《单片机原理与应用》谢维成(第一章).ppt

单片机原理及应用性质 专业技术课考核 闭卷考试学时 48学分 3 教材 单片机原理与应用及C51程序设计 谢维成 清华大学出版社 推荐参考书 1 单片机基础 李广弟等编著北京航空航天大学出版社2 单片微型计算机与接口技术 李群芳等电子工业出版社3 单片机的C语言应用程序设计 马忠梅等北京航空航天大学出版社 第1章基础知识1 1信息在计算机中的表示1 2单片机的概念及其特点1 3单片机的发展及其主要品种1 4单片机的应用第2章单片机基本原理2 1MCS 51系列单片机简介2 2MCS 51系列单片机的结构原理2 3MCS 51系列单片机的外部引脚及片外总线2 4MCS 51系列单片机的工作方式2 5MCS 51系列单片机的时序 第3章单片机汇编程序设计3 1MCS 51系列单片机汇编指令格式及标识3 2MCS 51系列单片机的寻址方式3 3MCS 51系列单片机指令系统3 4MCS 51系列单片机汇编程序常用伪指令3 5MCS 51系列单片机汇编程序设计第4章单片机C语言程序设计4 1C语言与MCS 51单片机4 2C51的数据类型4 3C51的运算量4 4C51的运算符及表达式4 5表达式语句及复合语句4 6C51的输入 输出4 7C51程序基本结构与相关语句4 8函数4 9C51构造数据类型4 9C51构造数据类型 目录 第6章MCS 51单片机内部资源及编程6 1并行输入 输出接口6 2定时 计数器接口6 3串行接口6 4中断系统第7章MCS 51单片机系统扩展7 1MCS 51单片机的最小系统7 2存储器扩展7 3输入 输出口扩展第7章MCS 51单片机与键盘 显示器的接口7 4MCS 51单片机与键盘的接口7 5MCS 51单片机与LED显示器接口7 6MCS 51单片机与行程开关 晶闸管 继电器的接口第8章MCS 51与D A A D的接口8 1MCS 51单片机与ADC的接口8 2MCS 51单片机与DAC的接口 第9章MCS 51单片机的其它接口9 1LCD与MCS 51接口9 2MCS 51单片机与I2C总线芯片接口9 3MCS 51单片机与时钟日历芯片接口第10章单片机应用系统设计10 1单片机应用系统的基本结构10 2单片机应用系统的硬件系统设计10 3单片机应用系统的软件设计第11章单片机应用系统设计实例11 1单片机电子时钟的设计11 2多路数字电压表的设计第12章KeilC51集成环境的使用12 1KeilC51简介12 2KeiluVision2IDE的使用方法12 3KeilC51的调试技巧 1 数据单位二进制位 二进制数中的每个0或1 如10111011B 它是表示信息的最小单位 位 Bit 计算机存储数据的最小的数据单位 每一位的状态只能是0或1 字节 Byte 通常把8位二进制位定义为一个字节 Byte 它是数据处理的基本单位 字 Word 1个字为2个字节 字长 计算机一次可处理的二进制数的位数 第0章复习计算机基本概念 2 数据表示我们最常用的10进制 生活中还有 七进制 比如星期 十二进制 比如小时或 一打 六十进制 比如分钟或角度 计算机使用的是二进制数 但常用16进制和8进制表达一个数 2 8 16 分别是2的1次方 3次方 4次方 这一点使得三种进制之间可以非常直接地互相转换 8进制或16进制缩短了二进制数 但保持了二进制数的表达特点 3 数值与数制计数 数的记写和命名方法 数制 按进位原则进行计数 的方法 称为进位计数制简称数制 不同的计数规则构成了不同的进位数制 数码 数制中表示基本数值大小的不同数字符号权 每一个数码所表示的值就等于该数码本身乘以一个与所在数位有关的常数 十进制 D Decimalsystem scale 二进制 B Binarysystem 八进制 O Octonarysystem 十六进制 H Hexadecimalsystem进制越大 数的表达长度也就越短 10D10O10H10B 4 采用二进制编码的好处 1 物理上容易实现 状态分明 可靠性强 2 运算简单 通用性强 3 二进制的0 1数码与逻辑量 真 和 假 的0 1吻合 整数部分 方法 除2取余余数操作 2251最低位2120260231211最高位0结果 25 D 11001 B 5 十进制向二进制的转换 除法 小数部分 方法 乘2取整操作 0 625 21 2501小数的高位 20 5000 21 0001小数的低位 0 625 D 0 101 B说明 非纯小数的结果为整数和小数部分各自转换结果的组合 十进制向八进制和十六制的转换依此类推 25 3125 D 11001 0101 B 116 84375 D 74 D8 H 第1章基础知识 1 1信息在计算机中的表示 1 1 1数在计算机内的表示 计算机中的数通常有两种 无符号数和有符号数 无符号数由于不带符号 表示时比较简单 直接用它对应的二进制形式表示 例如 假设机器字长为8位 123表示成01111011B 有符号数带有正负号 通常 在计算机中表示有符号数时 在数的前面加一位 作为符号位 正数表示为0 负数表示为1 其余的位用以表示数的大小 这种把符号 数字化 的数 称为机器数 它的数值称为机器数的真值 符号位 数值位 机器数在计算机中有三种表示法 原码 反码和补码 一 原码 原码表示时 最高位为符号位 正数用0表示 负数用1表示 其余的位用于表示数的绝对值 对于一个N位的二进制 它的原码表示范围为 2n 1 1 2n 1 1 例如 如果用8位二进制表示原码 则数的范围为 127 127 原码表示时 假设机器字长为8位 0的编码为10000000 0的编码为00000000 例1 1 求 67 25的原码 机器字长8位 因为 67 67 1000011B 25 25 11001B所以 67 原 01000011B 25 原 10011001B 小结 原码 用最高位表示符号位 数值部分为其真值的绝对值 若为 0 代表正数 若为 1 代表负数 二进制 真值 1110101 0000101原码 0111010110000101原码可表示为 X 2n X 0 X 原 2n X 0 X 2n n为二进制数的位数 8位原码表示数的范围 127 127 优缺点 简单 转换方便 但加减运算不便 二 反码 反码表示时 最高位为符号位 正数用0表示 负数用1表示 正数的反码与原码相同 而负数的反码可在原码的基础之上 符号位不变 其余位取反得到 对于一个n位的二进制 它的反码表示范围为 2n 1 1 2n 1 1 对于0 假设机器字长为8位 0的反码为11111111B 0的反码为00000000B 例1 2 求 67 25的反码 机器字长8位 因为 67 原 01000011B 25 原 10011001B所以 67 反 01000011B 25 反 11100110B 小结 反码 对正数 为其原码本身 对负数 其反码为 除符号位外 逐位取反所得到的结果 二进制 真值 1011 1011原码 0101111011反码 0101110100反码可表示为 X 2n X 0 X 反 2n 1 X 0 X 2n 8位反码表示数的范围 127 127 优缺点 运算也不方便 三 补码 补码表示时 最高位为符号位 正数用0表示 负数用1表示 正数的补码与原码相同 而负数的补码可在原码的基础之上 符号位不变 其余位取反 末位加1得到 对于一个负数X X的补码也可用2n X 得到 其中n为计算机字长 例1 3 求 67 25的补码 机器字长8位 因为 67 原 01000011B 25 原 10011001B所以 67 补 01000011B 25 补 11100111B另外 对于计算补码 也可用一种求补运算方法求得 小结 补码 正数的补码与其原码相同 负数的补码被定义为其反码加1 二进制 真值 1001 10110原码 01001110110反码 01001101001补码 01001101010补码可表示为 X 2n X 0 X 补 2n X 0 X 2n 补码的运算规则 X Y 补 X 补 Y 补8位补码表示数的范围 128 127 优缺点 可方便地实现正 负数的加法运算 对于一个数X X 补 X 补 X 补 例1 4 已知 25的补码为00011001B 用求补运算求 25的补码 因为 25 补 25 补 所以 25 补 11100110 1 11100111B补码数的表示范围 对于一个n位的二进制 它的补码表示范围为 2n 1 2n 1 1 补码表示时 对于0 0和 0的补码是相同的 假设机器字长为8位 则0的补码为00000000B 求补运算具有以下的特点 求补运算 一个二进制数 符号位和数值位一起取反 末位加1 补码的加法运算规则 X Y 补 X 补 Y 补 X Y 补 X 补 Y 补对于 Y 补 只要对 Y 补作求补运算可以得到 四 补码的加减运算 例1 5 假设计算机字长为8位 完成下列补码运算 1 25 32 25 补 00011001B 32 补 00100000B 25 补 00011001 32 补 0010000000111001所以 25 32 补 25 补 32 补 00111001B 57 补 2 25 32 25 补 00011001B 32 补 11100000B 25 补 00011001 32 补 1110000011111001所以 25 32 补 25 补 32 补 11111001B 7 补 3 25 32 25 补 0011001B 32 补 11100000B 25 补 00011001 32 补 1110000011111001所以 25 32 补 25 补 32 补 11111001B 7 补4 25 32 25 补 00011001B 32 补 00100000B 25 补 00011001 32 补 0010000000111001所以 25 32 补 25 补 32 补 00111001B 57 补 五 十进制数的表示 十进制编码又称为BCD码 分压缩BCD码和非压缩BCD码 压缩BCD码又称为8421码 它是用四位二进制编码来表示一位十进制符号 例如 十进制数124的压缩BCD码为000100100100 十进制数4 56的压缩BCD码为0100 01010110 非压缩BCD码是用八位二进制来表示一位十进制符号 其中低四位二进制编码与压缩BCD码相同 高四位任取 例如 十进制数124的非压缩BCD码为001100010011001000110100 1 1 2字符在计算机内的表示 现在的计算机中字符数据的编码通常采用的是美国信息交换标准代码ASCII码 AmericanStandardCodeforInformationInterchange 基本ASCII码标准定义了128个字符 用七位二进制来编码 包括英文大写字母26个 小写字母26个 数字符号0 9十个 还有一些专用符号 如 及控制符号 如换行 换页 回车等 1 2单片机及其特点 1 2 1单片机的基本概念 单片微机是早期SingleChipMicrocomputer的直译 它忠实地反映了早期单片微机的形态和本质 单片机属于微型计算机的一种 是把微型计算机中的微处理器 存储器 I O接口 定时器 计数器 串行接口 中断系统等电路集成在一块集成电路芯片上形成的微型计算机 因而被称为单片微型计算机 简称为单片机 微型计算机与单片机在硬件结构上的比较 微型计算机单片机 数据RAM CPU 并行I O 程序ROM 定时 计数器 串型端口 中断控制器 扩展I O端口 系统总线 DB AB CB 微型计算机的组成框图 由多个IC芯片组装在一个主电路板上 MCS 51单片机 所有单元都组装在一个IC芯片上 单片机按照用途可分为通用型和专用型两大类 1 早期 通用型单片微机 通过不同的外围扩展来满足不同的应用对象要求 2 随着应用领域的不断扩大出现了专门为某一类应用而设计的单片机 专用型单片微机 目的 降低成本 简化系统结构 提高可靠 如 用于计费率电表 用于电子记事簿的单片机等 在单片机使用上注意以下几个相互有相同点也有区别的概念 1 单板机 2 单片机 3 多板机 1 2 2单片机的主要特点 1 在存储器结构上 单片机的存储器采用哈佛 Harvard 结构 ROM和RAM是严格分开的 ROM称为程序存储器 只存放程序 固定常数和数据表格 RAM则为数据存储器 用作工作区及存放数据 2 在芯片引脚上 大部份采用分时复用技术 3 在内部资源访问上 通过用特殊功能寄存器 SFR 的形式 4 在指令系统上 采用面向控制的指令系统 5 内部一般都集成一个全双工的串行接口 6 单片机有很强的外部扩展能力 1 3单片机发展及其主要品种 1 3 14位单片机 1 3 28位单片机 1 3 316位单片机 1 3 432位单片机 在1978年以前各厂家生产的8位单片机 由于集成度的限制 一般都没有串行接口 只提供小范围的寻址空间 小于8KB 性能相对较低 称为低档8位单片机 在1978年以后 集成电路水平提高 出现了一些高性能的8位单片机 它们的寻址能力达到了64KB 片内集成了4 8KB的ROM 片内除了带并行I O口外 还有串行I O接口 甚至有些还集成A D转换器 这类单片机称为高档8位单片机 一 电子计算机的发展历史1 第一代 1946 1958 电子管计算机 用于 科学计算2 第二代 1958 1964 晶体管计算机 用于 科学计算 数据处理 工业控制3 第三代 1964 1971 集成电路计算机 网络 用于 科学计算 数据处理 工业控制 事务管理 4 第四代 1971 大规模集成电路计算机 用于 计算量极大的高尖技术及国民经济领域出现了微型机 5 第五代 智能型计算机正在研制中 用于 模拟人的智能 识别图像 语言和物体 联想 推理 解答问题 使用自