《单片机原理与应用技术》电子幻灯片001

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1、单片机原理与控制技术 第2版,教 材 及 参 考 书 张志良主编,单片机原理与控制技术(第2版）机械工业出版社 李群芳编著,单片微型计算机与接口技术电子工业出片社 张俊谟编著,单片机教程习题与解答北京航空航天大学出版社 李朝青编著,单片机原理及接口技术-北京航空航天大学出版社,参 考 网 址 周立功单片机 单片机学习网站,有关本课程学习的几点建议,本课程是一门实践性、应用性很强的学科 仅仅听懂还不够,重在培养动手能力,硬件/软件同样重要、不可偏废 硬件是骨架，软件是皮肉器脏及思想,本课程的前期基础课程是数字电路与微机原理这方面知识掌握得不够好的请自己补上,预习、听课、复习、作业、实验环

2、环都重要 用科学的方法学习,第1章 微型计算机系统基本知识,本章要点： 微型计算机和单片机的发展概况 单片机系统组成概述(CPU、总线、存储器和I/O口等) 二进制、十进制和十六进制数(数制转换和运算) 计算机中数的表示(原码、反码和补码) 单片机常用编码(BCD码、ASCII码),第1章 微型计算机系统基本知识,微型计算机具有体积小，功耗低重量轻，价格低，可靠性高，开发使用简便等一系列优点，自问世以来得到了非常广泛的应用。,1-1 概述 1.1.1 微型计算机,微处理器加上同样采用大规模集成电路制成的用于存储程序和数据的存储器，以及与输入输出设备相衔接的输入输出接口电路就构成了微型计算机(M

3、icrocomputer),什么是单片机?,如果将微处理器、存储器和输入输出接口电路集成在一块集成电路芯片上，称为单片微型计算机，简称单片机。,1.1.2 微型计算机的发展概况,1、PC机： PC机系统全力实现海量高速数据处理，兼顾控制功能。,2、单片机：单片机系统全力满足测控对象的测控功能，兼顾数据处理能力。,形成两大分支：,组成： CPU(进行运算、控制) RAM(数据存储器) I/O口(串口、并口等) ROM(程序存储器) PC机： 上述部件以芯片形式安装在主板上。 单片机：上述部件被集成到单芯片中。,通用PC包括：键盘、显示器、鼠标、硬/软/光驱、音箱、打印机、扫描仪等外设。 单片机则

4、只是一片集成电路。（100、48、40、32、28、20、16、8条引脚）。,单片机与PC机之异同（1）,功能： PC机： 数据运算、采集、处理、存储、传输； 单片机：控制（或受控于）外设。,通用计算机擅长于数据运算、采集、处理、存储和传输； 单片机的专长则是测控，往往嵌入某个仪器/设备/系统中，使其达到智能化的效果。,单片机与PC机之异同（2）,应用特点： 个人计算机（微机）：,体积大，功耗大，价格高，用途较固定，属通用计算机。易于学习掌握和使用，但用于控制时必须制作或购买专用的接口卡，并编制专门的应用软件。,单片机：,体积小，功耗小，价格低，用途灵活，无处不在，属专用计算机。是一种特殊器件

5、，需经过专门学习方能掌握应用，应用中要设计专业的硬件和软件。,单片机与PC机之异同（3）,1.1.3 单片机的发展概况,可分为四个阶段:,目前，应用广泛的主流机型是80C51系列8位单片机。,第一阶段：单片机探索阶段。,第二阶段：单片机完善阶段。,第三阶段：8位机和16位机争艳阶段，也是 单片机向微控制器发展的阶段。,第四阶段：微控制器全面发展阶段。,80C51优点：,性能价格比高；,开发装置多；,国内技术人员熟悉；,芯片功能够用适用；,有众多芯片制造厂商加盟，可广泛选择。,1.1.4 80C51系列单片机,1.1.5 单片机的特点和应用, 有优异的性能价格比。, 集成度高，体积小，可靠性好。

6、, 控制能力强。, 低功耗,低电压,便于生产便携式产品。, 易扩展。,1、单片机特点,2、单片机的应用, 智能化家用电器。, 办公自动化设备。, 商业营销设备。, 工业自动化控制。, 智能化通信产品。, 智能化仪表。, 汽车电子产品。, 航空航天系统和国防军事、尖端武器等。,1.1.6 单片机技术的发展趋势, 8位单片机仍然是主流机型；, 全盘CMOS化趋势；, OTP ROM(PROM)/Flash ROM成为ROM供应主流状态；, 推行串行扩展总线 ；, RISC体系结构大发展；, 实现全面低功耗管理 ；, 根据不同需求发展个性化单片机 ；, 大力发展专用型单片机；, 在单片机中嵌入驻机软

7、件；,1-2 单片机系统的组成,组成单片机系统的物理实体；,有两大部分组成:,对硬件使用和管理的程序。, 硬件：, 软件：,硬件结构框图,1.2.1 微处理器 寄存器阵列：通用寄存器，专用寄存器； 运算器：累加器A，暂存寄存器TMP，标志寄存器F，算术逻辑单元ALU； 控制器：程序计数器PC，指令寄存器IR， 指令译码器ID，定时和控制逻辑电路。,1.2.2 总线： 用于传送信息的公共途径。 总线分为： 数据总线 DB (Data Bus) 地址总线 AB (Address Bus) 控制总线 CB (Control Bus),1.2.3 存储器： 作用：存放程序和数据 1. 存储器分类 RA

8、M 特点：读写速度快，可随机写入或读出，读写方便； 电源断电后，存储信息丢失。 作用：存放各种数据。 ROM 特点：信息写入后，能长期保存，不会因断电而丢失。 作用：存放固定程序和数据。 ROM分类： MaskROM（掩膜ROM） OTPROM（One Time Programmable ROM） EPROM（Ultra-Violet Erasable Programmable ROM） E2PROM（Electrically EPROM） Flash ROM,2. 存储器结构 存储体； 地址译码器 ； 控制电路：片选控制、读/写控制和 带三态门的输入/输出缓冲电路。,3.存储器的读操作,例如

9、，若要将存储器40H中的内容50H读出，其简化过程如下： CPU将地址码40H送到地址总线上，经存储器地址译码器选通地址为40H的存储单元； CPU发出“读”信号，存储器读/写控制开关将数据传输方向拨向“读”； 存储器将地址为40H的存储单元中的数据50H送到数据总线上； CPU将数据总线上的数据50H读入指定的某一寄存器。 对存储单元的读操作，不会破坏其原来的内容，相当于复制。,4.存储器的写操作,例如，若要将数据ABH写入存储器地址为CDH的存储单元中，其简化过程如下： CPU将地址码CDH送到地址总线上，经存储器地址译码器选通地址为CDH的存储单元； CPU将数据ABH送到数据总线上；

10、CPU发出“写”信号，存储器读写控制开关将数据传送方向拨向“写”； 存储器将数据总线上的数据ABH送人已被选中的地址为CDH的存储单元中。 对存储单元的写操作，改变或刷新了其原来的内容，俗称“冲”掉了原来的内容。,5.堆栈： 暂时存放子程序断口地址、中断断口地址和其他需要保存的数据。 栈底地址可在CPU复位后的初始化程序中设置。图中设为60H，需要存入的数据依次存人。 堆栈指针SP指出栈顶存储单元的地址。堆栈操作无论是存入或取出数据，均只能依次存入或依次取出，不能越位，必须遵循、“先进后出、后进先出”的原则。,64H栈顶 63H 62H 61H 60H 栈底,SP,1.2.4 输入/输出设备及

11、其接口电路 输入设备； 输出设备； I/O接口电路。 输入输出设备一般不能与CPU直接相连，而是通过某种电路完成寻址、数据缓冲、输入输出控制、功率驱动、A/D、D/A等功能，这种电路称为I/O接口电路。例如：8255、0809、0832等等。,1.2.5 软件,单片机程序设计语言可分为三类： 机器语言 汇编语言 高级语言 本书介绍的MCS-51型单片机使用汇编语言。,1-3 计算机中数的表示方法及运算,引言: 十进制数是人们习惯使用的进制。 计算机只能“识别”二进制数。 为了书写和识读方便，计算机程序需要用十六进制数表示。 十进制数、二进制数、十六进制数之间的关系、相互转换和 运算方法，是学习

12、计算机必备的基础知识。,一、二进制、十进制和十六进制数, 十进制数 主要特点： 基数是10。有10个数码（数符）构成： 0、1、2、3、4、5、6、7、8、9。 进位规则是“逢十进一”。,【例】 1234.56 = 1103+2102+3101+4100+510-1+610-2 = 1000+200+30+4+0.5+0.06 上述，103、102、101、100、10-1、10-2 称为十进制数各数位的 “ 权 ” 。, 二进制数 主要特点： 基数是2。只有两个数码：0 和 1。 进位规则是“逢二进一”。 每左移一位,数值增大一倍；右移一位,数值减小一半。 二进制数用尾缀B作为标识符。 【例

13、】 111.11B = 122 +121 +120 +12-1+12-2 = 7.75 其中，22、21、20、2-1、2-2 称为二进制数各数位的“ 权 ”, 十六进制数 主要特点： 基数是16。共有16个数符构成： 0、1、9、A、B、C、D、E、F。其中， A、B、C、D、E、F 代表的数值分别为 10、11、12、13、14、15。 进位规则是“逢十六进一”。 十六进制数用尾缀H表示。 【例】A3.4H = 10161+3160+416-1 = 160+3+0.25 = 163.25 其中，163、162、161、160、16-1、16-2 称为十六进制数各数位的“权”。,十六进制数、

14、二进制数和十进制数对应关系表,二、数制转换 二进制数与十六进制数相互转换 二进制数转换成十六进制数 整数部分： 自右向左，四位一组，不足四位，向左填零，各部分用相应的十六进制数替代； 小数部分： 自左向右，四位一组，不足四位，向右填零，各部分用相应的十六进制数替代；, 十六进制数转换成二进制数 每位十六进制数分别用相应4位二进制数替代。, 十进制数整数转换成十六进制数的方法： 除16取余法, 十进制数转换成二进制数、十六进制数, 十进制小数转换成二进制小数的方法： 乘2取整法, 整数部分的转换, 十进制整数转换成二进制整数的方法： 除2取余法, 小数部分的转换, 十进制小数转换成十六进制小数的

15、方法： 乘16取整法,三、二进制数和十六进制数运算,【例】 00110101B + 10011100B, 二进制数加法运算,规则：0 + 0 = 0，0 + 1 = 1 + 0 = 1， 1 + 1 = 0（向高位进1）。,11010001B,【例】 10110101B - 10011100B,规则：0 0 = 0，1 0 = 0，1 1 = 0， 0 1 = 1（向高位借1）。, 二进制数减法运算,00011001B,1101, 二进制数乘法运算,规则：00=0，10=01=0，11=1。,【例】 1101B 1001B,1110101B,+ 1101, 二进制数除法运算,规则：00=0，01=0，11=1。, 二进制数“与”运算,规则：0 0 = 0，1 0 = 0， 1 0 = 0，1 1 = 1。,规则： 0 0