《單片機原理及應用》PPT課件

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1、1 2 課 程 簡 介v課 程 性 質 ： 限 選 課 （ 考 查 ）v總 學 時 ： 32學 時 （ 其 中 實 驗 12學 時 ）v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%。 3 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

2、 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 （ *） 4 第 一 章 單 片 機 概 述一 、 微 型 計 算 機 基 礎 知 識二 、 單 片 機 概 述 5 一 、 微 型 計 算 機 基 礎 知 識主 要 介 紹 ：1 .電 子 計 算 機 基 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

3、 算 方 法7.計 算 機 語 言 6 1 . 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 7 2 .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

4、I/O外設 地 址 總 線控 制 總 線數(shù) 據 總 線 8 3 .微 型 計 算 機 工 作 過 程 根 據 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 。 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 ， 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)

5、 行 規(guī) 定 的 操 作 。 9 在 計 算 機 運 行 的 過 程 中 有 兩 種 信 息 在 流 動 。一 是 數(shù) 據 流 ， 這 包 括 原 始 數(shù) 據 和 指 令 ， 它 們在 程 序 運 行 前 已 經 預 先 送 至 主 存 中 。 在 運 行 程序 時 數(shù) 據 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 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 。 10 計 算 機 的 基 本

6、 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 ： CPU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 11 4 .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 12 機 器 中 ， 數(shù) 的 符 號 用 “ 0”

7、、 “ 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 = 11010100B 5 .計 算 機 中 的 編 碼 13 原 碼 (Tr

8、ue 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 。 14x=

9、-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 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 128 15 8位 機 器 數(shù) 表 示 的 真 值 16 機 器 數(shù) 與 真

10、 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= 80FFH X2補 =1111111100000001= FF01H 17 1) X1原 = 59H， X2原 = D9H， 求 真 值 ？ X1原 = X2原 =2. 機 器 數(shù)

11、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 =-39 18 原 碼 、 反 碼 、 補 碼 之 間 的 關 系 小 結v 正 數(shù) ： X原 =X反 =X補v 負 數(shù) ： X反 =X原 符 號 位 不 變 ， 其 它 按 位 取 反 ； X補 =X反 +1 19 信 息 代 碼 及 轉 換 （ 自 學 )（ 1） B

12、CD碼 ： 將 十 進 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 20 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

13、。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 + 11111010 -6補00010011 +19補 1 11101101 -19補 進 位 為 模 ， 舍 棄6.運 算 方 法 21 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

14、 + 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 22 1. 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=？ X-Y=？ 10010110 150 10010110 150+ 00001010 + 10 + 11110110 - 10 10100000 160 110001100 140 進 位 為 模 ， 舍

15、 棄（ 二 ） 無 符 號 數(shù) 加 減 運 算變 補 相 加 計 算 減 法 :當 最 高 位 產 生 進 位 ， 實 際 無 借 位 ； 反 之 有 借 位 。 23 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 。 24 例 ： X=74= 4AH， Y=216= D8H， 求 X+Y=？ 和 X-Y=？01001010 74 01001

16、010 74 + 11011000 + 216 + 00101000 - 216 1 00100010 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 超 出 允 許 表 示 范 圍1 無 符 號 數(shù) 溢 出 判 斷 最 高 位 是 否 產 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 加 /減 最 高 位 產 生 進 位 /借 位 ， Cy=1；

17、否 則 ,Cy=0。 25 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 ： OV =Cy 6Cy7 當 補 碼 加 /減 產 生 溢 出 OV=1， 否 則 OV=0。 例 X1=-5,Y1=-2， X2=-105,Y2=-91,求 X1+Y1、 X +Y211111011 -5補 10010111 -105補 + 11111110 -2補 + 10100101

18、- 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 。 26 7 .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 言

19、、 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 27 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 品 的 控 制 器5. 單 片 機 主 要 生 產 廠 家 及 產 品 28 1. 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

20、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 I O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 A D及 D A轉 換 器 、 高 速 輸 入 輸 出 部 件 、 DMA通 道 、 浮 點 運 算 等 特 殊 功 能 部 件 。IC芯 片 CPU RAM ROM I/O接 口定 時 /計 數(shù) 器 中 斷 控 制 電 路A/D D/A PWM 29 2.

21、 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 品 。 16位 單 片 機 (19821990) Mostek公 司 68200， Intel公 司 于 198

22、3年 推 出 16位 8096新 一 代 單 片 機 (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 30 3. 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 絡 功 能 加 強(7)專 用 型 單 片 機 發(fā) 展 加 快 31 4. 單 片 機 應 用 電 子 產 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

23、化 產 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 絡 與 通 信 產 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 子 玩 具 （ 8） 其 它 方 面 ： 汽 車 電 子 、 航 空 航 天 電 子 等 32 5. 單 片 機 主 要

24、 生 產 廠 家 及 產 品公 司 典 型 產 品 系 列 主 要 產 品Intel公 司 MCS-48 MCS-51 MCS-96 8048 8051 8096Philips 與 MCS-51 兼 容 ： P87 P89 80C552 83C552Motorala MC68系 列 MC68HC05ATMEL 與 MCS-51 兼 容 AT89XX 89C51 89C52MicroChip PIC165X系 列 PIC16C55/16C56Zilog Z8系 列 Z86C06/C21LG GMS97CXX GMS97C65 33 對 單 片 機 學 習 建 議 1 對 非 計 算 機 專 業(yè)

25、， 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 34 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 ： 1111100

26、0B、 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=66H 計 算 X+Y， X-Y， XY4 二 進 制 數(shù) 邏 輯 運 算 若 X=11110000B， Y=11001100B 計 算 X+Y， XY， XY， 非 X 35 5 十 六 進 制 數(shù) 邏 輯 運 算 若 X=76H， Y=0FH 計 算 X+Y， XY， XY， 非 X6 用 ASCII碼 表 示 下 列 字 符 串 ： I come from 2001 toy class.7 代 碼 轉 換 16進 制 數(shù) - ASCII碼 ： 01H， 06H， 08H， 0AH， 0DH ASCII碼 - 16進 制 數(shù) ： 32H， 45H， 46H BCD碼 - ASCII碼 ： 24H， 03H 16進 制 數(shù) - BCD碼 ： 25H， 10H