《單片機基礎(chǔ)知識》PPT課件.ppt

單片機基礎(chǔ)知識,耿文靜,本人介紹,姓名：耿文靜 年齡：31 教齡：7年 畢業(yè)院校： 天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)自動化系（本科） 四川大學(xué)電子與通信工程專業(yè)（研究生） 擅長授課課程： 單片機、PLC、電工學(xué)、模擬電路、數(shù)字電路。 聯(lián)系方式: 手機QQ 31317946,培養(yǎng)目標,重點掌握,基本能力,單片機應(yīng)用能力,基本知識,基本開發(fā)設(shè)計能力,分析,調(diào)試,設(shè)計,制作,崗位需求和相關(guān)能力,教學(xué)成果體現(xiàn),數(shù)字時鐘溫度計,數(shù)字溫度計,電子琴,智能尋軌小車,返回,單片機芯片實物,芯片內(nèi)部,本部分內(nèi)容,一 單片機概念 二 單片機的內(nèi)部構(gòu)成和外部引腳 三 計算常識補充 四 MCS-51單片機的存儲器,一 單片機概念,什么是單片機？ 單片機即單片微型計算機SCM （Single Chip Microcomputer），是將微型計算機的主要部件CPU、存儲器（RAM、ROM）、I/O接口、定時計數(shù)器、中斷系統(tǒng)等，集成在一片芯片上構(gòu)成的一種計算機芯片，由于應(yīng)用于控制領(lǐng)域，又簡稱微控制器MCU（Microcontroler Unit）。 由于ROM用于儲存程序代碼，因此稱為“程序存儲器”；RAM用于儲存程序執(zhí)行過程中的數(shù)據(jù)，稱為“數(shù)據(jù)存儲器”。,什么是單片機系統(tǒng)？ 由硬件（單片機芯片和外圍電路）、軟件（內(nèi)部程序）構(gòu)成，能完成一定功能的設(shè)備，比如溫度顯示系統(tǒng)、交通燈控制系統(tǒng)等。,單片機的發(fā)展史 1971年 單片機誕生 1976年 Intel公司 8位MCS-48系列 1980年 Intel公司 8位MCS-51系列典型的、完善的、應(yīng)用最廣泛的一個系列。 1983年 Intel公司16位MCS-96系列,小常識1：什么是“位”。 我們通常用“位”來表示計算機的處理速度，究竟什么是位呢，為什么“位”越大代表著處理速度就越快呢？ 在計算機中，一位代表著一個二進制數(shù)，幾位的CPU代表著該CPU一次能處理的二進制數(shù)的長度。,單片機的應(yīng)用 單片機應(yīng)用十分廣泛，大致可分如下幾個范疇： 1.在智能儀器儀表上的應(yīng)用 ：搖床、離心機 2.在工業(yè)控制中的應(yīng)用 ：工廠流水線、各種警報系統(tǒng) 3.在家用電器中的應(yīng)用 ：現(xiàn)在的家用電器基本上都采用了單片機控制，電飯煲、洗衣機、電冰箱、空調(diào)機、彩電五花八門，無所不在。 4.在計算機網(wǎng)絡(luò)和通信領(lǐng)域中的應(yīng)用 ：手機、交換機 5.單片機在醫(yī)用設(shè)備領(lǐng)域中的應(yīng)用 單片機在醫(yī)用設(shè)備中的用途亦相當(dāng)廣泛，例如醫(yī)用呼吸機，各種分析儀，監(jiān)護儀，超聲診斷設(shè)備及病床呼叫系統(tǒng)等等。 6.在各種大型電器中的模塊化應(yīng)用 7.單片機在汽車設(shè)備領(lǐng)域中的應(yīng)用 ：汽車中的發(fā)動機控制器，GPS導(dǎo)航系統(tǒng)，abs防抱死系統(tǒng)，制動系統(tǒng)等等。 此外，單片機在工商，金融，科研、教育，國防航空航天等領(lǐng)域都有著十分廣泛的用途。,二 單片機的內(nèi)部構(gòu)成和外部引腳,單片機的內(nèi)部構(gòu)成,CPU的內(nèi)部構(gòu)造和工作原理,CPU執(zhí)行指令的過程：查詢PC中的地址從ROM對應(yīng)地址中取出指令代碼存入IR進入ID譯碼，確定該指令的功能在控制器的控制下輸出控制信號，執(zhí)行該功能 PC自加1 。重復(fù)上述過程。, 8051單片機的外部引腳,引腳介紹 共40個引腳，4類 （1）電源接口：VCC（40腳）VSS（20腳） （2）時鐘接口：XTAL2（18腳）,XTAL1（19腳） （3）I/O接口：4個8位的并行口P0、P1、P2、P3。 （4）其他引腳： RST（9腳）復(fù)位，高電平有效,小竅門1： 接口助記詞： 奇左偶右，小上大下； 占 4 個角，P3少3腳。 只有P0序號反。,單片機最小系統(tǒng) 任何單片機想要正常工作，都有3個必接的電路：電源電路、時鐘電路、復(fù)位電路。接好這3種電路的單片機系統(tǒng)，稱為單片機最小系統(tǒng)。 1 電源電路 VCC（40腳）一般接5V電源，VSS（20腳）接地。,2 時鐘電路 時鐘電路接法如左圖所示，Y1為晶體振蕩器，簡稱晶振，C1、C2為電容。 作為單片機的必接元件，晶振的作用是什么呢？ 晶振就是單片機的“時鐘”。CPU的每一步運行都是有嚴格的時間標準的，誰來給它把控時間呢？就是晶振。單片機通電后，晶振電路開始工作，產(chǎn)生周期性方波，CPU就是以波動周期為時間標準的。 MCS-51系列單片機常用的晶振頻率為f=12MHz和f=11.0592MHz。,CPU執(zhí)行指令是以機器周期為單位的。機器周期和晶振頻率的關(guān)系是T=12/f。假設(shè)f=12MHz，則其機器周期為1us。,小常識2： 二進制單位有，位-bit，字節(jié)-Byte，字-Word,三者關(guān)系： 1B=8b，1W=2B=16b 小常識3： 十進制和二進制單位前綴對應(yīng)數(shù)量級對比。,3 復(fù)位電路,復(fù)位的功能： 使單片機恢復(fù)初始狀態(tài)。令程序計數(shù)器PC清零，令大部分RAM存儲器清零。特殊的有：P0P1P2P3復(fù)位后各引腳均為高電平；堆棧指針SP=07H。 復(fù)位的條件： 復(fù)位引腳的高電平維持兩個機器周期以上。 復(fù)位的方式： 上電復(fù)位和手動復(fù)位。,三 計算常識補充,進制,思考：5D和5H一樣大嗎？15D和15H呢？,進制轉(zhuǎn)換 二、十六進制轉(zhuǎn)換為十進制 原則：按權(quán)展開 198 D =1102+9101+8100=198 D 2A H=2161+10160=42 D 10110 B= 124+023+122 +121+0100=22 D,十進制轉(zhuǎn)換成二、十六進制 轉(zhuǎn)換原則1：除基取余，倒序?qū)懀ㄕ麛?shù)） 練習(xí)：將35 D轉(zhuǎn)換為二進制和十六進制數(shù)。 235D 余數(shù) 217- 1 28 - 1 24 - 0 22 - 0 21 - 0 0 - 1 結(jié)果：35 D=100011 B=2D H,1645D 余數(shù) 162- D 0 - 2,小竅門2： 十進制轉(zhuǎn)換成二進制可采用“拆分法”，將十進制數(shù)拆分成二進制位權(quán)之和的形式，即可直接獲得所求二進制數(shù)。 8 位二進制數(shù)的位權(quán)為： 27 26 25 24 23 22 21 20 128、64、32、16、8、4、2、1。 練習(xí)：35D=32+2+1= 25+ 21+ 20=100011 B 29D= 40D= 100D=,轉(zhuǎn)換原則2: 乘基取整法，順序?qū)?練習(xí) 把0.645 D轉(zhuǎn)換成二、十六進制 0.645D=0.10100 B=0.A51EB H,二進制和十六進制相互轉(zhuǎn)換 轉(zhuǎn)換原則：每一位十六進制數(shù)和四位二進制數(shù)對應(yīng)。 練習(xí) : 2AH=00101010B 10010B=00010010=12H,計算機中數(shù)據(jù)的表示法 機器數(shù)與真值 機器只認識二進制數(shù)：0、1。 這是因為，電路狀態(tài)常有兩個，如通、斷；高電平、低電平；可用0、1表示。 這種0、1組成的數(shù)據(jù)稱為機器數(shù)，在計算機中一般以8位1字節(jié)為單元儲存。,機器數(shù)的編碼及運算 對帶符號數(shù)而言，有原碼、反碼、補碼之分，計算機內(nèi)一般使用補碼。 原碼 “+”用0表示， “-”用1表示，數(shù)值部分為該數(shù)本身，就構(gòu)成了原碼。 如，+3原 = 00000011B - 3原 = 10000011B 0有兩種表示方法： +0 00000000 B -0 11111111 B 8位原碼能表示的最大、最小的數(shù)據(jù)為：+127、-128 反碼 規(guī)定：正數(shù)的反碼等于原碼；負數(shù)的反碼是將原碼的數(shù)值位各位取反。 如，+4反 = +4原 = 00000100 B -4反 = 11111011 B 反碼的數(shù)據(jù)范圍：-128 +127,補碼 概念：現(xiàn)在是下午3點，手表停在12點，可正撥3點，也可倒撥9點。即是說-9的操作可用+3來實現(xiàn)，在12點里：3、-9互為補碼。 運用補碼可使減法變成加法。 規(guī)定：正數(shù)的補碼等于原碼。 負數(shù)的補碼求法：反碼 + 1 如，+6補 = +6原 = 00000110 B -6補 = 11111001 +1 = 11111010 B 8位補碼的范圍 128 +127。 0 的個數(shù)：只一個，即00000000 ，而10000000 B是-128的補碼。,補碼的運算 X補補 = X原 X補+ Y補 = X+Y 補 X-Y 補= X+（-Y）補 例：已知 X=52 Y=38 求X-Y的補碼。,十進制數(shù)的編碼 對機器來說二進制數(shù)方便，對人 來說二進制數(shù)不直觀，習(xí)慣于使用十進制數(shù)。 在編程過程中，有時需要采用十進制運算，但機器不認識十進制數(shù)。怎么辦？可以將十進制的字符用二進制數(shù)進行編碼，這叫做二進制數(shù)對十進制編碼BCD碼。每4位二進制數(shù)表示一個十進制字符，這4位的位權(quán)依次是： 8、4、2、18421 BCD碼。,（1）BCD碼加法規(guī)則 兩個BCD數(shù)相加時，“某位”的和小于10則保持不變； 兩個BCD數(shù)相加時，“某位”的和大于9，則和數(shù)應(yīng)加6修正。 （2）BCD碼減法規(guī)則 兩個BCD數(shù)相減時，“某位”的差未發(fā)生借位，則差數(shù)保持不變； 兩個BCD數(shù)相減時，“某位”發(fā)生了借位，其差應(yīng)減6修正。 這里“某位”指BCD數(shù)中的“個位”、“十位”、“百位”、,字符信息的表示 計算機能識別0、1，這些0、1、0、1、有的代表數(shù)值，有的僅代表要處理的信息（如字母、標點符號、數(shù)字符號等文字符號），所以，計算機不僅要認識各種數(shù)字，還要能識別各種文字符號。人們事先已對各種文字符號進行二進制數(shù)編碼。如，美國信息交換標準碼ASCII碼,四 MCS-51單片機的存儲器,ROM 8051單片機的內(nèi)部ROM容量為4KB，外部最大能擴展到64KB，用于存儲程序代碼和一些固定的數(shù)據(jù)表格。 片內(nèi)片外ROM的選擇由引腳31決定。 /EA，31腳，允許讀片外ROM控制端。低電平有效。/EA腳的接法和內(nèi)外ROM使用的關(guān)系： /EA=1 先內(nèi)后外 /EA=0 只用外部,小常識4： 引腳名稱帶上劃線表示該引腳低電平或下降沿有效。,小常識5：存儲空間的地址和容量的關(guān)系。 M=2N M表示存儲容量，N表示存儲空間地址的位數(shù)。 推導(dǎo)：,小常識6 如何分清3個B? 在計算機知識中，B可以代表單位（字節(jié)），進制（二進制），十六進制數(shù)中的一個（B H=11 D）。如何分請他們呢？請看下面幾個B的應(yīng)用,你能分清它們分別代表什么嗎。 4KB, 10110100 B，5B H,RAM 外部RAM 最大可以擴展到64KB，地址范圍是0000HFFFF H 。 內(nèi)部RAM 8051只有256B，地址范圍是00HFFH。,內(nèi)部RAM又分為低128B和高128B，在使用上完全不同。 內(nèi)部RAM的低128B 地址范圍：00H-7FH。根據(jù)功能的不同又分成-寄存器區(qū)、位尋址區(qū)、用戶區(qū)3部分。,寄存器區(qū) 共32B，8B一組分成4組。 每個字節(jié)在每組內(nèi)按照地址 從小到大的順序，名稱為R0-R7。用于快速存取數(shù)據(jù)。 4組寄存器的選擇：,位尋址區(qū) 位尋址區(qū)的地址范圍為20H-2FH，共有16B，這些字節(jié)既可作為一般單元用字節(jié)尋址，也可進行位尋址。 可尋址的位有128個，位地址為00H-7FH。 CPU能直接操作這些位，執(zhí)行例如置“1”、清“0”、求“反”、轉(zhuǎn)移，傳送和邏輯等操作。 我們常稱MCS-51具有布爾處理功能，布爾處理的存儲空間指的就是這些為尋址區(qū)。 位地址分配如下表所示：,用戶區(qū) 剩下的80B是供用戶使用的一般RAM區(qū)了，地址為30H-7FH。對這部份區(qū)域的使用不作任何規(guī)定和限制，但應(yīng)說明的是，堆棧一般開辟在這個區(qū)域。,堆棧：只有一個口的存儲空間。遵循“先進后出”原則。彈夾。 可以通過堆棧指針SP設(shè)置堆棧的初始位置。比如：SP=0x4F; 注意：每入棧一個數(shù)據(jù)，SP的值加1，每彈出一個數(shù)據(jù)，SP的值減1，SP始終指向棧頂?shù)刂贰?內(nèi)部RAM的高128B 此區(qū)域零散的分布著21個有特殊功能的寄存器，被稱為特殊功能寄存器（SFR）區(qū)。,下面，我們介紹一下幾個常用的SFR。 1、ACC-累加器，通常用A表示。 運算前存被加減乘除數(shù)； 運算后存結(jié)果； 數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)站； 變址寄存器。 2、B-寄存器。 乘、除法前放乘數(shù)或除數(shù)； 乘、除法后存乘積的高8位、余數(shù)； 不做乘除法時，隨你怎么用。,3、PSW-程序狀態(tài)字。 這是一個很重要的東西，里面放了CPU工作時的很多狀態(tài)，借此，我們可以了解CPU的當(dāng)前狀態(tài)，并作出相應(yīng)的處理。 和運算相關(guān)的位： CY：進位標志。加減法后最高位有進、借位，CY1；無進、借位，CY0 AC：輔助進、借位(高4位與4位間的進、借位)。 0V：溢出標志位。運算結(jié)果按補碼運算理解。有溢出，OV=1；無溢出，OV0。什么是溢出我們后面的章節(jié)會講到。 P：奇偶校驗位：表示運算結(jié)果中二進制數(shù)位“1”的個數(shù)的奇偶性。若運算結(jié)果有奇數(shù)個1，P1；運算結(jié)果有偶數(shù)個1，P0。 例：某運算結(jié)果是78H（01111000），顯然1的個數(shù)為偶數(shù)，所以P=0。 其他位： F0：用戶標志位，由用戶（編程人員）決定什么時候用，什么時候不用。 RS1、RS0：工作寄存器組選擇位。這個我們