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单片机原理及应用,西南大学. 工程技术学院,单片机原理及应用,单片机原理及应用,本章内容提要,计算机系统导论,计算机常用数制与编码,单片机特点及应用,第 章 绪论,单片机原理及应用,计算机必须具备,相当于算盘的运算器 足够的存储器（相当于纸） 指挥、控制各部件协同工作的控制器 输出、输入设备 开机后启动系统自动投入运行的必要程序,第1章 绪 论,BIOS 计算机内部基本输出输入系统 一般烧写在主板上面,CMOS Complementary Metal Oxide Semiconductor（互补金属氧化物半导体） 制造大规模集成电路芯片用的一种技术或用这种技术制造出来的芯片 计算机内可读写的RAM芯片，保存BIOS设置完电脑硬件参数后的数据，如实时时间， 常都集成在主板的BIOS芯片,单片机原理及应用,硬件系统构成微机的实体和装置,软件系统微机系统所使用的各种程序的总称,软件系统与硬件系统共同构成实用的微机系统，两者是相辅相成、缺一不可的。,微型计算机系统,第1章 绪 论,运算器、控制器、存储器、输入/输出设备是计算机工作的物质基础（硬件），运算器、控制器是硬件中的核心（CPU）,CPU (Central Processing Unit),单片机原理及应用,第一章 绪论,计算机中的信息包括： 指令、数据，他们是以一定的编码形式表示 指令： 计算机中执行某种操作的命令 指令格式：指令的编码规则，包含操作码、操作数 （一般格式：操作码 操作数） 多操作数指令格式： 操作码 第一操作数 第二操作数 减法 被减数 减数,单片机原理及应用,（1）数据传输类 （2）算术类，如：加、减、乘、除 （3）逻辑指令，如：逻辑与、或、非等 （4）程序控制类 （5）输入/输出指令 （6）其他指令,第1章 绪 论,指令类型：,单片机原理及应用,字、字长： 数据和指令都是一组二进制编码，是作为一个整体进行处理、运算的，统称为机器字，简称字。 存储器：程序存储器、数据存储器 控制器： 由程序计数器（PC)、指令寄存器(IR)、指令操作码译码器、地址形成器、脉冲发生器、启停电路、时序电路微操作控制部件等组成。,第1章 绪 论,反映计算机性能还有哪些指标？,单片机原理及应用,第1章 绪 论,单片机原理及应用,1946-1958 第一代电子管计算机。磁鼓存储器，机器语言、汇编语言编程。第一台数字计算机ENIAC。,计算机发展概况,1958-1964 第二代晶体管计算机。磁芯作主存储器, 磁盘作外存储器，开始使用高级语言编程。,1964-1971 第三代集成电路计算机。使用半导体存储器，出现多终端计算机和计算机网络。,1971- 第四代大规模集成电路计算机。出现微型计算机、单片微型计算机，外部设备多样化。,1981-第五代人工智能计算机。模拟人的智能和交流方式。,第1章 绪 论,单片机原理及应用,单片微型计算机是指集成在一个芯片上的微型计算机，简称单片机 实质就是一个芯片,单片微型计算机,第1章 绪 论,单片机原理及应用,单片机的特点,性价比高 控制功能强、运行速度快 低电压、低功耗 集成度高、抗干扰能力强，可靠性高,可以嵌入到电子产品中嵌入式应用系统,第1章 绪 论,单片机原理及应用,第1章 绪 论,单片机的发展过程：,1976年intel研制出MCS-48系列8位的单片机，单片机的问世。 1976年Zilog开发Z80微处理器，广泛用于微型计算机和工业自动控制设备。 当时，Zilog、Motorola和Intel在微处理器领域三足鼎立。 20世纪80年代初，Intel公司推出了MCS-51系列8位单片机。 电气厂商竞相使用80C51的内核技术，增强了外围电路功能，强化了智能控制器的特征。 工业控制领域要求提高， Intel推出了16位MCS-8096，但性价不理想未广泛应用。 90年代后随着消费电子产品大发展，单片机技术得到了巨大提高。 大量专用的嵌入式操作系统被广泛应用在单片机上，作为掌上电脑和手机核心 处理的高端单片机甚至可以直接使用专用的Windows和Linux操作系统。,单片机原理及应用,基于MCS51内核的单片机,什么是MCS51系列单片机,MCS51是指由美国INTEL公司生产的一系列高性能8位单片机的总称，也就是我们平常讲的51系列单片机。这一系列单片机包括了许多品种，如8031，8051，8751，8032，8052，8752等，其中8051是最早最典型的产品，该系列其它单片机都是在8051的基础上进行功能的增、减、改变而来的，所以人们习惯于用8051来称呼MCS51系列单片机 。,单片机原理及应用,MCS-51系列单片机的分类,按功能分类,按存储器配置分类,单片机原理及应用,单片机应用系统:由硬件系统和软件系统组成,硬件是应用系统的基础,软件是在硬件的基础上对其资源进行合理调配和使用，从而完成应用系统所要求的任务，二者相互依赖，缺一不可,注：本课程的重点,1.掌握单片机应用系统硬件原理的分析方法。,2.掌握软件设计与调试的基本技能。,第1章 绪 论,单片机原理及应用,1.3 计算机中常用数制与编码,1.3.1 数制及数制间的转换 一、进位计数制 进位计数制有以下两个特点： （1）有一个固定的基数r，数的每一位只能取r个不同的数字，即所使用的数码为0，1，2，r-1。 （2）逢r进位，它的第i个数位对应于一个固定的值ri，ri称为该位的“权”。小数点左面各位的权是基数r的正次幂，依次为0，1，2，m次幂，小数点右面各位的权是基数r的负次幂，依次为 -1，-2，-n次幂。,第1章 绪 论,单片机原理及应用,1十进制,十进制的基数为10，它所使用的数码为09，共10个数字。十进制各位的权是以10为底的幂，即每个数所处的位置不同，它的值是不同的，每一位数是其右边相邻那位数的10倍。 例，数435.32就是下列多项式的缩写 435.32D4102+3101+5100+310-1+210-2 后缀D（Decimal） 表示该数为十进制数，通常对十进制数可不加后缀。,第1章 绪 论,单片机原理及应用,2二进制,二进制的基数为2，它所使用的数码为0、1，共2个。二进制各位的权是以2为底的幂，即，22，21，20，2-1，2-2，。 例如，二进制数1011.101相当于十进制的数是： 1011.101B123+022+121+120+12-1+02-2+12-3 二进制数的运算规则类似于十进制，加法为逢二进一，减法为借一为二。利用加法和减法就可以进行乘法、除法以及其它数值运算。 后缀B（Binary）表示该数为二进制数。 字节(Byte)： 8个二进制位(Bit)，无符号表达范围0255 字Word：双字节，16个二进制位，无符号表达范围065535,第1章 绪 论,单片机原理及应用,3十六进制,十六进制的基数为16，它所使用的数码共有16个：0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、A、B、C、D、E、F，其中AF相当于十进制数的l015。十六进制的权是以16为底的幂，即，162，161，160，16-1，16-2，。 例，十六进制数A3E.8F相当于十进制的数是： A3E.8F 10162+3161+14160+8161+1516-2 后缀H(Hexadecimal) 表示该数为十六进制数。十六进制数如是字母打头，则在使用汇编指令时前面需加一个0。,第1章 绪 论,单片机原理及应用,1.3.2数制的转换,1二进制数、十六进制数转换成十进制数 根据定义，只需将二、十六进制数按权展开后相加即可。 例： 1011B123+022+121+12011 A4H10161+4160164,第1章 绪 论,单片机原理及应用,将62转换成二进制数 解：十进制整数62转换为二进制数，采用 “除二取余”法。 2 62 余数= 0 低位 2 31 余数= 1 2 15 余数= 1 2 7 余数= 1 2 3 余数= 1 1 余数= 1 高位 按余数的逆序排列，即得结果： 62D111110B,第1章 绪 论,十进制数转换成二进制数、十六进制数 十进制整数转换成二进制数（或十六进制数）时，通常采用“除二取余”（或除十六取余）法，即用“2”（或16）连续除十进制数至商为0，逆序排列余数即可得到。,单片机原理及应用,3二进制数与十六进制数的相互转换,第1章 绪 论,单片机原理及应用,（1）二进制数转换成十六进制数 二进制数整数部分由右向左每4位一分段，最后不足部分左面补零；小数部分由左向右每4位一分段，最后不足部分右面补零，然后，每4位二进制数用1位十六进制数代替，便转换成了十六进制。 例：1011110101.110 = 0010 1111 0101.1100 = 2F5.CH （2）十六进制数转换成二进制数 将每一位十六进制数用对应的4位二进制数代替，便转换成了二进制数。 例如：BD5.6H = 1011 1101 0101.0110B B D 5 6,第1章 绪 论,单片机原理及应用,1.3.3 计算机中常用编码,1BCD编码 BCD(Binary Coded Decimal)编码就是用二进制代码表示的十进制数，即二十进制编码。在BCD码中是用四位二进制数00001001给09这10个数字编码。 BCD码与十进制数的相互转换,第1章 绪 论,单片机原理及应用,按照BCD的十位编码与十进制的关系，可以很容易地实现BCD码与十进制数之间的转换。 例如：（0100 1001 0111）BCD497 BCD码与二进制之间的转换不是直接的，要先经过十进制，然后再转换为二进制，反之过程类似。,第1章 绪 论,BCD码常用于：显示、打印等人机界面,单片机原理及应用,2ASCII编码,字母与字符用二进制码表示的方法很多。目前在计算机中最普遍采用的是ASCII码(American Standard Code for Information Interchange)。 ASCII码是一种8位代码，一般最高位可用于奇偶效验，它采用七位(b0b6)二进制编码代表字符信息，共有128个字符，其中32个是控制字符，96个是图形字符。在不考虑奇偶效验时，一般最高一位都以0来代替。 例如：数字09的ASCII码可表示为十六进制数为30H39H，字母AZ的ASCII码可表示为十六进制数为41H5AH等。,第1章 绪 论,
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