西南大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院機(jī)械專業(yè)單片機(jī)第1章.ppt

1、單片機(jī)原理及應(yīng)用,西南大學(xué). 工程技術(shù)學(xué)院,單片機(jī)原理及應(yīng)用,單片機(jī)原理及應(yīng)用,本章內(nèi)容提要,計(jì)算機(jī)系統(tǒng)導(dǎo)論,計(jì)算機(jī)常用數(shù)制與編碼,單片機(jī)特點(diǎn)及應(yīng)用,第 章 緒論,單片機(jī)原理及應(yīng)用,計(jì)算機(jī)必須具備,相當(dāng)于算盤的運(yùn)算器 足夠的存儲器（相當(dāng)于紙） 指揮、控制各部件協(xié)同工作的控制器 輸出、輸入設(shè)備 開機(jī)后啟動(dòng)系統(tǒng)自動(dòng)投入運(yùn)行的必要程序,第1章 緒 論,BIOS 計(jì)算機(jī)內(nèi)部基本輸出輸入系統(tǒng) 一般燒寫在主板上面,CMOS Complementary Metal Oxide Semiconductor（互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體） 制造大規(guī)模集成電路芯片用的一種技術(shù)或用這種技術(shù)制造出來的芯片 計(jì)算機(jī)內(nèi)可讀寫的R

2、AM芯片，保存BIOS設(shè)置完電腦硬件參數(shù)后的數(shù)據(jù)，如實(shí)時(shí)時(shí)間， 常都集成在主板的BIOS芯片,單片機(jī)原理及應(yīng)用,硬件系統(tǒng)構(gòu)成微機(jī)的實(shí)體和裝置,軟件系統(tǒng)微機(jī)系統(tǒng)所使用的各種程序的總稱,軟件系統(tǒng)與硬件系統(tǒng)共同構(gòu)成實(shí)用的微機(jī)系統(tǒng)，兩者是相輔相成、缺一不可的。,微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng),第1章 緒 論,運(yùn)算器、控制器、存儲器、輸入/輸出設(shè)備是計(jì)算機(jī)工作的物質(zhì)基礎(chǔ)（硬件），運(yùn)算器、控制器是硬件中的核心（CPU）,CPU (Central Processing Unit),單片機(jī)原理及應(yīng)用,第一章 緒論,計(jì)算機(jī)中的信息包括： 指令、數(shù)據(jù)，他們是以一定的編碼形式表示 指令： 計(jì)算機(jī)中執(zhí)行某種操作的命令 指令格式：指令

3、的編碼規(guī)則，包含操作碼、操作數(shù) （一般格式：操作碼 操作數(shù)） 多操作數(shù)指令格式： 操作碼 第一操作數(shù) 第二操作數(shù) 減法 被減數(shù) 減數(shù),單片機(jī)原理及應(yīng)用,（1）數(shù)據(jù)傳輸類 （2）算術(shù)類，如：加、減、乘、除 （3）邏輯指令，如：邏輯與、或、非等 （4）程序控制類 （5）輸入/輸出指令 （6）其他指令,第1章 緒 論,指令類型：,單片機(jī)原理及應(yīng)用,字、字長： 數(shù)據(jù)和指令都是一組二進(jìn)制編碼，是作為一個(gè)整體進(jìn)行處理、運(yùn)算的，統(tǒng)稱為機(jī)器字，簡稱字。 存儲器：程序存儲器、數(shù)據(jù)存儲器 控制器： 由程序計(jì)數(shù)器（PC)、指令寄存器(IR)、指令操作碼譯碼器、地址形成器、脈沖發(fā)生器、啟停電路、時(shí)序電路微操作控制部件

4、等組成。,第1章 緒 論,反映計(jì)算機(jī)性能還有哪些指標(biāo)？,單片機(jī)原理及應(yīng)用,第1章 緒 論,單片機(jī)原理及應(yīng)用,1946-1958 第一代電子管計(jì)算機(jī)。磁鼓存儲器，機(jī)器語言、匯編語言編程。第一臺數(shù)字計(jì)算機(jī)ENIAC。,計(jì)算機(jī)發(fā)展概況,1958-1964 第二代晶體管計(jì)算機(jī)。磁芯作主存儲器, 磁盤作外存儲器，開始使用高級語言編程。,1964-1971 第三代集成電路計(jì)算機(jī)。使用半導(dǎo)體存儲器，出現(xiàn)多終端計(jì)算機(jī)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。,1971- 第四代大規(guī)模集成電路計(jì)算機(jī)。出現(xiàn)微型計(jì)算機(jī)、單片微型計(jì)算機(jī)，外部設(shè)備多樣化。,1981-第五代人工智能計(jì)算機(jī)。模擬人的智能和交流方式。,第1章 緒 論,單片機(jī)原理及應(yīng)用

5、,單片微型計(jì)算機(jī)是指集成在一個(gè)芯片上的微型計(jì)算機(jī)，簡稱單片機(jī) 實(shí)質(zhì)就是一個(gè)芯片,單片微型計(jì)算機(jī),第1章 緒 論,單片機(jī)原理及應(yīng)用,單片機(jī)的特點(diǎn),性價(jià)比高 控制功能強(qiáng)、運(yùn)行速度快 低電壓、低功耗 集成度高、抗干擾能力強(qiáng)，可靠性高,可以嵌入到電子產(chǎn)品中嵌入式應(yīng)用系統(tǒng),第1章 緒 論,單片機(jī)原理及應(yīng)用,第1章 緒 論,單片機(jī)的發(fā)展過程：,1976年intel研制出MCS-48系列8位的單片機(jī)，單片機(jī)的問世。 1976年Zilog開發(fā)Z80微處理器，廣泛用于微型計(jì)算機(jī)和工業(yè)自動(dòng)控制設(shè)備。 當(dāng)時(shí)，Zilog、Motorola和Intel在微處理器領(lǐng)域三足鼎立。 20世紀(jì)80年代初，Intel公司推出了M

6、CS-51系列8位單片機(jī)。 電氣廠商競相使用80C51的內(nèi)核技術(shù)，增強(qiáng)了外圍電路功能，強(qiáng)化了智能控制器的特征。 工業(yè)控制領(lǐng)域要求提高， Intel推出了16位MCS-8096，但性價(jià)不理想未廣泛應(yīng)用。 90年代后隨著消費(fèi)電子產(chǎn)品大發(fā)展，單片機(jī)技術(shù)得到了巨大提高。 大量專用的嵌入式操作系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用在單片機(jī)上，作為掌上電腦和手機(jī)核心 處理的高端單片機(jī)甚至可以直接使用專用的Windows和Linux操作系統(tǒng)。,單片機(jī)原理及應(yīng)用,基于MCS51內(nèi)核的單片機(jī),什么是MCS51系列單片機(jī),MCS51是指由美國INTEL公司生產(chǎn)的一系列高性能8位單片機(jī)的總稱，也就是我們平常講的51系列單片機(jī)。這一系列單片

7、機(jī)包括了許多品種，如8031，8051，8751，8032，8052，8752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、改變而來的，所以人們習(xí)慣于用8051來稱呼MCS51系列單片機(jī) 。,單片機(jī)原理及應(yīng)用,MCS-51系列單片機(jī)的分類,按功能分類,按存儲器配置分類,單片機(jī)原理及應(yīng)用,單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng):由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)組成,硬件是應(yīng)用系統(tǒng)的基礎(chǔ),軟件是在硬件的基礎(chǔ)上對其資源進(jìn)行合理調(diào)配和使用，從而完成應(yīng)用系統(tǒng)所要求的任務(wù)，二者相互依賴，缺一不可,注：本課程的重點(diǎn),1.掌握單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)硬件原理的分析方法。,2.掌握軟件設(shè)計(jì)與調(diào)試的基本技能。,第

8、1章 緒 論,單片機(jī)原理及應(yīng)用,1.3 計(jì)算機(jī)中常用數(shù)制與編碼,1.3.1 數(shù)制及數(shù)制間的轉(zhuǎn)換 一、進(jìn)位計(jì)數(shù)制 進(jìn)位計(jì)數(shù)制有以下兩個(gè)特點(diǎn)： （1）有一個(gè)固定的基數(shù)r，數(shù)的每一位只能取r個(gè)不同的數(shù)字，即所使用的數(shù)碼為0，1，2，r-1。 （2）逢r進(jìn)位，它的第i個(gè)數(shù)位對應(yīng)于一個(gè)固定的值ri，ri稱為該位的“權(quán)”。小數(shù)點(diǎn)左面各位的權(quán)是基數(shù)r的正次冪，依次為0，1，2，m次冪，小數(shù)點(diǎn)右面各位的權(quán)是基數(shù)r的負(fù)次冪，依次為 -1，-2，-n次冪。,第1章 緒 論,單片機(jī)原理及應(yīng)用,1十進(jìn)制,十進(jìn)制的基數(shù)為10，它所使用的數(shù)碼為09，共10個(gè)數(shù)字。十進(jìn)制各位的權(quán)是以10為底的冪，即每個(gè)數(shù)所處的位置不同，它

9、的值是不同的，每一位數(shù)是其右邊相鄰那位數(shù)的10倍。 例，數(shù)435.32就是下列多項(xiàng)式的縮寫 435.32D4102+3101+5100+310-1+210-2 后綴D（Decimal） 表示該數(shù)為十進(jìn)制數(shù)，通常對十進(jìn)制數(shù)可不加后綴。,第1章 緒 論,單片機(jī)原理及應(yīng)用,2二進(jìn)制,二進(jìn)制的基數(shù)為2，它所使用的數(shù)碼為0、1，共2個(gè)。二進(jìn)制各位的權(quán)是以2為底的冪，即，22，21，20，2-1，2-2，。 例如，二進(jìn)制數(shù)1011.101相當(dāng)于十進(jìn)制的數(shù)是： 1011.101B123+022+121+120+12-1+02-2+12-3 二進(jìn)制數(shù)的運(yùn)算規(guī)則類似于十進(jìn)制，加法為逢二進(jìn)一，減法為借一為二。利用

10、加法和減法就可以進(jìn)行乘法、除法以及其它數(shù)值運(yùn)算。 后綴B（Binary）表示該數(shù)為二進(jìn)制數(shù)。 字節(jié)(Byte)： 8個(gè)二進(jìn)制位(Bit)，無符號表達(dá)范圍0255 字Word：雙字節(jié)，16個(gè)二進(jìn)制位，無符號表達(dá)范圍065535,第1章 緒 論,單片機(jī)原理及應(yīng)用,3十六進(jìn)制,十六進(jìn)制的基數(shù)為16，它所使用的數(shù)碼共有16個(gè)：0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、A、B、C、D、E、F，其中AF相當(dāng)于十進(jìn)制數(shù)的l015。十六進(jìn)制的權(quán)是以16為底的冪，即，162，161，160，16-1，16-2，。 例，十六進(jìn)制數(shù)A3E.8F相當(dāng)于十進(jìn)制的數(shù)是： A3E.8F 10162+3161+14160+81

11、61+1516-2 后綴H(Hexadecimal) 表示該數(shù)為十六進(jìn)制數(shù)。十六進(jìn)制數(shù)如是字母打頭，則在使用匯編指令時(shí)前面需加一個(gè)0。,第1章 緒 論,單片機(jī)原理及應(yīng)用,1.3.2數(shù)制的轉(zhuǎn)換,1二進(jìn)制數(shù)、十六進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制數(shù) 根據(jù)定義，只需將二、十六進(jìn)制數(shù)按權(quán)展開后相加即可。 例： 1011B123+022+121+12011 A4H10161+4160164,第1章 緒 論,單片機(jī)原理及應(yīng)用,將62轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù) 解：十進(jìn)制整數(shù)62轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)，采用 “除二取余”法。 2 62 余數(shù)= 0 低位 2 31 余數(shù)= 1 2 15 余數(shù)= 1 2 7 余數(shù)= 1 2 3 余數(shù)= 1 1 余

12、數(shù)= 1 高位 按余數(shù)的逆序排列，即得結(jié)果： 62D111110B,第1章 緒 論,十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)、十六進(jìn)制數(shù) 十進(jìn)制整數(shù)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)（或十六進(jìn)制數(shù)）時(shí)，通常采用“除二取余”（或除十六取余）法，即用“2”（或16）連續(xù)除十進(jìn)制數(shù)至商為0，逆序排列余數(shù)即可得到。,單片機(jī)原理及應(yīng)用,3二進(jìn)制數(shù)與十六進(jìn)制數(shù)的相互轉(zhuǎn)換,第1章 緒 論,單片機(jī)原理及應(yīng)用,（1）二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成十六進(jìn)制數(shù) 二進(jìn)制數(shù)整數(shù)部分由右向左每4位一分段，最后不足部分左面補(bǔ)零；小數(shù)部分由左向右每4位一分段，最后不足部分右面補(bǔ)零，然后，每4位二進(jìn)制數(shù)用1位十六進(jìn)制數(shù)代替，便轉(zhuǎn)換成了十六進(jìn)制。 例：1011110101.110

13、= 0010 1111 0101.1100 = 2F5.CH （2）十六進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù) 將每一位十六進(jìn)制數(shù)用對應(yīng)的4位二進(jìn)制數(shù)代替，便轉(zhuǎn)換成了二進(jìn)制數(shù)。 例如：BD5.6H = 1011 1101 0101.0110B B D 5 6,第1章 緒 論,單片機(jī)原理及應(yīng)用,1.3.3 計(jì)算機(jī)中常用編碼,1BCD編碼 BCD(Binary Coded Decimal)編碼就是用二進(jìn)制代碼表示的十進(jìn)制數(shù)，即二十進(jìn)制編碼。在BCD碼中是用四位二進(jìn)制數(shù)00001001給09這10個(gè)數(shù)字編碼。 BCD碼與十進(jìn)制數(shù)的相互轉(zhuǎn)換,第1章 緒 論,單片機(jī)原理及應(yīng)用,按照BCD的十位編碼與十進(jìn)制的關(guān)系，可以很容易地實(shí)現(xiàn)BCD碼與十進(jìn)制數(shù)之間的轉(zhuǎn)換。 例如：（0100 1001 0111）BCD497 BCD碼與二進(jìn)制之間的轉(zhuǎn)換不是直接的，要先經(jīng)過十進(jìn)制，然后再轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制，反之過程類似。,第1章 緒 論,BCD碼常用于：顯示、打印等人機(jī)界面,單片機(jī)原理及應(yīng)用,2ASCII編碼,字母與字符用二進(jìn)制碼表示的方法很多。目前在計(jì)算機(jī)中最普遍采用的是ASCII碼(American S