单片机基础(第3版)1[1].0.ppt

单片机基础 第3版 李广弟等编著北京航空航天大学出版社2007年6月 第1章计算机基础知识 1 1二进制数及其在计算机中的使用1 2二进制数的算术运算和逻辑运算1 3供程序设计使用的其他进制数1 4计算机中使用的编码1 5微型计算机概述 1 1二进制数及其在计算机中的使用 在计算机中只能使用二进制数 指令 数据 字符和地址的表示以及它们的存储 处理和传送 都是以二进制的形式进行 没有二进制也就没有电子计算机 1 1 1二进制数的进位计数特性1 进位计数制 最常见的是十进制数2 二进制数 只有两个数字符号0和1 基数为2 逢2进1 1 1 2机器数与机器数表示形式计算机中使用的二进制数称为机器数 有多种表示形式 符号数和无符号数1 符号数具有正负的概念 符号数的二进制表示 75的机器数表示为01001011 0表示正数 75的机器数表示为11001011 1表示负数 2 无符号数是逻辑数 没有正负的概念 如 存储器地址就是一串无符号的二进制数 定点数与浮点数定点数中小数点的位置固定 又可分为定点小数和定点整数两种表示方法 而浮点数的小数点位置不固定 原码 反码和补码1 原码 机器数的原始表示 如 4 原 00000100 4 原 100001002 反码 正数的反码与原码相同 负数的反码由原码转换得到 符号位不变 数值位按位取反 4 反 00000100 4 反 111110113 补码 正数的补码与原码相同 负数的补码是把反码的最低位加1 4 补 00000100 4 补 11111100 1 1 3计算机中二进制数的单位1 位 Bit 指二进制的位 2 字节 Byte 8位二进制数称为一个字节 3 字 Word 字是一台计算机上所能并行处理的二进制数 字的位数称为字长 字长是字节的整数倍 如 MCS 51单片机字长为8位 1 1 4计算机使用二进制数的原因易于实现 运算简单 具有逻辑属性 可靠性高 节省硬件设备等原因 1 2二进制数的算术运算和逻辑运算 1 2 1二进制算术运算1 二进制加法运算0 0 00 1 11 0 11 1 02 二进制减法运算0 0 00 1 11 0 11 1 03 二进制乘法运算0 0 00 1 01 0 01 1 14 二进制除法运算0 0 0 无意义 0 1 01 0 0 无意义 1 1 1 1 2 2二进制逻辑运算1 逻辑 或 运算C A B或C AVB 2 逻辑 与 运算C A B或C A B3 逻辑 非 运算C 4 逻辑 异或 运算C A B 1 3供程序设计使用的其他进制数 程序设计人员在程序中表示数据时很少直接使用二进制 而使用其他进制 这些数据输入计算机后 还要把它们转换成二进制数 折椅工作由程序完成 1 3 1十进制数与十六进制数1 十进制数 0 9 2 十六进制数 0 9 A B C D E F 在二进制数后面加标志字符B 如10101100B在十六进制后面加标志字符H 如3AFH 0CAH十进制数后面什么也不用加 1 3 2不同进制数之间的转换1 各种进制整数转换为十进制数2 十进制整数转换为二进制数3 十进制整数转换为十六进制数4 二进制整数与十六进制整数之间的相互转换 1 二进制整数转换为十六进制数 2 十六进制整数转换为二进制数 1 4计算机中使用的编码 1 二一十进制编码在二一十进制编码中最常用的是BCD码 BCD码共有10个编码 即二进制数0000 1001 分别对应十进制0 9 2 ASC 码ASC 码是 美国信息交换标准代码 的简称 是一个16行 8列的矩阵 常用十进制数或十六进制数来表示ASC 码 如 字符A的ASC 码用十进制数表示为65 用十六进制数表示为41H 1 5微型计算机概述 微型计算机系统组成框图 1 5 1微型计算机硬件系统 以运算器为中心的计算机框图以存储器为中心的计算机框图 1 5 2微型计算机软件系统软件是相对于硬件而言的 计算机软件包括各类程序 数据以及相关的文档资料等 按功能划分 系统软件和应用软件 系统软件包括 操作系统 各种程序设计语言 数据库管理系统和工具软件等 应用软件 是为解决计算机应用问题而编写的具有专门用途的程序 1 5 3微型计算机的工作过程微型计算机的工作流程 就是在CPU的控制下对程序中指令逐条执行的过程 1 取指令阶段按程序计数器 PC 提供的地址 从存储器中读出要执行的指令 并送到指令寄存器中保存 指令译码器对指令进行译码 产生完成该指令操作所需要的各种定时和控制信号 2 执行指令阶段执行指令所规定的操作 第1章单片机概述20世纪70年代问世 已广泛应用在 工业自动化控制 自动检测 智能仪器仪表 家用电器 电力电子 机电一体化设备等方面 1 1什么是单片机在半导体硅片上集成了微处理器 CPU 存储器 RAM ROM EPROM 和各种输入 输出接口 具有一台计算机的属性 也称为 微控制器MCU MicroControllerUnit 嵌入式控制器EMCU EmbeddedicroControllerUnit 我国 习惯使用 单片机 这一名称 按用途可分为通用型和专用型两大类 1 通用型可开发的内部资源 RAM ROM I O等功能部件 全部提供给用户 用户根据需要 设计一个以通用单片机芯片为核心的测控系统 2 专用型 专门针对某些产品的特定用途而制作的单片机 针对性强且数量巨大 对系统结构的最简化 可靠性和成本的最佳化等方面都作了全面的考虑 专用 单片机具有十分明显的综合优势 1 2单片机的历史及发展概况四个阶段 第一阶段 1974年 1976年 单片机初级阶段 双片的形式 且功能比较简单 第二阶段 1976年 1978年 低性能单片机阶段 以Intel公司制造的MCS 48单片机为代表 第三阶段 1978年 现在 高性能单片机阶段 Intel公司的MCS 51系列 Mortorola公司的6801系列等 第四阶段 1982年 现在 8位单片机巩固发展及16位单片机 32位单片机推出阶段 1 38位单片机的主要生产厂家和机型 1 美国Intel公司MCS 51系列及其增强型 扩展型系列 2 美国ATMEL公司89C51 89C52 89C55 89S52等 3 荷兰PHILIPS 菲力浦 公司8xC552系列 此外 AVR PIC MICROCHIP等单片机广泛应用MCS 51系列单片机在我国得到了广泛的应用 主流系列 软 硬件设计资料丰富齐全 1 4单片机的发展趋势CPU的改进 1 采用双CPU结构 提高处理能力 2 增加数据总线宽度 内部采用16位数据总线 3 串行总线结构 菲利浦公司的I2C总线 Inter Icbus 用两根信号线代替现行的8位数据总线 2 存储器的发展 1 加大存储容量 2 片内EPROM采用E2PROM或闪烁 Flash 存储器 3 程序保密化 3 片内I O的改进 1 增加并行口的驱动能力 能直接输出大电流和高电压 2 增加I O口的逻辑控制功能 3 设置了一些特殊的串行接口功能 构成分布式 网络化系统 4 外围电路内装化器件集成度的不断提高 把众多的外围功能部件集成在片内 系统的单片化 代表 8051F单片机 5 低功耗化CMOS化CHMOS工艺 总之 向高性能 高速 低压 低功耗 低价格 外围电路内装化方向发展 1 5单片机的应用单片机卓越的性能 得到了广泛的应用 已深入到各个领域 使用温度 民品 0 70 C工业品 40 85 C汽车 40 105 C军品 55 125 C 在下述的各个领域广泛的应用 1 工业自动化2 智能仪器仪表3 消费类电子产品4 通讯5 武器装备6 终端及外部设备控制7 汽车电子1 6MCS 51系列单片机20世纪80年代后期 Intel公司以专利或技术交换的形式把8051内核技术转让给厂家 如 AMTEL PHILIPS ANALOGDEVICES DALLAS公司 这些厂家生产的兼容单片机 与8051的系统结构 主要是指令系统 相同 采用CMOS工艺 80C51系列 所有具有8051指令系统的单片机 不应直接称为MCS 51系列单片机 MCS只是Intel公司专用的单片机系列符号 MCS 51系列单片机及其兼容产品通常分成以下几类 1 基本型典型产品 8031 8051 8751 2 增强型典型产品 8032 8052 8752内部RAM增到256字节 8052 8752的内部程序存储器扩展到8KB 16位定时器 计数器增至3个 3 低功耗型典型产品 80C31 87C51 80C51 采用CMOS工艺适于电池供电或其它要求低功耗的场合 4 专用型8044 8744 用于总线分布式多机测控系统 美国Cypress公司的EZUSR 2100单片机 USB接口 5 超8位型典型产品 PHILIPS公司80C552 87C552 83C552系列单片机 将MCS 96系列 16位单片机 I O部件如 高速输入 输出 HSI HSO A D转换器 脉冲宽度调制 PWM 看门狗定时器 WDT 等移植进来构成新一代MCS 51产品 功能