《片机原理》PPT课件.ppt

单片机原理与应用 723202828 情景三 解剖单片机 单元一 解剖单片机的 I/O口 单元二 单片机的解剖图 补充：单片机的数制和码制 单元三 半导体存储器 单元四 单片机的程序存储器 单元五 单片机的数据存储器 单元六 单片机的特殊功能寄存器 本章知识网络 情景三 解剖单片机 解剖单片机的 I/O口 单片机的解剖图 1、单片机外扩存储器芯片时， 4个 I/O口中用作数据 总线的是？ 复习 答： P0口，在总线应用模式下，单片机需扩展外部 ROM， P0和 P2端用于扩展外部总线以构成 8位数据总 线和 16位地址总线 P85 2、 89S51/52单片机的内部硬件包括了 CPU、 RAM、 ROM和定时器 /计数器以及并行 I/O口、串行 口、 、时钟电路，这些部件通过 相连 接。 复习 中断源 总线 P85 本章知识网络 情景三 解剖单片机 解剖单片机的 I/O口 单片机的解剖图 单片机的数制和码制 数制转换 符号二进制 常用码制 第一节 数制转换 二进制 Binary 十六进制 Hexadecimal 十进制 Decimal 重点掌握整数之间的运算，了解小数之间的运算 预备知识 数制转换表 一、二进制与十六进制的互换 二进制整数转换为十六进制数整数可从小数点 开始向左，每四位为一组转换为一位的十六进制数。 二进制小数转换为十六进制数小数则从小数点 开始向右，同样以四位为一组，每四位小数转换为一 位的十六进制小数。 十六进制整数转换为二进制数，则一位十六进 制数可转换为四位二进制数。 同样十六进制小数转换为二进制小数，也是一 位十六进制小数转换为四位二进制小数。 二进制 十六进制 例题 1、 二十六进制转换 1）把 10100110.1011B转换成 16进制数 1010 0110 .1011 6 A . BH 2）把 111001111.111B转换成 16进制数 0001 1100 1111 .1110 C F 1 . EH 例题 2、 十六二进制转换 1）把 3D7.9H转换成二进制数 3 D 7 . 9 1101 0011 . 0111 2）把 148.AH转换成二进制数 1 4 8 . A 0100 1000 0001 . 1010H 1001B 二、 二进制与十进制数的转换 二进制整数 十进制整数 二进制整数转换为十进制整数，可按各位数的权，即底数 为 2的 n-1次幂来确定， n表示该数的位数，例如二进制数为 101010l0B，则十进制数为： 1702021202120212021 01234567 十进制整数转换为二进制整数，可采用逐次除以 2，余数 反序排列，即第 1次除以 2的余数排在最低位。以 18为例逐次 除以 2列式如下： 并按习惯将二进制数写成 8位，可得 18=00010010B。 二进制小数转换为十进制小数，可按底数为 2的负 n次幂 来确定， n同样表示位数，例如求 0.00110011B的十进制值。 1 9 9 2 1 8 7 5.0212120 2021212020 87654321 十进制小数转换为二进制小数，采用小数部分逐次乘 2， 每次乘积若产生整数则将整数个位 (即所为溢出位 )按正序排 列，小数部分继续乘 2。以 0.6875为例。 其小数点右边数逐次乘 2 0.6875*2=1.375 小数点左边整数为 1 0.375*2=0.75 小数点左边整数为 0 0,75*2=1.5 小数点左边整数为 1 0.5*2=1 小数点左边整数为 1 可得出 0.6875=0.1Oll0000B 二进制小数 十进制小数 例题 3、 二十进制转换 1）把 10110B转换成十进制数 2）把 173转换成二进制数 10110B=1*16+1*4+1*2=22 173 10101101 B 三、十六 进制与十进制数的互换 十六进制整数转换为十进制整数可按各位数的权，即底 数为 16的 n 次幂来确定， n表示该数的位数。例如： 3544211611671610168718 0123 HA 十进制整数转为十六进制整数采用逐次除以 16，余数 反序排列的方法。例如：将 13562转换成十进制数 13562 16=847 余 10(记作 0AH) 847 16=52 余 15(记作 0FH) 52 16=3 余 4 3 16=0 余 3 可得 13562=34FAH 十六进制整数 十进制整数 十六进制小数转换为十进制小数，则按小数点以后各 位的权，用底数为 16的负 n次幂来确定， n 同样表示位 数。 2 9 2 1 2 9 5 1 6.0 1691612161016494.0 4321 HAC 十进制小数转为十六进制小数采用小数部分逐次乘 16， 每次乘积若产生整数，则将所得整数按正序排列，例如十 进制小数 0.359375转换为十六进制数： 0.359375 16=5.75 小数点左边整数为 5 0.75 16=12.0 小数点左边整数为 0CH 可得 0.359375=0.5CH 十六进制小数 十进制小数 例题 4、 十六十进制转换 1）把 0DCBH转换成十进制数 2）把 1023转换成十六进制数 0DCBH=13*16*16+12*16+11=3531 1023 3FFH 第二节 带符号的二进制数 一、 带符号二进制数的表示方法 原码表示法： 规定最高位为符号位，其余 表示数值。 反码表示法： 规定最高位为符号位，对于 正数，其余各位表示数值。对于负数，其余 各位应将 1换成 0，将 0换成 1，即所谓逐位取 反。 补码表示法： 仍然规定最高位定为符号位， 对于正数，其余各位表示数值。对于负数， 除符号位外，其余按原码的各位值，逐位取 反，全部取反后再加 1，简称为取反加 1。 带符号二进制数表示方法举例： BxBx BxBx xxxx ft ft ctcoft 11 0 10 10 1)( 10 1 01 01 01 0 10 10 1)( 10 1 01 01 : )(,)(,)( . . . 原码表示法 为补码为反码为原码为真值 BxBx BxBx co co 1 01 01 01 0)( 1 01 01 01 0 10 10 10 1)( 1 01 01 01 : . . 反码表示法 BxBx BxBx ct ct 10101011)( 1010101 01010101)( 1010101 : . . 补码表示法 可见正数的反码和补码与原码完全相同。 第三节 常用码制 一、 BCD码（ Binary Coded Decimal Code） BCD 码以 4位为一组，选用 0000B至 1001B的十种 状态代表 0-9共 10个数，舍弃二进制表示法中的其 余 6种状态。例如十进制数 84.7的 BCD码为： 8 4 . 7 0 1000 0100.0111 0000 BCD 码 10010100 01110010转换为十进制数为： 1001 0100.0111 0010 9 4 . 7 2 二、 ASCII码 ASCII 码是美国信息交换标准代码的简称， 共 128个，用数码 0000000O-01111111 表示各种 文字或符号，其中用于表示英文大小写字母的有 52个，表示 0至 9数字的有 10个，常用书写符号 (！ 等等 )和常用运算符号 (如 +、 -、 等 )有 32 个，另外还有控制符号 34个 ,共计 128个。例如英 文大写字母 A 的 ASCII码为 01000001，或写成十 六进制为 41H。 本章知识网络 情景三 解剖单片机 解剖单片机的 I/O口 单片机的解剖图 单片机的数制和码制 程序存储器 数据存储器 特殊功能寄存器 半导体存储器 预备知识 位： 计算机只认识由 0或 1组成的二进制数，二进制数中的每 个 0或 1就是信息的最小单位，称为 “ 位 ” （ bit），也称 为二进制的位或称字位。 字： 在计算机中，作为一个整体单元进行存取和处理的一组 二进制数，每位计算机字的二进制数的位数是固定的。 字节： 把一个 8位的二进制数据单元称为一个字节，通常用 字母 B表示。 字长： 一个字中包含二进制数位数的多少称为字长，字长是 标志计算机精度的一项技术指标。 KB即为 K字节 1K=210 =1024 B MB即为 M字节 1M=220 =1024 K GB即为 G字节 1G=230 =1024 M 本章知识网络 情景三 解剖单片机 解剖单片机的 I/O口 单片机的解剖图 单片机的数制和码制 程序存储器 数据存储器 特殊功能寄存器 半导体存储器 预备知识 存储器： 存储大量二值信息（或称为二值 数据）的半导体器件。 与寄存器的区别： 寄存器 的存储地址是固 定的，而 存储器 以 字 为单位存取，每字包 含若干 位 。各个字的相同位通过 同一引脚 与外界联系。每个字分配一个 地址 ，因此 内部有地址译码器。 第一节 半导体存储器 学习目标： 了解存储器的类型， 了解 RAM和 ROM的区别， 掌握存储器容量的计算方法， 了解存储器的读和写操作的过程。 一、存储器的分类 掩模 ROM 可编程 ROM（ PROM） 可擦除可编程 ROM （ EPROM） 随机存储器 -RAM (Random Access Memory) 静态存储器 SRAM 动态存储器 DRAM 按 功 能 (Read- Only Memory) (Programmable ROM) (Erasable PROM) UVEPROM EEPROM 只读存储器 ROM Flash Memory (Ultra-Violet) (Electrically) 电可擦除 紫外线擦除 (Static RAM) 快擦写存储器 (Dynamic RAM) 只能读出不能 写入 ,断电不失 二、 只读存储器 ROM ROM的构成 存储矩阵： 由若干存 储单元排列成矩阵形 式。 储存单元： 可由二极 管、双极性三极管或 MOS管构成。 地址译码器： 根据地址输入，在存储矩阵中选出指定的字对应 的单元，把数据送往输出缓冲器。 输出缓冲器： 增加带负载能力；同时提供三态控制，以便和系 统的总线相连 。 只读存储器的分类 一 、 掩膜 ROM： 利用光刻掩膜技术 ， 将用户提供 的程序存储在芯片中 ， 制成后不能抹去也不能修改 。 二 、 可编程只读存储器 PROM： 开始使用时允许 用户自行写入信息 ， 但只允许一次 ， 以后只能读出 ， 不能修改 。 三 、 可擦除可编程只读存储器 EPROM： 写入数 据后 ， 可以长期保存 ， 保存时间与温度 、 光照有关 。 如果上面存的数据不要了 ， 可以用紫外光擦除重新写 入 。 四 、 电擦除只读存储器 EEPROM： 所存储的内容 可以擦除 ， 也可以在线写入 。 分为并行和串行两种 。 五 、 闪速型存储器： 可以擦除 ， 也可以在线重新 写入 。 一、掩膜 ROM 二四线 译码器 A1,A0的 四个最小 项 字线 存储矩阵是四个二极管或门； 当 EN=0时 ， 。 ii DD D1= D3 = A0 D0 = W1+ W0 = A1 真值表： 真值表与存 储单元有一 一对应关系 位线 0 0 1 1 D0 1 0 1 0 D1 1 1 0 1 D2 1 0 1 0 D3 1 0 1 0 A0 1 1 0 0 A1 D3 = W1+W3 = A1A0+A1A0=A0 D2= W1= A1+A0 思考：它能存储的信息容量是多少 ? 多少字？共多少位数据？ 二、可编程只读存储器 PROM 产品出厂时存的全是 1，用户可一次性写入，即 把某些 1改为 0。但不能多 次擦除。 存储单元多采用熔丝 低熔点金属或多晶硅。 写入时设法在熔丝上通入 较大的电流将熔丝烧断 。 编程 时 VCC 和字 线电 压提 高 16字 8位的 PROM 十 六 条 字 线 八 条 位 线 20V 十几微秒 编程脉冲 读出时，读 出放大器 AR工作， 写入放大器 AW不 工作。 写入时，在 位线输入编程脉 冲使写入放大器 工作，且输出低 电平，同时相应 的字线和 VCC提高 到编程电平，将 对应的熔丝烧断。 缺点：不能重复擦除。 思考：它能存储的信息容量是多少？ 多少个字？共多少位数据？ 三、可擦除的可编程只读存储器 （ EPROM） （一）紫外线擦除的只读存储器（ UVEPROM） 是最早出现的 EPROM。通常说的 EPROM就是指这种。 1.使用浮栅雪崩注入 MOS管 （ Floating-gate Avalanche- Injuction MOS，简称 FAMOS管。） 擦除：用紫外线或 X射线擦除。需 2030分钟。 2.使用叠栅注入 MOS管 SIMOS (Stacked-gate Injuction MOS) 这是一种双译码方式， 行地址译码器和列地 址译码器共同选中一 个单元。每个字只有 一位。 （二）电可擦除 EPROM(EEPROM或 E2ROM) 用紫外线擦除操作复杂， 速度很慢。必须寻找新的存 储器件，使得可以用电信号 进行擦除。 使用浮栅隧道氧化层 MOS 管 Flotox (Floating gate Tunnel Oxide) 写入（写 0） 擦除（写 1） 读出 特点：浮栅与漏区间的氧化 物层极薄（ 20纳米以下），称 为隧道区。当隧道区电场大于 107V/cm时隧道区双向导通。 GC Gf 漏极 当隧道区的等效电容极 小时，加在控制栅和漏极间 的电压大部分降在隧道区， 有利于隧道区导通。 存储单元： 擦除和写入均利 用隧道效应 10ms 快闪存储器就是针对 此缺点研制的。 （三）快闪存储器 (Flash Memory） 采用新型隧道氧化 层 MOS管。 EEPROM的缺点：擦写需要高电压脉冲；擦写时间长；存储单 元需两只 MOS管。 1.隧道层在源区； 2.隧道层更薄 10 15nm。在控制栅和源极间加 12V电压即 可使隧道导通。 该管特点： 存储单元的工作原理： 1.写入利用雪崩注入法。源极接地； 漏极接 6V；控制栅 12V脉冲，宽 10 s。 2.擦除用隧道效应。控制栅接地； 源极接 12V脉冲，宽为 100ms。因 为片内所有叠栅管的源极都连在 一起，所以一个脉冲就可擦除全 部单元。 3.读出：源极接地，字线为 5V逻辑高 电平。 6V 0V 12V 10 s 0V 12V 100ms 快闪存储器特点：集成度高，容量大，成本低，使用 方便。 5V 三、 随机存储器（ RAM） 特点： RAM在工作时 可随时对任意指定单元进行读或写操作。 使用方便、灵活。但切断电源后，所存信息就会丢失。 RAM的结构 1.存储矩阵 2.地址译码：双译码。 3.读写控制电路： 读写控制信号 R/ W： 控制电路处于 读出 还是 写入 状态。 SRAM的内部结构 SRAM的存储单元 DRAM的存储单元 利用 MOS管栅极电 容可以暂存电荷的原 理制成。因此，存储 单元简单，存储容量 大。但栅极电容很小， 由于漏电的影响，电 容电荷保存时间很短。 必须定时给电容充电 刷新、再生。这 就需要外围电路配合。 Q&A？ 作业 P304： 1， 2， 3 P86： 7， 9 预习单元 4和单元 5