基础知识ppt课件

1,单片机原理及接口技术,段晨东 等 编著 清华大学出版社 2008年4月,2,第1章 基础知识,本章内容： 本章主要介绍单片机的概念、单片机的发展、基本的结构和特点、单片机的应用模式和领域以及MCS-51单片机等。,3,1.1 计算机的一些概念,计算机由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五个部分组成。,计算机的结构,4,1.1 计算机的一些概念,8位计算机每个单元可存放一个8位二进制数，即一个字节，每一位的状态是0或1。,存储单元保存的8位二进制数称为单元的内容。,存储单元示意图,如图地址为0110单元的内容为10101001，表示为（06H）=A9H。,5,1.2 单片机,单片机即单片机微型计算机，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上的微型计算机。,单片机也称为微控制器（Microcontroller unit ，MCU）， 嵌入式控制器（Embedded Microcontroller unit，EMCU ）,1.2.1单片机的概念及特点,单片机分为通用型和专用型，通用型单片机把可开发的内部资源全部提供给用户。 内部资源丰富、性能全面、适应性强。专用型单片机针对某些产品的特定用途而制作的单片机，是MCU发展的一个趋势。,6,1.2 单片机,单片机有以下特点： （1）集成度高，功能强。单片机在一块芯片上集成了CPU、RAM、ROM、I/O接口等资源，在芯片上还包含了中断系统、串行通信接口、定时器/计数器等功能部件，芯片功能强、体积小、集成度高。 （2）具有较高的性能价格比。单片机尽可能地把应用所需的各种资源集成在一块芯片内，性能高，但是价格却相对较低廉。 （3）抗干扰能力强。单片机是面向工业检测控制环境设计的，因此，抗噪声干扰能力较强。程序固化在ROM类型的存储器中不易被破坏；许多资源集成在一个芯片，可靠性高。,1.2.1单片机的概念及特点,7,第1阶段（19711976）：单片机萌芽阶段。 第2阶段（19761980）：初级单片机阶段。 第3阶段（19801983）：高性能单片机阶段。 第4阶段（19831990）：8位单片机巩固发展及16 位单片机推出阶段。 第5阶段（1990）：单片机在集成度、功能、速度、可靠性、应用领域等方面全方位地向更高水平发展。,1.2 单片机,1.2.2 单片机的发展,8,（） MCS-51单片机的第一代产品： Intel MCS-51 8031/ 8051/ 8751 （）第二代产品系列采用了CMOS技术制造而成，集成度高，速度快，功耗低： ATMEL MCS-51兼容系列 89C51/ 89C52、89C2051/ 89C2052； （） 第三代80C51产品的单片机内核SoC（System On Chip, SoC）化。 CYGNAL C8051Fxxxx（SilabC8051F ）,1.2 单片机,1.2.3 MCS-51系列单片机及其兼容单片机,9,1.2 单片机,（1）家用电器 （2）办公自动化 （3）商业领域 （4）工业领域 （5）汽车电子 （6）航空航天与军事 单片机应用从根本上改变了传统的控制系统设计思想和设计方法。以前必须由硬件（模拟电路或数字电路）实现的控制功能，现在可以用单片机的软件方法实现，这种以软件取代硬件并能提高系统性能的控制技术，称之为微控制技术。随着单片机应用技术的推广普及，微控制技术将发挥将越来越重要的作用。,1.2.4 单片机的应用,10,1.3 计算机的数学基础,(1) 十进制 十个数符：09，逢十进一。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-+ 1234.5=1103 +2102 +3101 +4100 +5101,1.3.1 数制及转换,一. 数制,11,(2) 二进制 两个数符：0、1, 逢二进一。加权展开式以2为基数，各位系数为0、1。 一般表达式： NB = dn-12n-1 + dn-22n-2 +d020 +d-12-1+ 1101.101=123+122+021+120+12-1+12-3,1.3.1 数制及转换,一. 数制,1.3 计算机的数学基础,12,(3) 十六进制 十六个数符09、AF，逢十六进一。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+ DFC.8=13162 +15161 +12160 +816-1,1.3.1 数制及转换,1.3 计算机的数学基础,一. 数制,13,进位计数制的一般表达式： N= an-1Rn-1+an-2Rn-2+ +a1R1a0R0 a-1R-1a-mR-m 一种进制的数转换成另一种进制数的方法： 按权展开，求和计算。,1.3.1 数制及转换,1.3 计算机的数学基础,二. 数制之间的转换,14,（一）十六进制数转换成十进制数 按权展开，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 = 3580.5,1.3.1 数制及转换,1.3 计算机的数学基础,15,（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。,3AF.2H = 0011 1010 1111.0010 = 1110101111.001B 3 A F 2 1111101.11B = 0111 1101.1100 = 7D.CH 7 D C,1.3.1 数制及转换,1.3 计算机的数学基础,16,（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。,1.3.1 数制及转换,1.3 计算机的数学基础,17,2. 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。,1.3.1 数制及转换,1.3 计算机的数学基础,18,1.3.2 计算机中数的表示方法,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。 一个8位机器数+84和-84与它们的真值对应关系 真值： X1=+84=+1010100B X2=-84= -1010100B 机器数：X1机= 01010100 X2机= 11010100,机器中，数的最高位作符号位，“0”表示“+”，“1”表示“-” 。,机器数与真值,一. 带符号数的表示,1.3 计算机的数学基础,19,最高位为符号位，0表示 “+”，1表示“”。 数值位与真值数值位相同。 x1 = +1010100B x1原 = 01010100 x2 = 1010100B x2原 = 11010100 在计算机中，0 可表示为+0和0，故0 在原码中有两种表示法： +0原=00000000B 0原=10000000B。,带符号数通常有三种表示方法：原码、反码、补码,（1）原码,1.3.2 计算机中数的表示方法,1.3 计算机的数学基础,20,正数的反码与原码表示相同。 负数反码符号位为 1，数值位为原码数值各位取反。,（2）反码,1.3.2 计算机中数的表示方法,1.3 计算机的数学基础,x= +4 x原= 00000100 x反= 00000100 x= -4 x原= 10000100 x反= 11111011,负数的反码,21,（3）补码,正数的补码表示与原码相同。 负数的补码等于其反码加1。,x=+4， x原=x反=x补= 00000100 x=-4 x原 = 10000100 x反 = 11111011 x补 = 11111100,补码表示的优点：0的表示唯一。,1.3.2 计算机中数的表示方法,1.3 计算机的数学基础,负数的补码,22,（4）真值与机器数之间的转换,1.3.2 计算机中数的表示方法,1.3 计算机的数学基础,1）正数的原码、反码、补码相同，无需转换； 2）负数原码的最高位为符号位，其余位为数值位，由数值位可以获取真值； 负数反码的数值位按位取反，可转换为原码，即一个负数反码的反码为该负数的原码； 负数补码的数值位按位取反后，末位再加1，可转换为原码，即一个负数补码的补码为原码。 3） 由原码求真值。用“” 、“”代替原码的符号位0和1。 推论：一个数的绝对值等于原码的符号位清0。,23,X1=+127，X2=-127，求X原 、X补 X1原=X1补=01111111= 7FH X2原=11111111= FFH X2补=10000001= 81H X1=+255，X2=-255 ，求X原 、X补 X1原=X1补=0000000011111111= 00FFH X2原=1000000011111111= 80FFH X2补=1111111100000001= FF01H,（4）真值与机器数之间的转换,1.3.2 计算机中数的表示方法,1.3 计算机的数学基础,24,（二） 定点数浮点数的表示 （1）定点数 小数点位置固定的机器数。运算简便，表示范围小。 数据用2字节整数和1字节小数表示，小数点位于两部分之间，表示如下：,1.3.2 计算机中数的表示方法,1.3 计算机的数学基础,25,（2 ）浮点数 二进制数也可以表示为类似于科学计数法的形式，一个二进制数浮点表示为：,1.3.2 计算机中数的表示方法,1.3 计算机的数学基础,S为尾数，J为阶码，它们均为整数。通常，有 2字节浮点数、3字节浮点数、4字节浮点数。,3字节浮点数,26,（一）二进制代码 计算机只能处理二进制数和二进制编码，任何进入计算机的信息必须转化为二进制数或二进制编码。 由0和1组成的二进制数码用来表示数值的大小，或用来表示特定的信息，这种具有特定含义的二进制数码称为二进制代码。,1.3.3 编码,1.3 计算机的数学基础,27,1.3.3 编码,二. 十进制数四位二进制编码(BCD 码),BCD码(Binary Coded Decimal) 二进制代码表示的十进制数。,8421 BCD码,例：求十进制数876的BCD码 876BCD = 1000 0111 0110 876 = 36CH = 1101101100B,28,（二）十进制数四位二进制编码 十进制