《单片机原理及应用 教学课件 ppt 作者 张国锋 主编 第1章 单片机基础知识》由会员分享，可在线阅读，更多相关《单片机原理及应用 教学课件 ppt 作者 张国锋 主编 第1章 单片机基础知识（53页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、本章总体要求：,了解单片机的概念、发展及应用范围,1,了解定点、浮点数的表示方法,2,掌握常用的进位计数制及各种数制的转换方法,3,掌握原码、补码、反码的表示方法及其相互转换,4,5,掌握8421BCD码的编码规律及与十进制数的对应关系,第1章 单片微型计算机基础知识,本章重点：,单片机的定义、特点,1,常用的进位计数制及各种数制之间的转换,2,原码、补码和反码的表示方法及相互转换,3,8421BCD码和ASCII码的表示,4,本章难点：,不同进位计数制之间的转换,1,原码、补码和反码的表示方法及相互转换,2,1.1单片机概述,随着大规模与超大规模集成电路技术的快速发展，微计算机技术形成了两大
2、分支：微处理器（micro processor unit，MPU）和单片机（micro controller unit，MCU）。,微处理器MPU是微型计算机的核心部件，它的性能决定了微型计算机的性能。,单片机MCU的发展直接利用了MPU的成果，但它面对的是测控对象，突出的是控制功能，所以单片机又称微控制器。,1.1.1什么是单片机 .所谓单片机，即把组成微型计算机的各个功能部件，如中央处理器CPU、随机存储器RAM、只读存储器ROM、输入/输出接口电路、定时器/计数器以及串行通信接口等集成在一块芯片中，构成一个完整的微型计算机。这些电路能在软件的控制下准确、迅速、高效地完成程序设计者事先规定
3、的任务。,.单片机是单芯片形态作为嵌入式应用的计算机，它有惟一的、专门为嵌入式应用而设计的体系结构和指令系统，加上它的芯片级体积的优点和在现场环境下可高速可靠地运行的特点，因此单片机又称之为嵌入式微控制器。,.单片机有两类典型结构： （1）哈佛结构：将程序存储器（ROM）与数据存储器（RAM）分开的存储器结构。,中央处理器首先到程序指令存储器中读取程序指令内容，解码后得到数据地址，再到相应的数据存储器中读取数据，并进行下一步的操作（通常是执行）。程序指令存储和数据存储分开，可以使指令和数据有不同的数据宽度，如Microchip公司的PIC16芯片的程序指令是14位宽度，而数据是8位宽度。最典型
4、的应用如：Intel公司的MCS-51系列。,（2）冯诺依曼结构：也称普林斯顿结构，将程序存储器（ROM）与数据存储器（RAM）合并在一起的存储器结构。是一种将程序指令存储器和数据存储器程序指令存储地址和数据存储地址指向同一个存储器的不同物理位置，因此程序指令和数据的宽度相同，如英特尔公司的MCS-96中央处理器的程序指令和数据都是16位宽。最典型的应用如：MCS-96系列。 二者的主要区别在于指令系统的划分。,1.1.2单片机发展概况 1.单片机的发展历史 第1阶段（19741976）：初级单片机阶段 第2阶段（19761978）：低性能单片机阶段 第3阶段（19781983）：高性能单片机
5、阶段 第4阶段（1983今）：单片机全面发展阶段,2.单片机的发展方向 单片机的发展趋势将是向着大容量、高性能化和小容量、低价格化及外围电路内装化等几个方面发展。,(1)单片机的高性能化主要是指进一步改进CPU的性能，加快指令运算的速度和提高系统控制的可靠性，并加强了位处理功能、中断和定时控制功能；采用流水线结构，指令以队列形式出现在CPU中，从而有很高的运算速度。有些单片机基本采用了多流水线结构，这类单片机的运算速度要比标准的单片机高出10倍以上。 (2)片内存储器大容量化。 (3）小容量、低价格化。这类单片机主要用于儿童玩具等较小规模的控制系统。 (4）外围电路内装化。,(5)增强I/O接
6、口功能为了减少外部驱动芯片，进一步增加单片机并行口的驱动能力 。 (6)加快I/O接口的传输速度有些单片机设置了高速I/O接口，能以更快的速度触发外围设备，也能以更快的速度读取数据。,1.1.3单片机的应用 1.在智能仪器仪表上的应用 。 2.在工业控制中的应用。 3.在家用电器中的应用。 4.在计算机网络和通信领域中的应用。 5.单片机在医用设备领域中的应用。 此外，单片机在工商，金融，科研、教育，国防航空航天等领域都有着十分广泛的用途。,1.2典型单片机介绍,1.2.2MCS51系列单片机简介 该系列芯片按其功能可分成8大部分，如图1-1所示。 （1）一个8位中央微处理器CPU。 （2）1
7、28字节的数据存储器RAM和18个特殊功能寄存器SFR。 （3）4K字节内部程序存储器ROM。 （4）16位定时/计数器（2个），用以对外部事件进行计数，也可用作定时器。 （5）四个8位可编程的I/O（输入/输出）端口：P0口、P1口、P2口、P3口（共32线），用于并行输入或输出数据。,（6）一个串行端口，用于数据的串行通信，可工作在全双工状态。 （7）一个具有5个中断源，可编程为2个优先级的中断系统。它可以接收外部中断申请，定时器/计数器中断申请和串行口中断申请。 （8）内部时钟电路（引脚XTAL1与XTAL2之间）。MCS-51系列单片机寻址范围达到64K，并有控制功能较强的布尔处理器。
8、结构体系更完善，进入高性能单片机时代，面向控制的特点进一步突出。现在，MCS-51已成为公认的单片机经典机型。,图11 MCS51系列单片机内部结构简化框图,1.2.3 MCS-96系列单片机简介 包括如下一些部件：一个16位的中央处理器CPU、8K的片内程序存储器（ROM）、256字节的片内随机数据存储器（RAM）、2个16位定时计数器、10位4路AD转换、数字型IO接口、全双工串行通信接口、监视跟踪定时器（WATCHDOG）、高速输入输出（IO）、中断控制逻辑电路、脉宽调制器(PWM)以及时钟信号发生器与反偏压发生器等。,该系列芯片具有以下特点： （1）16位中央处理器（CPU） MCS-
9、98的CPU是在特殊功能寄存器（SFR）具有累加器的功能，可使CPU对运算前后的数据进行快速交换，同时又提供了高速的数据处理能力和输入输出能力。 （2）高效的指令系统 在同等运算功能的情况下，MCS-98单片机的速度比MCS-51系列单片机要高出56倍，而且指令字节数还不到MCS-51系列单片机的一半。 在12MH2晶振下一条指令最短执行时间为1us。 （3）4路10位AD转换器,（4）PWM脉宽调制输出 作为DA转换器输出，MCS-98单片机可直接提供一路脉宽调制信号，该信号经驱动可直接驱动某些电机。PWM输出经简单的处理可作为具有8位分辨率的数模(DA)转换输出。 （5）高速输入输出(HS
10、IO)部件 MCS-98的HSI可以同时记录8个事件，并能检测出输入线上的状态变化和状态变化的时刻。HSO主要实现触发一个或多个事件。所谓高速就是意味着这些功能是“自动的”实现，而无需CPU的干预。 （6）全双工串行 与MCS-5l系列单片机不同的是它设有一个专供串行口使用的波特率发生器，并且还可以利用HSIHS0构成异步全双工软件串行口。,（7）多用途接口 MCS-98的P0口引脚既可作为数字输入口(P04一P07)，也作为AD转换器的模拟量输入口。P2口除作标准口的IO口外，还可用作其它特殊功能，如：串行发送、接收，PWM输出，外中断请求输入。P3口和P4口为多路复用地址数据总线和地址总线
11、，它们的引脚内部有很强的上拉作用。 （8）8个中断源 MCS-98增加了软件优先级设置，为用户自行设置优先级提供了极大的灵活性。 （9）16位监视定时器(WATCHDOG) （10）两个16位定时器 （11）4个软件定时器,（12）寄存器阵列和特殊功能寄存器 8098片内具有256字节的寄存器阵列(RAM)和特殊功能寄存器(SFR)，其中232字节为寄存器阵列，它兼有一般微处理机中通用寄存器和高速RAM的功能，其余24字节为特殊功能寄存器。通过它们管理着所有的片内I/O口。 （13）统一的编址方式 MCS-98单片机的编址与MCS-51系列编址(外部存储器空间RAM和ROM的地址是可重叠的)不
12、同，采用统一编址方式，外部可寻址存储空间总共为64K，构成系统方便，输入出指令更为简练。但存储空间较MCS-51有所减少。,1.2.4新型单片机简介 1PIC系列单片机 PIC系列单片机具有以下特点： （1）品种多容易开发、PIC采用精简指令集，指令少（仅30多条指令），且全部为单字长指令，易学易用。 （2）执行速度快。 （3）功耗低。 （4）实用性强。 （5）增加了掉电复位锁定、上电复位（POR）以及看门狗（WDT）等电路，大大减少外围器件的数量。,2MSP430系列单片机 MSP430系列单片机具有以下特点： （1）低电压、超低功耗。 （2）处理能力强。 （3）片内外设较多。,1.3计算机
13、中数的表示方法,计算机是一个自动化的信息加工工具，其指令与被处理的数据都是采用二进制数字系统，它和我们日常所用的十进制的表示方法不同。计算机只能识别二进制数，因此处理的所有数、字母、符号等均要用二进制编码表示。 1.3.1计算机中的数制及其转换 1进位计数制 所谓进位计数制就是按进位原则进行计数的方法，是人们对事物数量计数的一种统计规律。 采用二进制数的“0”和“1”可以很方便地表示机内的数据运算与存储。在编程时，为了方便阅读和书写，人们还经常用八进制数或十六进制来表示二进制数。,每一种进位计数应包含两个基本要素： (1)基数R(Radix)：它代表计数制中所用到的数码个数。如：二进制计数中用
14、到0和1两个数码；而八进制计数中用到07共八个数码。一般地说,基数为R的计数制(简称R进制)中,包含0、1、R-1个数码,进位规律为“逢R进1”。 (2)位权W(Weight)：进位计数制中,某个数位的值是由这一位的数码值乘以处在这一位的固定常数决定的，通常把这一固定常数称之为位权值,简称位权。各位的位权是以R为底的幂。如十进制数基数R=10，则个位、十位、百位上的位权分别为 。,2数制的表示 一个R进制数N可以用以下两种形式表示： （1）并列表示法,或称位置计数法：,当进位计数制采用位置表示法时，同一数字在不同的数位所代表的数值是不同的。,（2）多项式表示法,或称以权展开式：,其中：m、n为
15、正整数，n代表整数部分的位数；m代表小数部分的位数；代表R进制中的任一个数码，0R-1。,常用的数制表示有十进制计数，二进制计数，八进制和十六进制计数方法。 （1）十进制数 数值部分用0，1，2，3，45，6，7，8，9这十个不同的数码来表示；十进制数中的“l0”称为基数，采用“逢十进一”的原则。,例1.1：,（2）二进制数 二进制数中R2，取0或1，进位规律为“逢2进1”。任一个二进制数N可表示为：,例1.2：,（3）八进制数 八进制R8，可取07共8个数码中的任意1个，进位规律为“逢8进1”。任意一个八进制数N可以表示为：,例1.3：,（4）十六进制数 十六进制16，可取015共16个数码
16、中的任一个，1015分别用A、B、C、D、E、F表示，进位规律为“逢16进1”。任意一个十六进制数可表示为：,例1.4：,为避免混淆，除用的方法区分不同进制数外，还常用数字后加字母作为标注。其中字母B(Binary)表示二进制数；字母Q（Octal的缩写为字母O，为区别数字0故写成Q）表示八进制数；字母D(Decimal)或不加字母表示十进制数；字母H(Hexadecimal)表示十六进制数。下面给出了以上3种进制数与十进制数的对应关系。,表12二、八、十、十六进制数码对应表,3不同数制间的转换 （1）各种进制数转换成十进制数 各种进制数转换成十进制数的方法是:将各进制数先按权展成多项式,再利用十进制运算法则求和,即可得到该数对应的十进制数。 【例1.5】：将数1001.101B，246.12Q，2D07.AH转换为十进制数。 解：,（2）十进制数转换为二、八、十六进制数 任一十进制数
