单片机原理及应用(第1、2章微机基础部分 ).ppt

单片机原理及应用 敖银辉广东工业大学机电学院 教学计划 教学网站 数字运算基础 数的表示方法 机器数与真值用二进制数 最高位为符号位 代表机器数对应的十进制数为真值原码 反码和补码原码 最高位为符号位 其余为数值位反码 正数的反码和原码相同 负数的反码是将其原码的符号位保持不变 数值位按位取反得到 补码 正数的补码和原码相同 负数的补码是其反码的末位加1得到 数的定点和浮点表示法 定点表示小数点位置是固定的浮点表示法小数点位置不固定 分为尾数和阶码 计算机中的编码 ASCII码由7位二进制组成 共128个字符 包括英文 数字以及其他特殊符号最高位 第8位 一般用作奇偶校验位BCD BinaryCodedDecimal 码用二进制表示的十进制数 十进制数只有10个 每个数需要用4位二进制数表示 只从16个可能中选10个即可 一般取8421码 数字运算 二进制运算 加法 0BD 0AAH 减法0B5H 93H 减法常用加法器实现X Y X Y 补码 X 2n y 167H 22H CY 1 CY 0 数字运算 二进制运算 减法常用加法器实现 用SUB 控制是加法或是减法运算X Y X Y 补码 X 2n y 最高位C8 1 但实际上本例无借位CY 0 结论 当做加法时进位 借位位CY C8当做减法时 进位 借位位CY与C8相反 数字运算 二进制运算 乘法1101BX1011B除法与十进制除法类似 数字运算 有符号数补码运算判断 溢出判断当结果超出了数的表示范围时 即发生了溢出 说明结果不正确无论是加法或减法 BCD码的运算及调整 BCD码的加减法运算每个十进制位用四位二进制位表示但4位二进制位的权值为16 十进制位的权为10当结果出现非法码 超过9 时就需要调整MCS 51有专门的BCD加法调整指令DDA 6301100011B 2400100100B 87 10000111B 结果正确 不需调整 6801101000B 4901001001B 107 10110001B 结果不正确 需调整 低四位向高四位有进位 高四位也超过了9 要加66H 10110001B 01100110B 100000111B BCD码的运算及调整 减法运算当低四位或高四位有借位 则减6修正或用补码加法 再使用调整指令 6801101000B 4901001001B 19 00011111B 00000110B 00011001B 6801101000B 4901001001B 19 00011111B 00000110B 00011001B 10001101010B 4901001001B 51 01010001B 01101000B 10111001B 01100000B100011001B 调整 调整 求补码 逻辑运算 与 非 或 异或运算见P17 18真值表 第1章微型计算机基础 基本概念 微处理器 将运算器 控制器集成 称为中央处理器CPU CentralProcessorUnit CPU 对应的集成芯片亦称微处理器微型计算机 CPU 储存器 适配器I O口 外围设备 微型计算机可分为多板型 单板型和单片型 微型计算机系统 由微型计算机上加以外围设备 辅助电路和软件系统等构成 硬件 软件 微型计算机的发展 历史 1971年 intel推出4位机 型号40041974 1978年 为8位机时代 主要有Intel的8080 Motorloa的M6800 Zilog的Z801980年 Intel的16位机8086及后续的86系列机具有重要意义 IBMPC开始流行 更快更廉价的32位及62位机 多处理器技术出现 微型计算机的发展 现状及方向 低端机应用广泛 依然流行 高端机朝速度更快 功能更强大的方向迈进应用多处理器技术 改进指令系统等技术推进机器整体性能 微型计算机的应用与单片机 科学计算 信息处理 自动控制 测量和测试 教育和卫生 家用电器 人工智能 单片微机 ROM RAM 并行I O口 串行I O口 定时 计数器 系统时钟 BUS 中断控制 集成在一个芯片上 CPU SingleChipMicrocomputer 微型计算机的组成 以微处理器MPU为核心 通过三总线与存储器 I O接口等资源联接 存储器 是计算机的存储部件 设在CPU外 但单片机CPU内 有一定容量的存储器 根据存储器能否随机读写 可将存储器分为两大类 只读存储器 ReadOnlyMemory 简称ROM 随机读写存储器 RandomAccessMemory 简称RAM 根据信息的可保存性 存储器亦可分为 非永久记忆的存储器 如 RAM 永久记忆的存储器 如 ROM 磁性存储器 断电后信息可保持 根据所在位置 存储器亦可分为 内部存储器 包括RAM和ROM 外部存储器 如 光盘 磁性存储器 可移动存储设备等 ROM与RAM 掩膜ROM PROM FlashROM 程序在芯片制造时固化 用户不可编程 程序可由用户作一次编程 不可改写 EPROM E2PROM 程序可由用户在专用擦写器上作多次擦写编程 程序由用户作高电压多次擦写编程 RAM 分为动态与静态RAM两类 一般用SRAM 静态存储器 ROM 存储容量 字数 word 位数 bit N条地址线输入 能产生2N个地址 可寻找到2N单元 字 如6264芯片有A0 A12共13条地址线 因此它提供有个字 微处理器结构 包含控制器 运算器 总线及相关寄存器运算器包括算术逻辑单元ALU与Register控制器包括指令部件时序部件微操作控制部件Firmware 计算机的运行 逐条执行已编好 并存储在ROM中的指令 I O接口 总线 I O接口是用来连接微处理器CPU和外部设备的中间单元 总线BUS是信息传递通道地址总线AB数据总线DB控制总线CB 8位微机通常用16根地址线 可寻址216 64K个存储单元 数据线的多少称为微处理器的 字长 8位微机用8根数据线 微型计算机的基本原理 指令和程序指令 操作码 操作数计算机只能够识别二进制形式的机器码指令为便于人的理解和记忆 通常采用助记符来代替特定的机器码 微型计算机与嵌入式系统 硬件软件 计算机本身 外围设备 系统软件 应用软件 单片机技术现状及应用领域 单片机芯片系列 品种 规格繁多 先后经历4位机 8位机 16位机 新一代8位机 32位机等几个具有代表性的发展阶段 目前主流品种主要是新一代8位单片机芯片 32位嵌入式单片机芯片 应用广泛 前途无限 1 无线产品 手机 PDA 据报道75 以上的手机使用基于ARM内核处理器 2 汽车产品 车上娱乐系统 车上安全装置 导航系统等 3 消费娱乐产品 数字视频 Internet终端 交互电视 机顶盒 网络计算机 数字音频播放器 数字音乐板 游戏机 4 数字影像产品 信息家电 数码照相机 打印机 5 工业设备 机器人控制 工程机械 冶金控制等 6 网络产品 PCI网络接口卡 ADSL调制解调器 路由器 无线LAN访问点 7 安全产品 电子付费终端 银行系统付费终端 智能卡 32位SIM卡等 8 存储产品 PCI到Ultra2SCSI64位RAID控制器 硬盘控制器等 如无线产品 消费娱乐 工业设备 单片机发展趋势 朝着速度更快 性能更高 容量更大 更微型化 多品种 多规格的方向发展 1 CPU的运算速度 字长不断提高 6MHz 33MHz 4位 32位 8 微巨机的单片化 4 I O口的多功能化 A D HSIO PWM 提供特殊的串行口功能 适应网络化发展 3 存储器容量进一步增加 存储技术水平提高 ISP 在线编程 IAP 在应用系统编程 普及化 6 应用系统的单片化 7 超小型化 微型化 1992研发 i80860超级单片机 CPU运算速度1 2亿次每秒 32位整数运算 64位浮点运算 集成三维图像处理器 多品种 多系列 多型号并存 5 功耗越来越低 适应工作电压范围宽 2 6 6V ISP 在线编程 允许芯片直接在电路板上进行擦除与固化操作 近1000次 使编程 修改 调试更方便灵活 IAP 在应用系统编程 在ISP基础上允许芯片在应用系统运行时可以通过自己的程序代码对自己进行编程 更新程序 采用多个可编程序区 单片机的应用系统 1 基本应用系统 2 扩展应用系统 外部扩展总线 最小应用系统 本课程主要学习单片机结构 汇编语言编程 基本接口应用 最后是应用系统的简单扩展 第2章MCS 51单片机的结构和原理 MCS 51单片机的组成有CPU Clock RAM ROM并行口 串行口 Timer counter Interrupt MCS 51系列单片机 从51系列 31 51 到52 32 52 系列型号带 C 的为CHMOS工艺 其余为HMOS工艺 CHMOS工艺芯片功耗较小 片内ROM有掩膜ROM EPROM 也有没有任何ROM的 如8031 8051单片机的内部结构单元 CPU CPU内有运算器 控制器及总线运算器包括ALU及各个Register布尔处理器 累加器ACC B PSW ProgramStatusWord 控制器包括操作电路及相关RegisterPC ProgramCounter ID DPTR 分为高8位DPH和低8位DPL 及其他Rgs 8051单片机系统的存储器结构 据存储器地址空间结构分类 诺依曼结构 哈佛结构 ROM与RAM统一地址空间 ROM与RAM分开地址空间 8051单片机系统的存储器结构 从物理位置上分为片内和片外存储器RAM和ROM 从用户编程角度 可分为程序存储器ROM 片内片外统一编址 片内RAM 00 FFH 片外RAMRAM和ROM地址有重叠 必须用指令和控制ESPN信号指明 8051单片机的存储器结构 ROM片内ROM和片外ROM统一编址片外ROM的寻址范围由设计人员任意确定 假定片内有4K的ROM 其地址范围是0000 0FFFH 而这时候若片外扩展了64KB的ROM若EA 1 当寻址范围小于等于0FFH时 从片内找 当寻址范围大于0FFFH时 从片外找若EA 0 直接转向片外ROM寻找 8051单片机的存储器结构 RAM片内RAM地址00 0FFH片外RAM地址范围由设计人员任意确定 可从0000H 0FFFFH 程序使用不同的指令 如MOVX MOV来区分是要寻址片外还是片内 8051单片机的存储器结构 片内高128字节中常用的SFR 堆栈及堆栈指针 堆栈是存在于片内RAM的一片存储器堆栈主要用于保护断点和现场堆栈范围有栈顶和栈底确定 栈底一般不变 栈顶用SP指针指向 向上生长型 栈顶地址比栈底地址大 和向下生长型向上生长型 进栈时 先SP加1 再压入数据 出栈时 先弹出数据 再SP减1向下生长型操作规则相反 I O接口 定时器 计数器 两个16位定时器 计数器4个并行口 很多有第二功能 一个串行口中断系统 用于实现多级中断 8051引脚功能 电源Vcc Vss 复位RST 备用电源VpdEA Vpp 编程电压 RD WR PSENALE PROG 编程脉冲 并行口P0 P