單片機原理及應用課程課件

1、單片機原理及應用1課程簡介課程性質：限選課（考查）總學時：32學時（其中實驗12學時）成績評定方法：平時10%（主要考察作業(yè)和到課情況），實驗30%（主要考察實驗完成情況和實驗報告），考試60%。2本課程主要內容第一章 單片機概述第二章 MCS-51單片機硬件結構第三章 MCS-51單片機指令系統(tǒng)第四章 MCS-51匯編程序設計第五章 MCS-51單片機的中斷系統(tǒng)第六章 MCS-51單片機內部定時器/計數(shù)器第七章 單片機串行口及應用第八章 單片機的系統(tǒng)擴展第九章 單片機系統(tǒng)的接口（*）3第一章 單片機概述一、微型計算機基礎知識二、單片機概述 4一、微型計算機基礎知識主要介紹：1 .電子計算機基

2、本組成 2 .微機硬件系統(tǒng)結構3 .微型計算機工作過程4 .計算機中的數(shù)制（運算及轉換）5 .計算機中的編碼及轉換6.運算方法7.計算機語言51 . 電子計算機基本組成 計算機由硬件和軟件兩大部分組成。硬件：系指構成計算機系統(tǒng)的物理實體或物理裝置 ，它由運算器、控制器、存儲器、輸入設備和輸出設備等五大部分構成 存貯器運算器控制器接口接口輸入設備輸出設備62 .微機硬件系統(tǒng)結構在微型計算機中，將運算器和控制器集成在一塊IC上，合稱這為CPU CPU存貯器I/O接口I/O外設地址總線控制總線數(shù)據(jù)總線73 .微型計算機工作過程 根據(jù)馮諾依曼原理構成的現(xiàn)代計算機的工作原理可概括為：存儲程序和程序控制。

3、 存儲程序是指人們必須事先把計算機的執(zhí)行步驟序列(即程序)及運行中所需的數(shù)據(jù)，通過一定的方式輸入并存儲在計算機的存儲器中。 程序控制是指計算機自動地逐一取出程序中的一條條指令，加以分析并執(zhí)行規(guī)定的操作。8在計算機運行的過程中有兩種信息在流動。一是數(shù)據(jù)流，這包括原始數(shù)據(jù)和指令，它們在程序運行前已經(jīng)預先送至主存中。在運行程序時數(shù)據(jù)送至運算器參與運算，指令被送往控制器。二是控制流，它是由控制器根據(jù)指令的內容發(fā)出的，指揮計算機各部件執(zhí)行指令規(guī)定的各種操作或運算，并對執(zhí)行流程進行控制。9計算機的基本工作過程 第三步：按序再取下一條指令，分析及執(zhí)行依次周而復始執(zhí)行指令序列的過程CPU存貯器I/O第一步：C

4、PU自動從存貯器中取指令第二步：由CPU分析指令和執(zhí)行指令104 .計算機中的數(shù)制（自學）主要介紹：二進制數(shù)，十六進制數(shù)不同數(shù)制間的相互轉換二進制數(shù)的算術/邏輯運算十六進制數(shù)的算術/邏輯運算11 機器中，數(shù)的符號用“0”、“1” 表示。最高位作符號位，“0”表示“+”，“1”表示“-”。機器數(shù)與真值 機器數(shù)：機器中數(shù)的表示形式，其位數(shù)通常為8的倍數(shù) 真值： 機器數(shù)所代表的實際數(shù)值。 舉例:一個8位機器數(shù)與它的真值對應關系如下： 真值：X1=+84=+1010100B X2=-84= -1010100B 機器數(shù)：X1機= 01010100B X2機= 11010100B5 .計算機中的編碼12原

5、碼(True Form) 最高位為符號位，0表示 “+”，1表示“”。數(shù)值位與真值數(shù)值位相同。 例 8位原碼機器數(shù)： 真值： x1 = +1010100B x2 = 1010100B 機器數(shù)： x1原 = 01010100 x2原 = 11010100 原碼表示簡單直觀,但0的表示不唯一，加減運算復雜。反碼（Ones Complement）正數(shù)的反碼與原碼相同，負數(shù)的反碼是符號位不變(為1)，其余按位取反。13x=-4 x原 = 10000100 x反 = 11111011 x補 = 11111100 補碼表示的優(yōu)點：0的表示唯一，加減運算方便補碼（Twos Complement） 正數(shù)的補碼

6、表示與原碼相同。負數(shù)補碼的符號位為1，數(shù)值位等于求反加1，即反碼加 例：求 8位補碼機器數(shù)：x=+4 x補= 00000100規(guī)定：0000 0000B 為0 1000 0000B 不是0，而是128148位機器數(shù)表示的真值15機器數(shù)與真值之間的轉換 1. 真值機器數(shù) (1)X1=+127，X2=-127，求X原 、X補 X1原=X1補=01111111= 7FH X2原=11111111= FFH X2補=10000001= 81H (2)X1=+255，X2=-255 ，求X原 、X補 X1原=X1補=0000000011111111= 00FFH X2原=1000000011111111

7、= 80FFH X2補=1111111100000001= FF01H 16 1) X1原= 59H，X2原= D9H，求真值？ X1原=X2原=2. 機器數(shù)真值注意機器數(shù)表示（原碼、補碼）注意機器數(shù)符號位01011001 11011001 X1= +1011001B=+89 X2=-1011001B =-89 2) X1補= 59H，X2補= D9H，求真值 X1= +1011001B =+89 X2=-0100111B =-3917原碼、反碼、補碼之間的關系小結正數(shù)： X原=X反=X補負數(shù)：X反=X原符號位不變，其它按位取 反；X補=X反+118信息代碼及轉換（自學)（1）BCD碼：將十進

8、制數(shù)表示為二進制編碼的形式 BCD碼存貯形式：非壓縮BCD碼和壓縮BCD碼： （2） ASCII碼：美國國家信息交換標準字符碼（3） ASCII碼、BCD碼及16進制數(shù)之間的轉換 16進制數(shù) ASCII碼 ASCII碼 16進制數(shù) BCD碼 ASCII碼 16進制數(shù) BCD碼 19 1.補碼加法運算：X+Y補=X補+Y補 （一） 補碼加減運算符號作為數(shù)值直接參與運算,變減法為加法運算。例：X1=+13，Y1=+6，X2=-13，Y2=-6，求X1+Y1、X2+Y2解：求X1補、 Y1補、X2補、Y2補00001101+13補 11110011 -13補 + 00000110 +6補 + 111

9、11010 -6補00010011+19補 1 11101101 -19補 進位為模，舍棄6.運算方法20例：X1=+6，Y1=+8，X2=-6，Y2=-8，求X1-Y1、X2-Y2解：求X1補、 Y1補、 -Y1補、X2補、Y2補、-Y2補00000110 +6補 11111010 -6補 + 11111000 -(+8)補 + 00001000 -(-8)補11111110-2補 1 00000010 +2補 進位為模，舍棄2.補碼減法運算：X-Y補=X補-Y補=X補+-Y補211. 加法運算：直接相加。 2. 減法運算：變補相加。例： X=150=96H，Y=10=0AH，計算X+Y=？

10、X-Y=？ 10010110150+ 00001010 + 10 + 11110110 - 10 10100000 160 110001100 140 進位為模，舍棄（二）無符號數(shù)加減運算變補相加計算減法:當最高位產(chǎn)生進位，實際無借位；反之有借位。22 機器數(shù) 無符號數(shù) 補碼：10010110 150 -106 + 00001010 + 10 + +10 10100000 160 -96 無符號數(shù)與補碼運算的溢出判斷方法卻不同。計算機中補碼的加減運算與無符號數(shù)相同。23例：X=74= 4AH，Y=216= D8H，求X+Y=？和X-Y=？01001010 74 010

11、01010 74 + 11011000 + 216 + 00101000 - 216 100100010 34 0 01110010 114溢出使結果出錯。加法有進位，結果應為290；減法無進位則有借位，結果負數(shù)補碼。(三)溢出運算過程中數(shù)據(jù)超出允許表示范圍1無符號數(shù)溢出判斷最高位是否產(chǎn)生進位或借位。計算機設置進位標志位 Cy 判斷無符號數(shù)溢出：當數(shù)據(jù)加/減最高位產(chǎn)生進位/借位，Cy=1；否則,Cy=0。24例X1=+45，Y1=+46，X2=+90，Y2=+107，求X1+Y1、X2+Y2 2補碼溢出判斷符號位和最高數(shù)值位進位是否相同。計算機設置溢出標志位 OV 判斷補碼溢出。邏輯關系： O

12、V =Cy6Cy7 當補碼加/減產(chǎn)生溢出 OV=1，否則OV=0。例X1=-5,Y1=-2，X2=-105,Y2=-91,求X1+Y1、X2+Y211111011-5補10010111-105補 + 11111110 -2補 + 10100101 - 91補 1 11111001-7補 1 00111100+ 補正確，無溢出正數(shù)，有溢出。負數(shù)相加，同時有進位：Cy6 =1、Cy7=1，則無溢出；不同時有進位，則有溢出，結果出錯。257 .計算機語言（程序設計語言） 指令：是能被計算機識別并執(zhí)行的二進制代碼。程序：計算機一系列指令的有序集合。計算機語言：人機交流的語言，程序表達方式 主要有機器語

13、言、匯編語言和高級語言匯編語言高級語言機器語言 機器（CPU）匯編編譯識別26二、單片機概述主要介紹：1. 單片機概念 2. 單片機的發(fā)展簡史3. 單片機發(fā)展趨勢4. 單片機應用電子產(chǎn)品的控制器5. 單片機主要生產(chǎn)廠家及產(chǎn)品271. 單片機概念確切的稱謂應是微控制器Microcontroller單片微型計算機(Single Chip Microcomputer)簡稱單片機，是指在一塊芯片體上集成了中央處理器CPU、隨機存儲器RAM、程序存儲器ROM或EPROM、定時器計數(shù)器、中斷控制器以及串行和并行IO接口等功能部件，構成一個完整的微型計算機。目前，新型單片機內還有AD及DA轉換器、高速輸入輸

14、出部件、DMA通道、浮點運算等特殊功能部件。IC芯片CPURAMROMI/O接口定時/計數(shù)器中斷控制電路A/DD/APWM282. 單片機的發(fā)展簡史大致可分為以下五個階段。 4位單片機（197l一1974） 1971年11月，Intel公司設計 的4位微處理器Intel4004 低檔8位單片機(19741978) 不帶串行接口，如Intel公司的8048，Mostek公司的3870高檔8位單片機(19781982) Intel公司的8051、NEC公司的MPD7800等產(chǎn)品。 16位單片機(19821990) Mostek公司68200，Intel公司于1983年推出16位8096新一代單片機

15、(90年代以來) 采用雙CPU或內部流水線，Intel公司的8044、 NEC公司的MPD7800 293. 單片機發(fā)展趨勢(1)微型化(2)低功耗 (3)高速化(4)集成資源更多 (5)性能更加優(yōu)異 (6)通信及網(wǎng)絡功能加強(7)專用型單片機發(fā)展加快304. 單片機應用電子產(chǎn)品的控制器（1）測控系統(tǒng)：溫室自動控制、車輛檢測系統(tǒng)等（2）機電一體化產(chǎn)品：數(shù)控機床、電腦繡花機等（3）智能儀器儀表及傳感器：智能電壓測試儀（4）計算機外設及智能接口 ：打印機、鍵盤、繪圖儀等（5）計算機網(wǎng)絡與通信產(chǎn)品：交換機、HUB（6）辦公自動化設備：傳真機、復印機、考勤機等（7）家用電器：電冰箱、空調、影音設備、電

16、子玩具 （8）其它方面：汽車電子、航空航天電子等315. 單片機主要生產(chǎn)廠家及產(chǎn)品公司典型產(chǎn)品系列主要產(chǎn)品Intel公司MCS-48 MCS-51 MCS-968048 8051 8096Philips 與MCS-51 兼容：P87 P8980C552 83C552MotoralaMC68系列MC68HC05ATMEL與MCS-51 兼容 AT89XX89C51 89C52MicroChipPIC165X系列PIC16C55/16C56ZilogZ8系列Z86C06/C21LGGMS97CXXGMS97C6532對單片機學習建議 1 對非計算機專業(yè)，學習本課程目的在于 應用單片機，學習原理主要是了解如何用 2 單片機是一塊需編程的電路IC芯片 學習要硬件與軟件兼顧，二者相結合 3 單片機是實踐性較強的課程 通過大量的編程和實驗才能真正單片機的應用33作業(yè)1 數(shù)制轉換 二、十六進制數(shù)轉十進制：1111B、FFH 十進制轉二、十六進制數(shù)：15、127 二、十六進制數(shù)之間轉換：11111000B、2FH2 二進制數(shù)算術運算： 若X=11110000B，Y=11001100B 計算X+Y，X-Y，XY3 十六進制數(shù)算術運算：若X=78H，Y=66