相反 冯 诺依曼（John von Neumann，19031957） 第二讲
8、 2，计算机基本组成要素 冯.诺伊曼计算机的特点 计算机有运算器、存储器、控制器、输入设备和输出设备五 大部件组成。 指令和数据以同等地位存放在存储器内指令和数据以同等地位存放在存储器内，并可按地址寻访并可按地址寻访。 指令和数据均用二进制数表示。 指令由操作码和地址码组成，操作码用来表示操作性质，地 址码用来表示操作数在存储器中的位置。 指令在存储器内按顺序存放。通常，指令是顺序执行的，在 特定条件下可以根据运算结果或根据设定的条件改变执行顺 序。 机器以运算器为中心机器以运算器为中心，输入输出设备与存储器间的数据传送输入输出设备与存储器间的数据传送 通过运算器实现通过运算器实现。 冯 诺依
9、曼（John von Neumann，19031957） 第二讲 3，PIC单片机基础-PIC单片机简介 PICPIC单片机简介： PIC单片机（Peripheral Interface Controller）是一种 用来可开发的控制外围设备的可编程集成电路（IC）。由美国 Microchip（微星）公司推出的PIC单片机系列产品，首先采用 了RISC结构的嵌入式微控制器，其主要特点：哈佛总线结构哈佛总线结构， 单字节指令单字节指令，驱动能力强驱动能力强2020mAmA拉拉电流电流，精简指令集精简指令集，加密性能加密性能 强强，品种丰富品种丰富，功耗低功耗低等都体现出单片机产业的新趋势。现在
10、PIC系列单片机在世界单片机市场的份额排名中已逐年升位， 尤其在8位单片机市场，据称已从1990年的第20位上升到目前 的第二位。PIC单片机从覆盖市场出发，已有三种(又称三层次) 系列多种型号的产品问世，所以在全球都可以看到PIC单片机 从电脑的外设、家电控制、电讯通信、智能仪器、汽车电子到 金融电子各个领域的广泛应用。现今的PIC单片机已经是世界 上最有影响力的嵌入式微控制器之一。 第二讲 3，PIC单片机基础-PIC单片机的特色 1）、I/O口具有20mA的驱动能力 2）、8路、10位的AD转换 3）、I2C，SPI，USART，USB，CAN接口 4）、WDT(看门狗) 5）、CCP（
11、脉宽/捕捉/比较） 6）、内置EEPROM 7）、3路定时器 8）、多种中断源 9）、支持休眠的低功耗模式 10）、流式的并行接口 11）、内置LCD控制器 12）、芯片加密芯片加密 汇编指令少（中档系列产品仅有35条，比51单片机的111条CISC指 令简单得多） ； 种类齐全，性价比高； 封装：6脚到1xx脚不等； 功能：简单I/O到综合性单片机几百种型号； 价格：3元RMB到100元不等； 第二讲 3，PIC单片机基础-PIC单片机的特色 精简指令集（RISC）技术 PIC系列单片机的指令系统只有35条指令，常用约 20条 好学、易用；绝大多数为单周期指令，执行 速度快！ MCS-51系
12、列单片机指令系统有111条指令！ 第二讲 3，PIC单片机基础-PIC单片机的特色 寻址方式简单 PIC系列单片机只有4种寻址方式 寄存器间接寻址、立即数寻址、直接寻址和 位寻址 MCS-51 系列单片机则有7种寻址方式！ 第二讲 3，PIC单片机基础-PIC单片机的特色 代码压缩率高 1K字节的存储器空间 PIC系列单片机能够存放1024条指令 MCS-51 系列单片机大约只能存放600条指 令 第二讲 3，PIC单片机基础-指令的概念 机器语言是由一条条语句构成的，每一条语句又能准 确表达某种语义。例如，他可以命令机器做某种操作， 指出参与操作的数或者信息在什么地方等。计算机就 是连续执行
13、每一条机器语句而实现全自动工作的。每每 一条机器语言称之为机器指令一条机器语言称之为机器指令。全部的机器指令的集 合称之为机器的指令系统机器的指令系统。 指令由操作码操作码和地址码地址码两部分组成。 补充参考书计算机组成原理p311 第七章 更准确地说是地址/操作数 寻址方式是什么？ 第二讲 3，PIC单片机基础-计算机的基本工作流程 2 执行指令 1 取指令 译指令 按地址码存取 操作数 第二讲 3，PIC单片机基础-总线分类 所有微机系统的总线结构，不外乎有“冯冯诺伊曼诺伊曼”和“哈哈 佛佛”两种， PICPIC是第一种实现哈佛结构的单片机是第一种实现哈佛结构的单片机。 程序和数 据存储器
14、 CPU 地址总线 程序和数 据总线 程序存 储器 CPU 数据存 储器 程序地 址总线 程序总线 数据地 址总线 数据总线 冯 诺伊曼结构 哈佛结构 注：图中所有的总线都可以有自己不同的宽度 总线（Bus）是计算机各种功能部件之间传送信息的公共通信 干线，它是由导线组成的传输线束。按照计算机所传输的信息 种类，计算机的总线可以划分为数据总线、地址总线和控制总 线，分别用来传输数据、数据地址和控制信号。 第二讲 3，PIC单片机基础-总线分类 冯诺伊曼结构将程序存储器和数据存储器合在一起， 采用同一套地址和数据总线对它们进行寻址。因此总线 就特别繁忙，成为提高运行速度的“瓶颈”。 哈佛结构采用
15、两套总线来分别控制程序存储器和数据存 储器，分别读取程序代码和数据。 降低了总线繁忙程度和指令执行的时间。 另外哈佛结构使得指令的执行时间都相等，提高了单 片机的控制性能。 第二讲 3，PIC单片机基础-总线分类 图中虽然每条指令执行都需要2个指令周期的时间，但指令 可以分为“读取指令”和“执行指令”两个耗时相等的部分。 它们被流水线分别完成，总体来看，每个指令周期平均能够 完成一条指令。 指令代码 Tcy0 Tcy1 Tcy2 Tcy3 Tcy4 Tcy5 1.MOVLW 55H 读取指令1 执行指令1 2.MOVWF PORTB 读取指令2 执行指令2 3.CALL SUB 读取指令3 执行指令3 4.BSF PORTA,BIT3 读取指令4 清除指令4 读取 执行 第二讲 3，PIC单片机基础-总线分类 从一条指令自程序存储器中被取出，到它被执行是个复杂的 过程。不可能在一个指令周期中完成。为了解决这个问题， 只有由多个部件来处理同一条指令（但不在同一个时刻）， 从整体上看相当于多个部件同时在处理指令，从而提高指令 处理的速度。 这种工作方法，类似汽车工厂中“流水线”的工作机制 指令代码 Tcy0 Tcy1 Tcy2 Tcy3 Tcy
