《单片机原理及应用》电子教案王

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1、单片机原理及应用设计,化学工业出版社,主讲人：王瑞芳,本书主要内容,单片机概述 MCS-51系列单片机的组成与工作原理 MCS-51 单片机的指令系统 汇编语言程序设计 MCS-51单片机的中断系统 定时/计数器 单片机的串行通信及接口 MCS-51单片机的系统扩展,第1章 单片机概述,本章知识点： 计算机的发展概况 计算机的特点和应用 计算机系统的组成 单片机概述 计算机中常用的数制与码制,本章重点： 微机系统的组成 不同数制间的相互转换 原码、反码、补码的概念既相互间的关系,电子计算机 定义：在程序的控制下自动进行信息处理的电子装置。 分类：数字计算机、模拟计算机、模/数混合计算机。 一、

2、现代计算机的发展历史 第一代：19461957 电子管计算机（速度慢） 第二代：19571964 晶体管计算机 （速度快，功耗低，性能更稳定） 第三代：19641972 集成电路计算机（体积小，可靠性高） 第四代：1972现在 大规模集成电路计算机 第五代：智能化,1.1 计算机的发展概况,二、计算机的发展方向 （1）大型化和巨型化 运算速度快，存储量大，体积大，价格高。 （2）微型化 体积小，重量轻，价格便宜，普及快 （3）网络化、智能化 软硬件资源共享，人工智能技术开发各种系统,1.1 计算机的发展概况,1.2 计算机的特点和应用,一、计算机的特点 （1）运算速度快 （2）计算精度高 字长

3、：计算机处理的一组二进制数的位数 （3）存储能力极强 （4）在程序的控制下自动操作 （5）通用性强 不同行业的用户通过编制不同的程序解决不同的问题，而不需要改变硬件。,二、计算机的主要性能指标 （1）字长：计算机能直接处理的二进制位数，代表实际的处理能力。 字长越长，计算精度越高，寻址范围越大。 （2）主存储量（内存）：按字长或字节计算。 主存储量越大，执行程序的速度越快。 （3）存取周期：存储器进行一次完整的读写操作所需的时间。 （4）运算速度：一般用每秒内所能执行的指令条数来衡量。 速度的单位：百万条指令/秒。 （5）主频：计算机的时钟频率，一般用MHZ或GHZ表示。 主频越高，计算机的运

4、行速度越快。,1.2 计算机的特点和应用,1.2 计算机的特点和应用,三、计算机的应用 （1）数值计算 （2）信息处理和事物管理 信息处理：利用计算机对数据进行记录、合并、分类、传 递、存储、计算、检索等处理。 事务管理：用计算机及时提供管理信息。如：财务管理、库存管理、销售管理等。 （3）自动控制 （4）计算机辅助应用：CAD、CAM、CAI （5）人工智能 （6）日常应用,1.3 计算机系统的组成,1.3 计算机系统的组成,一、计算机的硬件 （1）运算器 作用：运算作用，可进行算术运算和逻辑运算 组成：加法器A （累加器）、寄存器B、状态标志寄存器F、通用寄存器等组成。 （2）控制器 作用

5、：指挥全机工作的中心。用来产生表示节拍的时序电位和时序脉冲，并将指令规定的操作类别、条件组成各种相应的控制信号，按一定的时间和条件，把信号送到相应的线路中协调整机工作。 组成：指令寄存器、指令译码器、程序计数器、脉冲分配器、时钟电路、操作控制部件等组成。,1.3 计算机系统的组成,（3）存储器 作用：用来存储程序、数据等信息的物理介质。 分类： （4）输入、输出设备 作用：辅助主机的工作，提供主机和外设之间交换信息的工具。 种类：键盘、鼠标、显示器、打印机等。 （5）外围设备 （6）总线 作用：系统中信息传送的公共通道 分类：地址总线、数据总线、控制总线,1.3 计算机系统的组成,二、计算机的

6、指令和指令系统 （1）指令 定义：计算机完成某个具体的操作所发出的指示或命令，并由计算机直接识别执行。 组成：操作码、操作数 操作码：计算机执行何种工作。 操作数：指出参加操作的数据或数据所在单元的地址。 类型：操作类指令、控制转移类指令 （2）指令系统（决定计算机的能力，影响 其体系结构） 定义：所有指令的集合。,1.3 计算机系统的组成,三、计算机的软件 分类：系统软件、应用软件、程序设计语言 （1）系统软件 由制造者提供，包括监控程序、操作系统、汇编软件、解释程序、实用程序、诊断程序等。 （2）应用软件 定义：指用户的专业软件，是为解决某一专业领域的问题而编写的程序。 （3）程序设计语言

7、 作用：编写程序所使用的语言。 分类：机器语言、汇编语言、高级语言,单片机：单片微型计算机就是将CPU、RAM、ROM、定时/计数器和多种接口都集成到一块集成电路芯片、尖端武器、日常生活中最广泛使用的计算机上的微型计算机。因此，一块芯片就构成了一台计算机。它已成为工业控制领域、智能仪器仪表。 一、单片机的发展过程 第一阶段（19761978年）：低性能单片机的探索阶段 第二阶段（19781982年）：高性能单片机阶段 第三阶段（19821990年）：16位单片机阶段 第四阶段（1990年）：微控制器的全面发展阶段,1.4 单片机概述,二、单片机的系统组成 1.硬件系统：CPU、存储器、输入/输

8、出接口电路、输入/输出设备等 2 .软件系统 三、单片机的发展趋势 （1）微型化 （2）低功耗（工作方式多，电源范围扩大） （3）高速化 （4）集成更多资源 （5）通信及网络功能加强 （6）专用型单片机发展加快,1.4 单片机概述,1.5 计算机中常用的数制与码制,一、数制 计算机系统中，对于符号数有不同的编码方式，通常有原码、反码和补码。 （1）原码 最高位为符号位（正数用0表示，负数用1表示），其他位为数值位。 X=+87=01010111B，X原=01010111B Y=-87=11010111B，Y原=11010111B （2）反码 正数的反码与原码相同，负数的反码是其对应的原码符号位

9、保持为1，数值位逐位取反的结果。 X=+87=01010111B，X反=01010111B Y=-87=11010111B，Y反=10101000B,1.5 计算机中常用的数制与码制,（3）补码 正数的补码与原码相同，负数的补码是其对应的原码符号位保持为1，数值位逐位取反，末位加1的结果，即对应的反码加1。 X=+87=01010111B，X补=01010111B Y=-87=11010111B，Y补=10101001B 二、码制 在计算机中，除了表示数以外，还要表达字母、字符等信息，他们也是以二进制的形式出现的，只是编码的形式不同而已，计算机中常见的编码由BCD码和ASCII码。 ASCII

10、码： ASCII码是一种8位代码，最高位一般用于奇偶校验，用其余的7位代码来对128个字符编码，其中32个是控制字符，96个是图形字符。 BCD码：采用二进制数编码十进制数。,1.5 计算机中常用的数制与码制,BCD码,阅读材料 不同计数制之间的转换,十进制数,一个十进制数，它的数值是由数码0，1，2，8，9来表示的。数码所处的位置不同，代表数的大小也不同。,例如：53478=5104+3103+4102+7101+8100，对应于：,二进制数,二进制是按“逢二进一”的原则进行计数的。二进制数的基为“2”，即其使用的数码为0、1，共两个。二进制数的权是以2为底的幂。,例如：10110100=1

11、27+026+125+124+023+122+021+020， 对应于：,其各位的权为1，2，4，8，即以2为底的0次幂、1次幂、2次幂等。 (10110100)2127+026+125+124+023+122+021+020=180,十六进制数,十六进制数的基为16，即基数码共有l6个：0，1，2，3，4，5，6，7，8，9，A，B，C，D，E，F。其中A，B，C，D，E，F分别代表值为十进制数中的10，11，12，13，14，15。十六进制的权为以16为底的幂。,例如：4F8E=4163+F162+8161+E160=20366，对应于：,常用计数制表示数的方法比较,不同进制数之间的转换,

12、1.十进制数转换成二进制数的方法,就是用2去除该十进制数，得商和余数，此余数为二进制代码的最小有效位(LSB)或最低位的值；再用2除该商数，又可得商数和余数，则此余数为LSB左邻的二进制代码(次低位)。依此类推，从低位到高位逐次进行，直到商是0为止，就可得到该十进制数的二进制代码。,除二取余法,不同进制数之间的转换,例如：将(67)10转换成二进制数，过程如下：,即：(67)10=(1000011)2。,不同进制数之间的转换,1. 十进制数转换成二进制数的方法,将已知十进制的小数乘以2之后，可能有进位，使整数位为1(当该小数大于0.5时)，也可能没有进位，其整数位仍为零。该整数位的值为二进制小

13、数的最高位。再将乘积的小数部分乘以2，所得整数位的值为二进制小数的次高位。依此类推，直到满足精度要求或乘2后的小数部分为0为止。,乘二取整法,例如：将(0.625)10转换成二进制数，其过程如下：,即：(0.625)10=(0.101)2,不同进制数之间的转换,不同进制数之间的转换,2. 二进制数转换为十进制数的方法,将二进制数转换成十进制数时，只要将二进制数各位的权乘以各位的数码(0或1)再相加即可。 例如：将(1101.1001)2制转换成十进制数： (1101.1001)2123+122+021+120+12-1+02-2+02-3+12-48+4+0+1+0.5+0+0+0.0625=

14、(13.5625)10,不同进制数之间的转换,3. 二进制与十六进制数之间的转换方法,二进制数转换成十六进制数 例如：把(101101101.1100101)2转换成十六进制数。,即：(101101101.1100101)2=(16D.CA)16。,不同进制数之间的转换,2)十六进制数转换成二进制数 将十六进制数转换成二进制数时，只要将每1位十六进制数用4位相应的二进制数表示即可完成转换。 例如：将(ECA16)16转换成二进制数。,即：(ECA16)16=(11101100101000010110)2。,思考练习题,(1)微型计算机由哪几部分组成？ (2)什么是单片机？它与一般微型计算机在结

15、构上有什么区别？ (3)单片机主要应用在哪些方面？ (4)将下面的一组十进制数转换成二进制数： 56 74 23 19 89 68 142 76.87 0.375 9.325 83.625 134.0625 (5)将下面的二进制数转换成十进制数和十六进制数： 10110011 10100101 11101001 10011110 10000101 11000101 11101110 10001100 11011.11 101.01101,第2章 MCS-51系列单片机的组成与工作原理,本章知识点： MCS-51单片机的内部结构 CPU的结构和功能 存储器的组织结构 MCS-51单片机的并行输入

16、输出端口 MCS-51 单片机的外部引脚及功能 单片机指令时序,本章重点： MCS-51单片机的内部结构 MCS-51单片机的并行输入输出端口 MCS-51 单片机的外部引脚及功能,MCS-51系列单片机分类： 1.无片内ROM型芯片，必须外接ROM才能用。 2. 带片内ROM型的芯片又分为片内EPROM型、片内FLASH型、片内掩膜ROM型等。 MCS-51系列单片机特点： 1.程序存储器与数据存储器分开； 2.共有111条指令，其中包括乘除指令和位操作指令； 3.中断源有5个（8032/8052为6个），分为2个优先级； 4.在RAM区中开辟了4个通用工作寄存区，共有32个通用寄存器，1个位寻址区； 5.4个并行I/O口都可以作为输入/输出，在扩展应用方式下采用P0和P2口作为片外扩展地址总线； 6.内部集成了一个全双工的异步串