单片机原理及应用76210ppt课件

FoundationandApplicationofMicrocomputer单片机原理及应用,钱锐机电控制工程系2010.09,教材及参考书,教材：机电设备的单片机控制技术参考书：1.单片微机原理丁元杰等上海科技文献出版社19912.单片微型机原理、应用与实验张友得等复旦大学出版社19953.单片机应用系统设计系统配置与接口设计技术何立民北京航空航天大学出版社1990周立功,教学内容安排,第一章绪论1.1单片机概述1.2计算机中的数和常用编码1.3计算机基础第二章MCS-51组成2.1MCS-51概况2.2系统组成结构2.3存储器组织第三章指令系统及汇编程序设计3.1指令概念3.2寻址方式3.3指令系统3.4汇编程序设计,教学内容安排,第四章定时器/计数器、串行口和中断系统4.1定时器/计数器4.2串行口4.3中断系统第五章MCS-51单片机扩展技术5.1程序存储器扩展设计5.2数据存储器和外部I/0端口扩展设计5.38位A/D、D/A接口电路介绍第六章输键入与显示电路6.1单片机常用显示电路6.2单键与行列式键盘实验实训,第一章绪论重点：1、概念2、进位计数制及其转换3、带符号数的表示方法（真值、原码、反码、补码）难点：补码与真值概念,第一章绪论,1.1单片机概述单片机（单片微型计算机）：SingleChipMicrocontrollerBelongstoFamilyofsmalldigitalprocessingdevicesmadeinsinglechip.digitalsignalprocessor:DSPfieldprogrammablegatearray:FPGAprocessorofcomputer:ex.CPUsinglechipmicrocontroller,第一章绪论1.1单片机概述,Microcontroller在一片芯片上集成CPU、存储器、I/O接口等组成一台完整的微型计算机。CPU中央处理器MEMERY存储器RAM、ROM、EPROMI/Ointerface输入/输出接口A/Dconventor等功能部件单片机作用：针对工业控制和数据处理，也称为“微控制器”、“微处理器”，Micro-controller,Micro-processor单片机分类：4位、8位、16位、32位,第一章绪论1.1单片机概述,第一章绪论1.1单片机概述1.1.1单片机发展情况,1.1.1单片机发展情况1.计算机：1946年第一代电子管（宾夕法尼亚大学）ENIA晶体管（5060年）TRANSACS-1000集成电路计算机（1964年IBM360）大规模集成电路（1971年IBM370、470V/6型M-0)2.微型计算机：1971年INTEL4004，1972年INTEL8008第一代；,第一章绪论1.1单片机概述1.1.1单片机发展情况,8位INTEL8080/8085，ZILOGZ80，APPLE650216位Intel8086，80186，286，Pentium具有CPU(CentralProcessingUnit)3.单片机：1974年，FairChild研制的F8，准单片机,共分四个阶段：1）单片机初级阶段7476年采用双片形式，F8（8位CPU64RAM2个并行I/O口）3851（1KROM定时器/计数器2个并行I/O）组成一台完整的计算机。,第一章绪论1.1单片机概述1.1.1单片机发展情况,2）低性能单片机阶段7678年MCS-48系列INTEL8048（8位CPU、2I/O口、8位定时器/计数器、64RAM/1KROM、简单中断、寻址小于4K无串行口）3）高性能单片机阶段78年MCS-51系列，Motorola6801，ZilogZ8增加功能：串行I/O、多级中断、16定时/计数器、片内RAM/ROM增大，寻址64K。Intel，Philips，Motorola,第一章绪论1.1单片机概述1.1.1单片机发展情况,4）16位单片机82年MCS-96系列，8096、8098、80196等增加性能：16位CPU，RAM/ROM增大，中断能力增强A/D、HSIO等性能、速度1.1.2单片机特点集成度高、可靠性高一片芯片：CPU、存储器、I/O接口等片内RAM采用存储器结构,第一章绪论1.1单片机概述1.1.3单片机的应用,指令（控制功能强）单字节、单周期，指令丰富片内有完善的I/O部件易产品化1.1.3单片机的应用各行各业的技术改造和产品的更新换代1.智能仪表速度、精度的提高，自动记录仪、温度、压力等,第一章绪论1.1单片机概述1.1.3单片机的应用,2.机电一体化、家电产品微机控制的机床，机器人3.实时控制伺服系统、调节器、测量与数据处理再反馈4.分布式控制系统（DCS)信号采集、转换、数据处理、数据通讯等5.其他卫星、探矿、手机、医用摄象机、环境监测应用类型：控制型、数据处理、混合型系统。,1.1.4单片机发展趋势83年4位机，85年4、8位机，86年16位机打开市场1.大容量、高性能CPU功能增强：速度、精度、I/O处理能力提高、指令丰富内部资源的增多：波形输出、LED输出、PWM输出、A/D输入寻址范围增大：几兆2.超小型、低功耗、廉价、功能减少工作电压低（26V）、工作电流几个毫安、引脚少等。,第一章绪论1.1单片机概述1.1.4单片机的发展趋势,1.1.5典型的单片机产品INTEL：MCS-48、MCS-51、MCS-968051；80C51，20C51PHILIPS：51MOTOROLA：M68HC05/M68HC11、M68HC16,第一章绪论1.1单片机概述1.1.4单片机的发展趋势,1.2计算机中的数和常用编码Computer基本功能：计数和数的处理计算机中的数：电子元件的稳定状态0，11.2.1进位计数制1.十进制decimal特点：1）“0，1，9”十个数组成；2）逢“10”进“1”任意一个十进制数,第一章绪论1.2计算机中的数和常用编码,任意一个十进制数A,第一章绪论1.2计算机中的数和常用编码,其中：10为基数（底）；n个整数，m个小数；小数点右移1位，数据扩大10倍。权,2.J进制特点：1）“0，1，J-1”J个数组成；2）逢“J”进“1”,第一章绪论1.2计算机中的数和常用编码,其中：J为基数（底）；n个整数，m个小数；小数点右移1位，数据扩大J倍。权,3.二进制（J=2）Binary特点：1）“0，1”2个数组成；2）逢“2”进“1”,第一章绪论1.2计算机中的数和常用编码,二进制数十进制数,第一章绪论1.2计算机中的数和常用编码,4.十六进制（J=16）Hexadecimal特点：1）“0，1，.9,A,B,C,D,E,F”16个数组成；2）逢“16”进“1”,第一章绪论1.2计算机中的数和常用编码,5.八进制（J=8）,1.2.2进位计数制转换1.二进制、八进制、十六进制转换为十进制按定义（公式）展开,第一章绪论1.2计算机中的数和常用编码,2.十进制转换为二进制1）整数用2不断去除要转换的十进制数，直之商为0。每次得到的余数（0，1）为所求的二进制数，最初得到的是最低位。,例：215=？B,第一章绪论1.2计算机中的数和常用编码,转换原理分析,第一章绪论1.2计算机中的数和常用编码,等式两边同除2：A/2=整数+分数（0，1）/2=B0+分数,设有一个任意十进制整数A，转化为二进制数,2）小数用2去乘要转换的十进制小数，得到的整数部分即为所求的进制小数，先得到的为高位。,第一章绪论1.2计算机中的数和常用编码,第一章绪论1.2计算机中的数和常用编码,转换原理（小数）结论：十进制转二进制，整数与小数分别转换,3.十进制转换为八进制、十六进制整数部分：用8、16整除；小数部分：用8、16乘；注意余数：0-7；0-9,ABCDEF。,4.二进制、八进制、十六进制相互转换了解与十进制数的关系，见下表,二进制数B十进制D十六进制H,第一章绪论1.2计算机中的数和常用编码,二进制数B十进制D十六进制H,第一章绪论1.2计算机中的数和常用编码,1.2.3、二进制数的运算,第一章绪论1.2计算机中的数和常用编码,.无符号数算术运算）加法,1.算术运算规则加法：000，011，110进位1；减法：000，101，011借位1；乘法：000，010，111,第一章绪论1.2计算机中的数和常用编码,）减法,注意：4，负数的表达方法？1100B，0CH，12,3）乘法,乘法计算,第一章绪论1.2计算机中的数和常用编码,部分积方法,4）除法,第一章绪论1.2计算机中的数和常用编码,部分商左移相减,3.逻缉运算规则,第一章绪论1.2计算机中的数和常用编码,与AND、或OR、非NOT、异或XOR,1)与AND,第一章绪论1.2计算机中的数和常用编码,2)或OR,3)非NOT,4)异或XOR,第一章绪论1.2计算机中的数和常用编码,1.2.4带符号数的表示方法,第一章绪论1.2计算机中的数和常用编码,1.机器数与真值二进制数的最高位：符号位。“0”正，“1”负；以8位二进制数为例：01011011=5BH=91；11011011=DBH=91；,机器数：一个数字在机器(计算机)中的表示形式；二进制（0，1），符号位数字化。01011011；5BH,真值：机器数本身代表的值称为真值。91,第一章绪论1.2计算机中的数和常用编码,机器数：包括无符号数、有符号数；有符号数：常见表示方法是原码、反码、补码,1）原码（d7d0）最高位是符号位d7：正数0；负数1特点：（）8位二进制数表示的范围：127127；（）00000000，10000000，0、0不相等；（）加、减运算困难。求解真值、原码：(作业）+65，34；32H，0A3H,第一章绪论1.2计算机中的数和常用编码,2）反码正数的反码=正数的原码负数的反码=正数的原码按位取反；,例：（+0）反=0000，0000B；（-0）反=1111，1111B（+127）反=0111，1111B；（-127）反=1000，0000B特点：（1）范围+127-127；（2）+0、-0不相等（3）求真值时，若d7=1，则按位取反。+65，34；32H，0A3H,第一章绪论1.2计算机中的数和常用编码,3）补码正数的补码=正数的原码负数的补码=正数的原码按位取反，再加1。,例：（-127）补=1000，0001；（-1）补=1111，1111+65，34？32H，0A3H？,特点：（1）范围：128127；（2）0=0=0000，0000；（3）求真值时，若d7=1，则按位取反，再加1。,第一章绪论1.2计算机中的数和常用编码,8位二进制数的补码表示：00H，01H，.，7FH；+0，+1，.，+127；80H，81H，.，0FFH；-128，-127，.，-1,2.补码的进一步解释：补码的作用：将减法运算转换为加法运算。,模与补码的概念：a）钟表10点拨到6点：104=6，逆时针108=126，顺时针；,第一章绪论1.2计算机中的数和常用编码,模：系统所能表示的最大量程，称之为模。钟表采用十二进制.,X+（-X）补=模，（-4）补=1210-4=10+（-4）补=10+（12-4）=12+6，其中12可自然丢失,b）十进制数（以二位十进制数举例）模,70-40=70+（-40）补=70+60=100+30=30,第一章绪论1.2计算机中的数和常用编码,c）二进制数（以8位二进制数举例）模256=,64-50=14；40H-32H=0EH（-32H）补=（00110010）按位取反加1=11001101+1=11001110=20640H+（-32H）补=100H+0EH注：求二进制数补码，不需做减法。,第一章绪论1.2计算机中的数和常用编码,3.有符号数的加、减运算（以补码形式表示）1)补码+补码=补码结果不产生溢出时为正确。（超出-128+127）正数+正数、负数+负数，可能产生溢出。2)补码-补码=补码（类似）3)补码不能乘除,4.数的进位与溢出最高位有进位或借位进位，CY超出了数的表示范围溢出，OV判断方法：有没有破坏符号位。,1.2.5二进制编码,第一章绪论1.2计算机中的数和常用编码,计算机中表示的数、字母、符号等都以二进制数表示。常用编码有以下几种：,1.BCD码（BINARYCODEDDECIMAL）用二进制数编码（表示）的十进制数，权为8421码。一位十进制数用四位二进制数表示。特点：1）09，由四位二进制数表示；2）逢“十”进一；3)DAA调整，即加法运算数（结果）大于9，再加6。压缩BCD码；非压缩BCD码。,2.ASCII码（美国标准信息交换码）AmericanStandardCodeforInformationInterchange七位二进制编码表示128种字符52大小写英文字母；10十进制数；7标点符号；9运算符号；50其他符号。,第一章绪论1.2计算机中的数和常用编码,30H-39H；0-941H-46H；A-F,第一章绪论1.2计算机中的数和常用编码,4.可靠性代码奇偶校验码；格雷GRAY码；海明HAMMING码,3.2421码、余3代码特点：以9为模，取反即为补码。例：2421码（4）01001011（5）余3码（1）01001011（8）,1.3计算机基础,第一章绪论1.3计算机基础,1.计算机基本组成1)算盘算盘：运算工具；运算器纸和笔：记录、输入/输出数据；存储器、I/O人的操作控制：控制器。,2）计算机组成运算器：算盘；控制器：人的大脑；存储器：纸；输入设备；输出设备。笔,第一章绪论1.3计算机基础,CPU：(CentralProcessingUnit)中央处理单元、微处理器运算器控制器，完成运算、控制作用；微型计算机,输入设备,存储器,输出设备,运算器,控制器,第一章绪论1.3计算机基础,3）微型计算机简化结构,存储器,CPU,I/O接口,I/O设备,数据总线,地址总线,控制总线,第一章绪论1.3计算机基础,A-BUS：地址总线直接指定存储器地址和外部I/O接口地址，单向；8位：256（00-FFH）16位：65535（0000-FFFFH）,D-BUS：数据总线实现CPU、存储器、I/O口之间的数据、指令交换，双向。读、写、浮空状态。8、16位。,C-BUS：控制总线每根线有确定的意义，单向。,第一章绪论1.3计算机基础,2.CPU结构,内部单总线结构、分时操作；外部采用三总线A、B、C-BUS。,CPU,控制器,运算器,ALU,寄存器部件：A、F、DB等,ID,PC,PLA,IR,第一章绪论1.3计算机基础,1）ALU算术逻缉部件（ArithmeticLogicUnit）进行算术、逻缉运算，CPU中最主要的部件。,2）A（ACC）累加器AccumulatorALU无寄存功能。凡运算时，操作数之一是A的数。许多指令是关于A的。,3）PC程序计数器（ProgramCounter）存放要读取的指令所在地址的一个专用寄存器。二种功能：具有计数（加1）接受信息。,第一章绪论1.3计算机基础,5）AB和DB（AddressBuffer、DataBuffer）地址缓冲器、数据缓冲器协调CPU与存储器、I/O设备之间的速度、位数等差异.,4）状态标志寄存器FLAG保存计算机执行一条指令后所处的状态信息。不同的计算机，标志有所不同。常用的标志：CY、AC、S、P、Z、OV,第一章绪论1.3计算机基础,7）指令寄存器IR（InstructionRegister）存放正要被执行的指令。指令IR（操作码）ID产生相应操作控制命令。,6）寄存器阵列RA（RegisterArray）通用寄存器、堆栈指针、变址指针、中断页地址指针等,8）指令译码器ID（InstructionDecoder）操作码翻译码产生控制命令,第一章绪论1.3计算机基础,9）可编程逻缉阵列PLA（ProgrammableLogicArray）接受ID、FALG及外设送来的信号；发出各种内部、外部控制信号；内部：运算、数据传送；外部：R/W，ALE.,3.存储器（Memory）,内存储器：半导体存储器ROM、EPROM、EEPROM、RAM外存储器：磁带、磁盘等,第一章绪论1.3计算机基础,随机读取存储器：静态、动态,1)RAM的概念（RandomAccessMemory)a.示意图,RAM,AB,R/W,CS,DB,DB,第一章绪论1.3计算机基础,b.结构图8位字长的存储器结构图（地址线8位）,控制电路,AB,R/