单片机 第1章 计算机应用概述.ppt

1、单片机原理与应用Principles and Application of Microcontroller,讲授：冯 毅,安徽水电学院 电子信息工程系,学习要求： 上课记笔记 独立完成作业 认真做好实验 学习方法：动手实践 Practice is a best way to learning.,第一章 计算机应用概述,1.1 计算机的发展简史 1.2 单片机概述 1.3 数制及数码,内容提要:,1.1 计算机发展与应用,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ENIAC。 1958-1964: 第二代晶体管计算机。磁芯作主存

2、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。使用半导体存储器，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。,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),

3、计算机的应用概况,1科学计算：人造卫星轨迹， 天气预报等 2数据处理 ：企业管理、情报检索等 3自动控制 ：航天飞行、火星探测等现场控制等 4辅助设计和制造 5系统仿真 6智能模拟 7计算机网络与信息高速公路,微型计算机的术语,位（bit）、字节（Byte）、字（Word）和其他，其中： 1Byte = 8bit 1KB = 1024Byte 1MB = 1024KB 1GB = 1024MB ,计算机的组成,硬件 ： 主机 CPU； 主存储器； 总线； 输入/输出接口。 外部设备 软件,1.2 单片机概述,一、什么是单片机 单片机就是单片微型计算机(Single-Chip Microcomp

4、uter)。 微型计算机系统的硬件部分通常由五部分组成:,输入设备,运算器,输出设备,控制器,存储器,这种计算机系统通常由多块印刷电路板制成：,CPU,CPU芯片,内存条,存储器接口,存储器芯片,输入输出接口,输入输出接口 芯片,定时计数器 芯片,A/D、D/A 芯片,单板机,印 刷 电 路 板,单 硅 晶 片,CPU,存储器,控制电路,定时器,时钟电路,I / O口,单片机,（1）体积小，重量轻； （2）可靠性高，运行速度快，抗干扰能力强； （3）控制功能强，使用灵活，性价比高； （4）易扩展，易于开发； （5）受集成度限制，片内存储器容量较小，一般 内ROM在8KB以下，内RAM在256B

5、以内。,单片机是应工业测控的需要而诞生的,它的结构与指令功能都是按照工业控制要求设计的,故又称单片微控制器(Single Chip Microcontroller)。,单片机特点：,以单片机为核心的应用系统广泛应用于： 家用电器； 工业过程控制； 仪器仪表； 智能武器； 航空、汽车等领域。,二、单片机系统的组成,单片机系统,昌斌,MCS-51系列单片机是因特公司1980推出的高档8位机 分为二个子系列，、三个版本：,1.3 数制及数码,计算机只识别和处理数字信息，数字是以二进制数的形式表示的。它易于物理实现，同时，资料存储、传送和处理简单可靠；运算规则简单，使逻辑电路的设计、分析、综合方便，使

6、计算器具有逻辑性。 一、数制 1、常用数制 （1.）十进制数： 1985 = 1000+900+80+5 = 1103+9102+8101+5100 特点：有0 9 十个不同的符号。 逢十进一。 一般用下脚标 D 表示，如 1985D ,或无下脚标。,（ 2.）二进制数： 特点：有0，1两个不同的符号。 逢二进一。二进制数的下脚标为B 例如：对于整数， 1001B=123+022+021+120 = 9D 对于小数， 0.101B = 12-1 + 02-2 + 12-3 = 0.625D 二进制数每一位的权是：以小数点分界， .24 , 23 , 22 , 2 1, 2 0 . 2 -1,

7、2 -2, 2 - 3, ,（ 3.）十六进制数： 有0 9 ，A,B,C,D,E,F 共十六个不同的符号。 逢十六进位。用下脚标 “H” 表示十六进制数。 例：327 H = 3162+2161+7160 = 807D 3AB . 11H = 3162+A161+B160+1161+116-2 =939 . 0664 D,2、数制的转换 （1.）二进制转换为十进制数 方法: 按权展开。 111.101B =122+12 1+12 0 +1 2 -1 +0 2 -2 +1 2 3 =4+2+1+0.5+0.125 =7.625D （2.）十进制数转换为二进制数 方法： 整数部分除二取余，小数部

8、分乘二取整,45 余数,22,1,11,0,5,1,2,1,1,0,0,1,2,2,2,2,2,2,即 45 = （101101）2,例1、将十进制数45转换成二进制数。,例2：十进制小数部分的转换: 乘二取整,0.6875,2,最高位 取 1 1.3750,0.375, 2,取 0 0.750, 2,取 1 1. 50,0.5, 2,最低位 取 1 1. 0,从上至下写成从左至右,1011,0.6875D = 0.,B,二进制数转换成八进制数与上述类似。,（ 3.）十六进制数与二进制数之间的转换:,十六进制数转换为二进制： 9 A B . 7 C 5 H,1001 1010 1011 . 0

9、111 1100 0101B,二进制数转换十六进制数: 0001 1011 1110 0011 . 1001 0111 1000B,1 B E 3 . 9 7 8H,二、数码 1、机器数与真值 机器只认识二进制数：0、1。 这是因为，电路状态常常有两种情况， 如：电路的通、断； 高电平、低电平；可用0、1表示。 在机器中，这种0、1、0、1的表现形式称为机器数。 机器数分为无符号数、带符号数。 无符号数如：00000001、10010011、01010010、 等等，范围：00H FFH。 有符号数如：+1010110B、-1101001B、等等,01010110B、,11101001B,2、

10、机器数的编码及运算 对带符号数而言，有原码、反码、补码之分，计算机内一般使用补码。 （1）原码 将数“数码化”，原数前“+”用0表示，原数前“-”用1表示，数值部分为该数本身，这样的机器数叫原码。 设X原数；则X原 = X（X0） X原 = 2n-1 X （X0），n为字长的位数。 如，+3原 = 00000011B -3原 = 27 - （-3） = 10000011B 0有两种表示方法：00000000 +0 10000000 -0 原码最大、最小的表示：+127、-128,（2）反码 规定正数的反码等于原码；负数的反码是将原码的数值位各位取反。 X反 = X （X0） X反 =（2n 1

11、）+ X （X0）如， +4反 = +4原 = 00000100 B -4反=(281)+(-5)=11111111-00000101= 11111010 B 反码范围：-128 +127 两个0： +0 00000000 B -0 11111111 B,运用补码可使减法变成加法。 规定：正数的补码等于原码。 负数的补码求法：1）反码 + 1 2）公式：X补 = 2n + X （X0） 如，设X = - 0101110 B ， 则X原 = 10101110 B 则X补 = X反 + 1 = 11010001 + 00000001 = 11010010 B 如，+6补 = +6原 = 00000

12、110 B -6补 = 28 + （-6） = 10000000 00000110 = 11111010 B 8位补码的范围 128 +127。 0 的个数：只一个，即00000000 而10000000 B是-128的补码。 原码、反码、补码对照表：见下表,（3）补码 补码的概念：现在是下午3点，手表停在12点，可正拨3点，也可倒拨9点。即是说-9的操作可用+3来实现，在12点里：3、-9互为补码。,八位二进制数所能表示的数据范围 机器数 无符号数 原码 反码 补码 00000000 0 +0 +0 +0 00000001 1 +1 +1 +1 . . . . . 01111111 127

13、+127 +127 +127 10000000 128 -0 -127 -128 10000001 129 -1 -126 -127 . . . . . . . . . . 11111110 254 -126 -1 -2 11111111 255 -127 -0 -1,十进制数的编码 对机器：二进制数方便， 对人 ：二进制数不直观，习惯于十进制数。 在编程过程中，有时需要采用十进制运算，但机器不认识十进制数。 怎么办？ 可以将十进制的字符用二进制数进行编码： 00000 5 0101 1010 1111 1 0001 6 0110 1011 2 0010 7 0111 1100 3 0011

14、8 1000 1101 4 0100 9 1001 1110 这叫做二进制数对十进制编码BCD码。 上述每4位二进制数表示一个十进制字符，这4位中各位的权依次是： 8、4、2、18421 BCD码。,BCD码的运算： 例、 1 8 +） 3 2 1,0 0 0 1 1 0 0 0 +）0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 1 1 0 1 1 B是非BCD码（错）,需进行十进制调整： 0 0 0 1 1 0 0 0 +）0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 1 1 0 1 1 （个位大于9，应进1） +） 0 1 1 0 （加6使进1） 0 0 1 0 0 0 0 1 （结果形如21

15、）,BCD码加法规则： 两个BCD数相加时，“某位”的和小于10则保持不变； 两个BCD数相加时，“某位”的和大于9，则和数应加6修正。 BCD码减法规则： 两个BCD数相减时，“某位”的差未发生借位，则差数保持不变； 两个BCD数相减时，“某位”发生了借位，其差应减6修正。 这里“某位”指BCD数中的“个位”、“十位”、“百位”、,加法举例： 0 1 1 0 0 1 0 1 （6 5） +）1 0 0 1 0 1 1 1 （97） 1 1 1 1 1 1 0 0 +）0 1 1 0 0 1 1 0 （加66调整） 1 0 1 1 0 0 0 1 0 （162） 减法举例： 0 0 1 1 0 1 0 0 （3 4） -） 0 0 0 1 0 1 0 1 （15） 0 0 0 1 1 1 1 1 -） 0 1 1 0 （减6调整） 0 0 0 1 1 0 0 1 （29）,字符信息的表示 计算机能识别0、1、0、1、；这些0、1、0、1、有的 代表数值，有的仅代表要处理的信息（如字母、标点符号、 数