微機(jī)基礎(chǔ)知識(shí).ppt

李朝青編著 單片機(jī)原理及接口技術(shù) 課程特點(diǎn) 知識(shí)點(diǎn)既分散又連貫 單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)和指令系統(tǒng)是基礎(chǔ) 單片機(jī)編程應(yīng)用是學(xué)習(xí)的核心 與電子線路尤其是數(shù)字電子線路關(guān)系密切 學(xué)習(xí)前期課程 C語(yǔ)言 微機(jī)原理 單片機(jī)是ARM嵌入式系統(tǒng)的基礎(chǔ) 學(xué)習(xí)方法 預(yù)習(xí) 復(fù)習(xí) 多動(dòng)手 硬件 軟件實(shí)驗(yàn) 多看參考書(shū) 包括利用網(wǎng)上資料 其它 上課 作業(yè) 答疑 1 李朝青編著 單片機(jī)及原理及接口技術(shù) 第一版 北京航空航天大學(xué)出版社 19942 胡漢才編著 單片機(jī)原理及其接口技術(shù) 第二版 清華大學(xué)出版社3 周航慈著 單片機(jī)及應(yīng)用程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 北京航空航天大學(xué)出版社 20014 吳金戌沈慶陽(yáng)郭庭吉編著 8051單片機(jī)實(shí)踐與應(yīng)用 清華大學(xué)出版社 20025 賴麒文編著 8051單片機(jī)C語(yǔ)言徹底應(yīng)用 科學(xué)出版社6 馬忠梅等編著 單片機(jī)的C語(yǔ)言應(yīng)用程序設(shè)計(jì) 北京航空航天大學(xué)出版社 參考資料 目錄 第一章微機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)第二章89C51單片機(jī)的結(jié)構(gòu)和原理第三章89C51指令系統(tǒng)第四章匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)知識(shí)第五章中斷系統(tǒng)第六章定時(shí)器及應(yīng)用第七章89C51串行口及通信技術(shù)第八章單片機(jī)小系統(tǒng)片外擴(kuò)展第九章應(yīng)用系統(tǒng)配置及接口技術(shù)第十章系統(tǒng)實(shí)用程序附錄A89C51指令系統(tǒng)表 第一章微機(jī)基礎(chǔ)知識(shí) 1 1微處理器 微機(jī)和單片機(jī)的概念 微處理器 Microprocessor 是小型計(jì)算機(jī)或微型計(jì)算機(jī)的控制和處理部分 又稱中央處理單元CPU CentralProcessingUnit 微型計(jì)算機(jī) Microcomputer 簡(jiǎn)稱微機(jī) C 是具有完整運(yùn)算及控制功能的計(jì)算機(jī) 包括 微處理器 CPU 存儲(chǔ)器 接口適配器 輸入輸出接口電路 輸入 輸出 I O 設(shè)備 單片機(jī) Single ChipMicrocomputer 是將微處理器 一定容量RAM和ROM以及I O口 定時(shí)器等電路集成在一塊芯片上 構(gòu)成單片微型計(jì)算機(jī) 微處理器RAMROMI O口定時(shí)器 單片微型計(jì)算機(jī) 1 單片機(jī)的發(fā)展 2 單片機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域 在工業(yè)自動(dòng)化方面 數(shù)據(jù)采集和測(cè)控技術(shù) 機(jī)器人技術(shù) 機(jī)械電子計(jì)算機(jī)一體化技術(shù) 儀器儀表方面 測(cè)試儀表和醫(yī)療儀器 在家用電器方面 冰箱 洗衣機(jī) 空調(diào)機(jī) 微波爐 電視機(jī) 音像設(shè)備等 信息和通信產(chǎn)品方面 計(jì)算機(jī)的鍵盤(pán) 打印機(jī) 傳真機(jī) 復(fù)印機(jī) 電話機(jī) 考勤機(jī) 在軍事方面 飛機(jī) 大炮 坦克 軍艦 導(dǎo)彈 火箭 雷達(dá)等 3 單片機(jī)的開(kāi)發(fā)過(guò)程 硬件設(shè)計(jì) 文本編緝器編寫(xiě)軟件 編程 編譯器編譯 在線仿真 將程序固化到EPROM中 通過(guò) 達(dá)到項(xiàng)目要求 報(bào)錯(cuò) 未達(dá)到項(xiàng)目要求 4 仿真 仿真器 仿真的主要目的是進(jìn)行軟件調(diào)試 借助仿真器 也能進(jìn)行一些硬件排錯(cuò) 仿真就是利用仿真器來(lái)代替應(yīng)用電路板 稱目標(biāo)機(jī) 的單片機(jī)部份 對(duì)應(yīng)用電路部份進(jìn)行測(cè)試 調(diào)試 仿真分軟件模擬仿真和利用仿真器仿真兩類 1 軟件模擬仿真用仿真軟件 南京偉福e6000w KeilC51 來(lái)模擬單片機(jī)運(yùn)行情況 一般學(xué)習(xí)指令系統(tǒng)時(shí)常用這種方式 不能進(jìn)行硬件系統(tǒng)的調(diào)試 2 利用仿真器仿真利用仿真器以及微機(jī)進(jìn)行軟硬件系統(tǒng)的調(diào)試和故障診斷 仿真調(diào)試過(guò)程中 可以以各種運(yùn)行方式運(yùn)行程序 斷點(diǎn) 單步 跟蹤 可觀察到單片機(jī)內(nèi)部存儲(chǔ)器 寄存器等狀態(tài) 一 運(yùn)算器 1 1 1微處理器 機(jī) 的組成 1 運(yùn)算器的組成 算術(shù)邏輯單元 簡(jiǎn)稱ALU 運(yùn)算器 累加器 寄存器 2 運(yùn)算器的作用 是把傳送到微處理器的數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算或邏輯運(yùn)算 舉例 ALU可對(duì)兩個(gè)操作數(shù)進(jìn)行加 減 與 或 比較大小等操作 最后將結(jié)果存入累加器 ALU執(zhí)行不同的運(yùn)算操作是由不同控制線上的信息所確定的 例如 兩個(gè)數(shù) 7和9 相加 在相加之前 操作數(shù)9放在累加器中 7放在數(shù)據(jù)寄存器中 執(zhí)行兩數(shù)相加運(yùn)算的控制線發(fā)出 加 操作信號(hào) ALU即把兩個(gè)數(shù)相加并把結(jié)果 16 存入累加器 取代累加器前面存放的數(shù)9 3 ALU的兩個(gè)主要的輸入來(lái)源 輸入來(lái)源 數(shù)據(jù)寄存器 累加器 4 運(yùn)算器的兩個(gè)主要功能 1 執(zhí)行各種算術(shù)運(yùn)算 2 執(zhí)行各種邏輯運(yùn)算 并進(jìn)行邏輯測(cè)試 如零值測(cè)試或兩個(gè)值的比較 控制器的組成 程序計(jì)數(shù)器 指令寄存器 指令譯碼器 時(shí)序產(chǎn)生器 操作控制器 1 控制器的組成 二 控制器 2 作用 它是發(fā)布命令的 決策機(jī)構(gòu) 即協(xié)調(diào)和指揮整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的操作 3 控制器的主要功能 對(duì)指令進(jìn)行譯碼或測(cè)試 并產(chǎn)生相應(yīng)的操作控制信號(hào) 以便啟動(dòng)規(guī)定的動(dòng)作 指揮并控制CPU 內(nèi)存和輸入 輸出設(shè)備之間數(shù)據(jù)流動(dòng)的方向 從內(nèi)存中取出一條指令 并指出下一條指令在內(nèi)存中的位置 三 CPU中的主要寄存器 1 累加器 A 2 數(shù)據(jù)寄存器 DR 3 指令寄存器 IR 4 指令譯碼器 ID 6 地址寄存器 AR 5 程序計(jì)數(shù)器 PC 1 累加器 A 在算術(shù)和邏輯運(yùn)算時(shí) 它具有雙重功能 運(yùn)算前 用于保存一個(gè)操作數(shù) 運(yùn)算后 用于保存所得的和 差或邏輯運(yùn)算結(jié)果 累加器是微處理器中最繁忙的寄存器 2 數(shù)據(jù)寄存器 DR 數(shù)據(jù) 緩沖 寄存器 DR 是通過(guò)數(shù)據(jù)總線 DBUS 向存儲(chǔ)器 M 和輸入 輸出設(shè)備I O送 寫(xiě) 或取 讀 數(shù)據(jù)的暫存單元 3 指令寄存器 IR 指令寄存器用來(lái)保存當(dāng)前正在執(zhí)行的一條指令 當(dāng)執(zhí)行一條指令時(shí)先把它從內(nèi)存取到數(shù)據(jù)寄存器中 然后再傳送到指令譯碼器中 4 指令譯碼器 ID 指令分為操作碼和地址碼字段 由二進(jìn)制數(shù)字組成 當(dāng)執(zhí)行任何給定的指令 必須對(duì)操作碼進(jìn)行譯碼 以便確定所要求的操作 指令寄存器中操作碼字段的輸出就是指令譯碼器的輸入 操作碼一經(jīng)譯碼后 即可向控制器發(fā)出具體操作的特定信號(hào) 5 程序計(jì)數(shù)器 PC 通常又稱為指令地址計(jì)數(shù)器 在程序開(kāi)始執(zhí)行前 必須將其起始地址 即程序的第一條指令所在的內(nèi)存單元地址送到PC 當(dāng)執(zhí)行指令時(shí) CPU將自動(dòng)修改PC的內(nèi)容 使之總是保存將要執(zhí)行的下一條指令的地址 由于大多數(shù)指令都是按順序執(zhí)行的 所以修改的過(guò)程通常是簡(jiǎn)單的加1操作 6 地址寄存器 AR 地址寄存器用來(lái)保存當(dāng)前CPU所要訪問(wèn)的內(nèi)存單元或I O設(shè)備的地址 因?yàn)閮?nèi)存 I O設(shè)備 和CPU之間存在著速度上的差別 所以必須使用地址寄存器來(lái)保存地址信息 直到內(nèi)存 I O設(shè)備 讀 寫(xiě)操作完成為止 一 存儲(chǔ)器 地址總線 數(shù)據(jù)總線和若干控制線把存儲(chǔ)器和微處理器連接起來(lái) 存儲(chǔ)器從CPU接收控制信號(hào) 以確定存儲(chǔ)器執(zhí)行讀 寫(xiě)操作 地址總線將8位地址信息送入地址譯碼器 地址譯碼器的輸出可以確定唯一的存儲(chǔ)單元 數(shù)據(jù)總線用來(lái)傳送存儲(chǔ)器到CPU或CPU到存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)信息 1 1 2存儲(chǔ)器和輸入 輸出接口 二 I O接口及外設(shè) 每個(gè)外設(shè)與微處理器的連接必須經(jīng)過(guò)接口適配器 I O接口 每個(gè)I O接口及其對(duì)應(yīng)的外設(shè)都有一個(gè)固定的地址 在CPU的控制下實(shí)現(xiàn)對(duì)外設(shè)的輸入 讀 和輸出 寫(xiě) 操作 一 二進(jìn)制 十進(jìn)制 十六進(jìn)制 1 二進(jìn)制 是 0 和 1 這樣的數(shù) 逢2進(jìn)位 按權(quán)展開(kāi)時(shí)權(quán)的基數(shù)為2 用后綴字母 B 表示 如 1001 1 23 0 22 0 21 1 20 9 十進(jìn)制數(shù) 2 十進(jìn)制 是 0 9 之間的數(shù) 逢10進(jìn)位 按權(quán)展開(kāi)時(shí)權(quán)的基數(shù)為10 用后綴字母 D 表示 如 1135 1 103 1 102 3 101 5 1003 十六進(jìn)制 是 0 9 A B C D E F 之間的數(shù) 逢16進(jìn)位 按權(quán)展開(kāi)時(shí)權(quán)的基數(shù)為16 用后綴字母 H 表示 如 1C5H 1 162 12 161 5 160 453D 1 2常用數(shù)制和編碼 二 不同進(jìn)制之間相互轉(zhuǎn)換 4 二進(jìn)制轉(zhuǎn)換成十六進(jìn)制數(shù) 將二進(jìn)制數(shù)以小數(shù)點(diǎn)為界四位一分 不足補(bǔ)0 用一位十六進(jìn)制數(shù)代替四位二進(jìn)制數(shù) 如 100111100B 000100111100B 13CH5 十六進(jìn)制轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù) 將十六進(jìn)制數(shù)以小數(shù)點(diǎn)為界 用四位二進(jìn)制數(shù)代替一位十六進(jìn)制數(shù) 如 D4EH 110101001110B 1 二進(jìn)制 十六進(jìn)制轉(zhuǎn)化成十進(jìn)制 將二 十六進(jìn)制數(shù)按權(quán)展開(kāi)相加即為相應(yīng)的十進(jìn)制數(shù) 如 1101B 1 23 1 22 0 21 1 20 13D如 1FH 1 161 15 160 31D 2 十進(jìn)制轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù) 將十進(jìn)制數(shù)除2取余 商為0止余數(shù)倒置 如 11D 1011B 3 十進(jìn)制轉(zhuǎn)換成十六進(jìn)制數(shù) 將十進(jìn)制數(shù)除16取余 商為0止余數(shù)倒置 如 100D 64H 1 3原碼 反碼及補(bǔ)碼 1 原碼 一個(gè)二進(jìn)制數(shù)同時(shí)包含符號(hào)和數(shù)值兩部分 它的最高位為符號(hào)位 其余位表示數(shù)值 符號(hào)位為0時(shí) 表示正數(shù) 為1時(shí) 表示負(fù)數(shù) 如 X1 4D則 X1 原 00000100B如 X2 4D則 X2 原 10000100B2 反碼 正數(shù) 它的反碼與原碼相同 負(fù)數(shù) 它的反碼為它的原碼除符號(hào)位外 其余各位按位取反 1 0 0 1 如 X1 4D則 X1 反 X1 原 00000100B如 X2 4D則 X2 原 10000100B X2 反 11111011B 1 3原碼 反碼及補(bǔ)碼 3 補(bǔ)碼 正數(shù) 它的補(bǔ)碼與原碼相同 負(fù)數(shù) 它的補(bǔ)碼為它的反碼 1 如 X1 4D則 X1 補(bǔ) X1 原 X1 反 00000100B如 X2 4D則 X2 原 10000100B X2 反 11111011B 1 X2 補(bǔ) 11111100B練習(xí) 有 十進(jìn)制數(shù) 15D 20D寫(xiě)出它們的原碼 反碼 補(bǔ)碼 三 原碼 反碼及補(bǔ)碼 4 求真值 在計(jì)算機(jī)中都是用補(bǔ)碼表示一個(gè)帶符號(hào)的數(shù)據(jù) 最高位是0 正數(shù) 最高位是1 負(fù)數(shù) 當(dāng)給出一個(gè)補(bǔ)碼表示的有符號(hào)二進(jìn)制數(shù) 十六進(jìn)制數(shù) 時(shí) 怎樣得到其對(duì)應(yīng)的十進(jìn)制數(shù) 就是求真值的問(wèn)題 1 正數(shù) 因?yàn)?正數(shù)它的補(bǔ)碼與原碼相同 所以 直接將其按權(quán)展開(kāi)相加 例如 有符號(hào)數(shù) 00010101B 最高位0 正數(shù) 21D 2 負(fù)數(shù) 將補(bǔ)碼表示的負(fù)數(shù) 按位取反 再 1 再按權(quán)展開(kāi)相加 在得到對(duì)應(yīng)的十進(jìn)制數(shù)前加負(fù)號(hào) 例如 有符號(hào)數(shù) 10100111B 最高位1 負(fù)數(shù) 所以 取反 01011000B加1 1B 01011001B 89D因此 10100111B 89D 練習(xí) 有符號(hào)數(shù) 01111111B 10011101B求它們的真值 或十進(jìn)制數(shù) 5 八位計(jì)算機(jī)的數(shù)值范圍 無(wú)符號(hào)數(shù) 00000000B 11111111B00H FFH0D 255D 有符號(hào)數(shù) 正數(shù) 00000000B 01111111B00H 7FH0D 127D負(fù)數(shù) 10000000B 11111111B80H FFH 128D 1D 5 單片計(jì)算機(jī)常用編碼 1 BCD Binary CodedDecimal 碼用二進(jìn)制對(duì)十進(jìn)制0 9進(jìn)行編碼 BCD碼 用四位二進(jìn)制數(shù)0000 1001表示0 9 例如 13D 00010011BCD例如 10010111BCD 97D 第一章結(jié)束 2 ASCII碼 美國(guó)信息交換標(biāo)準(zhǔn)碼 用7位二進(jìn)制代碼表示 編碼 128個(gè)字符編碼 如 數(shù)字0 9的ASCII碼為30H 39H 如 字母A Z的ASCII碼為41H 5AH 1 489C51單片機(jī) 1 常用單片機(jī)系列介紹自單片機(jī)誕生以來(lái)的近30年中 單片機(jī)已有70多個(gè)系列的近500個(gè)機(jī)種 國(guó)際上較有名 影響較大的公司及他們的產(chǎn)品如下所述 Intel公司的MCS 48 MCS 51 MCS 96系列 Motorola公司的6801 6802 6803 6805 68HCll系列產(chǎn)品 Zilog公司的Z8 Super8系列產(chǎn)品 仙童 Fairchild 公司的F8系列產(chǎn)品 NEC公司的 COM 87系列產(chǎn)品 Rockwell公司的6500 6501系列產(chǎn)品 Atmel Philips LG等公司的51兼容機(jī) 臺(tái)灣Holtek 合泰 Sunplus 凌陽(yáng) EMC 義隆 Soinx 松翰 根據(jù)近年來(lái)國(guó)外實(shí)地考察 Intel公司的單片機(jī)在市場(chǎng)上占有量為67 其中MCS 51系列產(chǎn)品又占54 在我們國(guó)內(nèi)雖然上述各公司的產(chǎn)品均有引進(jìn) 但由于各種原因 至今在我國(guó)所應(yīng)用的單片機(jī)仍然是以MCS 48 MCS 51 MCS 96為主流系列 隨著這一系列的深入開(kāi)發(fā) 其主流系列的地位會(huì)不斷鞏固下去 因而我們?cè)诖酥饕榻BIntel公司的單片機(jī)系列 2 MCS 51系列和AT89系列單片機(jī) 1 MCS 51系列MCS 51是指由美國(guó)INTEL公司生產(chǎn)的一系列單片機(jī)的總稱 這一系列單片機(jī)包括了好些品種 如8031 8051 8751 8951 8032 8052 8752 8952等 其中8051是最早最典型的產(chǎn)品 該系列其它單片機(jī)都是在8051的基礎(chǔ)上進(jìn)行功能的增 減 改變而來(lái)的 所以人們習(xí)慣于用8051來(lái)稱呼MCS 51系列單片機(jī) 而8031是前些年在我國(guó)最流行的單片機(jī) 所以很多場(chǎng)合會(huì)看到8031的名稱 MCS 51系列單片機(jī)分類 8051 1234567891011121314151617181920 4039383736353433323130292827262524232221 P1 0P1 1P1 2P1 3P1 4P1 5P1 6P1 7RST VPDRXD P3 0TXD P3 1INT0 P3 2INT1 P3 3T0 P3 4T1 P3 5WR P3 6RD P3 7XTAL2XTAL1Vss VccP0 0P0 1P0 2P0 3P0 4P0 5P0 6P0 7EA VppALE PROGPSENP2 7P2 6P2 5P2 4P2 3P2 2P2 1P2 0 2 AT89系列 INTEL公司將MCS 51的核心技術(shù)授權(quán)給了很多其它公司 所以有很多