單片機原理及應用1課程簡介課程性質：限選課（考查）總學時：32學時（其中實驗12學時）成績評定方法：平時10%（主要考察作業(yè)和到課情況），實驗30%（主要考察實驗完成情況和實驗報告），考試60%。2本課程主要內容第一章單片機概述第二章MCS-51單片機硬件結構第三章MCS-51單片機指令系統(tǒng)第四章MCS-51匯編程序設計第五章MCS-51單片機的中斷系統(tǒng)第六章MCS-51單片機內部定時器/計數(shù)器第七章單片機串行口及應用第八章單片機的系統(tǒng)擴展第九章單片機系統(tǒng)的接口（*）3第一章單片機概述一、微型計算機基礎知識二、單片機概述4一、微型計算機基礎知識主要介紹：1.電子計算機基本組成

2.微機硬件系統(tǒng)結構3.微型計算機工作過程4.計算機中的數(shù)制（運算及轉換）5.計算機中的編碼及轉換6.運算方法7.計算機語言51.電子計算機基本組成

計算機由硬件和軟件兩大部分組成。硬件：系指構成計算機系統(tǒng)的物理實體或物理裝置，它由運算器、控制器、存儲器、輸入設備和輸出設備等五大部分構成

存貯器運算器控制器接口接口輸入設備輸出設備62.微機硬件系統(tǒng)結構在微型計算機中，將運算器和控制器集成在一塊IC上，合稱這為CPU

CPU存貯器I/O接口I/O外設地址總線控制總線數(shù)據(jù)總線73.微型計算機工作過程

根據(jù)馮·諾依曼原理構成的現(xiàn)代計算機的工作原理可概括為：存儲程序和程序控制。

存儲程序是指人們必須事先把計算機的執(zhí)行步驟序列(即程序)及運行中所需的數(shù)據(jù)，通過一定的方式輸入并存儲在計算機的存儲器中。

程序控制是指計算機自動地逐一取出程序中的一條條指令，加以分析并執(zhí)行規(guī)定的操作。8在計算機運行的過程中有兩種信息在流動。一是數(shù)據(jù)流，這包括原始數(shù)據(jù)和指令，它們在程序運行前已經預先送至主存中。在運行程序時數(shù)據(jù)送至運算器參與運算，指令被送往控制器。二是控制流，它是由控制器根據(jù)指令的內容發(fā)出的，指揮計算機各部件執(zhí)行指令規(guī)定的各種操作或運算，并對執(zhí)行流程進行控制。9計算機的基本工作過程

第三步：按序再取下一條指令，分析及執(zhí)行依次周而復始執(zhí)行指令序列的過程①CPU存貯器I/O②③第一步：CPU自動從存貯器中取指令第二步：由CPU分析指令和執(zhí)行指令104.計算機中的數(shù)制（（自學）主要介紹：二進制數(shù)，十六進進制數(shù)不同數(shù)制間的相互互轉換二進制數(shù)的算術/邏輯運算十六進制數(shù)的算術術/邏輯運算11機器中，數(shù)的符號號用“0”、“1”表示。最高位作符符號位，“0”表示“+”，“1”表示“-”。①機器數(shù)與真值機器數(shù)：機器中數(shù)的表示形形式，其位數(shù)通常常為8的倍數(shù)真值：機器數(shù)所代表的實實際數(shù)值。舉例:一個8位機器數(shù)與它的真真值對應關系如下下：真值：X1=+84=+1010100BX2=-84=-1010100B機器數(shù)：[X1]機=01010100B[X2]機=11010100B5.計算機中的編碼12②原碼(TrueForm)最高位為符號位，，0表示“+”，1表示“－”。數(shù)值位與真值數(shù)數(shù)值位相同。例8位原碼機器數(shù)：真值：x1=+1010100Bx2=－1010100B機器數(shù)：[x1]原=01010100[x2]原=11010100原碼表示簡單直觀觀,但0的表示不唯一，加加減運算復雜。③反碼（One’sComplement）正數(shù)的反碼與原碼碼相同，負數(shù)的反反碼是符號位不變變(為1)，其余按位取反。13x=-4[x]原=10000100[x]反=11111011[x]補=11111100補碼表示的優(yōu)點：：0的表示唯一，加減減運算方便③補碼（Two’sComplement）正數(shù)的補碼表示與與原碼相同。負數(shù)數(shù)補碼的符號位為為1，數(shù)值位等于求反加加1，即反碼加１例：求8位補碼機器數(shù)：x=+4[x]補=00000100規(guī)定：00000000B為010000000B不是－0，而是－128148位機器數(shù)表示的真真值15④機器數(shù)與真值之間間的轉換1.真值?機器數(shù)(1)X1=+127，X2=-127，求[X]原、[X]補[X1]原=[X1]補=01111111=7FH[X2]原=11111111=FFH[X2]補=10000001=81H(2)X1=+255，X2=-255，求[X]原、[X]補[X1]原=[X1]補=0000000011111111=00FFH[X2]原=1000000011111111=80FFH[X2]補=1111111100000001=FF01H161)[X1]原=59H，[X2]原=D9H，求真值？[X1]原= [X2]原=2.機器數(shù)?真值＊注意機器數(shù)表示（（原碼、補碼）＊＊ 注意機機器數(shù)符號位0101100111011001X1=+1011001B=+89X2=-1011001B=-892)[X1]補=59H，[X2]補=D9H，求真值X1=+1011001B=+89X2=-0100111B=-3917原碼、反碼、補碼碼之間的關系小結結正數(shù)：[X]原=[X]反=[X]補負數(shù)：[X]反=[X]原符號位不變，其它它按位取反反；[X]補=[X]反+118⑤信息代碼及轉換（（自學)（1）BCD碼：將十進制數(shù)表示為為二進制編碼的形形式BCD碼存貯形式：非壓縮BCD碼和壓縮BCD碼：（2）ASCII碼：美國國家信息息交換標準字符碼碼（3）ASCII碼、BCD碼及16進制數(shù)之間的轉換換16進制數(shù)→ASCII碼ASCII碼→16進制數(shù)BCD碼→ASCII碼16進制數(shù)→BCD碼191.補碼加法運算：[X+Y]補=[X]補+[Y]補（一）補碼加減減運算符號作為數(shù)值直接接參與運算,變減法為加法運算算。例：X1=+13，Y1=+6，X2=-13，Y2=-6，求X1+Y1、X2+Y2解：求[X1]補、[Y1]補、[X2]補、[Y2]補00001101 [+13]補11110011[-13]補+ 00000110[+6]補+11111010[-6]補00010011 [+19]補111101101[-19]補進位為模，舍棄6.運算方法20例：X1=+6，Y1=+8，X2=-6，Y2=-8，求X1-Y1、X2-Y2解：求[X1]補、[Y1]補、[-Y1]補、[X2]補、[Y2]補、[-Y2]補00000110 [+6]補11111010[-6]補+11111000[-(+8)]補+00001000[-(-8)]補11111110 [-2]補100000010[+2]補進位為模，舍棄2.補碼減法運算：[X-Y]補=[X]補-[Y]補=[X]補+[-Y]補211.加法運算：直接相加。2.減法運算：‘變補相加’。例：X=150=96H，Y=10=0AH，計算X+Y=？X-Y=？1001011015010010110150+00001010+10+11110110-1010100000160110001100140進位為模，舍棄（二）無符號數(shù)加加減運算變補相加計算減法法:當最高位產生進位位，實際無借位；；反之有借位。22機器數(shù)無無符號數(shù)補補碼：10010110 150-106+00001010+10++1010100000 160-96無符號數(shù)與補碼運運算的溢出判斷方方法卻不同。計算機中補碼的加加減運算與無符號號數(shù)相同。23例：X=74=4AH，Y=216=D8H，求X+Y=？和X-Y=？01001010 74 0100101074+11011000+216+00101000-2161 0010001034001110010114溢出使結果出錯。。加法有進位，結結果應為290；減法無進位則有借借位，結果負數(shù)補補碼。(三)溢出─運算過程中中數(shù)據(jù)超出允許表表示范圍1．無符號數(shù)溢出判斷斷─最高位是否產生生進位或借位。計算機設置進位標標志位Cy判斷無符號數(shù)溢出出：

當數(shù)據(jù)加/減最高位產生進位位/借位，Cy=1；否則,Cy=0。24例X1=+45，，Y1=+46，，X2=+90，，Y2=+107，求X1+Y1、X2+Y22．補碼溢出判斷─符號位和最高數(shù)數(shù)值位進位是否相相同。計算機設置溢出標標志位OV判斷補碼溢出。邏邏輯關系：OV=Cy6?Cy7當補碼加/減產生溢出OV=1，否則OV=0。例X1=-5,Y1=-2，X2=-105,Y2=-91,求X1+Y1、X2+Y211111011 [-5]補10010111 [-105]補+11111110[-2]補+10100101[-91]補1 11111001 [-7]補100111100 [+]補正確，無溢出正正數(shù)，有溢出。。負數(shù)相加，同時有有進位：Cy6=1、Cy7=1，則無溢出；不同時有進位，則有溢溢出，，結果果出錯錯。257.計算機機語言言（程序序設計計語言言）指令：：是能能被計計算機機識別別并執(zhí)執(zhí)行的的二進進制代代碼。。程序：：計算算機一一系列列指令令的有序集集合。。計算機機語言言：人人機交交流的的語言言，程程序表表達方方式主要有有機器器語言言、匯匯編語語言和和高級級語言言匯編語言高級語言機器語言機器（CPU）匯編編譯識別26二、單單片機機概述述主要介介紹：：1.單片機機概念念2.單片機機的發(fā)發(fā)展簡簡史3.單片機機發(fā)展展趨勢勢4.單片機機應用用—電子產產品的的控制制器5.單片機機主要要生產產廠家家及產產品271.單片機機概念念確切的的稱謂謂應是是微控控制器器Microcontroller單片微微型計計算機機(SingleChipMicrocomputer)簡稱單單片機機，是是指在在一塊塊芯片片體上上集成成了中中央處處理器器CPU、隨機存存儲器器RAM、程序存存儲器器ROM或EPROM、定時器器／計計數(shù)器器、中中斷控控制器器以及及串行行和并并行I／O接口等等功能能部件件，構構成一一個完完整的的微型型計算算機。。目前，，新型型單片片機內內還有有A／D及D／A轉換器器、高高速輸輸入／／輸出出部件件、DMA通道、、浮點點運算算等特特殊功功能部部件。。IC芯片CPURAMROMI/O接口定時/計數(shù)器中斷控制電路A/DD/APWM282.單片機機的發(fā)發(fā)展簡簡史大致可可分為為以下下五個個階段段。4位單片片機（（197l一1974）1971年11月，Intel公司設設計的的4位微處處理器器Intel4004低檔8位單片片機(1974—1978)不帶串串行接接口，，如Intel公司的的8048，Mostek公司的的3870高檔8位單片片機(1978—1982)Intel公司的的8051、NEC公司的的MPD7800等產品品。16位單片片機(1982—1990)Mostek公司68200，Intel公司于于1983年推出出16位8096新一代代單片片機(90年代以以來)采用雙雙CPU或內部部流水水線，，Intel公司的的8044、NEC公司的的MPD7800293.單片機機發(fā)展展趨勢勢(1)微型化化(2)低功耗(3)高速化化(4)集成資資源更更多(5)性能更更加優(yōu)優(yōu)異(6)通信及及網絡絡功能能加強強(7)專用型型單片片機發(fā)發(fā)展加加快304.單片機機應用用—電子產產品的的控制制器（1）測控系系統(tǒng)：：溫室室自動動控制制、車車輛檢檢測系系統(tǒng)等等（2）機電電一體體化產產品：：數(shù)控控機床床、電電腦繡繡花機機等（3）智能能儀器器儀表表及傳傳感器器：智智能電電壓測測試儀儀（4）計算算機外外設及及智能能接口口：：打印印機、、鍵盤盤、繪繪圖儀儀等（5）計算算機網網絡與與通信信產品品：交交換機機、HUB（6）辦公自自動化化設備備：傳傳真機機、復復印機機、考考勤機機等（7）家用電電器：：電冰冰箱、、空調調、影影音設設備、、電子玩玩具（8）其它它方面面：汽汽車電電子、、航空空航天天電子子等315.單片機機主要要生產產廠家家及產產品公司典型產品系列主要產品Intel公司MCS-48MCS-51MCS-96804880518096Philips

與MCS-51兼容：P87P8980C55283C552MotoralaMC68系列MC68HC05ATMEL與MCS-51兼容AT89XX89C5189C52MicroChipPIC165X系列PIC16C55/16C56ZilogZ8系列Z86C06/C21LGGMS97CXXGMS97C6532對單片片機學學習建建議1對非計計算機機專業(yè)業(yè)，學學習本本課程程目的的在于應用單單片機機，學習