浙大微机原理及应用_2017

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1、微机原理及应用微机原理及应用 授课: 缪思恩 Tel: 139 5717 8996 Email: 公邮: weijiyuanli_ 有关本课程学习的几点说明有关本课程学习的几点说明 教材 单片机原理与应用胡辉 主编，中 国水利水电出版社，2007.9 教学形式 课堂教学上机实验 要求 按时到堂听课，认真独立完成作业， 认真完成上机实验 考核 考试成绩平时成绩（作业实验） 课课 程程 内内 容容 第一章 单片机系统基础知识 第二章 单片机的结构及原理 第三章 单片机的指令系统 第四章 汇编语言程序设计 第五章 定时/计数器 第一章第一章 单片机系统基础知识单片机系统基础知识 本章主要内容 单片

2、机的基本概念及发展概况 单片机的特点及应用领域 单片机中的数制 单片机中的码制 单片机系统常用的存储器 1-1 单片机的基本概念及发展概况 什么是单片机？ 单片机亦称单片微型计算机、微控制器、 嵌入式微控制器。单片机一词最初源于Single Chip Microcomputer，它是将计算机的基本 部件微型化并集成到一块芯片上的微型计算 机 。 目前国际上逐渐采用Micro Controller Unit (MCU)来替代。 单片机的发展历史 第一阶段 (19761978) 探索，以Intel公司的MCS-48 系列单片机为代表 第二阶段 (19781982) 完善，Intel公司推出MCS-

3、51 系列单片机 第三阶段 (19821990) 巩固发展，Intel公司推出 MCS-96系列单片机。80年代中期，Intel公司将8051 内核使用权以专利互换或出售的形式转给世界许多著 名IC制造厂商，这样8051就变成有众多制造厂商支 持的，发展出上百个品种的大家族 第四阶段 (1990) 全面发展，高速、大寻址范围、强 运算能力8位/16位/32位通用单片机及小型廉价专用 单片机 CMOS化 CMOS的特点是低功耗、高密度、低速、低价 格。TTL的特点是功耗较大、密度较低、高速。而 CHMOS则具备了高速和低功耗的特点，这些特征，更 适合于在要求低功耗象电池供电的应用场合。所以这种

4、工艺将是今后一段时期单片机发展的主要途径。 低功耗化 单片机的工作电流已从mA级降到uA级，工作 电压在26V之间，许多单片机具有空闲模式和掉电模式。 单片机的发展趋势单片机的发展趋势 低噪声和高可靠性 单片机内部电路采取新的技术措施， 满足更高的电磁兼容性标准，使产品能适应恶劣的工作 环境。 大容量化 以往单片机内ROM为14KB,RAM为64128B， 现ROM可达128KB，RAM可达16KB。 高性能化 采用精简指令集(RISC)结构和流水线技术，可 大幅提高运行速度，最高已达100MIPS。 外围电路内装化 除了CPU、ROM、RAM、定时/计数器 以外，还集成了A/D、D/A、DM

5、A、 PMW 、WDT、 LCD、USB、I2C、SPI、Ethernet、HDLC等接口电路。 串行扩展技术 串行总线的引入可使单片机引脚大大减少。 单片机的应用领域 家用电器 洗衣机，电冰箱，空调，微波炉，电饭煲， 电视机，VCD，手机等 办公自动化 打印机，复印机，电话，传真机、扫描仪 商业营销 电子秤，收款机，条码阅读器，商场保安系 统，冷藏保鲜系统等 工业自动化 工业过程监测、控制，机电一体化控制系 统 智能仪器仪表 各种变送器，电器测量仪表 汽车与航空航天电子系统 动力监测控制系统，自动驾 驭系统，通讯导航，黑匣子 一一单片机中常用的数制单片机中常用的数制 十进制，二进制，十六进制

6、 “基”和“权”的概念 基：数制中使用数码的个数 权：每一位所代表的值 十进制(Decimal) 采用09共十个数码，基=10。 每位的权从低到高位分别为100、101、 例：526D = 5102+2101+6100 1-2 单片机中的数制单片机中的数制 十六进制(Hexadecimal) 采用09、AF共十六个数码，基=16。 每位的权从低到高位分别为160、161、 例：0A38H = 10162+3161+8160=2616 二进制(Binary) 采用0、1共二个数码，基=2。 每位的权从低到高位分别为20、21、 例：1011B = 123+022+121+120=11 二进制或十

7、六进制 十进制 方法：按“权”展开后相加 例: 10110B = 124+023+122+121+020 = 22 0F31H = 15162+3161+1160 = 3889 十进制 二进制或十六进制 方法: 十进制数连续“基”，直至商=0，记下 各次的余数。 将各次的余数逆序排列。 二二. 数制的转换数制的转换 26D = 11010B 2 26 余数 2 13 0 2 6 1 2 3 0 2 1 1 0 1 179D = 0B3H 16 179 余数 16 11 3 0 11 例1: 例2: 二进制 十六进制 4位二进制数对应于1位十六进制数 0000B=0H 0001B=1H 0010

8、B=2H 0011B=3H 1110B=EH 1111B=FH 一有符号数的编码 计算机中用二进制数表示，最高位为符号位 (0表示正数，1表示负数)，有符号数有三种表示 法：原码、反码和补码。 以8位二进制数为例，设x1为正数，x2为负 数。 x1和x2的真值分别为： x1=+10110B x2= -10110B 1- 3 码制码制 原码 x1原= 0001 0110 x2原= 1001 0110 反码 x1反= 0001 0110 x2反= 1110 1001 正数：反码=原码 负数：符号位不变， 其余位取反 补码 x1补= 0001 0110 x2补= 1110 1010 正数：补码=原码

9、 负数：补码=反码+1 计算机中普遍用补码表示有符号数，因无论 是加法还是减法，都可采用加法运算。 例1 22-7=15 (16H-07H=0FH) 补码运算 (-7补=1111 1001) 0001 0110 + 1111 1001 1 0000 1111 原码运算 0001 0110 - 0000 0111 0000 1111 溢出 二. 有符号数的运算 例2 -7-11 = -7补+-11补 = F9H+F5H = EEH = -18 1111 1001 + 1111 0101 1 1110 1110 溢出 三. 二-十进制编码(Binary Coded Decimal) 用4位二进制数

10、表示1位十进制数 例 0001 0010 1000 BCD = 128 四. 字母与字符的编码 目前普遍采用美国标准信息交换码(ASCII码)，即用7 位二进制数表示128个字符(P15 表1-3)。b6b5b4为列号， b3b2b1b0为行号。字符2的ASCII码为32H。 列号 行号 一.存储器的技术指标 容量 一个存储单元由几位二进制数组成(字长) 例如：8位(Byte)、16位(Word)。 存储器上共有多少个存储单元 例如：1kB(1024 Byte)、1MB(1024kB)。 每个单元都有其唯一的地址。 速度 读写一个单元数据所需的时间 一般为几十几百 ns。 1-4 存储器存储器

11、 二.存储器的分类 材料: 磁芯，半导体，电荷耦合 与微处理器关系: 内存(速度快，容量小) 外存(速度慢，容量大) 功能: 只读，随机存取，现场可改写非易失存储器 只读存储器 ROM (Read Only Memory) 掩膜ROM 可编程ROM: PROM (Programmable Read Only Memory) 可改写的ROM: EPROM (Erasable PROM) 电可改写的ROM: EEPROM (Electrically EPROM) 随机存储器 RAM (Random Access Memory) 静态 SRAM (Static RAM) 动态 DRAM (Dynam

12、ic RAM) 可现场改写的非易失存储器 FLASH Flash Memory起源于日本，随之巨大的市场前景立即 吸引美国的一些传统芯片生产商纷纷投入到该领域，如： 美国的Intel公司和AMD 公司等。Flash Memory内部构架和 实现技术可以分为AND、NAND、NOR和DiNOR等几种，但 目前以NAND和NOR为主流。 NOR特点: 工作电压低、随机读取快、功耗低、稳定性高。NOR 中多个存储单元是并行连接起来，可以允许特别快的实现随机字节访 问。 NAND特点: 写回速度快、芯片面积小，特别是容量大有很大优势。 NAND型的Flash Memory可认为是顺序读取的设备，它仅用

13、8位的I/O端 口就可以存取按页为单位的数据。NAND在读和擦写文件、特别是连续 的大文件时，速度相当快，但随机存取速度则比较慢，因为它不能按 字节写。 通常NAND在容量上占优势，NOR适合在容量要求小、但随机字节 读写快的应用领域。 本章主要内容 MCS-51单片机的结构 MCS-51的存储器 CPU的时序 单片机的工作过程 第二章 单片机的结构及原理 一. 单片机的内部结构 振荡器 和时序 程序存储器 4KB ROM 数据存储器 256B RAM/SFR 定时/计数器 2个/16位 MCS-51 CPU 64KB 总线 扩展控制器 可编程 I/O口 可编程全双工 串行口 外中断 内中断

14、并行口 总线控制 外部事件计数 串行通讯 MCS-51单片机 功能框图 2-1 MCS-51单片机的结构单片机的结构 中断控 制器 RAM地址 寄存器 128B RAM P0驱动器 P0锁存器 P2锁存器 P3锁存器 P1锁存器 P1驱动器 P2驱动器 P3驱动器 4KB ROM OSC DPTR PC PSW ALU 指 令 译 码 器 指 令 寄 存 器 定 时 控 制 B寄存器 暂存器1 ACC 暂存器2 SP 程序地址 寄存器 中断、串行口 和定时器 MCS-51单片机 内部结构图 P0口 P2口 P3口 P1口 PSEN ALE RST EA XTAL1 XTAL2 MCS-51单片

15、机结构 CPU 运算器: ALU (Arithmetic Logic Unit) ACC (Accumulator) B寄存器 PSW (Program Status Word) 控制器: PC (Program Counter) 指令寄存器 指令译码器 DPTR (Data Pointer Register) CY AC F0 RS1 RS0 OV 保留 P bit7 bit6 bit5 bit4 bit3 bit2 bit1 bit0 PSW的说明 CPU的有关说明 CY: 进位标志。作加(减)法运算时，若bit7有进(借)位， CY=1。反之，CY=0。 AC: 半进位标志。作加(减)法运算时，若bit3有进(借) 位，AC=1。反之，AC=0。 F0: 用户标志。 RS1、RS0: 工作寄存器组选择。 00=0组， 01=1组， 10=2组， 11=3组。 OV: 溢出标志。有符号数运算时，若结果超出 -128+127，OV=1。反之，OV=0。 P: 奇偶标志。ACC中1的个数为奇数，P=1，反之， P=0。 ACC: 累加器。CPU中最繁忙的寄存器，大部分的运 算均需ACC的参与。 B寄存器: 乘法运算时，ACC、B中各放一个8位数，