大學(xué)單片機(jī)原理及其接口技術(shù)課程 第1章-基礎(chǔ)知識(shí).ppt

第1章 微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ) 本章基本要求 單片微型計(jì)算機(jī)的含義 各系列單片機(jī)的特點(diǎn) 51系列單片機(jī)的概念及指標(biāo) 單片微機(jī)工業(yè)產(chǎn)品概念 1 1計(jì)算機(jī)中的數(shù)制及數(shù)的轉(zhuǎn)換 計(jì)算機(jī)中的數(shù) 二進(jìn)制在計(jì)算機(jī)內(nèi) 必須以二進(jìn)制來考慮各種運(yùn)算 自行強(qiáng)化概念 二進(jìn)制 十進(jìn)制 八進(jìn)制 十六進(jìn)制等的描述特點(diǎn) 轉(zhuǎn)化方法 定點(diǎn)數(shù)的表示方法 小數(shù)點(diǎn)的位置固定 可以由使用者來定義小數(shù)點(diǎn)的位置 一般 采用定點(diǎn)整數(shù) 定點(diǎn)小數(shù)來描述計(jì)算機(jī)中的定點(diǎn)數(shù) 定點(diǎn)數(shù)的特點(diǎn) 運(yùn)算規(guī)則簡單 描述數(shù)據(jù)的范圍較小 十進(jìn)制ND有十個(gè)數(shù)碼0 9 逢十進(jìn)一 十進(jìn)制用于計(jì)算機(jī)輸入輸出 人機(jī)交互 二進(jìn)制NB兩個(gè)數(shù)碼 0 1 逢二進(jìn)一 二進(jìn)制為機(jī)器中的數(shù)據(jù)形式 十六進(jìn)制NH十六個(gè)數(shù)碼 0 9 A F 逢十六進(jìn)一 十六進(jìn)制用于表示二進(jìn)制數(shù) 不同進(jìn)位制數(shù)以下標(biāo)或后綴區(qū)別 十進(jìn)制數(shù)可不帶下標(biāo) 如 101 101D 101B 101H 101H 進(jìn)位計(jì)數(shù)制 進(jìn)位計(jì)數(shù)制 十進(jìn)制ND有十個(gè)數(shù)碼 0 9 逢十進(jìn)一 例1234 5 1 103 2 102 3 101 4 100 5 10 1加權(quán)展開式以10稱為基數(shù) 各位系數(shù)為0 9 一般表達(dá)式 ND dn 1 10n 1 dn 2 10n 2 d0 100 d 1 10 1 進(jìn)位計(jì)數(shù)制 二進(jìn)制NB兩個(gè)數(shù)碼 0 1 逢二進(jìn)一 例1101 101 1 23 1 22 0 21 1 20 1 2 1 1 2 3加權(quán)展開式以2為基數(shù) 各位系數(shù)為0 1 一般表達(dá)式 NB bn 1 2n 1 bn 2 2n 2 b0 20 b 1 2 1 進(jìn)位計(jì)數(shù)制 十六進(jìn)制NH十六個(gè)數(shù)碼0 9 A F 逢十六進(jìn)一 例 DFC 8 13 162 15 161 12 160 8 16 1展開式以十六為基數(shù) 各位系數(shù)為0 9 A F 一般表達(dá)式 NH hn 1 16n 1 hn 2 16n 2 h0 160 h 1 16 1 進(jìn)位計(jì)數(shù)制 1 2 2不同進(jìn)位計(jì)數(shù)制之間的轉(zhuǎn)換 先展開 然后按照十進(jìn)制運(yùn)算法則求和 舉例 1011 1010B 1 23 1 21 1 20 1 2 1 1 2 3 11 625DFC 8H 13 162 15 161 12 160 8 16 1 3580 5 一 二 十六進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制數(shù) 進(jìn)位計(jì)數(shù)制的一般表達(dá)式 Nr an 1rn 1 an 2rn 2 a1r1 a0r0 a 1r 1 a mr m一個(gè)r1進(jìn)制的數(shù)轉(zhuǎn)換成r2進(jìn)制數(shù)的方法 先展開 然后按r2進(jìn)制的運(yùn)算法則求和計(jì)算 1 2 2不同進(jìn)位計(jì)數(shù)制之間的轉(zhuǎn)換 二 二進(jìn)制與十六進(jìn)制數(shù)之間的轉(zhuǎn)換24 16 四位二進(jìn)制數(shù)對(duì)應(yīng)一位十六進(jìn)制數(shù) 舉例 3AF 2H 001110101111 0010 1110101111 001B3AF21111101 11B 01111101 1100 7D CH7DC 三 十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成二 十六進(jìn)制數(shù) 整數(shù) 小數(shù)分別轉(zhuǎn)換1 整數(shù)轉(zhuǎn)換法 除基取余 十進(jìn)制整數(shù)不斷除以轉(zhuǎn)換進(jìn)制基數(shù) 直至商為0 每除一次取一個(gè)余數(shù) 從低位排向高位 舉例 1 39轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)39 100111B2391 b0 2191 b1 291 b2 240 b3 220 b4 211 b5 0 2 208轉(zhuǎn)換成十六進(jìn)制數(shù)208 D0H16208余01613余13 DH0 2 小數(shù)轉(zhuǎn)換法 乘基取整 用轉(zhuǎn)換進(jìn)制的基數(shù)乘以小數(shù)部分 直至小數(shù)為0或達(dá)到轉(zhuǎn)換精度要求的位數(shù) 每乘一次取一次整數(shù) 從最高位排到最低位 舉例 1 0 625轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)0 625 21 2501 b 1 20 500 b 2 21 01 b 3 0 625 0 101B 2 0 625轉(zhuǎn)換成十六進(jìn)制數(shù)0 625 16 10 00 625 0 AH3 208 625轉(zhuǎn)換成十六進(jìn)制數(shù)208 625 D0 AH 三 十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成二 十六進(jìn)制數(shù) 1 2計(jì)算機(jī)中的數(shù)的表示方法 浮點(diǎn)數(shù)的表示方法 小數(shù)點(diǎn)的位置是浮動(dòng)的 浮點(diǎn)數(shù)的特點(diǎn) 數(shù)的描述范圍大 運(yùn)算規(guī)則比較復(fù)雜 二進(jìn)制數(shù)的運(yùn)算 自學(xué) 機(jī)器數(shù) 使用二進(jìn)制來描述數(shù)的符號(hào)和數(shù)值的形式 機(jī)器數(shù)可以有 原碼 反碼 補(bǔ)碼等形式等三種基本形式 自學(xué) 各種形式的描述 運(yùn)算方法 帶符號(hào)數(shù)的表示方法 機(jī)器數(shù) 機(jī)器中數(shù)的表示形式 其位數(shù)通常為8的倍數(shù)真值 機(jī)器數(shù)所代表的實(shí)際數(shù)值 舉例 一個(gè)8位機(jī)器數(shù)與它的真值對(duì)應(yīng)關(guān)系如下 真值 X1 84 1010100BX2 84 1010100B機(jī)器數(shù) X1 機(jī) 01010100 X2 機(jī) 11010100 在計(jì)算機(jī)中 數(shù)的符號(hào)用 0 1 表示 最高位作符號(hào)位 0 表示 1 表示 一 機(jī)器數(shù)與真值 最高位為符號(hào)位 0表示 1表示 數(shù)值位與真值數(shù)值位相同 例8位原碼機(jī)器數(shù) 真值 x1 1010100Bx2 1010100B機(jī)器數(shù) x1 原 01010100 x2 原 11010100原碼表示簡單直觀 但0的表示不唯一 加減運(yùn)算復(fù)雜 有符號(hào)數(shù)通常使用三種表示方法 二 原碼 TrueForm 帶符號(hào)數(shù)的表示方法 正數(shù)的反碼與原碼表示相同 負(fù)數(shù)反碼符號(hào)位為1 數(shù)值位為原碼數(shù)值各位取反 例8位反碼機(jī)器數(shù) x 4 x 原 00000100 x 反 00000100 x 4 x 原 10000100 x 反 11111011 三 反碼 One sComplement 帶符號(hào)數(shù)的表示方法 四 補(bǔ)碼 Two sComplement 正數(shù)的補(bǔ)碼表示與原碼相同 負(fù)數(shù)補(bǔ)碼的符號(hào)位為1 數(shù)值位等于反碼加1 例 求8位補(bǔ)碼機(jī)器數(shù) x 4 x 原 x 反 x 補(bǔ) 00000100 x 4 x 原 10000100 x 反 11111011 x 補(bǔ) 11111100 補(bǔ)碼表示的優(yōu)點(diǎn) 0的表示唯一 加減運(yùn)算方便 帶符號(hào)數(shù)的表示方法 數(shù)的補(bǔ)碼與 模 有關(guān) 模 即計(jì)數(shù)系統(tǒng)的量程 當(dāng)X 0 X 補(bǔ) 模 X 舉例 鐘表校時(shí) 設(shè)時(shí)鐘系統(tǒng) 模 為12 標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間為7點(diǎn)整 8位二進(jìn)制數(shù)的模為 28 256當(dāng)X 0 X 補(bǔ) 28 X 256 X 255 X 1 X 反碼 1 9 2 補(bǔ) 9 10 7 12 7 舍棄模 8位機(jī)器數(shù)表示的真值 帶符號(hào)數(shù)的表示方法 機(jī)器數(shù)與真值之間的轉(zhuǎn)換 1 X1 127 X2 127 求 X 原 X 補(bǔ) X1 原 X1 補(bǔ) 01111111 7FH X2 原 11111111 FFH X2 補(bǔ) 10000001 81H2 X1 255 X2 255 求 X 原 X 補(bǔ) X1 原 X1 補(bǔ) 0000000011111111 00FFH X2 原 1000000011111111 80FFH X2 補(bǔ) 1111111100000001 FF01H 1 真值 機(jī)器數(shù) 1 X1 原 59H X2 原 D9H 求真值 X1 原 X1 原 2 機(jī)器數(shù) 真值 注意機(jī)器數(shù)表示 原碼 補(bǔ)碼 注意機(jī)器數(shù)符號(hào)位 01011001 11011001 X1 1011001B 89X2 1011001B 892 X1 補(bǔ) 59H X2 補(bǔ) D9H 求真值X1 1011001B 89X2 0100111B 39 機(jī)器數(shù)與真值之間的轉(zhuǎn)換 定點(diǎn)數(shù)與浮點(diǎn)數(shù)表示 1 定點(diǎn)整數(shù) 小數(shù)點(diǎn)固定在數(shù)值位之后 2 定點(diǎn)小數(shù) 小數(shù)點(diǎn)固定在數(shù)值位之前符號(hào)位之后 舉例 求定點(diǎn)機(jī)器數(shù)5AH表示的真值 用定點(diǎn)整數(shù)表示的真值 1011010用定點(diǎn)小數(shù)表示的真值 0 101101 一 定點(diǎn)數(shù)小數(shù)點(diǎn)位置固定的機(jī)器數(shù) 運(yùn)算簡便 表示范圍小 二進(jìn)制數(shù)浮點(diǎn)表示 B S 2 JS 尾數(shù) 為小數(shù)或整數(shù) J 階碼 為整數(shù) 二 浮點(diǎn)數(shù)小數(shù)點(diǎn)位置不固定 表示范圍大 運(yùn)算復(fù)雜 舉例 求雙字節(jié)浮點(diǎn)機(jī)器數(shù)表示的真值00000101 階碼 00001101 尾數(shù) 當(dāng)S為純整數(shù) B 110100000B 416當(dāng)S為純小數(shù) B 11 01B 3 25 規(guī)格化浮點(diǎn)表示 使數(shù)值最高位為有效數(shù)值位 例規(guī)格化浮點(diǎn)數(shù) 0000001001101000 定點(diǎn)數(shù)與浮點(diǎn)數(shù)表示 運(yùn)算方法 1 補(bǔ)碼加法運(yùn)算 X Y 補(bǔ) X 補(bǔ) Y 補(bǔ) 一 補(bǔ)碼加減運(yùn)算符號(hào)作為數(shù)值直接參與運(yùn)算 變減法為加法運(yùn)算 例X1 13 Y1 6 X2 13 Y2 6 求X1 Y1 X2 Y2解求 X1 補(bǔ) Y1 補(bǔ) X2 補(bǔ) Y2 補(bǔ)00001101 13 11110011 13 補(bǔ) 00000110 6 補(bǔ) 11111010 6 補(bǔ)00010011 19 補(bǔ)111101101 19 補(bǔ)進(jìn)位為模 舍棄 例X1 6 Y1 8 X2 6 Y2 8 求X1 Y1 X2 Y2解求 X1 補(bǔ) Y1 補(bǔ) Y1 補(bǔ) X2 補(bǔ) Y2 補(bǔ) Y2 補(bǔ)00000110 6 補(bǔ)11111010 6 補(bǔ) 11111000 8 補(bǔ) 00001000 8 補(bǔ)11111110 2 補(bǔ)100000010 2 補(bǔ)進(jìn)位為模 舍棄 2 補(bǔ)碼減法運(yùn)算 X Y 補(bǔ) X 補(bǔ) Y 補(bǔ) X 補(bǔ) Y 補(bǔ) 運(yùn)算方法 1 加法運(yùn)算 直接相加 2 減法運(yùn)算 變補(bǔ)相加 例 X 150 96H Y 10 0AH 計(jì)算X Y X Y 1001011015010010110150 00001010 10 11110110 1010100000160110001100140進(jìn)位為模 舍棄 二 無符號(hào)數(shù)加減運(yùn)算 變補(bǔ)相加計(jì)算減法 當(dāng)最高位產(chǎn)生進(jìn)位 實(shí)際無借位 反之有借位 運(yùn)算方法 機(jī)器數(shù)無符號(hào)數(shù)補(bǔ)碼 10010110150 106 00001010 10 1010100000160 96無符號(hào)數(shù)與補(bǔ)碼運(yùn)算的溢出判斷方法卻不同 計(jì)算機(jī)中補(bǔ)碼的加減運(yùn)算與無符號(hào)數(shù)相同 運(yùn)算方法 例 X 74 4AH Y 216 D8H 求X Y 和X Y 01001010740100101074 11011000 216 00101000 21610010001034001110010114溢出使結(jié)果出錯(cuò) 加法有進(jìn)位 結(jié)果應(yīng)為290 減法無進(jìn)位則有借位 結(jié)果負(fù)數(shù)補(bǔ)碼 三 溢出 運(yùn)算過程中數(shù)據(jù)超出允許表示范圍 1 無符號(hào)數(shù)溢出判斷 最高位是否產(chǎn)生進(jìn)位或借位 計(jì)算機(jī)設(shè)置進(jìn)位標(biāo)志位Cy判斷無符號(hào)數(shù)溢出 當(dāng)數(shù)據(jù)加 減最高位產(chǎn)生進(jìn)位 借位 Cy 1 否則 Cy 0 運(yùn)算方法 例X1 45 Y1 46 X2 90 Y2 107 求X1 Y1 X2 Y2 2 補(bǔ)碼溢出判斷 符號(hào)位和最高數(shù)值位進(jìn)位是否相同 解 X1 補(bǔ) 2DH Y1 補(bǔ) 2EH X2 補(bǔ) 5AH Y2 補(bǔ) 6BH00101101 45 補(bǔ)01011010 90 補(bǔ) 00101110 46 補(bǔ) 01101011 107 補(bǔ)001011011 91 補(bǔ)011000101 59 補(bǔ)正確 無溢出負(fù)數(shù) 有溢出正數(shù)相加 同時(shí)無進(jìn)位 Cy6 0 Cy7 0 則無溢出 不同時(shí)有進(jìn)位 則有溢出 結(jié)果出錯(cuò) 計(jì)算機(jī)設(shè)置溢出標(biāo)志位OV判斷補(bǔ)碼溢出 邏輯關(guān)系 OV Cy6 Cy7當(dāng)補(bǔ)碼加 減產(chǎn)生溢出OV 1 否則OV 0 例X1 5 Y1 2 X2 105 Y2 91 求X1 Y1 X2 Y211111011 5 補(bǔ)10010111 105 補(bǔ) 11111110 2 補(bǔ) 10100101 91 補(bǔ)111111001 7 補(bǔ)100111100 60 補(bǔ)正確 無溢出正數(shù) 有溢出 負(fù)數(shù)相加 同時(shí)有進(jìn)位 Cy6 1 Cy7 1 則無溢出 不同時(shí)有進(jìn)位 則有溢出 結(jié)果出錯(cuò) 1 4計(jì)算機(jī)中數(shù)和字符的編碼 為了使人們熟悉的數(shù)字描述形式能夠使用計(jì)算機(jī)來處理 就必須描述成二進(jìn)制形式 稱為二進(jìn)制編碼 1 BCD碼 是一種具有十進(jìn)制權(quán)的二進(jìn)制編碼 有多種形式 其中最常用的是8421碼 在本課程中簡稱為BCD碼 2 8421碼 是一種用四位二進(jìn)制數(shù)來描述一位十進(jìn)制數(shù)的代碼 使用0000 1001來描述十進(jìn)制的0 9 3 BCD碼的加法運(yùn)算規(guī)則 舉例 4 BCD碼的減法運(yùn)算規(guī)則 舉例 二 十進(jìn)制編碼BCD碼 例 求十進(jìn)制數(shù)876的BCD碼 876 BCD 100001110110876 36CH 1101101100B BCD碼 BinaryCodedDecimal 二進(jìn)制代碼表示的十進(jìn)制數(shù) 8421BCD碼 BCD碼運(yùn)算 十進(jìn)制調(diào)整 計(jì)算機(jī)實(shí)際按二進(jìn)制法則計(jì)算 加入十進(jìn)制調(diào)整操作 可計(jì)算BCD碼 十進(jìn)制調(diào)整方法 當(dāng)計(jì)算結(jié)果有非BCD碼或產(chǎn)生進(jìn)位或借位 進(jìn)行加6或減6調(diào)整 例 計(jì)算BCD碼78 69 01111000 78 BCD 01101001 69 BCD11100001產(chǎn)生非BCD碼和半進(jìn)位 01100110 66H調(diào)整101000111帶進(jìn)位結(jié)果 147 例 計(jì)算BCD碼38 29 00111000 38 BCD 11010111 29 BCD100001111產(chǎn)生非BCD 11111010 06調(diào)整100001001結(jié)果無借位 9 1 4計(jì)算機(jī)中數(shù)和字符的編碼 5 ASCII碼 是一種字符編碼 它使用7位二進(jìn)制數(shù)來描述數(shù)字 字符 符號(hào)等 ASCII的描述形式 請(qǐng)參考附錄內(nèi)容 用于計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī) 計(jì)算機(jī)與外設(shè)之間傳遞信息 美國標(biāo)準(zhǔn)信息交換碼ASCII碼 微型計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)和工作原理 微型計(jì)算機(jī)功能部件 中央處理器CPU 1 算術(shù)邏輯單元ALU運(yùn)算器的核心部件 執(zhí)行算術(shù)運(yùn)算 邏輯運(yùn)算 移位 比較等各種數(shù)據(jù)處理的操作 CPU 微型計(jì)算機(jī)的核心部件CPU由運(yùn)算器 控制器組成 一 運(yùn)算器運(yùn)算器進(jìn)行數(shù)據(jù)分析 計(jì)算和處理 2 寄存器組1 工作寄存器 通用寄存器 用來暫存ALU待處理的數(shù)據(jù)和中間結(jié)果 一 運(yùn)算器 2 特殊功能寄存器SFR 專用寄存器 規(guī)定了特殊用途的寄存器 其內(nèi)容會(huì)影響計(jì)算機(jī)的工作方式和過程 3 累加器 Accumulator 使用最頻繁的寄存器 配合ALU進(jìn)行各種數(shù)據(jù)處理 二 控制器 1 指令部件 讀取程序指令 指令譯碼 修改程序指針 1 程序計(jì)數(shù)器PC 存放當(dāng)前指令地址 CPU執(zhí)行程序時(shí) 先按PC給出的地址到存儲(chǔ)器取一條指令 PC自動(dòng)加1 CPU執(zhí)行完一條指令 再到存儲(chǔ)器取下一條指令 2 指令寄存器IR 暫存當(dāng)前指令 指令操作碼送指令譯碼器 3 指令譯碼器ID 將每條指令譯碼變成控制電平 處理程序指令 并協(xié)調(diào)各邏輯部件按一定時(shí)序工作 二 控制器 CPU執(zhí)行程序的簡要過程 1 PC給出當(dāng)前指令的存儲(chǔ)地址 2 時(shí)序部件時(shí)鐘和內(nèi)部分頻電路 時(shí)鐘信號(hào)經(jīng)過分頻 與指令譯碼信號(hào)組合 形成一定節(jié)拍的時(shí)序信號(hào) 控制各邏輯部件協(xié)調(diào)工作 PC PC PC 2 CPU到存儲(chǔ)器取指令 PC自動(dòng)加1 3 指令譯碼器對(duì)指令譯碼 CPU執(zhí)行指令 4 CPU到存儲(chǔ)器取指令 PC PC 1 5 CPU執(zhí)行下一條指令 指令代碼i 指令代碼i 指令寄存器 存儲(chǔ)器與讀寫操作 位b bit 一個(gè)二進(jìn)制位 信息最小單位 字節(jié)B Byte 8位為一個(gè)字節(jié) 字長W WordLength 一個(gè)字包含的二進(jìn)制位數(shù) 一 存儲(chǔ)器基本信息單位 二 存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu) 存儲(chǔ)器功能 存放程序和數(shù)據(jù)等信息 存儲(chǔ)內(nèi)容 程序或數(shù)據(jù)的二進(jìn)制代碼 存儲(chǔ)地址 存儲(chǔ)器每個(gè)單元的位置編號(hào)存儲(chǔ)器容量 指存儲(chǔ)單元的多少 如存儲(chǔ)器容量為1KB 1024 8位 三 存儲(chǔ)器讀寫操作 存儲(chǔ)器讀 CPU從存儲(chǔ)器中取出信息 存儲(chǔ)器寫 CPU將信息存入存儲(chǔ)器 存儲(chǔ)器的讀寫操作 2 發(fā)出讀寫控制時(shí)序信號(hào) 對(duì)選定單元進(jìn)行讀或?qū)?1 CPU先送出一個(gè)確定的單元地址給存儲(chǔ)器 四 半導(dǎo)體存儲(chǔ)器 RAM 隨機(jī)讀寫存儲(chǔ)器 能方便讀出和改寫信息 但失電后信息將不復(fù)存在 RAM常用作數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 暫存各種現(xiàn)場數(shù)據(jù) 運(yùn)算結(jié)果和正在調(diào)試的程序 ROM 只讀存儲(chǔ)器 工作時(shí)從ROM中讀出信息 不能隨意改寫 斷電后信息不會(huì)丟失 ROM常用作程序存儲(chǔ)器 存放已調(diào)試好的固定程序和常數(shù) 程序存儲(chǔ)器 存放程序指令代碼 每個(gè)指令周期CPU自動(dòng)對(duì)程序存儲(chǔ)器讀操作 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 存放待處理數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀寫操作發(fā)生在CPU執(zhí)行程序的過程中 I O接口 I O接口是聯(lián)系微型計(jì)算機(jī)與外部設(shè)備的橋梁 每一臺(tái)外部設(shè)備必須通過I O接口與計(jì)算機(jī)連接 微型計(jì)算機(jī)有多種功能I O接口 PIO 并行I O接口 SIO 串行I O接口 CTC 定時(shí)計(jì)數(shù)器 ADC DAC A D D A轉(zhuǎn)換器 INT 中斷輸入口 微型計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 微型計(jì)算機(jī)由大規(guī)模集成電路組成 微型機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)一般也采用特定功能的大規(guī)模集成電路器件和組件 總線 Bus 微型計(jì)算機(jī)各功能部件的連接線 各功能部件之間的公共信息通道 總線寬度 總線上能并行傳送的二進(jìn)制位數(shù) 內(nèi)部總線 CPU或單片機(jī)芯片內(nèi)部各邏輯部件之間的信息傳輸線 通常為單總線結(jié)構(gòu) 外部總線 指微型機(jī)各功能芯片之間的信息傳輸線 CPU或單片機(jī)芯片應(yīng)用系統(tǒng)的主要外部引線 系統(tǒng)總線 微機(jī)系統(tǒng)各邏輯功能板卡之間的信息傳輸線 通常為統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)總線 微型機(jī)的總線結(jié)構(gòu) 微型計(jì)算機(jī)總線的主要信號(hào)線 二 數(shù)據(jù)總線DB雙向三態(tài) 傳送程序和數(shù)據(jù)的二進(jìn)制代碼 數(shù)據(jù)總線寬度一般與微型機(jī)的字長相同 三 控制總線CB單向三態(tài) 傳送各種控制脈沖 聯(lián)絡(luò) 狀態(tài)電平等信號(hào) 使存儲(chǔ)器 I O接口等部件協(xié)調(diào)工作 控制總線的根數(shù)根據(jù)微型計(jì)算機(jī)控制功能的需要而定 一 地址總線AB單向三態(tài) 傳送存儲(chǔ)器和I O接口的地址信息 地址總線寬度決定計(jì)算機(jī)尋址空間 最大尋址 MCS 51有16根地址總線 尋址空間216 64K 65536 單片機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 單片機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)性能 一 高可靠性 高抗干擾能力 二 配置靈活 三 豐富的位處理功能 四 功能齊全 五 系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡便 一塊芯片集成了CPU 存儲(chǔ)器和I O接口等功能部件 內(nèi)部總線為單總線結(jié)構(gòu) 地址 數(shù)據(jù)和控制三種信息分時(shí)占用內(nèi)部總線 外部總線用于連接片外擴(kuò)展存儲(chǔ)器和I O接口芯片 單片機(jī)的芯片引腳為多功能引腳 以節(jié)省芯片引腳 微型計(jì)算機(jī)軟件 計(jì)算機(jī)語言 二 匯編語言與機(jī)器語言指令一一對(duì)應(yīng)的英文單詞縮寫 稱為指令助記符 匯編語言編寫的程序稱為匯編語言程序 MCS 51兩個(gè)寄存器相加匯編語言指令 ADDA R0 三 高級(jí)語言語句和語法接近人們習(xí)慣的表達(dá)方式 高級(jí)語言編寫的程序稱為高級(jí)語言源程序 一 機(jī)器語言指令的二進(jìn)制代碼 又稱指令代碼 機(jī)器語言指令組成的程序稱目標(biāo)程序 MCS 51兩個(gè)寄存器相加的機(jī)器語言指令00101000 不同計(jì)算機(jī)語言的應(yīng)用 源程序通過編譯得到機(jī)器能執(zhí)行的目標(biāo)程序 匯編語言程序可以高效率利用計(jì)算機(jī)資源 目標(biāo)程序占用內(nèi)存少 執(zhí)行速度快 適合于自動(dòng)測控系統(tǒng)反應(yīng)快速 結(jié)構(gòu)緊湊的要求 實(shí)際應(yīng)用中 常與C語言配合使用 高級(jí)語言程序容易掌握 通用性好 但編譯程序系統(tǒng)開銷大 目標(biāo)程序占用內(nèi)存多 且執(zhí)行時(shí)間比較長 多用于科學(xué)計(jì)算 工業(yè)設(shè)計(jì) 企業(yè)管理 1 5單片機(jī)概述 單片機(jī)的全稱 單片微型計(jì)算機(jī) 其外形如圖所示 MCS 51單片機(jī)硬件結(jié)構(gòu) 硬件配置基本配置 1 8位CPU2 片內(nèi)ROM EPROM RAM3 片內(nèi)并行I O接口4 片內(nèi)16位定時(shí)器 計(jì)數(shù)器5 片內(nèi)中斷處理系統(tǒng)6 片內(nèi)全雙工串行I O口 MCS 51系列基本產(chǎn)品型號(hào) 8051 8031 8751稱為51子系列 不同型號(hào)MCS 51單片機(jī)CPU處理能力和指令系統(tǒng)完全兼容 只是存儲(chǔ)器和I O接口的配置有所不同 MCS 51單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu) MCS 51CPU 一 CPU內(nèi)部結(jié)構(gòu)1 算術(shù)邏輯運(yùn)算單元ALU 8位 算術(shù)運(yùn)算 與 或 非 異或邏輯運(yùn)算 循環(huán)移位 位處理 2 寄存器陣列 1 工作寄存器R0 R7 8位 暫存運(yùn)算數(shù)據(jù)和中間結(jié)果 4個(gè)工作寄存器區(qū) 工作寄存器0區(qū) 3區(qū) 每個(gè)區(qū)均含8個(gè)寄存器R0 R7 用PSW中的兩位PSW 4和PSW 3來切換工作寄存器區(qū) 選用一個(gè)工作寄存器區(qū)進(jìn)行讀寫操作 3 寄存器B 8位 與A累加器配合執(zhí)行乘 除運(yùn)算 也可用作通用寄存器 4 程序狀態(tài)字PSW 8位 存放ALU運(yùn)算過程的標(biāo)志狀態(tài)CyACF0RS1RS0OV P 5 數(shù)據(jù)指針DPTR 16位 存放片外存儲(chǔ)器地址 作為片外存儲(chǔ)器的指針 可分成兩個(gè)8位寄存器DPH DPL使用 2 累加器Acc 8位 需要ALU處理的數(shù)據(jù)和計(jì)算結(jié)果多數(shù)要經(jīng)過A累加器 2 寄存器陣列 7 程序計(jì)數(shù)器PC 16位 CPU總是按PC的指示讀取程序 PC可自動(dòng)加1 因此CPU執(zhí)行程序一般是順序方式 當(dāng)發(fā)生轉(zhuǎn)移 子程序調(diào)用 中斷和復(fù)位等操作 PC被強(qiáng)制改寫 程序執(zhí)行順序也發(fā)生改變 復(fù)位時(shí) PC 0000H 6 堆棧指針SP 8位 堆棧是按 先進(jìn)后出 原則存取數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)區(qū) MCS 51堆棧設(shè)在片內(nèi)RAM區(qū) 數(shù)據(jù)入棧 出棧時(shí) SP自動(dòng)加1 減1 其內(nèi)容始終為棧頂?shù)刂?復(fù)位時(shí)SP 07H MCS 51的寄存器在片內(nèi)RAM都有映像地址 使用時(shí) 既可用寄存器名 也可用對(duì)應(yīng)單元地址 MCS 51單片機(jī)引腳 1 I O口線功能4個(gè)8位并行I O接口引腳P0 0 P0 7 P1 0 P1 7 P2 0 P2 7和P3 0 P3 7 2 控制線ALE 地址鎖存允許信號(hào)端PSEN 外部程序存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)端EA VPP 程序存儲(chǔ)器選擇信號(hào)端和編程電源輸入端 為多功能引腳 可自動(dòng)切換用作數(shù)據(jù)總線 地址總線 控制總線和或I O接口外部引腳 2 控制線 RST VPD 復(fù)位信號(hào)端和后備電源輸入端 輸入10ms以上高電平脈沖 單片機(jī)復(fù)位 VPD使用后備電源 可實(shí)現(xiàn)掉電保護(hù) 3 電源及時(shí)鐘引線工作電源 VCC VSS 時(shí)鐘輸入 XTAL1 XTAL2 復(fù)位電路 1 上電復(fù)位2 外部信號(hào)復(fù)位 MCS 51存儲(chǔ)器配置 普林斯頓結(jié)構(gòu) 程序和數(shù)據(jù)共用一個(gè)存儲(chǔ)器邏輯空間 統(tǒng)一編址 哈佛結(jié)構(gòu) 程序與數(shù)據(jù)分為兩個(gè)獨(dú)立存儲(chǔ)器邏輯空間 分開編址 物理上4個(gè)存儲(chǔ)器地址空間 片內(nèi) 片外程序存儲(chǔ)器空間片內(nèi) 片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器空間邏輯上3個(gè)存儲(chǔ)器地址空間 64KB程序存儲(chǔ)器256B片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器64KB片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 MCS 51存儲(chǔ)