微机基础知识.ppt

李朝青编著 单片机原理及接口技术 课程特点 知识点既分散又连贯 单片机内部结构和指令系统是基础 单片机编程应用是学习的核心 与电子线路尤其是数字电子线路关系密切 学习前期课程 C语言 微机原理 单片机是ARM嵌入式系统的基础 学习方法 预习 复习 多动手 硬件 软件实验 多看参考书 包括利用网上资料 其它 上课 作业 答疑 1 李朝青编著 单片机及原理及接口技术 第一版 北京航空航天大学出版社 19942 胡汉才编著 单片机原理及其接口技术 第二版 清华大学出版社3 周航慈著 单片机及应用程序设计基础 北京航空航天大学出版社 20014 吴金戌沈庆阳郭庭吉编著 8051单片机实践与应用 清华大学出版社 20025 赖麒文编著 8051单片机C语言彻底应用 科学出版社6 马忠梅等编著 单片机的C语言应用程序设计 北京航空航天大学出版社 参考资料 目录 第一章微机基础知识第二章89C51单片机的结构和原理第三章89C51指令系统第四章汇编语言程序设计知识第五章中断系统第六章定时器及应用第七章89C51串行口及通信技术第八章单片机小系统片外扩展第九章应用系统配置及接口技术第十章系统实用程序附录A89C51指令系统表 第一章微机基础知识 1 1微处理器 微机和单片机的概念 微处理器 Microprocessor 是小型计算机或微型计算机的控制和处理部分 又称中央处理单元CPU CentralProcessingUnit 微型计算机 Microcomputer 简称微机 C 是具有完整运算及控制功能的计算机 包括 微处理器 CPU 存储器 接口适配器 输入输出接口电路 输入 输出 I O 设备 单片机 Single ChipMicrocomputer 是将微处理器 一定容量RAM和ROM以及I O口 定时器等电路集成在一块芯片上 构成单片微型计算机 微处理器RAMROMI O口定时器 单片微型计算机 1 单片机的发展 2 单片机的应用领域 在工业自动化方面 数据采集和测控技术 机器人技术 机械电子计算机一体化技术 仪器仪表方面 测试仪表和医疗仪器 在家用电器方面 冰箱 洗衣机 空调机 微波炉 电视机 音像设备等 信息和通信产品方面 计算机的键盘 打印机 传真机 复印机 电话机 考勤机 在军事方面 飞机 大炮 坦克 军舰 导弹 火箭 雷达等 3 单片机的开发过程 硬件设计 文本编缉器编写软件 编程 编译器编译 在线仿真 将程序固化到EPROM中 通过 达到项目要求 报错 未达到项目要求 4 仿真 仿真器 仿真的主要目的是进行软件调试 借助仿真器 也能进行一些硬件排错 仿真就是利用仿真器来代替应用电路板 称目标机 的单片机部份 对应用电路部份进行测试 调试 仿真分软件模拟仿真和利用仿真器仿真两类 1 软件模拟仿真用仿真软件 南京伟福e6000w KeilC51 来模拟单片机运行情况 一般学习指令系统时常用这种方式 不能进行硬件系统的调试 2 利用仿真器仿真利用仿真器以及微机进行软硬件系统的调试和故障诊断 仿真调试过程中 可以以各种运行方式运行程序 断点 单步 跟踪 可观察到单片机内部存储器 寄存器等状态 一 运算器 1 1 1微处理器 机 的组成 1 运算器的组成 算术逻辑单元 简称ALU 运算器 累加器 寄存器 2 运算器的作用 是把传送到微处理器的数据进行运算或逻辑运算 举例 ALU可对两个操作数进行加 减 与 或 比较大小等操作 最后将结果存入累加器 ALU执行不同的运算操作是由不同控制线上的信息所确定的 例如 两个数 7和9 相加 在相加之前 操作数9放在累加器中 7放在数据寄存器中 执行两数相加运算的控制线发出 加 操作信号 ALU即把两个数相加并把结果 16 存入累加器 取代累加器前面存放的数9 3 ALU的两个主要的输入来源 输入来源 数据寄存器 累加器 4 运算器的两个主要功能 1 执行各种算术运算 2 执行各种逻辑运算 并进行逻辑测试 如零值测试或两个值的比较 控制器的组成 程序计数器 指令寄存器 指令译码器 时序产生器 操作控制器 1 控制器的组成 二 控制器 2 作用 它是发布命令的 决策机构 即协调和指挥整个计算机系统的操作 3 控制器的主要功能 对指令进行译码或测试 并产生相应的操作控制信号 以便启动规定的动作 指挥并控制CPU 内存和输入 输出设备之间数据流动的方向 从内存中取出一条指令 并指出下一条指令在内存中的位置 三 CPU中的主要寄存器 1 累加器 A 2 数据寄存器 DR 3 指令寄存器 IR 4 指令译码器 ID 6 地址寄存器 AR 5 程序计数器 PC 1 累加器 A 在算术和逻辑运算时 它具有双重功能 运算前 用于保存一个操作数 运算后 用于保存所得的和 差或逻辑运算结果 累加器是微处理器中最繁忙的寄存器 2 数据寄存器 DR 数据 缓冲 寄存器 DR 是通过数据总线 DBUS 向存储器 M 和输入 输出设备I O送 写 或取 读 数据的暂存单元 3 指令寄存器 IR 指令寄存器用来保存当前正在执行的一条指令 当执行一条指令时先把它从内存取到数据寄存器中 然后再传送到指令译码器中 4 指令译码器 ID 指令分为操作码和地址码字段 由二进制数字组成 当执行任何给定的指令 必须对操作码进行译码 以便确定所要求的操作 指令寄存器中操作码字段的输出就是指令译码器的输入 操作码一经译码后 即可向控制器发出具体操作的特定信号 5 程序计数器 PC 通常又称为指令地址计数器 在程序开始执行前 必须将其起始地址 即程序的第一条指令所在的内存单元地址送到PC 当执行指令时 CPU将自动修改PC的内容 使之总是保存将要执行的下一条指令的地址 由于大多数指令都是按顺序执行的 所以修改的过程通常是简单的加1操作 6 地址寄存器 AR 地址寄存器用来保存当前CPU所要访问的内存单元或I O设备的地址 因为内存 I O设备 和CPU之间存在着速度上的差别 所以必须使用地址寄存器来保存地址信息 直到内存 I O设备 读 写操作完成为止 一 存储器 地址总线 数据总线和若干控制线把存储器和微处理器连接起来 存储器从CPU接收控制信号 以确定存储器执行读 写操作 地址总线将8位地址信息送入地址译码器 地址译码器的输出可以确定唯一的存储单元 数据总线用来传送存储器到CPU或CPU到存储器的数据信息 1 1 2存储器和输入 输出接口 二 I O接口及外设 每个外设与微处理器的连接必须经过接口适配器 I O接口 每个I O接口及其对应的外设都有一个固定的地址 在CPU的控制下实现对外设的输入 读 和输出 写 操作 一 二进制 十进制 十六进制 1 二进制 是 0 和 1 这样的数 逢2进位 按权展开时权的基数为2 用后缀字母 B 表示 如 1001 1 23 0 22 0 21 1 20 9 十进制数 2 十进制 是 0 9 之间的数 逢10进位 按权展开时权的基数为10 用后缀字母 D 表示 如 1135 1 103 1 102 3 101 5 1003 十六进制 是 0 9 A B C D E F 之间的数 逢16进位 按权展开时权的基数为16 用后缀字母 H 表示 如 1C5H 1 162 12 161 5 160 453D 1 2常用数制和编码 二 不同进制之间相互转换 4 二进制转换成十六进制数 将二进制数以小数点为界四位一分 不足补0 用一位十六进制数代替四位二进制数 如 100111100B 000100111100B 13CH5 十六进制转换成二进制数 将十六进制数以小数点为界 用四位二进制数代替一位十六进制数 如 D4EH 110101001110B 1 二进制 十六进制转化成十进制 将二 十六进制数按权展开相加即为相应的十进制数 如 1101B 1 23 1 22 0 21 1 20 13D如 1FH 1 161 15 160 31D 2 十进制转换成二进制数 将十进制数除2取余 商为0止余数倒置 如 11D 1011B 3 十进制转换成十六进制数 将十进制数除16取余 商为0止余数倒置 如 100D 64H 1 3原码 反码及补码 1 原码 一个二进制数同时包含符号和数值两部分 它的最高位为符号位 其余位表示数值 符号位为0时 表示正数 为1时 表示负数 如 X1 4D则 X1 原 00000100B如 X2 4D则 X2 原 10000100B2 反码 正数 它的反码与原码相同 负数 它的反码为它的原码除符号位外 其余各位按位取反 1 0 0 1 如 X1 4D则 X1 反 X1 原 00000100B如 X2 4D则 X2 原 10000100B X2 反 11111011B 1 3原码 反码及补码 3 补码 正数 它的补码与原码相同 负数 它的补码为它的反码 1 如 X1 4D则 X1 补 X1 原 X1 反 00000100B如 X2 4D则 X2 原 10000100B X2 反 11111011B 1 X2 补 11111100B练习 有 十进制数 15D 20D写出它们的原码 反码 补码 三 原码 反码及补码 4 求真值 在计算机中都是用补码表示一个带符号的数据 最高位是0 正数 最高位是1 负数 当给出一个补码表示的有符号二进制数 十六进制数 时 怎样得到其对应的十进制数 就是求真值的问题 1 正数 因为 正数它的补码与原码相同 所以 直接将其按权展开相加 例如 有符号数 00010101B 最高位0 正数 21D 2 负数 将补码表示的负数 按位取反 再 1 再按权展开相加 在得到对应的十进制数前加负号 例如 有符号数 10100111B 最高位1 负数 所以 取反 01011000B加1 1B 01011001B 89D因此 10100111B 89D 练习 有符号数 01111111B 10011101B求它们的真值 或十进制数 5 八位计算机的数值范围 无符号数 00000000B 11111111B00H FFH0D 255D 有符号数 正数 00000000B 01111111B00H 7FH0D 127D负数 10000000B 11111111B80H FFH 128D 1D 5 单片计算机常用编码 1 BCD Binary CodedDecimal 码用二进制对十进制0 9进行编码 BCD码 用四位二进制数0000 1001表示0 9 例如 13D 00010011BCD例如 10010111BCD 97D 第一章结束 2 ASCII码 美国信息交换标准码 用7位二进制代码表示 编码 128个字符编码 如 数字0 9的ASCII码为30H 39H 如 字母A Z的ASCII码为41H 5AH 1 489C51单片机 1 常用单片机系列介绍自单片机诞生以来的近30年中 单片机已有70多个系列的近500个机种 国际上较有名 影响较大的公司及他们的产品如下所述 Intel公司的MCS 48 MCS 51 MCS 96系列 Motorola公司的6801 6802 6803 6805 68HCll系列产品 Zilog公司的Z8 Super8系列产品 仙童 Fairchild 公司的F8系列产品 NEC公司的 COM 87系列产品 Rockwell公司的6500 6501系列产品 Atmel Philips LG等公司的51兼容机 台湾Holtek 合泰 Sunplus 凌阳 EMC 义隆 Soinx 松翰 根据近年来国外实地考察 Intel公司的单片机在市场上占有量为67 其中MCS 51系列产品又占54 在我们国内虽然上述各公司的产品均有引进 但由于各种原因 至今在我国所应用的单片机仍然是以MCS 48 MCS 51 MCS 96为主流系列 随着这一系列的深入开发 其主流系列的地位会不断巩固下去 因而我们在此主要介绍Intel公司的单片机系列 2 MCS 51系列和AT89系列单片机 1 MCS 51系列MCS 51是指由美国INTEL公司生产的一系列单片机的总称 这一系列单片机包括了好些品种 如8031 8051 8751 8951 8032 8052 8752 8952等 其中8051是最早最典型的产品 该系列其它单片机都是在8051的基础上进行功能的增 减 改变而来的 所以人们习惯于用8051来称呼MCS 51系列单片机 而8031是前些年在我国最流行的单片机 所以很多场合会看到8031的名称 MCS 51系列单片机分类 8051 1234567891011121314151617181920 4039383736353433323130292827262524232221 P1 0P1 1P1 2P1 3P1 4P1 5P1 6P1 7RST VPDRXD P3 0TXD P3 1INT0 P3 2INT1 P3 3T0 P3 4T1 P3 5WR P3 6RD P3 7XTAL2XTAL1Vss VccP0 0P0 1P0 2P0 3P0 4P0 5P0 6P0 7EA VppALE PROGPSENP2 7P2 6P2 5P2 4P2 3P2 2P2 1P2 0 2 AT89系列 INTEL公司将MCS 51的核心技术授权给了很多其它公司 所以有很多