MCS-51基础知识(2学时).ppt

单片机原理与应用PrinciplesandApplicationofMicrocontroller,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单片机简介,1.2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（ElectronicNumericalIntegratorAndcalculator），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,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IntelMCS-48系列1978-高档8位单片机IntelMCS-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IntelMCS-96系列8098/8096、80C198/80C196,DSP32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=1KK8K、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=11.625DFC.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=001110101111.0010=1110101111.001B3AF21111101.11B=01111101.1100=7D.CH7DC,（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=100111B2391（b0）2191（b1）291（b2）240（b3）220（b4）211（b5）0,2.208转换成十六进制数208=D0H16208余01613余13=DH0,（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0.62521.2501(b-1)20.500(b-2)21.01(b-3)0.625=0.101B,2.0.625转换成十六进制数0.62516=10.00.625=0.AH3.208.625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=+1010100BX2=-84=-1010100B机器数：X1机=01010100X2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=+1010100Bx2=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(TrueForm),（三）补码（TwosComplement）,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=+4x补=00000100 x=-410000100 x1111011x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：10001101B其补码：11110010规定：00000000B为010000000B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=7FHX2原=11111111=FFHX2补=10000001=81H2)X1=+255，X2=-255，求X原、X补X1原=X1补=0000000011111111=00FFHX2原=1000000011111111=80FFHX2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=100001110110876=36CH=1101101100B,BCD码(BinaryCodedDecimal)二进制代码表示的十进制数。,一.8421BCD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=？0111100078BCD+01101001+69BCD11100001产生非BCD码和半