《单片机基础知识》PPT课件.ppt

单片机基础知识 耿文静 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13601005935QQ31317946 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 岗位需求和相关能力 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 单片机芯片实物 芯片内部 本部分内容 一单片机概念二单片机的内部构成和外部引脚三计算常识补充四MCS 51单片机的存储器 一单片机概念 什么是单片机 单片机即单片微型计算机SCM SingleChipMicrocomputer 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 MicrocontrolerUnit 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 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 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 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 二单片机的内部构成和外部引脚 单片机的内部构成 CPU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 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 8051单片机的外部引脚 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 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 2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 CPU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 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 16b小常识3 十进制和二进制单位前缀对应数量级对比 3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 P0 P1 P2 P3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 三计算常识补充 进制 思考 5D和5H一样大吗 15D和15H呢 进制转换 二 十六进制转换为十进制原则 按权展开198D 1 102 9 101 8 100 198D2AH 2 161 10 160 42D10110B 1 24 0 23 1 22 1 21 0 100 22D 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35D转换为二进制和十六进制数 2 35D余数2 17 12 8 12 4 02 2 02 1 00 1结果 35D 100011B 2DH 16 45D余数16 2 D0 2 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 2726252423222120128 64 32 16 8 4 2 1 练习 35D 32 2 1 25 21 20 100011B29D 40D 100D 转换原则2 乘基取整法 顺序写练习把0 645D转换成二 十六进制 0 645D 0 10100B 0 A51EBH 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 0001 0010 12H 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 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 00000000B 0 11111111B8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 00000100B 4 反 11111011B反码的数据范围 128 127 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 00000110B 6 补 11111001 1 11111010B8位补码的范围 128 127 0的个数 只一个 即00000000 而10000000B是 128的补码 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 52Y 38求X Y的补码 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 1 8421BCD码 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 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 四MCS 51单片机的存储器 ROM8051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 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 小常识5 存储空间的地址和容量的关系 M 2NM表示存储容量 N表示存储空间地址的位数 推导 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 BH 11D 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 10110100B 5BH RAM 外部RAM最大可以扩展到64KB 地址范围是0000H FFFFH 内部RAM8051只有256B 地址范围是00H FFH 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 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 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 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 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 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 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 3 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 CY 1 无进 借位 CY 0AC 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 OV 0 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 P 1 运算结果有偶数个1 P 0 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 4 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