《第1章微机基础知识单片机原理及接口技术（第3版）课件.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第1章微机基础知识单片机原理及接口技术（第3版）课件.ppt（53页珍藏版）》请在三一办公上搜索。
1、单片机原理及接口技术,多媒体演示系统,设计者：刘艳玲,第3版,14:36,目 录,第1章 微机基础知识 第2章 89C51单片机硬件结构和原理 第3章 指令系统 第4章 汇编语言程序设计知识 第5章 中断系统 第6章 定时器及应用 第7章 89C51串行口及串行通信技术 第8章 单片机小系统及扩展 第9章 应用系统配置及接口技术 第10章 系统实用程序参考资料,Exit,14:36,第一章 微机基础知识,1.1 微处理器、微机和单片机的概念,Back,1.2 常用数制和编码,1.3 数据在计算机中的表示,1.4 89C51单片机,1.5 思考题与习题,14:36,1.1 微处理器、微机和单片机
2、的概念,Back,1.1.2 存储器和输入输出接口,1.1.1 微处理器(机)的组成,14:36,概念,1、微处理器,3、单片机,2、微型计算机,14:36,微处理器(Microprocessor),是小型计算机或微型计算机的控制和处理部分。又称中央处理单元CPU（Central Processing Unit）。,14:36,微型计算机（Microcomputer,简称微机 MC）是具有完整运算及控制功能的计算机。,包括,微处理器(CPU),如图1-1所示。,存储器,接口适配器（输入输出接口电路）,输入/输出（I/O）设备。,图1-1 微机的组成,微处理器由控制器、运算器和若干个寄存器组成；
3、/设备与微处理器的连接需要通过接口适配器(即/接口)；存储器是指微机内部的存储器(RAM、ROM和EPROM等芯片)。,14:36,单片机（Single-Chip Microcomputer）是将微处理器、一定容量RAM和ROM以及I/O口、定时器等电路集成在一块芯片上，构成单片微型计算机。,微处理器RAM ROMI/O口定时器,单片微型计算机,Back,14:36,1.1.1 微处理器（机）的组成,Back,1、运算器,2、控制器,3、CPU中的主要寄存器,14:36,计算机的模型,微处理单元与存储器及I/O接口组成的计算机模型如 图1-2所示。图中只画出CPU主要的寄存器和控制电路，并且假
4、设所有的计数器、寄存器和总线都是8位宽度。ALU、计数器、寄存器和控制部分除在微处理器内通过内部总线相互联系以外，还通过外部总线和外部的存储器和输入/输出接口电路联系。外部总线一般分为数据总线、地址总线和控制总线，统称为系统总线。存储器包括RAM和ROM。微计算机通过输入/输出接口电路可与各种外围设备联接。,14:36,图1-2 一个计算机模型,14:36,1、运算器,Back,1）、组成,2）、作用,3）、ALU的两个主要的输入来源,4）、运算器的两个主要功能,14:36,1）运算器的组成,算术逻辑单元(简称ALU）,Back,运算器,累加器,寄存器,14:36,2）运算器的作用,是把传送到
5、微处理器的数据进行运算或逻辑运算。,举例,ALU可对两个操作数进行加、减、与、或、比较大小等操作，最后将结果存入累加器。,ALU执行不同的运算操作是由不同控制线上的信息所确定的。,Back,14:36,例如：两个数（7和9）相加，在相加之前，操作数9放在累加器中，7放在数据寄存器中，执行两数相加运算的控制线发出“加”操作信号，ALU即把两个数相加并把结果（16）存入累加器，取代累加器前面存放的数9。,Back,14:36,3）ALU的两个主要的输入来源,输入来源,数据寄存器,累加器,Back,14:36,4）运算器的两个主要功能,（1）执行各种算术运算。,（2）执行各种逻辑运算，并进行逻辑测试
6、。如零值测试或两个值的比较。,Back,14:36,2、控制器,1）、控制器的组成,2）、控制器的作用,3）、控制器的主要功能,Back,14:36,Back,控制器的组成,程序计数器,指令寄存器,指令译码器,时序产生器,操作控制器,1）控制器的组成,14:36,2）作用,它是发布命令的“决策机构”，即协调和指挥整个计算机系统的操作。,Back,14:36,3）控制器的主要功能,对指令进行译码或测试，并产生相应的操作控制信号，以便启动规定的动作。,指挥并控制CPU、内存和输入/输出设备之间数据流动的方向。,从内存中取出一条指令，并指出下一条指令在内存中的位置。,Back,14:36,3、CPU
7、中的主要寄存器,1）累加器（A）,2）数据寄存器（DR）,3）指令寄存器（IR）,4）指令译码器（ID）,6）地址寄存器（AR）,5）程序计数器（PC）,Back,14:36,1）累加器（A）,Back,在算术和逻辑运算时，它具有双重功能：运算前，用于保存一个操作数；运算后，用于保存所得的和、差或逻辑运算结果。,累加器是微处理器中最繁忙的寄存器。,14:36,2）数据寄存器（DR）,数据（缓冲）寄存器（DR）是通过数据总线（DBUS）向存储器（M）和输入/输出设备I/O送（写）或取（读）数据的暂存单元。,Back,14:36,3）指令寄存器（IR）,指令寄存器用来保存当前正在执行的一条指令。,
8、当执行一条指令时先把它从内存取到数据寄存器中，然后再传送到指令译码器中。,Back,14:36,4）指令译码器（ID）,指令分为操作码和地址码字段，由二进制数字组成。当执行任何给定的指令，必须对操作码进行译码，以便确定所要求的操作。,指令寄存器中操作码字段的输出就是指令译码器的输入。,操作码一经译码后，即可向控制器发出具体操作的特定信号。,Back,14:36,5）程序计数器（PC）,通常又称为指令地址计数器。,在程序开始执行前，必须将其起始地址，即程序的第一条指令所在的内存单元地址送到PC。,当执行指令时，CPU将自动修改PC的内容，使之总是保存将要执行的下一条指令的地址。,由于大多数指令都
9、是按顺序执行的，所以修改的过程通常是简单的加1操作。,Back,14:36,6）地址寄存器（AR）,地址寄存器用来保存当前CPU所要访问的内存单元或I/O设备的地址。,因为内存（I/O设备）和CPU之间存在着速度上的差别，所以必须使用地址寄存器来保存地址信息，直到内存（I/O设备）读/写操作完成为止。,Back,14:36,1.1.2 存储器和输入输出接口,1、存储器,2、I/O接口及外设,Back,14:36,1、存储器,如图1-4所示。地址总线、数据总线和若干控制线把存储器和微处理器连接起来。存储器从CPU接收控制信号，以确定存储器执行读/写操作。地址总线将8位地址信息送入地址译码器，地址
10、译码器的输出可以确定唯一的存储单元。数据总线用来传送存储器到CPU或CPU到存储器的数据信息。,14:36,Back,图1-4 随机存取存储器,14:36,2、I/O接口及外设,每个外设与微处理器的连接必须经过接口适配器（I/O接口）。每个I/O接口及其对应的外设都有一个固定的地址，在CPU的控制下实现对外设的输入（读）和输出（写）操作。,Back,14:36,1.2 常用数制和编码,Back,1.2.1 数制及数制间转换 1.2.2计算机中常用编码,14:36,1.2.1 数制及数制间转换,Back,1.数制计数的进位制2、不同数制之间的转换,14:36,1.数制计数的进位制,Back,1.
11、二进制：是“0”和“1”这样的数、逢2进位。按权展开时权的基数为2。用后缀字母“B”表示。如：1001=123+022+021+120=9（十进制数）2.十进制：是“0”“9”之间的数、逢10进位。按权展开时权的基数为10。用后缀字母“D”表示。如：1135=1103+1102+3101+5100 3.十六进制：是“0”“9”，“A,B,C,D,E,F”之间的数、逢16进位。按权展开时权的基数为16。用后缀字母“H”表示。如：1C5H=1162+12161+5160=453D,14:36,2、不同数制之间的转换,Back,1、二进制、十六进制转化成十进制：将二、十六进制数按权展开相加即为相应的
12、十进制数。如：1101=123+122+021+120=13D如：1FH=1161+15160=31D2、十进制转换成二进制数：将十进制数除2取余，商为0止余数倒置。如：11D=1011B 3、十进制转换成十六进制数：将十进制数除16取余，商为0止余数倒置。如：100D=64H4、二进制转换成十六进制数：将二进制数以小数点为界四位一分，不足补0，用一位十六进制数代替四位二进制数。如：1 0011 1100 B=0001 0011 1100 B=13C H5、十六进制转换成二进制数：将十六进制数以小数点为界，用四位二进制数代替一位十六进制数。如：D4E H=1101 0100 1110 B,14
13、:36,1.2.2 计算机中常用编码,Back,BCD（Binary Coded Decimal）码二十进制码ASCII（American Standard Code for Information Interchange）码,14:36,1.BCD（Binary Coded Decimal）码二十进制码,Back,BCD码是一种二进制形式的十进制码，也称二-十进制码。它用4位二进制数表示1位十进制数，最常用的是8421BCD码，见表1-2。8421BCD码用0000H1001H代表十进制数09，运算法则是逢十进一。8421BCD码每位的权分别是8，4，2，1，故得此名。例如，1 649的BC
14、D码为0001 0110 0100 1001。,14:36,表 1-2 8421 BCD码表,Back,14:36,2.ASCII（American Standard Code for Information Interchange）码,Back,ASCII码是一种字符编码，是美国信息交换标准代码的简称，见表1-3。它由7位二进制数码构成，共有128个字符。ASCII码主要用于微机与外设通信。当微机与ASCII码制的键盘、打印机及CRT等连用时，均以ASCII码形式进行数据传输。例如，当按微机的某一键时，键盘中的单片机便将所按的键码转换成ASCII码传入微机进行相应处理。,14:36,Back
15、,表 1-3 ASCII码字符表,14:36,1.3 数据在计算机中的表示,Back,1.3.1 有符号数 1.3.2 无符号数,14:36,1.3.1 有符号数,有符号的8位二进制数用最高位D7表示数的正或负，0代表“+”，1代表“-”，D7称为符号位，D6D0为数值位。,Back,上述的8位带符号二进制数又有3种不同表达形式，即原码、反码和补码。在计算机中，所有有符号数都是以补码形式存放的。,14:36,Back,1.原码 一个二进制数，用最高位表示数的符号，其后各位表示数值本身，这种表示方法称为原码。原码的表示范围是-127+127例如:X=+1011010B X原=01011010B；
16、X=-1011010B X原=11011010B2.反码 正数的反码与原码相同。符号位一定为0，其余位为数值位。负数的反码符号位为1，数值位将其原码的数值位逐位求反。反码的表示范围是-127+127例如:X=-1011010B X 原=11011010B X 反=10100101B,14:36,3.补码正数的补码与原码相同。负数的补码符号位为1，数值位将其原码的数值位逐位求反后加1，即负数的反码加1。补码的表示范围是-128+127例如:X=-1011010B X 补=10100110B通常计算机中的数用补码表示，用补码进行运算。一个很明显的优点是减法可以用补码的加法来运算。这里还要特别提示“
17、溢出”的概念。溢出与进位不同，溢出是指有符号数的运算结果超出了数-128+127的表示范围，破坏了符号位。,Back,14:36,4 机器数与真值机器数：计算机中以二进制形式表示的数。真值：机器数所代表的数值。例如，机器数10001010B，它的真值为138（无符号数）-10（原码）-117（反码）-118（补码）【例15】怎样根据真值求补码，或根据补码求真值？答：只有两种求补码的方法：一是求负数的补码，用绝对值“取反加1”来求补码；二是求负数（补码）的真值，可先将该补码数用“取反加1”的方法得到其绝对值，再在绝对值前添加一负号。,Back,14:36,无符号的8位二进制数没有符号位，从D7D
18、0皆为数值位，所以8位无符号二进制数的表示范围是0+255。8位二进制数码的不同表达含义见表1-4。,Back,1.3.2 无符号数,14:36,Back,表 1-4 数的表示方法,Back,14:36,Back,1.4 89C51单片机,Back,51系列单片机有多种型号的产品，如普通型（51子系列）80C51、80C31、87C51和89C51等，增强型（52子系列）80C32、80C52、87C52和89C52等。它们的结构基本相同，其主要差别反映在存储器的配置上。80C31片内没有程序存储器，80C51内部设有4 KB的掩膜ROM程序存储器。87C51是将80C51片内的ROM换成EP
19、ROM，89C51则换成4 KB的闪速E2PROM。51增强型的程序存储器容量为普通型的2倍。通常以8C51代表这一系列的单片机，其中=0掩膜ROM=7EPROM/OTPROM=9Flash ROM,14:36,Back,1.4 89C51单片机,Back,89系列单片机已经在片内增加4 KB或8 KB的Flash ROM，而且整个89C51/89C52芯片比87C51便宜得多。所以现在已经没有人使用80C31或87C51开发产品了。单片机是典型的嵌入式系统，从体系结构到指令系统都是按照嵌入式应用特点专门设计的，能最好地满足面对控制对象、应用系统的嵌入、现场的可靠运行以及非凡的控制品质要求。因
20、此，单片机是发展最快、品种最多、数量最大的嵌入式系统。嵌入式系统与单片机已深入到国民经济众多技术领域，从天上到地下，从军事、工业到家庭日常生活。在人类进入信息时代的今天，难以想像，没有单片机的世界将会怎样！本教程以ATMEL、PHILIPS和SST等公司的89系列单片机中的AT89C51/P89C51/SST89E554（以下简称为89C51)为典型机，讲述单片机的硬件结构、原理、接口技术、编程及其应用技术。舍弃80C31扩展EPROM的传统模式，而依据目标任务选择所需不同档次（片内不同存储器容量）的89系列单片机。,14:36,Back,1.5 思考题与习题,Back,1.什么是微处理器、C
21、PU、微机和单片机?2.单片机有哪些特点?3.微型计算机怎样执行一个程序?4.将下列各二进制数转换为十进制数及十六进制数。11010B 110100B 10101011B 11111B5.将下列各数转换为十六进制数及ASCII码。129D 253D 01000011BCD 00101001BCD6.将下列十六进制数转换成二进制数和十进制数。5AH 0AE7.D2H 12BEH 0A85.6EH7.将下列十进制数转换成8421BCD码。22 986.71 1234 678.95,14:36,Back,1.5 思考题与习题,Back,8.什么叫原码、反码及补码？9.已知原码如下，写出其补码和反码（
22、其最高位为符号位）。X原=01011001 X原=00111110 X原=11011011 X原=1111110010.当微机把下列数看成无符号数时，它们相应的十进制数为多少？若把它们看成是补码，最高位为符号位，那么相应的十进制数是多少？10001110 10110000 00010001 01110101,14:36,1.李朝青.单片机原理及接口技术(简明修订版).北京：北京航空航天大学出版社，19992.李朝青.单片机学习辅导测验及解答讲义.北京：北京航空航天大学出版社，20033.李朝青.单片机&DSP外围数字IC技术手册.北京：北京航空航天大学出版社，20024.何立民.单片机高级教程
23、.北京：北京航空航天大学出版社，19995.何立民.I2C总线应用系统设计.北京：北京航空航天大学出版社，20046.张俊谟.单片机中级教程.北京：北京航空航天大学出版社，19997.张迎新，等.单片机初级教程.北京：北京航空航天大学出版社，19998.余永权.Flash单片机原理及应用.北京：电子工业出版社，19979.潘琢金，等.C8051F高速SOC单片机原理及应用.北京：北京航空航天大学出版社，200210.李刚.ADC8系列单片机原理与应用技术.北京：北京航空航天大学出版社，200211.李群芳，等.单片微型计算机与接口技术.北京：电子工业出版社，200112.朱定华，等.单片微机原理与应用.北京：清华大学出版社，北京：北方交通大学出版社，200313.李维祥.单片机原理与应用.天津：天津大学出版社，200114.肖洪兵，等.跟我学用单片机.北京：北京航空航天大学出版社，200215.钱逸秋.单片机原理与应用.北京：电子工业出版社，2002,参考资料,
