單片機(jī)原理及接口原理 單片機(jī)概述課件

單片機(jī)原理及接口原理匯報(bào)人：某某某匯報(bào)時(shí)間：2024.X.X數(shù)字邏輯電路接口技術(shù)匯編語言課程性質(zhì)：應(yīng)用型課程先修課程：課程目標(biāo)1、掌握單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的硬件原理及分析、設(shè)計(jì)方法。具體的說：以MCS-51系列單片機(jī)為例，詳細(xì)介紹了MCS-51單片機(jī)的結(jié)構(gòu)及工作原理和單片機(jī)的應(yīng)用技術(shù)，通過學(xué)習(xí)本課程，能夠掌握有關(guān)單片機(jī)的基礎(chǔ)知識(shí)，基本掌握單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)和開發(fā)的基本技能。2、掌握軟件設(shè)計(jì)與調(diào)試的基本技能。

關(guān)于考試期末統(tǒng)一考試成績占40%考試100分平時(shí)成績占60%，平時(shí)成績包括課堂回答、實(shí)訓(xùn)報(bào)告、作業(yè)等。第一章單片機(jī)概述本章知識(shí)要點(diǎn)單片機(jī)的概念、發(fā)展及應(yīng)用范圍01常用的進(jìn)位計(jì)數(shù)制及其相互轉(zhuǎn)換的方法02原碼、補(bǔ)碼的表示方法及其相互轉(zhuǎn)換，了解反碼表示方法03BCD碼與十進(jìn)制之間的轉(zhuǎn)換，BCD碼的加減運(yùn)算04一、什么是單片機(jī)

1、微型計(jì)算機(jī)硬件結(jié)構(gòu)——常見的微機(jī)外形臺(tái)式微機(jī)便攜式微機(jī)立式微機(jī)微型計(jì)算機(jī)硬件結(jié)構(gòu)——微機(jī)硬件組成

顯示器主機(jī)鍵盤鼠標(biāo)微型計(jì)算機(jī)硬件結(jié)構(gòu)——運(yùn)算器控制器CPU存儲(chǔ)器輸入接口電路輸入設(shè)備輸出設(shè)備輸出接口電路硬件系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)CPU(CentralProcessingUnit)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。

軟件系統(tǒng)+微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)運(yùn)算器控制器CPU存儲(chǔ)器輸入接口電路輸入設(shè)備輸出設(shè)備輸出接口電路硬件系統(tǒng)微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)CPU輸入設(shè)備輸出設(shè)備軟件系統(tǒng)+微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)硬件系統(tǒng)輸入接口設(shè)備輸出接口設(shè)備運(yùn)算器控制器存儲(chǔ)器單片微型計(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)——單片機(jī)實(shí)質(zhì)上就是一個(gè)芯片2、單片微型計(jì)算機(jī)單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖

CPU存儲(chǔ)器定時(shí)器/計(jì)數(shù)器

中斷系統(tǒng)P0-P3TxDRxD

TINT并行I/O口串行I/O口

單片機(jī)的定義把CPU、RAM、ROM、定時(shí)計(jì)數(shù)器，以及輸入輸出（I/O）接口電路等計(jì)算機(jī)的主要部件集成在一塊芯片上。這樣組成芯片級(jí)的微型計(jì)算機(jī)直譯為單片微型計(jì)算機(jī)（Singlechipmicrocomputer）或單片機(jī)，在我國，我們習(xí)慣上稱其為單片機(jī)。單片機(jī)雖然只是一個(gè)芯片，但從組成和功能上看，它已具備微機(jī)系統(tǒng)的含義。更為準(zhǔn)確地反映單片機(jī)本質(zhì)的叫法應(yīng)是微控制器（Microcontroller,MCU）。根據(jù)單片機(jī)的結(jié)構(gòu)和微電子設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，應(yīng)用系統(tǒng)中雖然往往以單片機(jī)為核心，但是它已完全融入應(yīng)用系統(tǒng)中，故而也有把單片機(jī)稱作嵌入式微控制器。單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)

單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)單片機(jī)＋接口電路及外設(shè)等＋軟件硬件單片機(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(duì)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。二、單片機(jī)的特點(diǎn)及應(yīng)用1.單片機(jī)的特點(diǎn)體積小，重量輕電源單一，功耗低功能強(qiáng)，價(jià)格低運(yùn)行速度快，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)2.單片機(jī)應(yīng)用

工業(yè)方面民用方面儀表方面電訊方面數(shù)據(jù)處理方面汽車方面3.單片機(jī)種類

◆目前8位單片機(jī)仍是單片機(jī)的主流機(jī)型；◆生產(chǎn)廠商：◆單片機(jī)的發(fā)展經(jīng)歷了由4位機(jī)到8位機(jī),再到16位機(jī)的發(fā)展過程美國微芯片公司:PIC16C××系列、PIC17C××系列、PIC1400系列，美國英特爾公司的MCS-48和MCS-51系列，美國摩托羅拉公司的MC68HC05系列和MC68HC11系列，美國齊洛格公司的Z8系列，日本電氣公司的μPD78××系列，美國莫斯特克公司和仙童公司合作生產(chǎn)的F8（3870）系列等。

MCS51家族MCS51是什么？MCS是Intel公司單片機(jī)的系列符號(hào)。Intel推出有MCS-48、MCS-51、MCS-96系列單片機(jī)。MCS-51系列包括三個(gè)基本型8031、8051、8751，以及對(duì)應(yīng)的低功耗型號(hào)80C31、80C51、87C51，因而MCS-51特指Intel的這幾種型號(hào)。

MCS-51系列單片機(jī)51子系列：基本型，根據(jù)片內(nèi)ROM的配置，對(duì)應(yīng)芯片依次為8031、8051、8751、8951。52子系列：增強(qiáng)型，對(duì)應(yīng)芯片依次為8032、8052、8752、8952三、數(shù)制及編碼計(jì)算機(jī)只識(shí)別和處理數(shù)字信息，數(shù)字是以二進(jìn)制數(shù)的形式表示的。它易于物理實(shí)現(xiàn)，同時(shí)，資料存儲(chǔ)、傳送和處理簡單可靠；運(yùn)算規(guī)則簡單，使邏輯電路的設(shè)計(jì)、分析、綜合方便，使計(jì)算器具有邏輯性。一、數(shù)制1、常用數(shù)制（1.）十進(jìn)制數(shù)：

1985=1000+900+80+5=1×103+9×102+8×101+5×100

特點(diǎn)：有0~9十個(gè)不同的符號(hào)。逢十進(jìn)一。一般用下腳標(biāo)D表示，如1985D,或無下腳標(biāo)。

（2.）二進(jìn)制數(shù)：特點(diǎn)：有0，1兩個(gè)不同的符號(hào)。逢二進(jìn)一。二進(jìn)制數(shù)的下腳標(biāo)為B

例如：對(duì)于整數(shù)，

1001B=1×23+0×22+0×21+1×20=9D

對(duì)于小數(shù)，

0.101B=1×2-1+0×2-2+1×2-3=0.625D

二進(jìn)制數(shù)每一位的權(quán)是：以小數(shù)點(diǎn)分界，

…..24,23,22,21,20.2-1,2-2,2-3,……

（3.）十六進(jìn)制數(shù)：

有0~9，A,B,C,D,E,F共十六個(gè)不同的符號(hào)。逢十六進(jìn)位。用下腳標(biāo)“H”表示十六進(jìn)制數(shù)。例：327H=3×162+2×161+7×160=807D3AB.11H

=3×162+A×161+B×160+1×161+1×16-2

=939.0664D

2、數(shù)制的轉(zhuǎn)換（1.）二進(jìn)制轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)方法:按權(quán)展開。

111.101B=1×22+1×21+1×20+1×2-1+0×2-2

+1×2–3=4+2+1+0.5+0.125=7.625D（2.）十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)方法：整數(shù)部分除二取余，小數(shù)部分乘二取整45余數(shù)

22111051211001222222即45=（101101）2例1、將十進(jìn)制數(shù)45轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)。例2：十進(jìn)制小數(shù)部分的轉(zhuǎn)換:乘二取整0.6875×

2最高位取11.37500.375×2取00.750×2取11.500.5×2最低位取11.0從上至下寫成從左至右10110.6875D=0.B二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成八進(jìn)制數(shù)與上述類似。（3.）十六進(jìn)制數(shù)與二進(jìn)制數(shù)之間的轉(zhuǎn)換:十六進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制：

9AB.7C5H

100110101011.011111000101B

二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換十六進(jìn)制數(shù):0001101111100011.100101111000B1BE3.978H進(jìn)制之間數(shù)的對(duì)應(yīng)關(guān)系二進(jìn)制的算術(shù)運(yùn)算（1）加法運(yùn)算運(yùn)算規(guī)則：

0＋0＝00＋1＝1＋0＝11＋1＝10，向高位進(jìn)1【例1-7】10100111B

＋01101110B100010101B（2）減法運(yùn)算運(yùn)算規(guī)則：

0-0＝01-0＝11-1＝00-1＝1，向高位借1【例1-8】10100111B

－01101110B00111001B（3）乘法運(yùn)算運(yùn)算規(guī)則：0×0＝0×1＝1×0＝01×1＝1【例1-9】11001011B×101B1100101100000000110010111111110111B二、數(shù)碼1、機(jī)器數(shù)與真值計(jì)算機(jī)中的符號(hào)數(shù)的表示方法：

把二進(jìn)制數(shù)的最高位定義為符號(hào)位。符號(hào)位：“0”表示正，“1”表示負(fù)。把符號(hào)也數(shù)值化了的數(shù)，稱為機(jī)器數(shù)。機(jī)器數(shù)所表示的真實(shí)的數(shù)值，稱為真值。注：后面的講述均以8位二進(jìn)制數(shù)為例。例+52=+0110100=0

0110100

符號(hào)位數(shù)值位

-52=-0110100=1

0110100

真值機(jī)器數(shù)

2、機(jī)器數(shù)的編碼及運(yùn)算對(duì)帶符號(hào)數(shù)而言，有原碼、反碼、補(bǔ)碼之分，計(jì)算機(jī)內(nèi)一般使用補(bǔ)碼。（1）原碼表示方法用8位二進(jìn)制數(shù)表示數(shù)的原碼時(shí)，最高位為數(shù)的符號(hào)位，其余7位為數(shù)值位。正數(shù)為0負(fù)數(shù)為1。例如：真值為＋120和－120的原碼形式

[＋120]原＝01111000[－120]原＝11111000

對(duì)于零，可以認(rèn)為它是正零，也可以認(rèn)為它是負(fù)零，所以零的原碼有兩種表示形式：

[+0]原＝00000000[-0]原＝100000008位二進(jìn)制數(shù)原碼表示范圍為：11111111～01111111，即－127～＋127。對(duì)一個(gè)數(shù)X：若X>0，則[X]反=[X]原若X<0，則[X]反=對(duì)應(yīng)原碼的符號(hào)位不變，數(shù)值部分按位求反。例如：

[＋120]反＝[+120]原＝01111000[－120]反＝10000111零的反碼有兩種表示方式，即：

[＋0]反＝00000000[－0]反＝111111118位二進(jìn)制數(shù)反碼表示范圍為：11111111～01111111，即－127～＋127。（2）反碼表示方法運(yùn)用補(bǔ)碼可使減法變成加法。規(guī)定：正數(shù)的補(bǔ)碼等于原碼。負(fù)數(shù)的補(bǔ)碼求法：反碼+1如，設(shè)X=-0101110B，則[X]原

=10101110B則[X]補(bǔ)

=[X]反

+1=11010001+00000001=11010010B如，[+0000110]補(bǔ)

=

[+0000110]原

=00000110B[-0000110]補(bǔ)

=[-0000110]反+1=11111010B8位補(bǔ)碼的范圍–128~+127。

0的個(gè)數(shù)：只一個(gè)，即00000000而10000000B是-128的補(bǔ)碼。原碼、反碼、補(bǔ)碼對(duì)照表：見下表123（3）補(bǔ)碼補(bǔ)碼的概念：現(xiàn)在是下午3點(diǎn)，手表停在12點(diǎn)，可正撥3點(diǎn)，也可倒撥9點(diǎn)。即是說-9的操作可用+3來實(shí)現(xiàn)，在12點(diǎn)里：3、-9互為補(bǔ)碼。

八位二進(jìn)制數(shù)所能表示的數(shù)據(jù)范圍機(jī)器數(shù)無符號(hào)數(shù)原碼反碼補(bǔ)碼000000000+0+0+0000000011+1+1+1.....01111111127+127+127+12710000000128-0-127-12810000001129-1-126-127..........11111110254-126-1-211111111255-127-0-1（4）補(bǔ)碼的運(yùn)算當(dāng)X≥0時(shí)，[X]補(bǔ)=[X]反=[X]原[[X]補(bǔ)]補(bǔ)

=[X]原[X]補(bǔ)+[Y]補(bǔ)

=[X+Y]補(bǔ)[X-Y]補(bǔ)=[X+（-Y）]補(bǔ)例：已知

X=52Y=38求X-Y

方法1：減法：

X-Y=52-38=1400110100

-）0010011000001110方法2：加法

X-Y=[[X-Y]補(bǔ)]補(bǔ)=[[X]補(bǔ)+[-Y]補(bǔ)]補(bǔ)

=[[52]補(bǔ)+[-38]補(bǔ)]補(bǔ)

=[14]補(bǔ)

=14

[52]補(bǔ)：00110100

[-38]補(bǔ)：+）11011010100001110

自然丟失計(jì)算機(jī)在做算術(shù)運(yùn)算時(shí)，必需檢查溢出，以防止發(fā)生錯(cuò)誤

(5)運(yùn)算的溢出問題由于計(jì)算機(jī)中表示數(shù)據(jù)的字長（位數(shù)）有一定限制，所以數(shù)據(jù)的表示應(yīng)有一個(gè)范圍。如字長8位時(shí)；補(bǔ)碼范圍-128~+127若運(yùn)算結(jié)果超出這個(gè)范圍，便溢出。例：

[98]補(bǔ)：01100010[25]補(bǔ)：+）00011001

[123]補(bǔ)001111011

未溢出00Cs+1Cs（未溢出）

[85]補(bǔ)：01010101

[47]補(bǔ)：+）00101111[132]補(bǔ)：10000100

溢出01Cs+1Cs（溢出）錯(cuò)：兩個(gè)正數(shù)相加和為負(fù)數(shù)。

[-85]補(bǔ)：10101011[-47]補(bǔ)：+）11010001

[-132]補(bǔ)：101111100

溢出10Cs+1Cs

錯(cuò)：兩個(gè)負(fù)數(shù)相加和為正數(shù)。【例1-12】已知[X]補(bǔ)＝00111010B，[Y]補(bǔ)＝10011101B，求[X+Y]補(bǔ)。

00111010 58＋ 10011101

－99 11010111

－41 得：[X+Y]補(bǔ)＝11010111B【例1-13】已知[X]補(bǔ)＝10011011B，[Y]補(bǔ)＝01101001B，求[X+Y]補(bǔ)。

10011011

－101＋ 01101001 10500000100 4 得：[X+Y]補(bǔ)＝00000100B（進(jìn)位發(fā)生丟失，不會(huì)影響運(yùn)算結(jié)果）【例1-14】已知[X]補(bǔ)＝11000100B，[Y]補(bǔ)＝10001000B，求[X+Y]補(bǔ)。

11000100

－60＋ 10001000

－120101001100 －180 得：[X+Y]補(bǔ)＝1001100B（顯然該結(jié)果是錯(cuò)誤的）

（6）

十進(jìn)制數(shù)的編碼對(duì)機(jī)器：二進(jìn)制數(shù)方便，對(duì)人：二進(jìn)制數(shù)不直觀，習(xí)慣于十進(jìn)制數(shù)。在編程過程中，有時(shí)需要采用十進(jìn)制運(yùn)算，但機(jī)器不認(rèn)識(shí)十進(jìn)制數(shù)。怎么辦？可以將十進(jìn)制的字符用二進(jìn)制數(shù)進(jìn)行編碼：

0

00005010110001601102

00107011130011810004010091001

這叫做二進(jìn)制數(shù)對(duì)十進(jìn)制編碼——BCD碼。上述每4位二進(jìn)制數(shù)表示一個(gè)十進(jìn)制字符，這4位中各位的權(quán)依次是：

8、4、2、1——8421BCD碼。BCD碼的運(yùn)算：例、18+）321

00011000+）00000011

00011011B是非BCD碼（錯(cuò)）需進(jìn)行十進(jìn)制調(diào)整：

00011000

+）0000001100011011（個(gè)位大于9，應(yīng)進(jìn)1）

+）0110

（加6使進(jìn)1）

00100001（結(jié)果形如21）BCD碼加法規(guī)則：兩個(gè)BCD數(shù)相加時(shí)，“某位”的和小于10則保持不變；兩個(gè)BCD數(shù)相加時(shí)，“某位”的和大于9，則和數(shù)應(yīng)加6修正。BCD碼減法規(guī)則：兩個(gè)BCD數(shù)相減時(shí)，“某位”的差未發(fā)生借位，則差數(shù)保持不變；兩個(gè)BCD數(shù)相減時(shí)，“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(gè)位”、“十位”、“百位”、……加法舉例：

01100101（65）

+）10010111（97）11111100

+）01100110（加66調(diào)整）101100010（162）減法舉例：00110100（34）

-）00010101（15）00011111

-）0110（減6調(diào)整）00011001（19）（7）字符信息的表示計(jì)算機(jī)能識(shí)別0、1、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(biāo)點(diǎn)符號(hào)、數(shù)字符號(hào)等文字符號(hào)），所以，計(jì)算機(jī)不僅要認(rèn)識(shí)各種數(shù)字，還要能識(shí)別各種文字符號(hào)。人們事先已對(duì)各種文字符號(hào)進(jìn)行二進(jìn)制數(shù)編碼。如，美國信息交換