MCS-51基础知识(2学时).ppt

单片机原理与应用 Principles and Application of Microcontroller 讲授：黄惟 公 教师简介： 黄惟公 教授 硕士研究生导师，“机电教研室”主任 。 曾当过“知青”和工人。1982年1月年毕业于四川 工业学院机械制造工艺设备及自动化专业。 1992.11993.1 在美国密西根大学作访问学者 。 2000.92000.11在加拿大红河学院作访问学者 。 在国内外发表论文20余篇，主编、副主编教材2部 ，主持或作为主研完成、在研863CMIS、85国家攻关 项目、省级、省重点学科及各类横向科研课题10余项。 目前主要从事机械工程测控方面的教学及科研工作 。 1）智能化测控仪器研究 本研究有以下4方面的内容 嵌入式系统的研究 对新型16位、32位微处理器的应用、嵌入式实时操作 系统在各种微处理器的移植与应用、嵌入式系统与Internet网络的连接等新技术 方面进行研究、跟踪世界先进水平，为研制具有自主知识产权的测控仪器建立硬 、软基础。 现场总线测控仪表的研究 现场总线是用于现场仪表与控制系统和控制室之 间的一种全分散、全数字化、智能、双向、互联、多变量、多点、多站的通讯系 统。是目前仪表的发展方向。 智能控制仪表的研究 研究如何把模糊控制、神经网络等新理论应用在控制 仪表和装置中，如何在单片机上实现这些理论。 虚拟仪器的研究 研究应用与各种领域的虚拟测试仪器、研究特殊性能的数 据采集卡与LabVIEW/CVI的接口、PXI总线的应用、基于网络的测控系统等内 容。 2）计算机视觉监测及测量研究 本研究有以下2方面的内容 基于线阵CCD测量技术的研究 研究将CCD技术应用于尺寸的非接触测量、 改造传统的测量仪器、研究提高CCD的测量精度的方法和理论等内容。 基于二、三维计算机视觉技术的研究 研究将数字图象处理技术应用于二维 、三维对象的检测技术。本研究对利用图象处理方法进行物体尺寸的测量、形状 的识别、文字的识别等方面做了大量的工作。 第1章 基础知识 1 1.1.1 单片机简介单片机简介 1 1.2.2 数制及其转换数制及其转换 1.1 计算机发展与组成 1946-1958 第一代电子管计算机。磁鼓存储器，机器 语言、汇编语言编程。世界上第一台数字计算机ENIAC 。 1.1.1 发展概况 1958-1964 第二代晶体管计算机。磁芯作主存储器, 磁盘作外存储器，开始使用高级语言编程。 1964-1971 第三代集成电路计算机。使用半导体存 储器，出现多终端计算机和计算机网络。 1971- 第四代大规模集成电路计算机。出现微型计 算机、单片微型计算机，外部设备多样化。 1981- 第五代人工智能计算机。模拟人的智能 和交流方式。 1946年由美国宾夕法尼亚大学研制 ENIAC（Electronic Numerical Integrator And calculator），运算速度 5000次/秒，功耗150kw/h，占地170m2 ,造价100万美元。 1.1.2 计算机发展趋势 微型化 便携式、低功耗 巨型化 尖端科技领域的信息处理，需要超大容量、高速度 智能化 模拟人类大脑思维和交流方式，多种处理能力 系列化、标准化 便于各种计算机硬、软件兼容和升级 网络化 网络计算机和信息高速公路 多机系统 大型设备、生产流水线集中管理(独立控制、 故障分散、资源共享) 1.1.3 微型计算机组成结构 微型计算机系统 硬件 微型计算机 （主机） 微处理器 (CPU) 软件 外围设备 运算器 控制器 存储器 (内存) RAM ROM 外部设备 辅助设备 输入设备(键盘、扫描仪、语音识别仪) 输出设备(显示器、打印机、绘图仪、) 辅助存储器(磁带、磁盘、光盘) 输入/输出接口(PIO、SIO、CTC、ADC、DAC) (I/O接口) 总线 (AB、DB、CB) 系统软件(操作系统，编辑、编译程序，故障诊断,监控程序) 应用软件(科学计算，工业控制，数据处理) 程序设计语言(机器语言、汇编语言、高级语言) 电源电路 时钟电路 单片机简介 单片机即单片机微型计算机，是将计算机主机(CPU、 内存和I/O接口)集成在一小块硅片上的微型机。 单片机开发系统有单片单板机和仿真器。实现单片机 应用系统的硬、软件开发。 单片机为工业测控而设计，又称微控制器。具有三高 优势(集成度高、可靠性高、性价比高)。 主要应用于工业检测与控制、计算机外设、智能仪器 仪表、通讯设备、家用电器等。 特别适合于嵌入式微 型机应用系统。 单片机发展概况 1976-1978 初级8位单片机 Intel MCS-48 系列 1978- 高档8位单片机 Intel MCS-51系列： -51子系列：8031/8051/8751 -52子系列：8032/8052/8752 低功耗型80C31高性能型80C252廉价型89C2051/1051 1983- 16位单片机 Intel MCS-96 系列 8098/8096、80C198/80C196, DSP 32位单片机 ARM 1.1.4计算机主要技术指标 字长：CPU并行处理二进制的数据位数 8位机、16位机、32位机和64位机。 内存容量：内存存储单元数 容量单位：1K=210=1024，1M=220=1KK 8K、64K、16M、64M。 运算速度：CPU处理速度 时钟频率、主频、每秒运算次数 6MHz、12MHz、24MHz、100MHz、300MHz 。 内存存取周期：内存读写速度 50nS 、70nS 、200nS 。 1.2 计算机的数制及转换 一. 十进制ND有十个数码09、逢十进一。 十进制用于计算机输入输出，人机交互。 二. 二进制NB两个数码:0、1, 逢二进一。 二进制为机器中的数据形式。 三. 十六进制NH十六个数码:09, AF, 逢十六进一 。 十六进制用于表示二进制数。 不同进位制数以下标或后缀区别,十进制数可不带下标 。 如:101、101D、101B、101H、101H 介绍计算机中数的表示方法和基本运算方法。 1-2-1 进位计数制 1.2 计算机的数制及转换 一. 十进制ND 符号集：09 规则：逢十进一。 例 1234.5=1103 +2102 +3101 +4100 +510- 1 加权展开式以10称为基数，各位系数为09。 一般表达式： ND= dn-110n-1+dn-210n-2 +d0100 +d-110-1+ 1.2.1 进位计数制 1.2 计算机的数制及转换 二. 二进制NB 符号集：0、1 规则：逢二进一。 例 1101.101=123+122+021+120+12-1+12 -3 加权展开式以2为基数，各位系数为0、1。 一般表达式： NB = bn-12n-1 + bn-22n-2 +b020 +b-12-1+ 1.2.1 进位计数制 1.2 计算机所用数制及转换 三.十六进制NH 符号集：09、AF 规则：逢十六进一。 例：DFC.8=13162 +15161 +12160 +816-1 展开式以十六为基数，各位系数为09，AF。 一般表达式： NH= hn-116n-1+ hn-216n-2+ h0160+ h-116- 1+ 1.2.1 进位计数制 1.2.2 不同进位计数制之间的转换 先展开，然后按照十进制运算法则求和。 举例： 1011.1010B=123+121+120+12-1+12- 3=11.625 DFC.8H =13162+15161+12160+816-1 = 3580.5 （一）二、十六进制数转换成十进制数 进位计数制的一般表达式： Nr= an-1rn-1+an-2rn-2+ +a1r1a0r0a-1r-1a-mr-m 一个r1进制的数转换成r2进制数的方法： 先展开，然后按r2进制的运算法则求和计算。 1.2.2 不同进位计数制之间的转换 （二）二进制与十六进制数之间的转换 24=16 ，四位二进制数对应一位十六进制数 。 举例： 3AF.2H = 0011 1010 1111.0010 = 1110101111.001B 3 A F 2 1111101.11B = 0111 1101.1100 = 7D.CH 7 D C （三）十进制数转换成二、十六进制数 整数、小数分别转换 1.整数转换法 “除基取余”：十进制整数不断除以转换进制基数，直至 商为0。每除一次取一个余数，从低位排向高位。举例： 1. 39转换成二进 制数 39 =100111B 2 39 1 （ b0） 2 19 1 （ b1） 2 9 1 （ b2） 2 4 0 （ b3） 2 2 0 （ b4） 2 1 1 （ b5） 0 2. 208转换成十六进制 数 208 = D0H 16 208 余 0 16 13 余 13 = DH 0 （三）十进制数转换成二、十六进制数 1. 小数转换法 “乘基取整”：用转换进制的基数乘以小数部分，直至小 数为0或达到转换精度要求的位数。每乘一次取一次整数 ，从最高位排到最低位。举例： 1. 0.625转换成二进制数 0.625 2 1.250 1 (b- 1) 2 0.5 0 0 (b- 2) 2 1.0 1 (b- 3) 0.625 = 0.101B 2. 0.625转换成十六进制数 0.625 16 = 10.0 0.625 = 0.AH 3. 208.625 转换成十六进制 数208.625 = D0.AH 1.2.2带符号数的表示方法 机器数：机器中数的表示形式，其位数通常为8的倍数 真值： 机器数所代表的实际数值。 举例:一个8位机器数与它的真值对应关系如下： 真值：X1=+84=+1010100B X2=-84= -1010100B 机器数：X1机= 01010100 X2机= 11010100 机器中，数的符号用“0”、“1” 表示。 最高位作符号位，“0”表示“+”，“1”表示“-”。 （一）机器数与真值 1.2.2带符号数的表示方法 最高位为符号位，0表示 “+”，1表示“”。 数值位与真值数值位相同。 例 8位原码机器数： 真值： x1 = +1010100B x2 = 1010100B 机器数： x1原 = 01010100x2原 = 11010100 原码表示简单直观,但0的表示不唯一，加减运算复杂。 有符号数通常使用三种表示方法： (二)原码(True Form) （三）补码（Twos Complement） 正数的补码表示与原码相同。 负数补码的符号位为1，数值位等于求反加1。 例：求 8位补码机器数： x=+4 x补= 00000100 x=-4 10000100 x1111011 x补 = 11111100 补码表示的优点： 0的表示唯一，加减运算方便。 数的补码与“模”有关 “模”即计数系统的量程。 当X0，X补= 模-X。 8位二进制数的模为： 28 = 256 当X0，X补= 28 -X = 256 -X= 255 -X+1 = X反码 + 1 规则：求反加1，符号位不变。 如：1000 1101B 其补码：1111 0010 规定：0000 0000B 为0 1000 0000B 不是0，而是128 8位机器数表示的真值 1.2.2带符号数的表示方法 四. 机器数与真值之间的转换 1)X1=+127，X2=-127，求X原 、X补 X1原=X1补=01111111= 7FH X2原=11111111= FFH X2补=10000001= 81H 2)X1=+255，X2=-255 ，求X原 、X补 X1原=X1补=0000000011111111= 00FFH X2原=1000000011111111= 80FFH X2补=1111111100000001= FF01H 1. 真值机器数 1.2.3 二十进制编码BCD码 例：求十进制数876的BCD码 876BCD = 1000 0111 0110 876 = 36CH = 11 0110 1100B BCD码(Binary Coded Decimal) 二进制代码表示的十进制数。 一.8421 BCD码 二. BCD码运算 十进制调整：计算机实际按二进制法则计算 ，加入十进制调整操作，可计算BCD码。 十进制调整方法：当计算结果有非BCD码或产 生进位或借位，进行加6或减6调整。 例：计算BCD码 78+69=？ 0111 1000 78BCD + 0110 1001 + 69BCD 1110 0001 产生非BCD码和半进位