《单片机原理与应用》ppt幻灯片

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1、二十一世纪高职规划教材,单 片 机 技 术 作者:张旭涛 单位:江苏联合职业技术学院徐州机电工程分院,单片机技术知识链接,微机控制系统的开发与仿真 单片机控制实际应用 单片机系统组成、扩展应用 中断控制、定时与计数器 单片机的指令系统 单片机的基本结构及原理 微型计算机基础知识 绪言,绪 言,单片机:将中央处理器、随机存储器、只读存储器、定时器/计数器芯片和一些输入/输出端口电路集成在一个芯片上的微型计算机，又称为微控制器。它是专为工业控制和智能仪器设计的一种集成度很高的微型计算机 1974年，美国仙童公司生产出世界上第一个单片机F8，随后Rockwell、Intel、Zilog、Motoro

2、la、NEC公司都纷纷推出自己的单片机系列。先后出现了4位、8位、16位及32位单片机,单片机的技术发展阶段,1、 第一代：单片机探索阶段 2、 第二代：单片机完善阶段 3 、第三代：微控制器形成阶段 4 、第四代：微控制器百花齐放。,单片机的技术发展趋势,1、 主流型机发展趋势 2、全盘CMOS化趋势 3 、RISC体系结构的发展 4、 可刷新的FlashROM成为主流供应状态 5 、ISP(系统可编程技术)及基于ISP的开发环境 6 、单片机的软件嵌入 7、 实现全面功耗管理 8、推行串行扩展总线,单片机的应用系统模式,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

3、统：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 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,单片机的种类 单片机可按应用领域、通用性、总线结构分类: 1、 按应用领域可分为：家电类、工控类、通信类、个人信息终端等 2、按通用性可分为：通用型和专用型(如计费率电表、电子记事簿) 3、按总线结构可分为：总线型和非总线型,一、微型计算机基础知识,微型计算机数制及其转换 码制 单片机组成原理 单片机发展概况,微型计算机数制及其转换,一、微型计算机的数制 所谓数制是指数的制式，是人们利用符号计数的一种科学方法。常用的数制有十进制、二进制和十六进制三种 1、十进制(Decima

4、l) 主要特点： (1)它有09十个不同的数码，这是构成所有十进制数 的基本符号 (2)它是逢十进位的。十进制数在计数过程中，当它的 某位计满10时就要向它邻近高位进一,任何一个十进制数都可以展开成幂级数形式,2. 二进制（Binary） 二进制数的特点是：只有两个数码，即0和1，逢二进一。 二进制数同样也可以展开成幂级数形式,1位二进制数只能表示0和1两个状态，为了表示更多的状态， 可用两位或两位以上的二进制数表示。二进制数的位数与它能 表示的状态数之间的关系如下：,1位二进制数，共有2个状态：0、1 2位二进制数，共有4个状态，分别编码为00、01、10、11,在计算机系统中，寄存器、存储

5、器的本质就是一组触发器。一个触发器，如RS、D型触发器等均有两个稳定的状态，即0态和1态，显然一个触发器可以存储1位二进制数。为了提高数据处理速度，在计算机中往往需要并行处理多位二进制数 习惯上，存储器中一个存储单元通常由8个触发器组成，即一个存储单元可以存放一个8位二进制数。一个8位二进制数称为一个字节(Byte)，有256种状态，或者说可以表示256个符号。因此，存储器(包括内存储器和外存储器)容量单位常用字节(或干字节)表示，如某存储器的容量为640KB，即该存储器有6401024个存储单元，每个存储单元的大小为一个字节,有些微处理器，如大多数8位的微处理器，就有16根地址线。由于每根地

6、址线有两种可能的状态，所以可以用地址线状态的不同编码寻址不同的存储单元 因此，16根地址线相当于16位二进制数，最多可以寻址64K个存储单元。而存储单元的大小一般是一个字节，所以对于具有16根地址线的微处理器来说，最多可以寻址64KB的存储空间，或者说寻址能力为64KB,3. 十六进制（Hexadecimal） 十六进制数的特点是：逢十六进一，具有16个数码，分别用0、1、2、9和A、B、C、D、E、F表示,1位十六进制数可以表示16种状态，编码从OF；2位十六进制数可以表示，(256)种状态，编码从00FF,可见，十六进制数位数短，便于书写和记忆,二、微型计算机数制间数的转换,1、 二进制数

7、与十进制数之间的转换 转换规律： 整数部分除2取余，小数部分乘2取整 例1.1 13.75的整数部分是13，小数部分是0.75，转换为二进制数的过程如下所示 : 13相当于二进制数1101；而0.752=1.5，因此2-1位为1；0.52=1.0，因此2-2位为l，即13.75=1101.1IB,2. 二进制数与十六进制数之间的转换,(1)二进制数转换成十六进制数 转换规则: 整数部分：最低位起，四位一组 不足补零 小数部分：最高位起，四位一组 例 111001010110101B =0011 100l 01011010 1000 3 9 5 A 8 即111001010110101B=395

8、A8H,(2)十六进制数转换为二进制数,转换规律： 一位变四位，余零除去 转换表： 二进制数 十进制数 十六进制数 二进制数 十进制数 十六进制数 0000 0 0 1000 8 8 0001 1 1 1001 9 9 0010 2 2 1010 10 A 0011 3 3 1011 11 B 0100 4 4 1100 12 C 0101 5 5 1101 13 D 0110 6 6 1110 14 E 0111 7 7 1111 15 F,三、二进制数和十六进制数的运算,1、二进制数的运算 （1)二进制数的加法 加法运算规则为 0+0=0，0+1=1，1+0=1(交换律)，1+1=10(二

9、进制数中的“10”就是十进制数的“2”) 例：1001 0110B + 0111 0011B 10000 1001B (2)二进制数的减法 例：1001 0110B - 0111 0011B 0010 0011B 二进制数向前借位时，为“10”,(3)二进制数的乘法 二进制数的乘法运算规则为 00=0，01=0，10=0(交换律)，11=1。例如： 1001 0110B 101B 10010110 00000000 + 1001011000 1011101110B,2、十六进制数的运算,十六进制数的加、减法运算规则与十进制数的加、减法运算规则相同 例： 3 4 6 A H + 5 8 9 C

10、H 8 D 0 6 H 十六进制数的乘法与十进制数的乘法运算方法类似，但必须注意将十六迸制数乘法运算的中间结果转为十六进制数 例： 7 4 6 A H 9 C H (进位)3 4 7 0 5 7 4 F 8 (进位)2 3 5 + 4 1 7 B A 4 6 F 0 9 8,码 制,人们对计算机中常用的符号进行了编码，字符所对应的二进制数就称为该字符的编码,也就形成了码制 1、英文字符的表示方法ASCII码 英文属于典型的拼音文字，由字母、数字、特殊符号等组合而成，但这些字母、数字、特殊符号的数目毕竟有限，不过百余个。我们知道7位二进制数可以表示128种状态，如果每一种状态代表特定的字母或数字

11、，则7位二进制数可表示128个字符 在计算机系统中普遍采用美国标准信息交换代码(American Standard Code for Information Interchange II，简称ASCII码),BCD码,2、BCD码(二进制编码的十进制数) 在向计算机输入数据时，每一位十进制数必须用二进制数表示，一位十进制数包含09十个数码，必须用4位二进制数表示,3 计算机中带符号数的表示方法,在计算机中，对于带符号数来说，一般用最高位表示数的正负。对于正数，最高位规定为“0”；对于负数，最高位为“1”，例如： 56H可以表示为0 1010110B -56H可以表示为1 1010110B 1、

12、原码 对于带符号数来说，用最高位表示数的正负，其余各位表示该数的绝对值 2、反码 反码与原码的关系是：正数的反码与原码相同，如56H反=56H原=0 1010110B。 对应正数56H的原码为0 1010110B，按位求反后为1 0101001B，即-56H的反码为10101001B 负数的反码等于对应正数的原码按位求反,3、补码,补码的定义为：正数的补码与反码、原码相同；负数的补码等于它的反码加1 在计算机中，带符号数用补码表示后，减法就可以转化为加法运算，因此，求-23H补码的过程如下： 对应正数23H的原码为0 0100011B，按位求反后为1 1011100B，即-23H的反码，反码加

13、1后为1 1011101B，即-23H的补码为1 1011101B(相当于无符号数的0DDH) 对于8位二进制数来说，补码表示的范围是-128+127；对于16位二进制数来说，补码表示的范围是-32768+32767,单片机组成原理,所有计算机的组成结构都是冯诺依曼型的，即：它是执行存储器中程序而工作的。计算机通常有运算控制部件、存储器部件、输入设备和输出设备四部分组成，计算机系统的基本结构如下图,一、单片机的基本结构,1、CPU的内部结构 右图中的运算器和控制器等部件往往做在同一芯片内，称为中央处理器(CPU) 它由算术逻辑运算单元(Arithmetic Logic Unit，简称ALU)、

14、累加器A(8位)、寄存器B(8位)、程序状态字寄存器PSW(8位)、程序计数器PC(有时也称为指令指针，即IP，16位)、地址寄存器AR(16位)、数据寄存器DR(8位)、指令寄存器IR(8位)、指令译码器ID、控制器等部件组成,CPU内部元部件功能,(1)程序计数器PC是CPU内部的寄存器，用于记录将要执行的指令代码所 在存储单元的地址编码，PC具有自动加1的功能，即从存储器中读出一个字节的指令码后，PC会自动加1 (2)地址寄存器AR(Address Register，16位)用于存放将要寻址的外部存储器单元的地址信息，指令码所在存储单元的地址编码，由程序计数器PC产生，地址寄存器AR通过

15、地址总线AB与外部存储器相连 (3)指令寄存器IR(Instruction Register)用于存放取指阶段读出的指令代码的第一字节 (4)数据寄存器DR(Data Register)用于存放写入外部存储器或I/O端口的数据信息 (5)算术逻辑运算单元ALU主要用于算术(加减乘除)、逻辑(与、或、非、异或) 运算 (6)程序状态字寄存器PSW用于记录运算过程中的状态,2存储器,存储器是弹片机中必不可少的存储设备，主要用于存放程序(指令)和数据。尽管寄存器和存储器均用于存储信息,但存储器一般在CPU外,单独封装 存储器的种类很多，根据存储器能否随机读写，将存储器分为两大类：只读存储器(ReadOnly Memory，简称ROM)和随机读写存储器(Random Access Memory，简称RAM) 根据存储器存储单元结构和信息保存方式的不同，又可以将随机读写存储器分为静态RAM和动态RAM,(1)内部结构,存储器中的一个存储单元，等效于一组触发器，每个触发器有两个稳定状态，可以记录一位二进制数 存储器芯片内存储单元数目与存储器芯片地址线条数有关,(2)存储器工作状态,(3)存储器读操作,CP