单片机基础知识.ppt

单片机基础知识耿文静1本人介绍姓名：耿文静 年龄：31 教龄：7年毕业院校：天津职业技术师范大学自动化系（本科）四川大学电子与通信工程专业（研究生）擅长授课课程：单片机、PLC、电工学、模拟电路、数字电路。联系方式:手机 [phone] QQ 31317946 2培养目标重点掌握基本能力单片机应用能力基本知识基本开发设计能力分析调试设计制作3岗位需求和相关能力医疗器械医疗器械的设计制作的设计制作医疗器械医疗器械的维护维修的维护维修医疗器械医疗器械的测试、技术支持的测试、技术支持医疗器械的销售医疗器械的销售过硬的专业知识和技能较好的专业能力基本的专业能力基本的专业知识4教学成果体现数字时钟温度计数字温度计电子琴智能寻轨小车返回5单片机芯片实物6芯片内部7本部分内容n一 单片机概念n二 单片机的内部构成和外部引脚n三 计算常识补充n四 MCS-51单片机的存储器8一 单片机概念n什么是单片机？单片机即单片微型计算机SCM（Single Chip Microcomputer），是将微型计算机的主要部件CPU、存储器（RAM、ROM）、I/O接口、定时计数器、中断系统等，集成在一片芯片上构成的一种计算机芯片，由于应用于控制领域，又简称微控制器MCU（Microcontroler Unit）。由于ROM用于储存程序代码，因此称为“程序存储器”；RAM用于储存程序执行过程中的数据，称为“数据存储器”。9n什么是单片机系统？由硬件（单片机芯片和外围电路）、软件（内部程序）构成，能完成一定功能的设备，比如温度显示系统、交通灯控制系统等。10n单片机的发展史 1971年 单片机诞生 1976年 Intel公司 8位MCS-48系列 1980年 Intel公司 8位MCS-51系列典型的、完善的、应用最广泛的一个系列。1983年 Intel公司16位MCS-96系列小常识1：什么是“位”。我们通常用“位”来表示计算机的处理速度，究竟什么是位呢，为什么“位”越大代表着处理速度就越快呢？在计算机中，一位代表着一个二进制数，几位的CPU代表着该CPU一次能处理的二进制数的长度。11n单片机的应用 单片机应用十分广泛，大致可分如下几个范畴：1.在智能仪器仪表上的应用：摇床、离心机2.在工业控制中的应用：工厂流水线、各种警报系统3.在家用电器中的应用：现在的家用电器基本上都采用了单片机控制，电饭煲、洗衣机、电冰箱、空调机、彩电五花八门，无所不在。4.在计算机网络和通信领域中的应用：手机、交换机5.单片机在医用设备领域中的应用 单片机在医用设备中的用途亦相当广泛，例如医用呼吸机，各种分析仪，监护仪，超声诊断设备及病床呼叫系统等等。6.在各种大型电器中的模块化应用 7.单片机在汽车设备领域中的应用：汽车中的发动机控制器，GPS导航系统，abs防抱死系统，制动系统等等。此外，单片机在工商，金融，科研、教育，国防航空航天等领域都有着十分广泛的用途。12二 单片机的内部构成和外部引脚单片机的内部构成13CPU的内部构造和工作原理CPU执行指令的过程：查询PC中的地址从ROM对应地址中取出指令代码存入IR进入ID译码，确定该指令的功能在控制器的控制下输出控制信号，执行该功能 PC自加1。重复上述过程。14 MCS-51系列单片机简介 8位,外部可以扩展存储器和接口。分为2个子系列，3个版本：/8KB8052/803252子系子系列列4KB/8751/87c51/4KB8051/80c51/8031/80c3151子系子系列列MCS-51 EPROM 掩膜掩膜MOS 存储器类型存储器类型单片机系列单片机系列15 8051单片机的外部引脚16引脚介绍共40个引脚，4类（1）电源接口：VCC（40脚）VSS（20脚）（2）时钟接口：XTAL2（18脚）,XTAL1（19脚）（3）I/O接口：4个8位的并行口P0、P1、P2、P3。（4）其他引脚：RST（9脚）复位，高电平有效 小窍门1：接口助记词：奇左偶右，小上大下；占 4 个角，P3少3脚。只有P0序号反。17单片机最小系统 任何单片机想要正常工作，都有3个必接的电路：电源电路、时钟电路、复位电路。接好这3种电路的单片机系统，称为单片机最小系统。1 电源电路 VCC（40脚）一般接5V电源，VSS（20脚）接地。182 时钟电路 时钟电路接法如左图所示，Y1为晶体振荡器，简称晶振，C1、C2为电容。作为单片机的必接元件，晶振的作用是什么呢？晶振就是单片机的“时钟”。CPU的每一步运行都是有严格的时间标准的，谁来给它把控时间呢？就是晶振。单片机通电后，晶振电路开始工作，产生周期性方波，CPU就是以波动周期为时间标准的。MCS-51系列单片机常用的晶振频率为f=12MHz和f=11.0592MHz。nCPU执行指令是以机器周期为单位的。机器周期和晶振频率的关系是T=12/f。假设f=12MHz，则其机器周期为1us。19n小常识2：二进制单位有，位-bit，字节-Byte，字-Word,三者关系：1B=8b，1W=2B=16bn小常识3：十进制和二进制单位前缀对应数量级对比。前缀二进制十进制G230109M220106K210103m-10-3u-10-6n-10-9203 复位电路复位的功能：使单片机恢复初始状态。令程序计数器PC清零，令大部分RAM存储器清零。特殊的有：P0P1P2P3复位后各引脚均为高电平；堆栈指针SP=07H。复位的条件：复位引脚的高电平维持两个机器周期以上。复位的方式：上电复位和手动复位。21三 计算常识补充n进制进制字符计算原则基数位权二进制B0 1逢2进122-1 20 21 22十进制D0 1 9逢10进11010-1 100 101 102十六进制H09，A B C D E F逢16进11616-1 160 161 162思考：5D和5H一样大吗？15D和15H呢？22n进制转换 二、十六进制转换为十进制 原则：按权展开 198 D=1102+9101+8100=198 D 2A H=2161+10160=42 D 10110 B=124+023+122+121+0100=22 D23十进制转换成二、十六进制转换原则1：除基取余，倒序写（整数）练习：将35 D转换为二进制和十六进制数。235D 余数217-1 28-1 24-0 22-0 21-0 0-1结果：35 D=100011 B=2D H1645D 余数162-D 0-224n小窍门2：十进制转换成二进制可采用“拆分法”，将十进制数拆分成二进制位权之和的形式，即可直接获得所求二进制数。8 位二进制数的位权为：27 26 25 24 23 22 21 20 128、64、32、16、8、4、2、1。练习：35D=32+2+1=25+21+20=100011 B 29D=40D=100D=25 转换原则2:乘基取整法，顺序写 练习 把0.645 D转换成二、十六进制 0.645D=0.10100 B=0.A51EB H26n二进制和十六进制相互转换 转换原则：每一位十六进制数和四位二进制数对应。练习:2AH=00101010B10010B=00010010=12HBDHBDH000000100088000111100199001022101010A001133101111B010044110012C010155110113D011066111014E011177111115F27n计算机中数据的表示法 机器数与真值 机器只认识二进制数：0、1。这是因为，电路状态常有两个，如通、断；高电平、低电平；可用0、1表示。这种0、1组成的数据称为机器数，在计算机中一般以8位1字节为单元储存。28机器数的编码及运算对带符号数而言，有原码、反码、补码之分，计算机内一般使用补码。原码“+”用0表示，“-”用1表示，数值部分为该数本身，就构成了原码。如，+3原=00000011B -3原=10000011B0有两种表示方法：+0 00000000 B -0 11111111 B8位原码能表示的最大、最小的数据为：+127、-128反码规定：正数的反码等于原码；负数的反码是将原码的数值位各位取反。如，+4反=+4原=00000100 B -4反=11111011 B反码的数据范围：-128 +12729补码 概念：现在是下午3点，手表停在12点，可正拨3点，也可倒拨9点。即是说-9的操作可用+3来实现，在12点里：3、-9互为补码。运用补码可使减法变成加法。规定：正数的补码等于原码。负数的补码求法：反码+1如，+6补=+6原=00000110 B -6补=11111001+1=11111010 B 8位补码的范围 128 +127。0 的个数：只一个，即00000000，而10000000 B是-128的补码。30补码的运算 X补补=X原 X补+Y补=X+Y 补 X-Y 补=X+（-Y）补例：已知 X=52 Y=38 求X-Y的补码。31十进制数的编码 对机器来说二进制数方便，对人 来说二进制数不直观，习惯于使用十进制数。在编程过程中，有时需要采用十进制运算，但机器不认识十进制数。怎么办？可以将十进制的字符用二进制数进行编码，这叫做二进制数对十进制编码BCD码。每4位二进制数表示一个十进制字符，这4位的位权依次是：8、4、2、18421 BCD码。32（1）BCD码加法规则两个BCD数相加时，“某位”的和小于10则保持不变；两个BCD数相加时，“某位”的和大于9，则和数应加6修正。（2）BCD码减法规则两个BCD数相减时，“某位”的差未发生借位，则差数保持不变；两个BCD数相减时，“某位”发生了借位，其差应减6修正。这里“某位”指BCD数中的“个位”、“十位”、“百位”、33字符信息的表示 计算机能识别0、1，这些0、1、0、1、有的代表数值，有的仅代表要处理的信息（如字母、标点符号、数字符号等文字符号），所以，计算机不仅要认识各种数字，还要能识别各种文字符号。人们事先已对各种文字符号进行二进制数编码。如，美国信息交换标准码ASCII码34四 MCS-51单片机的存储器nROM 8051单片机的内部ROM容量为4KB，外部最大能扩展到64KB，用于存储程序代码和一些固定的数据表格。片内片外ROM的选择由引脚31决定。/EA，31脚，允许读片外ROM控制端。低电平有效。/EA脚的接法和内外ROM使用的关系：/EA=1 先内后外 /EA=0 只用外部35n小常识4：引脚名称带上划线表示该引脚低电平或下降沿有效。36n小常识5：存储空间的地址和容量的关系。M=2N M表示存储容量，N表示存储空间地址的位数。推导：37n小常识6 如何分清3个B?在计算机知识中，B可以代表单位（字节），进制（二进制），十六进制数中的一个（B H=11 D）。如何分请他们呢？请看下面几个B的应用,你能分清它们分别代表什么吗。4KB,10110100 B，5B H38nRAM 外部RAM 最大可以扩展到64KB，地址范围是0000HFFFF H。内部RAM 8051只有256B，地址范围是00HFFH。39 内部RAM又分为低128B和高128B，在使用上完全不同。内部RAM的低128B 地址范围：00H-7FH。根据功能的不同又分成-寄存器区、位寻址区、用户区3部分。40寄存器区 共32B，8B一组分成4组。每个字节在每组内按照地址从小到大的顺序，名称为R0-R7。用于快速存取数据。4组寄存器的选择：组别RS1 RS0地址名称第3组1118H-1FHR0-R7第2组1010H-17HR0-R7第1组0108H-0FHR0-R7第0组0000H-07HR0-R741位寻址区 位寻址区的地址范围为20H-2FH，共有16B，这些字节既可作为一般单元用字节寻址，也可进行位寻址。可寻址的位有128个，位地址为00H-7FH。CPU能直接操作这些位，执行例如置“1”、清“0”、求“反”、转移，传送和逻辑等操作。我们常称MCS-51具有布尔处理功能，布尔处理的存储空间指的就是这些为寻址区。位地址分配如下表所示：42用户区 剩下的80B是供用户使用的一般RAM区了，地址为30H-7FH。对这部份区域的使用不作任何规定和限制，但应说明的是，堆栈一般开辟在这个区域。43堆栈：只有一个口的存储空间。遵循“先进后出”原则。弹夹。可以通过堆栈指针SP设置堆栈的初始位置。比如：SP=0 x4F;注意：每入栈一个数据，SP的值加1，每弹出一个数据，SP的值减1，SP始终指向栈顶地址。44内部RAM的高128B 此区域零散的分布着21个有特殊功能的寄存器，被称为特殊功能寄存器（SFR）区。45下面，我们介绍一下几个常用的SFR。1、ACC-累加器，通常用A表示。运算前存被加减乘除数；运算后存结果；数据中转站；变址寄存器。2、B-寄存器。乘、除法前放乘数或除数；乘、除法后存乘积的高8位、余数；不做乘除法时，随你怎么用。463、PSW-程序状态字。这是一个很重要的东西，里面放了CPU工作时的很多状态，借此，我们可以了解CPU的当前状态，并作出相应的处理。和运算相关的位：CY：进位标志。加减法后最高位有进、借位，CY1；无进、借位，CY0 AC：辅助进、借位(高4位与4位间的进、借位)。0V：溢出标志位。运算结果按补码运算理解。有溢出，OV=1；无溢出，OV0。什么是溢出我们后面的章节会讲到。P：奇偶校验位：表示运算结果中二进制数位“1”的个数的奇偶性。若运算结果有奇数个1，P1；运算结果有偶数个1，P0。例：某运算结果是78H（01111000），显然1的个数为偶数，所以P=0。其他位：F0：用户标志位，由用户（编程人员）决定什么时候用，什么时候不用。RS1、RS0：工作寄存器组选择位。这个我们已知了。474、P0、P1、P2、P3-这个我们已经知道，是四个并行输入/输出口的寄存器。其中的每一位对应着引脚的输出。5、指针寄存器（1）程序计数器PC指明即将执行的下一条指令的地址，16位，寻址64KB范围，复位时PC=0000H（2）堆栈指针SP指明栈顶元素的地址，8位，可软件设置初值，复位时SP=07H（3）数据指针DPTR 唯一一个供用户使用的16位的寄存器。指明访问的数据存储器的单元地址，寻址范围64KB。分成DPL(低8位)和DPH(高8位)两个寄存器。如果不用，也可以作为通用寄存器来用，由我们自已决定如何使用。48