单片机原理及应用全册配套最完整精品课件2.ppt
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1、单片机原理及应用全册配套单片机原理及应用全册配套 最完整精品课件最完整精品课件2 第第0章:概述章:概述 单片机原理及其接口技术单片机原理及其接口技术 本书分为三个单元本书分为三个单元 第一单元:基础知识第一单元:基础知识 第二单元:第二单元:5151单片机系统单片机系统 第三单元:单片机应用系统第三单元:单片机应用系统 第第0章:概述章:概述 第一单元:第一单元: 第第0 0、1 1章章 第二单元:第二单元: 第第2 2、3 3、4 4章章 第三单元:第三单元: 第第5 5、6 6、7 7、8 8、9 9、1010章章 实验课:实验课: 重点是第二、第三单元。重点是第二、第三单元。 第第0章
2、:概述章:概述 课程目的:课程目的: 通过本课程的学习,掌握单片微型计算机的通过本课程的学习,掌握单片微型计算机的 原理结构、工作原理、指令系统、汇编语言编原理结构、工作原理、指令系统、汇编语言编 程方法、接口技术和实际应用。为应用单片机程方法、接口技术和实际应用。为应用单片机 技术解决实际问题打下基础。通过本课程学习,技术解决实际问题打下基础。通过本课程学习, 能够独立设计常用的单片机应用系统,能够编能够独立设计常用的单片机应用系统,能够编 写多种功能的汇编应用程序。通过该课程学习,写多种功能的汇编应用程序。通过该课程学习, 培养工程观念和规范意识,建立起完整的单片培养工程观念和规范意识,建
3、立起完整的单片 机应用系统的概念。机应用系统的概念。 第第0章:概述章:概述 课程的基本要求课程的基本要求 1 1要求以要求以MCS-51MCS-51系列单片机为基础掌握他们的结系列单片机为基础掌握他们的结 构、引脚、存储器配置,理解构、引脚、存储器配置,理解CPUCPU的时序、复的时序、复 位电路、输入位电路、输入/ /输出端口结构和工作原理。输出端口结构和工作原理。 2 2要求掌握要求掌握MCS-51MCS-51单片机寻址方式、指令系统,单片机寻址方式、指令系统, 理解汇编语言源程序基本知识,学会编写汇编理解汇编语言源程序基本知识,学会编写汇编 语言源程序的基本方法,能够编写简单汇编应语言
4、源程序的基本方法,能够编写简单汇编应 用程序。用程序。 3 3要求理解要求理解MCS-51MCS-51单片机中断系统的结构和工作单片机中断系统的结构和工作 原理,掌握单片机中断系统的应用,掌握中断原理,掌握单片机中断系统的应用,掌握中断 服务编程的编写。服务编程的编写。 第第0章:概述章:概述 4 4要求理解要求理解MCS-51MCS-51单片机定时器的结构和工作原单片机定时器的结构和工作原 理,掌握单片机定时器的应用及应用程序的编理,掌握单片机定时器的应用及应用程序的编 写。写。 5 5要求理解单片机程序存储器、数据存储器的扩要求理解单片机程序存储器、数据存储器的扩 展方法,了解有关的接口芯
5、片。展方法,了解有关的接口芯片。 6 6要求掌握单片机与键盘、显示器的接口技术,要求掌握单片机与键盘、显示器的接口技术, 理解单片机与理解单片机与A/DA/D、D/AD/A的接口技术。的接口技术。 7 7了解串行通信的基本概念,理解了解串行通信的基本概念,理解MCS-51MCS-51串行口串行口 的工作原理,理解单片机串行通信的程序,了的工作原理,理解单片机串行通信的程序,了 解串行通信的编程方法。解串行通信的编程方法。 第第0章:概述章:概述 19461946年由美国宾夕法尼亚大学研制年由美国宾夕法尼亚大学研制 ENIACENIAC(Electronic Numerical Electron
6、ic Numerical Integrator And calculatorIntegrator And calculator),运算速度),运算速度 50005000次次/ /秒,功耗秒,功耗150kw/h150kw/h, 占地占地170m2 170m2 ,造价,造价100100万美元。万美元。 1946-19581946-1958 第一代电子管计算机第一代电子管计算机。磁鼓存储器,机器语。磁鼓存储器,机器语 言、汇编语言编程。世界上第一台数字计算机言、汇编语言编程。世界上第一台数字计算机ENIAC。 1958-19641958-1964 第二代晶体管计算机第二代晶体管计算机。磁芯作主存储器
7、磁芯作主存储器, , 磁磁 盘作外存储器,开始使用高级语言编程。盘作外存储器,开始使用高级语言编程。 1964-19711964-1971 第三代集成电路计算机第三代集成电路计算机。使用。使用半导体存储器,半导体存储器, 出现多终端计算机和计算机网络。出现多终端计算机和计算机网络。 1971-1971- 第四代大规模集成电路计算机第四代大规模集成电路计算机。出现微型计算出现微型计算 机、单片微型计算机,外部设备多样化。机、单片微型计算机,外部设备多样化。 1981-1981- 第五代人工智能计算机第五代人工智能计算机。模拟人的智能和交流模拟人的智能和交流 方式。方式。 计算机发展趋势计算机发展
8、趋势 微型化微型化 便携式、低功耗便携式、低功耗; 巨型化巨型化 尖端科技领域的信息处理,需要超大容量、尖端科技领域的信息处理,需要超大容量、 高速度高速度; 智能化智能化 模拟人类大脑思维和交流方式,多种处理能模拟人类大脑思维和交流方式,多种处理能 力力; 系列化、标准化系列化、标准化 便于各种计算机硬、软件兼容和升便于各种计算机硬、软件兼容和升 级级; 网络化网络化 网络计算机和信息高速公路网络计算机和信息高速公路; 多机系统多机系统 大型设备、生产流水线集中管理大型设备、生产流水线集中管理(独立控独立控 制、故障分散、资源共享制、故障分散、资源共享) 微型计算机组成结构微型计算机组成结构
9、 微型计算机系统 硬件 微型计算机 (主机) 微处理器微处理器 (CPU) 软件 外围设备 运算器 控制器 存储器存储器 (内存) RAM ROM 外部设备 辅助设备 输入设备(键盘、扫描仪、语音识别仪) 输出设备(显示器、打印机、绘图仪、) 辅助存储器(磁带、磁盘、光盘) 输入输入/ /输出接口输出接口(PIO、SIO、CTC、ADC、DAC) (I/O接口接口) 总线 (AB、DB、CB) 系统软件(操作系统,编辑、编译程序,故障诊断,监控程序) 应用软件(科学计算,工业控制,数据处理) 程序设计语言(机器语言、汇编语言、高级语言) 电源电路 时钟电路 单片机简介单片机简介 单片机单片机即
10、单片机微型计算机,即单片机微型计算机,是将计算机主机是将计算机主机( (CPUCPU、 内存内存和和I/I/O接口接口) )集成在一小块硅片上的微型机。集成在一小块硅片上的微型机。 单片机开发系统有单片单板机和仿真器。实现单片机 应用系统的硬、软件开发。 单片机为工业测控而设计,又称微控制器。具有三高单片机为工业测控而设计,又称微控制器。具有三高 优势优势(集成度高、可靠性高、性价比高集成度高、可靠性高、性价比高)。 主要应用于工业检测与控制、计算机外设、智能仪器主要应用于工业检测与控制、计算机外设、智能仪器 仪表、通讯设备、家用电器等。仪表、通讯设备、家用电器等。 特别适合于嵌入式微特别适合
11、于嵌入式微 型机应用系统。型机应用系统。 单片机发展概况单片机发展概况 1976-1978 初级8位单片机 Intel MCS-48 系列 1978-高档8位单片机 Intel MCS-51系列: -51-51子系列:子系列:8031/8051/87518031/8051/8751 -52-52子系列:子系列:8032/8052/87528032/8052/8752 低功耗型(80C31)高性能型(80C552)廉价型 (89C2051/1051) 1983- 16位单片机 Intel MCS-96 系列 8098/80968098/8096、80C198/80C19680C198/80C19
12、6 32位单片机 80960 第第1章:微型计算机基础章:微型计算机基础 本章基本要求:本章基本要求: 单片微型计算机的含义单片微型计算机的含义 各系列单片机的特点各系列单片机的特点 5151系列系列单片机的概念及指标单片机的概念及指标 单片微机工业产品概念单片微机工业产品概念 1.1计算机中的数制及数的转换计算机中的数制及数的转换 计算机中的数:二进制计算机中的数:二进制 在计算机内,必须以二进制来考虑各种运算。在计算机内,必须以二进制来考虑各种运算。 自行强化概念:二进制、十进制、八进制、十六自行强化概念:二进制、十进制、八进制、十六 进制等的描述特点,转化方法。进制等的描述特点,转化方法
13、。 定点数的表示方法:小数点的位置固定。可以由定点数的表示方法:小数点的位置固定。可以由 使用者来定义小数点的位置。使用者来定义小数点的位置。 一般,采用定点整数、定点小数来描述计算机中一般,采用定点整数、定点小数来描述计算机中 的定点数。的定点数。 定点数的特点:运算规则简单,描述数据的范围定点数的特点:运算规则简单,描述数据的范围 较小。较小。 十进制十进制N ND D有十个数码0-9、逢十进一逢十进一。 十进制用于计算机输入输出,人机交互。 二进制二进制N NB B两个数码:0、1, 逢二进一逢二进一。 二进制为机器中的数据形式。 十六进制十六进制N NH H十六个数码:0-9, A-F
14、, 逢十六进一逢十六进一。 十六进制用于表示二进制数。 不同进位制数以下标或后缀区别,十进制数可 不带下标。 如如:101:101、101D101D、101B101B、101H 101H 、102102H H 进位计数制进位计数制 表 1-2-1 不同进位记数制对照表 十进制二进制十六进制十进制二进制十六进制 000000810008 100011910019 200102101010A 300113111011B 401004121100C 501015131101D 601106141110E 701117151111F 进位计数制进位计数制 十进制十进制N ND D 有十个数码:有十个数
15、码:0-90-9,逢十进一。,逢十进一。 例例 1234.5=11234.5=110103 3 +2 +210102 2 +3 +310101 1 +4 +410100 0 +5 +51010-1 -1 加权展开式以加权展开式以1010称为基数,各位系数为称为基数,各位系数为0-90-9。 一般表达式:一般表达式: N ND D= d= dn-1 n-1 1010n-1 n-1+d +dn-2 n-2 1010n-2 n-2 + +d +d0 010100 0 +d +d-1 -1 1010-1 -1+ + 进位计数制进位计数制 二进制二进制N NB B 两个数码:两个数码:0 0、1, 1,
16、 逢二进一逢二进一。 例例 1101.101B=1 1101.101B=12 23 3+1+12 22 2+0+02 21 1+1+12 20 0+1+12 2-1 -1+1 +12 2-3 -3 加权展开式以加权展开式以2 2为基数,各位系数为为基数,各位系数为0 0、1 1。 一般表达式:一般表达式: N NB B = b = bn-1 n-1 2 2n-1 n-1 + b + bn-2 n-2 2 2n-2 n-2 + +b +b0 02 20 0 +b +b-1 -1 2 2-1 -1+ + 进位计数制进位计数制 十六进制十六进制N NH H 十六个数码十六个数码0-90-9、A-FA
17、-F,逢十六进一,逢十六进一。 例:例:DFC.8H=13DFC.8H=1316162 2 +15 +1516161 1 +12 +1216160 0 +8 +81616-1 -1 展开式以十六为基数,各位系数为展开式以十六为基数,各位系数为0-90-9,A-FA-F。 一般表达式:一般表达式: N NH H= h= hn-1 n-1 1616n-1 n-1+ h + hn-2 n-2 1616n-2 n-2+ + h + h0 016160 0+ h+ h-1 -1 1616-1 -1+ + 进位计数制进位计数制 1-2-2 不同进位计数制之间的转换 先展开,然后按照十进制运算法则求和。先展
18、开,然后按照十进制运算法则求和。 举例: 1011.1010B=11011.1010B=12 23 3+1+12 21 1+1+12 20 0+1+12 2-1 -1+1 +12 2-3 -3=11.625 =11.625 DFC.8H =13DFC.8H =1316162 2+15+1516161 1+12+1216160 0+8+81616-1 -1 = 3580.5 = 3580.5 (一)二、十六进制数转换成十进制数(一)二、十六进制数转换成十进制数 进位计数制的一般表达式进位计数制的一般表达式: Nr= aNr= an-1 n-1r rn-1 n-1+a +an-2 n-2r rn-
19、2 n-2+ + +a +a1 1r r1 1a a0 0r r0 0a a-1 -1r r-1 -1 a a-m -mr r-m -m 一个r1进制的数转换成r2进制数的方法: 先展开,然后按r2进制的运算法则求和计算。 1-2-2 不同进位计数制之间的转换 (二)二进制与十六进制数之间的转换(二)二进制与十六进制数之间的转换 24=16 ,四位二进制数对应一位十六进制数。,四位二进制数对应一位十六进制数。 举例:举例: 3AF.2H3AF.2H = = 00110011 10101010 11111111. .00100010 = 1110101111.001B = 1110101111.
20、001B 3 A F 2 3 A F 2 1111101.11B1111101.11B = = 01110111 11011101. .11001100 = 7D.CH = 7D.CH 7 D C 7 D C (三)十进制数转换成二、十六进制数十进制数转换成二、十六进制数 整数、小数分别转换整数、小数分别转换 1.整数转换法整数转换法 “除基取余除基取余”:十进制整数不断除以转换进制基数,直至商为:十进制整数不断除以转换进制基数,直至商为0。 每除一次取一个余数,从低位排向高位。举例:每除一次取一个余数,从低位排向高位。举例: 1. 39转换成二进制数 39 =100111B 2 39 1 (
21、 b0) 2 19 1 ( b1) 2 9 1 ( b2) 2 4 0 ( b3) 2 2 0 ( b4) 2 1 1 ( b5) 0 2. 208转换成十六进制数 208 = D0H 16 208 余余 0 16 13 余余 13 = DH 0 2.小数转换法小数转换法 “乘基取整乘基取整”:用转换进制的基数乘以小数部分,直至:用转换进制的基数乘以小数部分,直至小数为小数为0 或达到转换精度要求的位数。每乘一次取一次整数,从最高位排或达到转换精度要求的位数。每乘一次取一次整数,从最高位排 到最低位。举例:到最低位。举例: 1. 0.625转换成二进制数 0.625 2 1.250 1 (b-
22、1) 2 0.5 0 0 (b-2) 2 1.0 1 (b-3) 0.625 = 0.101B 2. 0.625转换成十六进制数 0.625 16 = 10.0 0.625 = 0.AH 3. 208.625 转换成十六进制数 208.625 = D0.AH (三)十进制数转换成二、十六进制数(三)十进制数转换成二、十六进制数 1.2计算机中的数的表示方法计算机中的数的表示方法 浮点数的表示方法:小数点的位置是浮动的。浮点数的表示方法:小数点的位置是浮动的。 浮点数的特点:数的描述范围大,运算规则比浮点数的特点:数的描述范围大,运算规则比 较复杂。较复杂。 二进制数的运算:二进制数的运算: 机
23、器数:使用二进制来描述数的符号和数值的机器数:使用二进制来描述数的符号和数值的 形式。形式。 机器数可以有:原码、反码、补码等形式等三机器数可以有:原码、反码、补码等形式等三 种基本形式。种基本形式。 带符号数的表示方法带符号数的表示方法 机器数:机器中数的表示形式,其位数通常为8的倍数 真值: 机器数所代表的实际数值。 举例:一个8位机器数与它的真值对应关系如下: 真值:真值:X1=+84=+1010100B X1=+84=+1010100B X2=-84= -1010100B X2=-84= -1010100B 机器数:机器数:X1X1机 机= 01010100 X2 = 01010100
24、 X2机 机= 11010100 = 11010100 在计算机中,数的符号用在计算机中,数的符号用“0 0”、“1 1” 表示。表示。 最高位作符号位,最高位作符号位,“0 0”表示表示“+ +”,“1 1”表示表示“- -”。 (一)机器数与真值(一)机器数与真值 最高位为符号位,最高位为符号位,0 0表示表示 “+ +”,1 1表示表示“”。 数值位与真值数值位相同数值位与真值数值位相同。 例例 8位原码机器数:位原码机器数: 真值:真值: x1 = +1010100B x2 = 1010100B 机器数: 机器数:x1原 原 = 01010100B x2原 原 = 11010100B
25、原码表示简单直观原码表示简单直观, ,但但0 0的表示不唯一,加减运算复杂。的表示不唯一,加减运算复杂。 有符号数通常使用三种表示方法:有符号数通常使用三种表示方法: (二二)原码原码(True Form) 带符号数的表示方法带符号数的表示方法 正数的反码与原码表示相同。 负数反码符号位为 1,数值位为原码数值各位取反。 例 8位反码机器数: x= +4 : x原= 00000100B x反= 00000100B x= -4 : x原= 10000100B x反= 11111011B (三)反码(三)反码(Ones Complement) 带符号数的表示方法带符号数的表示方法 (四)补码(四)
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