系列单片机概述PPT课件

1、1-11-1-1 发展概况1946-1958 第一代电子管计算机。磁鼓存储器，机器语言、汇编语言编程。世界上第一台数字计算机ENIAC1946年由美国宾夕法尼亚大学研制 ENIAC（Electronic Numerical Integrator And calculator），运算速度 5000次/秒，功耗150kw/h，占地170m2 ，造价100万美元。1958-1964 第二代晶体管计算机磁芯作主存储器, 磁盘作外存储器，开始使用高级语言编程。1964-1971 第三代集成电路计算机半导体存储器，出现多终端计算机和计算机网络。1971- 第四代大规模集成电路计算机出现微型计算机、单片微型

2、计算机，外部设备多样化。1981- 第五代人工智能计算机模拟人的智能和交流方式。第1页/共42页1-1-2 计算机发展趋势 微型化 便携式、低功耗 巨型化 尖端科技领域的信息处理，需要超大容量、高速度 智能化 模拟人类大脑思维和交流方式，多种处理能力 系列化、标准化 便于各种计算机硬、软件兼容和升级 网络化 网络计算机和信息高速公路 多机系统 大型设备、生产流水线集中管理(独立控制、故障分散、资源共享)第2页/共42页1-1-3 微型计算机组成结构微处理器(Microprocessor,简称MP或P)微型计算机(Microcomputer,简称MC或C)微型计算机系统（Microcompute

3、r System，简称MCS或CS）第3页/共42页1-1-3 微型计算机组成结构硬件微型计算机（主机）微处理器 (CPU)软件外围设备运算器控制器存储器 (内存)RAMROM外部设备辅助设备 输入设备(键盘、扫描仪、语音识别仪) 输出设备(显示器、打印机、绘图仪、) 辅助存储器(磁带、磁盘、光盘)输入/输出接口(PIO、SIO、CTC、ADC、DAC) (I/O接口) 总线 (AB、DB、CB)系统软件(操作系统，编辑、编译程序，故障诊断,监控程序)应用软件(科学计算，工业控制，数据处理)程序设计语言(机器语言、汇编语言、高级语言)电源电路时钟电路第4页/共42页1-1-4 字长：CPUCP

4、U并行处理二进制的数据位数 8 8位机、1616位机、3232位机和6464位机。内存容量：内存存储单元数 容量单位：1K=210=1024，1M=220=1KK 8K、64K、16M、64M。运算速度：CPU处理速度时钟频率、主频、每秒运算次数 6MHz、12MHz、24MHz、100MHz、300MHz。内存存取周期：内存读写速度 50nS 、70nS 、200nS 。第5页/共42页19711973 第一代 4位或8位低档微处理器和微型计算机时代19741978 第二代 8位中高档微处理器和微型计算机时代19781984 第三代 16位微处理器和微型计算机时代19851991 第四代 3

5、2位微处理器和微型计算机时代1992以后 第五代 奔腾系列微处理器和微型计算机时代第6页/共42页 单片机即单片机微型计算机，是将计算机主机(CPU、内存和I/O接口)集成在一小块硅片上的微型机。单片机为工业测控而设计，又称微控制器。具有三高优势(集成度高、可靠性高、性价比高)。主要应用于工业检测与控制、计算机外设、智能仪器仪表、通讯设备、家用电器等。 特别适合于嵌入式微型机应用系统。第7页/共42页单片机开发系统有单片单板机和仿真器。实现单片机 应用系统的硬、软件开发。第8页/共42页1976-1978 初级8位单片机 Intel MCS-48 系列1978- 高档8位单片机 Intel M

6、CS-51系列：-51子系列：8031/8051/8751-52子系列：8032/8052/8752低功耗型80C31高性能型80C252廉价型89C2051/10511983- 16位单片机 Intel MCS-96 系列8098/8096、80C198/80C19632位单片机 80960第9页/共42页1-4数制与编码 介绍计算机中数的表示方法和基本运算方法。 表 1-2-1 不同进位记数制对照表十进制二进制十六进制十进制二进制十六进制000000810008100011910019200102101010A300113111011B401004121100C501015131101D6

7、01106141110E701117151111F第10页/共42页一. 有十个数码09、逢十进一。十进制用于计算机输入输出，人机交互。二. 两个数码:0、1, 逢二进一二进制为机器中的数据形式。三. 十六个数码:09, AF, 逢十六进一。十六进制用于表示二进制数。不同进位制数以下标或后缀区别,十进制数可不带下标。如:101、101D、101B、101H、101H第11页/共42页 一. 十进制ND 有十个数码：0 09 9，逢十进一。例 1234.5=11234.5=110103 3+2+210102 2+3+310101 1+4+410100 0+5+51010-1-1 加权展开式以10

8、10称为基数，各位系数为0 09 9。一般表达式： ND=dND=dn-1n-11010n-1n-1+d+dn-2n-21010n-2n-2+d+d0 010100 0+d+d-1-11010-1-1+第12页/共42页 二. 二进制NBNB 两个数码：0 0、1, 1, 逢二进一例 1101.101=11101.101=12 23 3+1+12 22 2+0+02 21 1+1+12 20 0+1+12 2-1-1+0+02 2-2-2+1+12 2-3-3 加权展开式以2 2为基数，各位系数为0 0、1 1。一般表达式： NB = bNB = bn-1n-12 2n-1n-1+b+bn-2

9、n-22 2n-2n-2+b+b0 02 20 0+b+b-1-12 2-1-1+第13页/共42页三. .十六进制NHNH 十六个数码0 09 9、A AF F，逢十六进一。例：DFC.8=13DFC.8=1316162 2+15+1516161 1 +12 +1216160 0 +8 +81616-1-1 展开式以十六为基数，各位系数为0 09 9，A AF F。一般表达式：NH=hNH=hn-1n-11616n-1n-1+ h+ hn-2n-21616n-2n-2+ h+ h0 016160 0+h+h-1-11616- -1 1+第14页/共42页1-4-2 进位计数制的一般表达式：

10、Nr= an-1rn-1+an-2rn-2+ +a1r1a0r0a-1r-1a-mr-m 一个r1进制的数转换成r2进制数的方法：先展开，然后按r2进制的运算法则求和计算。 先展开，然后按照十进制运算法则求和。举例：1011.1010B=11011.1010B=12 23 3+1+12 21 1+1+12 20 0+1+12 2-1-1+1+12 2-3-3=11.625=11.625DFC.8H =13DFC.8H =1316162 2+15+1516161 1+12+1216160 0+8+81616-1-1=3580.5=3580.5第15页/共42页 （二）二进制与十六进制数之间的转换

11、 2 24 4=16 =16 ，四位二进制数对应一位十六进制数。 举例：3AF.2H = 0011 1010 1111.0010 = 1110101111.001B 3 A F 21111101.11B = 0111 1101.1100 = 7D.CH 7 D C第16页/共42页 整数、小数分别转换 1.1.整数转换法“除基取余”：十进制整数不断除以转换进制基数，直至商为0 0。每除一次取一个余数，从低位排向高位。举例：1. 39转换成二进制数39 =100111B2 39 1 （ b0） 2 19 1 （ b1） 2 9 1 （ b2） 2 4 0 （ b3） 2 2 0 （ b4） 2

12、1 1 （ b5） 0 2. 208转换成十六进制数 208 = D0H16 208 余 016 13 余 13 = DH 0第17页/共42页2. 小数转换法 “乘基取整”：用转换进制的基数乘以小数部分，直至小数为0 0或达到转换精度要求的位数。每乘一次取一次整数，从最高位排到最低位。举例：1. 0.625转换成二进制数0.625 2 1.250 1 (b-1) 2 0.5 0 0 (b-2) 2 1.0 1 (b-3) 0.625 = 0.101B2. 0.625转换成十六进制数 0.625 16 = 10.0 0.625 = 0.AH3. 208.625 转换成十六进制数208.625

13、= D0.AH第18页/共42页1-4-3 机器中，数的符号用“0”、“1” 表示。 最高位作符号位，“0”表示“+”，“1”表示“-”。 机器数：机器中数的表示形式，( (其位数通常为8 8的倍数) ) 真值： 机器数所代表的实际数值。 举例: :一个8 8位机器数与它的真值对应关系如下： 真值：X1=+84=+1010100B X2=-84= -1010100B X1=+84=+1010100B X2=-84= -1010100B 机器数： X1X1机= 01010100 X2= 01010100 X2机= 11010100= 11010100机器数的特点：1、机器数的正负号数值化。2、机

14、器数所能表示数的范围受到机器（计算机）字长的限制。3、小数点不能直接标出，需要按一定方式约定小数点的位置。第19页/共42页几个常用的术语：1、位（Bit）：2、字节（Byte）：3、字（Word）：4、字长（Word Length）：只有“1”和“0” ，计算机所能表示的最小数据单位一个8位二进制数称为一个字节 ，数据处理的最小单位，即以字节为单位存储和解释信息。1KB=210=1024Bytes（字节）1MB=210KB=220字节=1048576（字节）1GB=210MB=230字节=1073741824（字节）1TB=210GB=240字节=1099511627776（字节）Cpu通过

15、内部数据总线一次存取、加工和传送的数据长度称为字；通常一个16位二进制数（2个字节）称为一个字，四个字节称为双字。指字的二进制数的位数。是计算机一次所能处理的实际位数的长度,是衡量性能的重要指标.8位微处理器的字长为8位,每个字由1个字节构成16位微处理器中,每个字由2个字节构成32位微处理器中,每个字由4个字节构成32位微处理器中,每个字由8个字节构成第20页/共42页有符号数通常使用三种表示方法：原码、反码、补码(二)原码(True Form) 最高位为符号位，0表示 “+”，1表示“”。 数值位与真值数值位相同。 例 8位原码机器数： 真值： x1 = +1010100B x2 = 10

16、10100B 机器数： x1原= 01010100 x2原= 11010100 原码表示简单直观,但0的表示不唯一，加减运算复杂。第21页/共42页（三）反码（Ones Complement） 正数的反码与原码表示相同。 负数反码符号位为 1，数值位为原码数值各位取反。例 8位反码机器数： x= +4： x原= 00000100 x反= 00000100 x= -4 ： x原= 10000100 x反= 11111011（四）补码（Twos Complement）正数的补码表示与原码相同。 负数补码的符号位为1，数值位等于反码加1。例：求 8位补码机器数：x=+4 x原=x反=x补= 0000

17、0100 x=-4 x原 = 10000100 x反 = 11111011 x补 = 11111100补码表示的优点：0的表示唯一，加减运算方便。第22页/共42页数的补码与“模”有关“模”即计数系统的量程。 当X0，X补= 模-X。 举例：钟表对时。设时钟系统“模”为12，标准时间为7点整。9+-2补 = 9+10 = 7+12 = 7(舍弃模)8位二进制数的模为： 28 = 256当X0，X补= 28 -X = 256 -X= 255 -X+1 = X反码 + 1 第23页/共42页8位机器数表示的真值8 位机器数有符号数十六进制二进制无符号数原码反码补码00017F80FEFF00000

18、000000000010111111110000000111111101111111101127128254255+0+1+127- 0-126-127+0+1+127- 127- 1- 0+0+1+127-128- 2- 1第24页/共42页 真值机器数1)X1=+127，X2=-127，求X原 、X补 X1原=X1补=01111111= 7FH X2原=11111111= FFH X2补=10000001= 81H 2)X1=+255，X2=-255 ，求X原 、X补 X1原=X1补=0000000011111111= 00FFH X2原=1000000011111111= 80FFH X

19、2补=1111111100000001= FF01H 第25页/共42页 机器数真值注意机器数表示（原码、补码） 注意机器数符号位1) X1原= 59H， X2原= D9H，求真值？ X1原= X1原= X1= +1011001B=+89 X2= -1011001B =-89 2) X1补= 59H，X2补= D9H，求真值 X1= +1011001B =+89 X2=-0100111B =-3901011001 11011001第26页/共42页1)定点整数：小数点固定在数值位之后。2)定点小数：小数点固定在数值位之前符号位之后。 举例：求定点机器数5AH表示的真值。 用定点整数表示的真值：

20、+ 1011010 用定点小数表示的真值：+0.101101第27页/共42页 二进制数浮点表示：B = S2J S尾数，为小数或整数。J阶码，为整数举例：求双字节浮点机器数表示的真值 00000101(阶码) 00001101(尾数) 当S为纯整数：B= +110100000B = +416 当S为纯小数：B= +11.01B = +3.25规格化浮点表示：使数值最高位为有效数值位。例 规格化浮点数： 0000001001101000第28页/共42页1-4-5 运算方法 1.补码加法运算：X+Y补=X补+Y补 例X1=+13，Y1=+6，X2=-13，Y2=-6，求X1+Y1、X2+Y2解

21、求X1补、 Y1补、X2补、Y2补00001101+13补11110011 -13补 + 00000110 +6补 + 11111010 -6补00010011+19补 1 11101101-19补 进位为模，舍弃第29页/共42页2.补码减法运算：X-Y补=X补-Y补=X补+-Y补例X1=+6，Y1=+8，X2=-6，Y2=-8，求X1-Y1、X2-Y2解求X1补、 Y1补、 -Y1补、X2补、Y2补、-Y2补00000110 +6补 11111010 -6补 + 11111000 -(+8)补 + 00001000 -(-8)补11111110-2补 1 00000010 +2补 进位为模

22、，舍弃第30页/共42页1. 1. 加法运算：直接相加。 2. 2. 减法运算：变补相加。例： X=150=96HX=150=96H，Y=10=0AHY=10=0AH，计算X+Y=X+Y=？X-Y=X-Y=？ 10010110150 10010110 150 10010110 150 + 00001010+ 00001010 + 10+ 10 + 11110110+ 11110110 - 10- 10 10100000 160 10100000 160 110001100 140 110001100 140 进位为模，舍弃变补相加计算减法:当最高位产生进位，实际无借位

23、；反之有借位。第31页/共42页机器数 无符号数 补码： 1001011010010110 150150 -106 -106 + + 0000101000001010 + 10+ 10 + +10+ +10 10100000 10100000 160160 - -9696 无符号数与补码运算的溢出判断方法却不同。第32页/共42页无符号数溢出判断最高位是否产生进位或借位。 例：X=74= 4AHX=74= 4AH，Y=216= D8HY=216= D8H，求X+Y=X+Y=？和X-Y=X-Y=？01001010 01001010 74 74 01001010 01001010 74 74 +

24、11011000+ 11011000 + 216+ 216 + + 0010100000101000 - 216- 216 1 1 0010001000100010 34 34 0 0 01110010 01110010 114 114 溢出使结果出错。加法有进位，结果应为290290； 减法无进位则有借位，结果负数补码。计算机设置进位标志位 Cy 判断无符号数溢出：当数据加/减最高位产生进位/借位，Cy=1；否则,Cy=0。第33页/共42页符号位和最高数值位进位是否相同。例X1=+45X1=+45，Y1=+46Y1=+46，X2=+90X2=+90，Y2=+107Y2=+107，求X1+Y

25、1X1+Y1、X2+Y2X2+Y2解：X1补=2DH，Y1补=2EH，X2补=5AH，Y2补=6BH 00101101 +45补 01011010+ 90补 + 00101110 +46补 + 01101011 +107补 0 01011011 +91补 0 11000101- 补正确，无溢出 负数，有溢出正数相加，同时无进位：Cy6 =0、Cy7=0，则无溢出；不同时有进位，则有溢出，结果出错。第34页/共42页例 X1=-5, Y1=-2，X2=-105,Y2=-91,求X1+Y1、X2+Y2 11111011 -5补10010111-105补 + 11111110 -2补 + 10100101 - 91补 1 11111001-7补 1 00111100+ 补正确，无溢出正数，有溢出。负数相加，同时有进位：Cy6 =1、Cy7=1，则无溢出；不同时有进位，则有溢出，结果出错。计算机设置溢出标志位 OV 判断补码溢出。逻辑关系： OV =Cy6Cy7 当补码加/减产生溢出 OV=1，否则OV=0。第35页/共42页1-4-6 二十进制编码BCDBCD码(Binary Coded Decimal)二进制代码表示的十进制数。例1：求十进制数876的BCD码876BCD = 1000 0111 0110 876 = 36CH = 1101101100B第