《單片機原理與應(yīng)用》PPT課件.ppt

單片機原理與應(yīng)用Principles and Application of Microcontroller,講授：唐露新,廣東工業(yè)大學(xué) 信息工程學(xué)院測控技術(shù)系,學(xué)習(xí)要求： 上課記筆記 獨立完成作業(yè) 認真做好實驗 學(xué)習(xí)方法：動手實踐 Practice is a best way to learning.,第1章 計算機基礎(chǔ)知識,1.1 計算機發(fā)展與應(yīng)用,1.2 計算機的應(yīng)用概況,1.3 計算機的數(shù)制及轉(zhuǎn)換,1.4 單片機應(yīng)用概況,1.5 單片機結(jié)構(gòu)及指令執(zhí)行過程,1.1 計算機發(fā)展與應(yīng)用,一、 發(fā)展概況 1946-1958: 第一代電子管計算機。磁鼓存儲器，機器語言 匯編語言編程。世界上第一臺數(shù)字計算機ENIAC。 1958-1964: 第二代晶體管計算機。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: 第三代集成電路計算機。使用半導(dǎo)體存儲器， 出現(xiàn)多終端計算機和計算機網(wǎng)絡(luò)。 1971- : 第四代大規(guī)模集成電路計算機。出現(xiàn)微型計算 機、單片微型計算機，外部設(shè)備多樣化。 1981- : 第五代人工智能計算機。模擬人的智能和交流 方式。,二、 計算機發(fā)展趨勢,微型化 便攜式、低功耗 巨型化 尖端科技領(lǐng)域的信息處理，需要超大容量、高 速度 智能化 模擬人類大腦思維和交流方式，多種處理能力 系列化、標準化 便于各種計算機硬、軟件兼容和升級 網(wǎng)絡(luò)化 網(wǎng)絡(luò)計算機和信息高速公路 多機系統(tǒng) 大型設(shè)備、生產(chǎn)流水線集中管理(獨立控制、 故障分散、資源共享),1.2 計算機的應(yīng)用概況,1科學(xué)計算：人造衛(wèi)星軌跡， 天氣預(yù)報等 2數(shù)據(jù)處理 ：企業(yè)管理、情報檢索等 3自動控制 ：航天飛行、火星探測等現(xiàn)場控制等 4輔助設(shè)計和制造 5系統(tǒng)仿真 6智能模擬 7計算機網(wǎng)絡(luò)與信息高速公路,1.3 計算機的數(shù)制及轉(zhuǎn)換,一、十進制ND 有十個數(shù)碼09、逢十進一。十進制用于計算機輸入輸出， 人機交互。 二、二進制NB 兩個數(shù)碼:0、1, 逢二進一。二進制為機器中的數(shù)據(jù)形式。 三、十六進制NH 十六個數(shù)碼:09, AF, 逢十六進一。十六進制用于表示 二進制數(shù)。 不同進位制數(shù)以下標或后綴區(qū)別,十進制數(shù)可不帶下標。 如:101、101D、101B、101H、101H,1.3.1進位計數(shù)制簡介,一、十進制ND 符號集：09 規(guī)則：逢十進一。 例：1234.5=1103 +2102 +3101 +4100 +510-1 加權(quán)展開式以10稱為基數(shù)，各位系數(shù)為09。 一般表達式： ND= dn-110n-1+dn-210n-2 +d0100 +d-110-1+,1.3.2 進位計數(shù)制,二、二進制NB 符號集：0、1 規(guī)則：逢二進一。 例：1101.101=123+122+021+120+12-1+12-3 加權(quán)展開式以2為基數(shù)，各位系數(shù)為0、1。 一般表達式： NB = bn-12n-1 + bn-22n-2 +b020 +b-12-1+,三、十六進制NH 符號集：09、AF 規(guī)則：逢十六進一。 例：DFC.8=13162 +15161 +12160 +816-1 展開式以十六為基數(shù)，各位系數(shù)為09，AF。 一般表達式： NH= hn-116n-1+ hn-216n-2+ h0160+ h-116-1+,1.3.3 不同進位計數(shù)制之間的轉(zhuǎn)換,進位計數(shù)制的一般表達式： Nr= an-1rn-1+an-2rn-2+ +a1r1a0r0a-1r-1a-mr-m 一個r1進制的數(shù)轉(zhuǎn)換成r2進制數(shù)的方法：先展開，然后 按r2進制的運算法則求和計算。 一、 二、十六進制數(shù)轉(zhuǎn)換成十進制數(shù) 先展開，然后按照十進制運算法則求和。 舉例： 1011.1010B=123+121+120+12-1+12-3=11.625 DFC.8H =13162+15161+12160+816-1 = 3580.5,二、二進制與十六進制數(shù)之間的轉(zhuǎn)換 24=16 ，四位二進制數(shù)對應(yīng)一位十六進制數(shù)。 舉例： 3AF.2H = 0011 1010 1111.0010 = 1110101111.001B 3 A F 2 1111101.11B = 0111 1101.1100 = 7D.CH 7 D C,三、十進制數(shù)轉(zhuǎn)換成二、十六進制數(shù),1. 整數(shù)轉(zhuǎn)換法 “除基取余”：十進制整數(shù)不斷除以轉(zhuǎn)換進制基數(shù)，直至商為0。每除一次取一個余數(shù)，從低位排向高位。 舉例：,（1） 39轉(zhuǎn)換成二進制數(shù) 39 =100111B 2 39 1 （ b0） 2 19 1 （ b1） 2 9 1 （ b2） 2 4 0 （ b3） 2 2 0 （ b4） 2 1 1 （ b5） 0,（2） 208轉(zhuǎn)換成十六進制數(shù) 208 = D0H 16 208 余 0 16 13 余 13 = DH 0,2. 小數(shù)轉(zhuǎn)換法 “乘基取整”：用轉(zhuǎn)換進制的基數(shù)乘以小數(shù)部分，直至小數(shù)為0或達到轉(zhuǎn)換精度要求的位數(shù)。每乘一次取一次整數(shù)，從最高位排到最低位。 舉例：,（1） 0.625轉(zhuǎn)換成二進制數(shù) 1) 0.625 2 2) 1.250 1 (b- 2 3) 0.5 0 0 (b- 2 1.0 1 (b- 0.625 = 0.101B,（2） 0.625轉(zhuǎn)換成十六進制數(shù) 0.625 16 = 10.0 0.625 = 0.AH （3） 208.625 轉(zhuǎn)換成十六進制數(shù) 208.625 = D0.AH,1.3.4 帶符號數(shù)的表示方法,機器中，數(shù)的符號用“0”、“1” 表示。最高位作符號位，“0”表示“+”，“1”表示“-”。 一、機器數(shù)與真值 機器數(shù)：機器中數(shù)的表示形式，其位數(shù)通常為8的倍數(shù) 真值： 機器數(shù)所代表的實際數(shù)值。 舉例:一個8位機器數(shù)與它的真值對應(yīng)關(guān)系如下： 真值：X1=+84=+1010100B X2=-84= -1010100B 機器數(shù)：X1機= 01010100 X2機= 11010100,二、原碼(True Form) 最高位為符號位，0表示 “+”，1表示“”。 數(shù)值位與真值數(shù)值位相同。 例 8位原碼機器數(shù)： 真值： x1 = +1010100B x2 = 1010100B 機器數(shù)： x1原 = 01010100 x2原 = 11010100 原碼表示簡單直觀,但0的表示不唯一，加減運算復(fù)雜。,三、補碼（Twos Complement）,正數(shù)的補碼表示與原碼相同。負數(shù)補碼的符號位為1， 數(shù)值位等于求反加1。 例：求 8位補碼機器數(shù)：x=+4 x補= 00000100 x=-4 10000100 x1111011 x補 = 11111100 補碼表示的優(yōu)點： 0的表示唯一，加減運算方便,數(shù)的補碼與“模”有關(guān) “?！奔从嫈?shù)系統(tǒng)的量程。 當(dāng)X<0，X補= 模-X。 8位二進制數(shù)的模為： 28 = 256 當(dāng)X<0，X補= 28 -X = 256 -X= 255 -X+1 = X反碼 + 1 規(guī)則：求反加1，符號位不變。 如： 1000 1101B 其補碼：1111 0010 規(guī)定：0000 0000B 為0 1000 0000B 不是0，而是128,8位機器數(shù)表示的真值,四、機器數(shù)與真值之間的轉(zhuǎn)換,1. 真值機器數(shù) (1)X1=+127，X2=-127，求X原 、X補 X1原=X1補=01111111= 7FH X2原=11111111= FFH X2補=10000001= 81H (2)X1=+255，X2=-255 ，求X原 、X補 X1原=X1補=0000000011111111= 00FFH X2原=1000000011111111= 80FFH X2補=1111111100000001= FF01H,1.3.5 二十進制編碼BCD碼,BCD碼(Binary Coded Decimal) 二進制代碼表示的十進制數(shù)。 一、8421 BCD碼 例：求十進制數(shù)876的BCD碼 876BCD = 1000 0111 0110 876 = 36CH = 11 0110 1100B,二、BCD碼運算,十進制調(diào)整：計算機實際按二進制法則計算，加入十 進制調(diào)整操作，可計算BCD碼。 十進制調(diào)整方法：當(dāng)計算結(jié)果有非BCD碼或產(chǎn)生進位 或借位，進行加6或減6調(diào)整。 例：計算BCD碼 38-29=？ 0011 1000 38BCD + 1101 0111 - 29BCD 1 0000 1111 產(chǎn)生非BCD + 1111 1010 -06調(diào)整 1 0000 1001 結(jié)果無借位：9,1.3.6 字符編碼 美國標準信息交換碼ASCII碼，用于計算機與計算機及外設(shè)之間傳遞信息。,1.4 單片機應(yīng)用概況,1976-1978 初級8位單片機 Intel MCS-48 系列 1978- 高檔8位單片機 Intel MCS-51系列： -51子系列：8031/8051/8751 -52子系列：8032/8052/8752 低功耗型80C31高性能型80C252廉價型89C2051/1051 1983- 16位單片機 Intel MCS-96 系列 8098/8096、80C198/80C196, DSP 32位單片機 ARM,二、計算機主要技術(shù)指標,字長： CPU并行處理二進制的數(shù)據(jù)位數(shù) 8位機、16位機、32位機和64位機。 內(nèi)存容量： 內(nèi)存存儲單元數(shù) 容量單位：1K=210=1024，1M=220=1KK 8K、64K、16M、64M。 運算速度： CPU處理速度 時鐘頻率、主頻、每秒運算次數(shù) 6MHz、12MHz、24MHz、100MHz、300MHz。 內(nèi)存存取周期：內(nèi)存讀寫速度 50nS 、70nS 、200nS 。,1.5 單片機結(jié)構(gòu)及指令執(zhí)行過程,單片機即單片機微型計算機，是將計算機主機(CPU、 內(nèi)存和I/O接口)集成在一小塊硅片上的微型機。 單片機為工業(yè)測控而設(shè)計，又稱微控制器。具有三高優(yōu) 勢(集成度高、可靠性高、性價比高)。 主要應(yīng)用于工業(yè)檢測與控制、計算機外設(shè)、智能儀器儀 表、通訊設(shè)備、家用電器等。 特別適合于嵌入式微型機應(yīng) 用系統(tǒng)。 單片機開發(fā)系統(tǒng)有單片單板機和仿真器。實現(xiàn)單片機應(yīng) 用系統(tǒng)的硬、軟件開發(fā)。,一、單片機結(jié)構(gòu),圖1-1 單片機組成框圖,二、計算機指令執(zhí)行過程,