任务一单片机控制单灯亮灭.ppt

单片机应用技术,任课教师：李靖,任务一电路图,任务一单片机控制单灯亮灭,1.1数制与编码1.28051单片机基本结构1.3存储器结构1.4并行输入/输出接口1.5MCS-51单片机引脚功能1.68051的基本电路(最小系统),1.1数制与编码,计算机最基本的功能是进行数据的计算和处理加工，为了方便和可靠，计算机内部采用了二进制数字系统，因此，所有数值数据都必须采用二进制数表示，所有非数值数据，例如，字母、符号等也都必须采用二进制代码表示。,1.1.1进位计数制,数制是进位计数制的简称。为区别不同的进位计数制，通常用字母来表示数制：D（Decimal）代表十进制（也可省略）B（Binary）代表二进制O（Octal）代表八进制H(Hexadecimal)代表十六进制。,几种进制的对应关系,几种进制的对应关系,几种进制的对应关系,练习,387=？B,110101B=？O,11010110101110B=？H,2C4H=？B,1.1.2计算机中的常用编码,1二十进制编码二十进制编码是指将十进制数的09十个数字用二进制数表示的编码，即BCD（BinaryCodedDecimal）编码。由于十进制数需用4位二进制数来表示。4位二进制编码有多种方案，BCD码也有多种方案。最常用的编码是8421BCD码，它是一种恒权码，8（23）、4（22）、2（21）、1（20）分别是4位二进制数的权值。,8421BCD码,十进制数86.5转换为8421BCD码为：86.5（10000110.0101）8421BCDBCD码10010011.0100转换为十进制数为：（10010011.0100）8421BCD93.4,例1-5十进制数和BCD码相互转换,同一二进制代码，当把它看作是二进制数和把它看作是二进制编码的十进制数（BCD），其数值是不同的！,10010011.0100B？D？H,2字符编码,计算机中的字符普遍采用的是美国国家信息交换标准字符码，即ASCII码（AmericanStandardCodeforInformationInterchange）。ASCII码采用7位二进制代码对字符进行编码。它包括52个大、小写英文字母，10个阿拉伯数字，32个通用控制符号，34个专用符号，共128个字符。例如09对应的ASCII码为30H39H，AZ对应的ASCII码为41H5AH。,ASCII码表,ASCII码,通常，7位ASCII码在最高位添加一个“0”组成8位代码，因此字符在计算机内部存储正好占一个字节。在存储和传送时，最高位常用作奇偶校验位，用于检查代码传输过程是否出现差错。偶校验时，每个二进制编码中应有偶数个1。奇校验时，每个二进制编码中应有奇数个1。,补充1：带符号数的表示,在很多数据处理过程中需要把二进制数作为无符号数看待，即所有二进制数位均为数值位。然而实际中的数显然会有正有负，这就存在一个带符号数的表示问题。通常把数的最高位作为符号位。这样符号位和数值位一起完整地表示带符号二进制数，就称为机器数，其数值称为机器数的真值。在计算机中带符号数有三种表示方法原码、反码和补码。,补充1.1原码、反码和补码,1原码将正数的符号位用0表示，负数的符号位用1表示，就称为原码表示法。8位二进制原码所能表示的数值范围是：-127+127,例如：,2反码,正数的反码与其原码相同；负数的反码是将其原码的符号位保持不变，数值位按位取反。8位二进制反码所能表示的数值范围为：-127+127,3补码,正数的补码与其原码相同；负数的补码为其反码加1，即:X补=X反+1。例如：8位二进制补码所能表示的数值范围为：-128+127,例如：,补充1.2补码的运算,1模模是指一个系统的量程或此系统所能表示的最大的数。引例：钟表调时(钟表采用十二进制，系统所能表示的最大量程为12，称之为模)如图：10点6点，可以逆时针拨，也可顺时针拨：逆拨：104=6（减）顺拨：10+8=18=12+6=6（加）在顺拨中，12可自然丢失，称为模；而8被称为是4的补码。对于某一确定的模，某数减去小于模的数，可以用加上该数的补数来代替。引进补码后，减法就可以转换为加法了。,2补码的运算,补码运算的几个公式：,其中，为的每一位（包括符号位）都按位取反，再加1。,例1-6用补码进行运算XY,（1）X=43Y=19,进位，舍弃！,00101011B43补11101101B19补,100011000B24补,（2）X=43Y=-19,00101011B43补00010011B19补,00111110B62补,例1-6用补码进行运算XY,（3）X=-43Y=-19,进位，舍弃！,11010101B43补00010011B19补,11101000B24补,（4）X=-43Y=19,111000010B62补,11010101B43补11101101B19补,练习,（1）127-4,（2）127+4,（3）-127-4,（4）4-127,求：,补充1.3带符号数运算时的溢出问题,两个有符号数进行加减运算，若运算结果超出了机器所允许表示的范围，得出了错误结果，这种情况称为溢出。例如，8位字长的计算机所能表示的有符号数的范围为128127，若运算结果超出此范围，就会发生溢出。判断的方法：对加（减）法运算，判断最高位与次高位的进（借）位情况是否相同，若相同，则无溢出；若不同，则有溢出。,（1）（93）（54）01011101B93补00110110B54补,例1-7判断下列运算的溢出情况,次高位有进位,最高位无进位,有溢出，结果出错,10010011B109补,11000001B63补01000110B70补,次高位有进位,最高位有进位,无溢出，结果正确,100000111B7补,（2）（63）（70）,计算机系统由硬件和软件两部分组成冯诺依曼结构的原理存储程序采用二进制代码表示指令和数据存储程序的工作方法。基本组成：运算器、控制器、存储器、I/O设备及接口其中，运算器和控制器合称为中央处理器（即CPU）。,微型计算机,1.2单片机基本结构,微型计算机组成,微型计算机系统的硬件由微处理器、存储器、输入/输出接口电路、输入/输出设备、系统总线组成。,CPU,1.2单片机基本结构,单片机,将CPU、存储器、I/O接口以及定时器/计数器集成在一块芯片上，就称为单片微型计算机(SCM，SingleChipMicro-computer)，简称单片机，国际上常称为“微控制器(MCU，MicroControllerUnit)”再配置几个小器件：电阻、电容、石英晶体等即构成完整的微型计算机优点：体积小、功耗低、可靠性高、抗干扰能力强、价格低,1.2单片机基本结构,MCS-51系列单片机都是以8051为核心电路发展起来的，包括51子系列（基本型）和52子系列（增强型）两大类，因此它们都具有MCS-51的基本结构与软件特征，具有很强的兼容性。,51单片机,MCS51系列单片机配置,FlashRom单片机：89X5189C51、89S51等。,1.2.1单片机的内部结构,（1）1个中央处理器（8位CPU，位处理功能）（2）1个串行口（全双工的异步）（3）2个16位定时器/计数器（4）3个逻辑存储空间64KB程序存储器4KB片内程序存储器（ROM）128B内部数据存储器（RAM）64KB数据存储器（5）4个并行口（6）5个中断源(两个优先级)（7）6个特殊单元（8）8个通用寄存器（9）11个可位寻址的SFR,用EPROM,为8751,无ROM为8031,MCS-51系列单片机的结构框图,1.2.2单片机CPU的结构,1.CPU结构MCS51内部有一个8位CPU（8位是CPU的字长，指CPU对数据的处理是按一个字节进行的），它象通常的微处理器一样，也是由算术逻辑运算单元ALU、定时控制部件（即控制器）和各种专用寄存器等组成的。,ALU,由定时和控制部件构成的控制器，包括定时控制逻辑、指令寄存器、指令译码器、数据指针DPTR、程序计数器PC、堆栈指针SP、RAM地址寄存器以及16位地址缓冲器等。,运算器（ALU、专用寄存器）,2.CPU的专用寄存器组,MCS-51的CPU专用寄存器组包括6个寄存器程序计数器PC累加器ACC寄存器B程序状态标志寄存器PSW堆栈指针SP数据指针DPTR。除PC外,其余5个寄存器均为可编程可访问寄存器专用寄存器组中只有PC在物理上是独立的（即没有与其他器件共同编码的物理地址），其余5个寄存器都有相应的直接地址（称字节地址）,是一个独立的计数器，用于存放下一条待执行指令的地址。PC的基本工作过程可以描述为：PC中的数作为指令地址输出给程序存储器，程序存储器按此地址输出指令字节，同时PC本身自动加1，指向下一条指令。16位寄存器，其寻址范围是64KB（即216Byte）。,（1）程序计数器PC（ProgramCounter）,（2）累加器ACC（Accumulator）,简称A寄存器或累加器A，是一个具有特殊用途的8位寄存器，主要用来存放一个操作数或存放运算的结果。累加器ACC是CPU中使用最频繁的寄存器，MCS-51指令系统中多数指令的执行都通过它进行。,(3)程序状态字PSW(ProgramStateWord),D7D6D5D4D3D2D1D0,PSW,进位标志、“位累加器”,辅助进位标志,用户通用状态标志,溢出标志,奇偶标志位,保留位,工作寄存器组选择控制位,若A中有奇数个“1”，则P置位，否则清零,1.3存储器的结构,自学，回答以下问题：1、MCS-51存储器的ROM和RAM分别存放什么内容，其体系结构什么样的结构？有何特点？2、8051单片机的片内ROM的容量有多大？如果要扩展了程序存储器，单片机的程序存储在片内ROM和片外ROM两个空间中，必须对单片机的引脚如何处理？片外ROM的地址范围是怎样的？3、8031没有片内ROM，则对单片机的引脚如何处理？4、51子系列单片机片内RAM容量多大，分为哪几大区域？5、51单片机片机RAM中的工作寄存器区有多少个单元，分几组，每组多少个单元？这些单元如何命名的？6、ROM、片内RAM、片外RAM分别称为什么区？,1.3存储器结构,普林斯顿（Princeton）结构：将程序和数据合用一个存储器空间的结构。哈佛（Harvard）结构：程序存储器和数据存储器截然分开，ROM和RAM独立编址并分别寻址的结构，相互间不会冲突。在MCS-51系列单片机中，不仅在片内预留了一定容量的程序存储器、数据存储器，而且还具有很强的外部存储器扩展能力，可扩展到64KB。,80318751805189C51,256B（字节）,4KB,64K,64K,MCS51存储器结构,三大逻辑存储空间,内部数据存储器,外部数据存储器,1.3.1程序存储器,程序存储器（Programmemory）主要用于存放经调试正确的应用程序和常数表格，称为CODE区。由于MCS-51系列单片机采用16位的程序计数器PC和16位的地址总线，因而程序存储器可扩展的地址空间为64KB，并且这64KB地址在空间分布范围上是连续和统一的。,程序存储器的应用形态,当EA为高电平时，程序运行先从片内ROM取指令，当片内ROM指令取完后（PC0FFFH），再从片外ROM取指令。当EA为低电平时，只从片外ROM取指令。,程序存储器的应用形态,(PC),0FFFH0FFEH,程序存储器资源分布,中断入口地址,程序存储器的应用形态,8051中含有4KB容量的掩膜ROM，8751中含有4KB容量的EPROM，89C51中含有4KB容量的FlashROMEA接高电平。8031/8032中不设程序存储器，这种单片机在供应状态上称为ROMLess型器件，使用过程中必须外部扩展ROMEA接低电平。,数据存储器,内部RAM,特殊功能寄存器,内部RAM存储器,1.3.2内部数据存储器,称为DATA区,位寻址区（20H2FH）,特殊功能寄存器,特殊功能寄存器SFR,1.3.3外部数据存储器,可以扩展64KB称XDATA区页内寻址（没有高8位地址，256字节内）区为PDATA区,外部数据存储器,1.4并行输入/输出接口,4个8位并行口:,P0口：P0.0P0.7,P1口：P1.0P1.7,P2口：P2.0P2.7,P3口：P3.0P3.7,1.4并行输入/输出接口,接口电路是微机应用系统中必不可少的组成部分，其中并行输入/输出接口是CPU与外部进行信息交换的主要通道。MCS-51单片机内部有4个并行的I/O接口电路：P0、P1、P2、P3，它们都是双向口，既可以输入又可以输出。P0、P2口经常用作外部扩展存储器时的数据、地址总线，P3口除了可用作I/O口外，每一根都有第二功能。通过这些I/O接口，单片机可以外接键盘、显示器等外围设备，还可以进行系统扩展，以解决片内硬件资源不足问题。,1.P0口,总结特点：（1）P0口可作通用I/O口使用，又可作地址/数据总线口；（2）P0既可按字节寻址，又可按位寻址；（3）作通用I/O口输出时：是开漏输出，应外接上拉电阻；（4）P0是一个准双向口。,1.P0口,2.P1口,（1）只能作I/O口，没有地址/数据复用功能（2）可按字节寻址，也可按位寻址（3）是一准双向口，输出驱动接有上拉电阻，不是开漏输出。,3.P2口,（1）当P2口作为通用I/O时，是一准双向口。（2）从P2口输入数据时，先向锁存器写“1”。（3）可位寻址，也可按字节寻址。（4）可输出地址高8位。,3.P2口,4.P3口,(1)当P3口作为通用I/O接口时,第2功能输出线为高电平;(2)当P3口作为第2功能使用时,应先向锁存器写1;(3)当P3口作为第二功能输入时,第2功能输出线自动为1。,P3口的第二功能,1.4.2并行I/O口的使用特性,MCS-51系列单片机的4个并行I/O口均由内部总线控制，端口的功能复用会自动识别，不用指令选择。P0是8位、漏极开路的双向I/O口，当用作片外存储器或接口扩展时，分时复用为数据总线和低8位地址总线，可驱动8个LSTTL负载。P1是8位、准双向I/O口，具有内部上拉电阻，驱动为4个LSTTL负载。P2是8位、准双向I/O口，具有内部上拉电阻，可驱动4个LSTTL负载，外部扩展时用作高8位地址总线。P3是8位、准双向I/O口，具有内部上拉电阻，可驱动4个LSTTL负载。P3口的所有口线都具有第二功能，实现控制总线的作用。,1.5单片机芯片的引脚及功能,8、P3口的第二功能,2、振荡电路：XTAL1、XTAL2,3、复位引脚：RST,4、并行口：P0、P1、P2、P3,7、ALE：地址锁存控制信号,1、电源线：VCC(+5V)、VSS(地),VCC,VSS,XTAL2XTAL1,RST/VPD,P0.0P0.1P0.2P0.3P0.4P0.5P0.6P0.7,P1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7,P2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0,ALE,P3.0P3.1P3.2P3.3P3.4P3.5P3.6P3.7,VCC（40脚）:接+5V电源正端;VSS（20脚）:接+5V电源地端。,1.主电源引脚,2.外接晶体引脚,XTAL1（19脚）:接外部