系列单片机概述学习教案

1、会计学1系列系列(xli)单片机概述单片机概述第一页，共42页。n微型化微型化 便携式、低功耗便携式、低功耗n巨型化巨型化 尖端科技领域的信息处理，需要超大容量、高速尖端科技领域的信息处理，需要超大容量、高速度度n智能化智能化 模拟模拟(mn)人类大脑思维和交流方式，多种处理人类大脑思维和交流方式，多种处理能力能力n系列化、标准化系列化、标准化 便于各种计算机硬、软件兼容和升级便于各种计算机硬、软件兼容和升级n网络化网络化 网络计算机和信息高速公路网络计算机和信息高速公路n多机系统多机系统 大型设备、生产流水线集中管理大型设备、生产流水线集中管理(独立控制、独立控制、故障分散、资源共享故障分散

2、、资源共享)第2页/共42页第二页，共42页。微处理器(Microprocessor,简称(jinchng)MP或P)微型计算机(Microcomputer,简称MC或C)微型计算机系统（Microcomputer System，简称MCS或CS）第3页/共42页第三页，共42页。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)

3、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页第四页，共42页。n字长字长(z chn)(z chn)：CPUCPU并行处理二进制的数据位数并行处理二进制的数据位数n 8 8位机、位机、1616位机、位机、3232位机和位机和6464位机。位机。内存容量：内存存储单元(cn ch dn yun)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、

4、100MHz、300MHz。内存存取周期：内存读写速度 50nS 、70nS 、200nS 。第5页/共42页第五页，共42页。19711973 第一代 4位或8位低档(ddng)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(wixng)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 32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页第六页，共42页。n单片机即单片机微型计算机，是将计算机主机单片机即单片机微型计算机，是将计算机主机(CPU、内存和内存和I/O接口接口(j

5、i ku)集成在一小块硅片上的微型集成在一小块硅片上的微型机。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(yngyng)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(yngyng)系统。第7页/共42页第七页，共42页。单片机开发系统有单片单板机和仿真器。实现(shxin)单片机 应用系统的硬、软件开发。第8页/共42页第八页，共42页。1976-1978 初级8位单片机 Intel MCS-48 系列1978- 高档(godng)8位单片机 Intel MCS-51系列：-51子系列：80

6、31/8051/8751-52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(xli)8098/8096、80C198/80C19632位单片机 80960第9页/共42页第九页，共42页。介绍计算机中数的表示方法(fngf)和基本运算方法(fngf)。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000000810008100011910019200102101010A300113111011B401004121100C501015131101D60

7、1106141110E701117151111F第10页/共42页第十页，共42页。一. 十进制ND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. 二进制NB两个数码:0、1, 逢二进一。二进制为机器中的数据形式。三. 十六进制(sh li jn zh)NH十六个数码:09, AF, 逢十六进一。十六进制(sh li jn zh)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页第十一页，共42页。一. 十进制ND有十个数码：09，逢十进一。例 1234.5=1103+2102+3101+

8、4100+510-1加权展开式以10称为基数(jsh)，各位系数为09。一般表达式： ND=dn-110n-1+dn-210n-2+d0100+d-110-1+第12页/共42页第十二页，共42页。二. 二进制NB两个数码(shm)：0、1, 逢二进一。例 1101.101=123+122+021+120+12-1+02-2+12-3 加权展开式以2为基数，各位系数为0、1。一般表达式： NB = bn-12n-1+bn-22n-2+b020+b-12-1+第13页/共42页第十三页，共42页。三三. .十六进制十六进制NHNH十六个数码十六个数码(shm)0(shm)09 9、A AF F，

9、逢十六进一。，逢十六进一。例：例：DFC.8=13DFC.8=13162+15162+15161 +12161 +12160 +8160 +816-1 16-1 展开式以十六为基数，各位系数为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：一般表达式：NH=hn-1NH=hn-116n-1+ hn-216n-1+ hn-216n-2+ h016n-2+ h0160+h-1160+h-116-1+16-1+第14页/共42页第十四页，共42页。 进位计数制的一般表达式： Nr= an-1rn-1+an-2rn-2+ +a1r1a0r0a-1r-1a-mr-m 一个(y )r

10、1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。n先展开，然后按照十进制运算法则求和。先展开，然后按照十进制运算法则求和。举例：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页第十五页，共42页。3AF.2H = 0011 1010 1111.0010 = 1110

11、101111.001B 3 A F 21111101.11B = 0111 1101.1100 = 7D.CH 7 D C第16页/共42页第十六页，共42页。n整数、小数分别转换整数、小数分别转换 n1.1.整数转换法整数转换法n“除基取余除基取余”：十进制整数不断：十进制整数不断(bdun)(bdun)除以转换进制基数，直至商为除以转换进制基数，直至商为0 0。每除一次取一个余数，从低位排向高位。举例：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

12、 2 0 （ b4） 2 1 1 （ b5） 0 2. 208转换成十六进制(sh li jn zh)数 208 = D0H16 208 余 016 13 余 13 = DH 0第17页/共42页第十七页，共42页。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(sh li jn zh)数 0.625 16 = 10.0 0.625 = 0.AH3. 208.625 转换成十六进制(sh li jn zh)数208.625 = D0.AH第18页/共

13、42页第十八页，共42页。 机器(j q)中，数的符号用“0”、“1” 表示。 最高位作符号位，“0”表示“+”，“1”表示“-”。n机器数：机器中数的表示形式，机器数：机器中数的表示形式，( (其位数通常为其位数通常为8 8的倍数的倍数) ) n真值：真值： 机器数所代表的实际数值。机器数所代表的实际数值。n举例举例: :一个一个8 8位机器数与它的真值对应关系如下：位机器数与它的真值对应关系如下： 真值：真值：X1=+84=+1010100B X2=-84= -1010100B X1=+84=+1010100B X2=-84= -1010100B 机器数：机器数： X1X1机机= 0101

14、0100 X2= 01010100 X2机机= 11010100= 11010100机器数的特点：1、机器数的正负号数值化。2、机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页第十九页，共42页。几个常用(chn yn)的术语：1、位（Bit）：2、字节(z ji)（Byte）：3、字（Word）：4、字长(z chn)（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

15、）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页第二十页，共42页。有符号数通常使

16、用三种表示方法：原码(yun m)、反码、补码(二)原码(yun m)(True Form)n最高位为符号位，最高位为符号位，0表示表示 “+”，1表示表示“”。n数值位与真值数值位相同。数值位与真值数值位相同。n 例例 8位原码机器数：位原码机器数：n 真值：真值： x1 = +1010100B x2 = 1010100B n 机器数：机器数：x1原原= 01010100 x2原原= 11010100n原码表示简单直观原码表示简单直观,但但0的表示不唯一，加减运算的表示不唯一，加减运算(yn sun)复杂。复杂。第21页/共42页第二十一页，共42页。（三）反码(fn m)（Ones Com

17、plement）n正数的反码与原码表示相同。正数的反码与原码表示相同。 n负数负数(fsh)反码符号位为反码符号位为 1，数值位为原码数值各位取反。，数值位为原码数值各位取反。n例例 8位反码机器数：位反码机器数： n x= +4： x原原= 00000100 x反反= 00000100n x= -4 ： x原原= 10000100 x反反= 11111011（四）补码（四）补码(b m)（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= 00000100 x=-4 x原 = 100001

18、00 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页第二十二页，共42页。数的补码与数的补码与“模模”有关有关“模模”即计数系统即计数系统(xtng)的量程。的量程。 当当X0，X补补= 模模-X。 举例：钟表对时。举例：钟表对时。设时钟系统设时钟系统“模模”为为12，标准，标准(biozhn)时间为时间为7点整。点整。9+-2补 = 9+10 = 7+12 = 7(舍弃(sh q)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

19、页第二十三页，共42页。8位机器位机器(j q)数表示的真值数表示的真值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00017F80FEFF00000000000000010111111110000000111111101111111101127128254255+0+1+127- 0-126-127+0+1+127- 127- 1- 0+0+1+127-128- 2- 1第24页/共42页第二十四页，共42页。1)X1=+127，X2=-127，求，求X原原 、X补补 X1原原=X1补补=01111111= 7FH X2原原=11111111= FFH X2补补=10000001=

20、 81H 2)X1=+255，X2=-255 ，求，求X原原 、X补补 X1原原=X1补补=0000000011111111= 00FFH X2原原=1000000011111111= 80FFH X2补补=1111111100000001= FF01H 第25页/共42页第二十五页，共42页。1) X1原原= 59H，X2原原= D9H，求真值？，求真值？ X1原原= X1原原= X1= +1011001B=+89 X2= -1011001B =-89 2) X1补= 59H，X2补= D9H，求真值 X1= +1011001B =+89 X2=-0100111B =-3901011001

21、11011001第26页/共42页第二十六页，共42页。1)定点定点(dn din)整数：小数点固定在数值位之后。整数：小数点固定在数值位之后。2)定点定点(dn din)小数：小数点固定在数值位之前符号位小数：小数点固定在数值位之前符号位之后。之后。举例：求定点举例：求定点(dn din)机器数机器数5AH表示的真值。表示的真值。 用定点用定点(dn din)整数表示的真值：整数表示的真值：+ 1011010 用定点用定点(dn din)小数表示的真值：小数表示的真值：+0.101101第27页/共42页第二十七页，共42页。 二进制数浮点表示：二进制数浮点表示：B = S2J S尾数尾数(

22、wish)，为小数或整数。，为小数或整数。J阶码，为整数阶码，为整数举例：求双字节(z ji)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页第二十八页，共42页。例X1=+13，Y1=+6，X2=-13，Y2=-6，求X1+Y1、X2+Y2解求X1补、 Y1补、X2补、Y2补00001101 +13补11110011 -13补 + 00000110

23、+6补 + 11111010 -6补00010011 +19补 1 11101101-19补 进位为模，舍弃第29页/共42页第二十九页，共42页。2.补码减法(jinf)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(jnwi)为模，舍弃第30页/共42页第三十页，共42页。1. 1. 加法

24、运算：直接加法运算：直接(zhji)(zhji)相加。相加。 2. 2. 减法运算：减法运算：变补相加变补相加。例：例： X=150=96H X=150=96H，Y=10=0AHY=10=0AH，计算，计算X+Y=X+Y=？X-Y=X-Y=？ 10010110 150 10010110 150 10010110 10010110 150150 + 00001010 + 10 + 11110110 - 10 + 00001010 + 10 + 11110110 - 10 10100000 160 10100000 160 110001100 110001100 140140 进位为模，舍弃进位为

25、模，舍弃变补相加计算(j sun)减法:当最高位产生进位，实际无借位；反之有借位。第31页/共42页第三十一页，共42页。n机器数 无符号数 补码：n 10010110 150 -106 + 00001010 + 10 + +10 10100000 160 -96 n无符号数与补码运算(yn sun)的溢出判断方法却不同。第32页/共42页第三十二页，共42页。n例：例：X=74= 4AHX=74= 4AH，Y=216= D8HY=216= D8H，求，求X+Y=X+Y=？和？和X-Y=X-Y=？n01001010 01001010 74 74 0100101001001010 74 74 +

26、 11011000 + + 11011000 + 216 + 00101000216 + 00101000 - 216 - 216 1 10010001000100010 34 0 34 0 01110010 01110010 114 114n溢出使结果溢出使结果(ji gu)(ji gu)出错。加法有进位，结果出错。加法有进位，结果(ji (ji gu)gu)应为应为290290；n减法无进位则有借位，结果减法无进位则有借位，结果(ji gu)(ji gu)负数补码。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/

27、共42页第三十三页，共42页。例例X1=+45X1=+45，Y1=+46Y1=+46，X2=+90X2=+90，Y2=+107Y2=+107，求，求X1+Y1X1+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(y ch) 负数，有溢出(y ch)正数相加，同时无进位：Cy6 =0、Cy7=0，则无溢出(y ch)；不同时有进位，则有溢出(y ch)，结果出错。第34页/共42页第三十四页，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(tngsh)有进位：Cy6 =1、Cy7=1