C51单片机的基础知识.ppt

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1、单片机原理及应用单片机原理及应用广西电力职业技术学院广西电力职业技术学院电子与信息工程系电子与信息工程系课程的特点：课程的特点：以应用为目的，实践性强以应用为目的，实践性强学习方法：学习方法：课前预习，课后复习课前预习，课后复习广览书刊、网络，立足实际应用广览书刊、网络，立足实际应用理清概念，勤于实践理清概念，勤于实践硬件与软件紧密结合硬件与软件紧密结合第第1 1章章 单片机基础知识单片机基础知识第第2 2章章 MSC-51MSC-51单片机单片机结构原理结构原理第第3 3章章 MSC-51MSC-51单片机单片机指令系统指令系统及及汇编语言汇编语言第第4 4章章 MSC-51MSC-51单片

2、机的单片机的片内接口片内接口第第5 5章章 MSC-51MSC-51单片机单片机系统扩展技术系统扩展技术课程内容：课程内容：第第1 1章章 单片机基础知识单片机基础知识1.11.1 电子计算机电子计算机的发展概述的发展概述1.21.2 单片机单片机应用系统开发应用系统开发简述简述1.31.3 单片机单片机发展过程发展过程及及产品近况产品近况1.41.4 单片机的单片机的特点特点及及应用领域应用领域1.51.5 数制数制与与编码编码的简单回顾的简单回顾本章内容：本章内容：1.1 1.1 电子计算机的发展概述电子计算机的发展概述1.1.1 电子计算机的问世及其经典结构电子计算机的问世及其经典结构1

3、946年年2月月15日，第一台日，第一台电电子数字子数字计计算机算机问问世，世，标标志着志着计计算机算机时时代的代的到来。到来。ENIAC开开开开创创创创了了了了计计计计算算算算机机机机科科科科学学学学技技技技术术术术的的的的新新新新纪纪纪纪元元元元，对对对对人人人人类类类类的的的的生生生生产产产产和和和和生活方式生活方式生活方式生活方式产产产产生了巨大的影响生了巨大的影响生了巨大的影响生了巨大的影响 。冯冯诺依曼诺依曼提出提出“程序存储程序存储”和和“二进二进制运算制运算”的思想，构建了计算机经典结构：的思想，构建了计算机经典结构：电子计算机经历了五个时代：电子计算机经历了五个时代：电子管电

4、子管计算机计算机晶体管晶体管计算机计算机集成电路集成电路计算机计算机大规模集成电路大规模集成电路计算机计算机超大规模集成电路超大规模集成电路计算机计算机结结构构仍仍然然没没有有突突破破冯冯诺诺依依曼曼提提出出的的计计算算机机的经典结构框架的经典结构框架1.1.2 1.1.2 微型计算机的组成及其应用形态微型计算机的组成及其应用形态一、微型计算机的组成一、微型计算机的组成 19711971年年1 1月，月，INTELINTEL公司公司的特德的特德霍夫在与日本商霍夫在与日本商业业通通讯讯公司合作研制台式公司合作研制台式计计算器算器时时，将原始方案的，将原始方案的十几个芯片十几个芯片压缩压缩成成三个

5、集三个集成成电电路芯片路芯片。其中的两个。其中的两个芯片分芯片分别别用于存用于存储储程序和程序和数据，另一芯片数据，另一芯片集成了运集成了运算器和控制器及一些寄存算器和控制器及一些寄存器，称器，称为为微微处处理器理器（即（即Intel 4004Intel 4004）。）。4004微微处处理器理器 微微处处理理器器、存存储储器器加加上上I/O接接口口电电路路组组成微型计算机。成微型计算机。二、微型计算机的应用形态二、微型计算机的应用形态 可以分为可以分为3种：种：多板机多板机（系统机）（系统机）工业工业PC机机 也属于多板机。也属于多板机。单板机单板机 单片机单片机:集成了集成了CPU、存储器、

6、存储器、I/O接接口电路的口电路的单芯片微型计算机单芯片微型计算机。三种应用形态的比较三种应用形态的比较：单单板机板机单单片机片机系系统统机（多板机）机（多板机）系系统统机机（桌桌面面应应用用）属属于于通通用用计计算算机机，主主要用于数据处理、办公自动化及辅助设计。要用于数据处理、办公自动化及辅助设计。单单片片机机（嵌嵌入入式式应应用用）属属于于专专用用计计算算机机，主主要要用用于于智智能能仪仪表表及及传传感感器器、智智能能家家电电、智智能办公设备、汽车及军事电子设备等系统。能办公设备、汽车及军事电子设备等系统。单单片片机机体体积积小小、价价格格低低、可可靠靠性性高高，其其非非凡凡的的嵌嵌入入

7、式式应应用用形形态态对对于于满满足足嵌嵌入入式应用需求具有独特的优势。式应用需求具有独特的优势。1.2 1.2 单片机应用系统开发简介单片机应用系统开发简介1.2.1 单片机应用系统的开发单片机应用系统的开发 单单片机自身没有开片机自身没有开发发功能，必功能，必须须借助开借助开发发机机来完成如下任来完成如下任务务：排除硬件故障和排除硬件故障和软软件件错误错误 程序固化到程序存程序固化到程序存储储器芯片中。器芯片中。正确的正确的硬件硬件设计和良好的设计和良好的软件软件功能设计是一功能设计是一个实用的单片机应用系统的个实用的单片机应用系统的设计目标设计目标。完成该。完成该目标的过程称为单片机应用系

8、统的目标的过程称为单片机应用系统的开发开发。指令的表示形式指令的表示形式指令指令是让单片机执行某种操作的是让单片机执行某种操作的命令命令。指令。指令按一定的顺序以二进制码的形式存放于程序存按一定的顺序以二进制码的形式存放于程序存储器中。如：储器中。如：04H:累加器累加器A的内容加的内容加1，难记！，难记！INC A，记忆容易。记忆容易。称为符号指令。称为符号指令。0000 0100B04H 汇编或编译汇编或编译 将符号指令转换成机器码的过程称为将符号指令转换成机器码的过程称为汇编汇编。常用的汇编方法有三种：常用的汇编方法有三种：手工汇编手工汇编 利用开发机的驻留汇编程序进行汇编利用开发机的驻

9、留汇编程序进行汇编 交叉汇编交叉汇编现在常采用高级语言（如现在常采用高级语言（如C51）进行单片机进行单片机应用程序的设计。应用程序的设计。独立型仿真器开发独立型仿真器开发1.2.2 1.2.2 单片机应用系统传统开发方式单片机应用系统传统开发方式 非独立型仿真器开发非独立型仿真器开发 SST公司推出的公司推出的SST89C54和和SST89C58芯芯片有片有SuperFLASH存储器，利用这种存储器存储器，利用这种存储器可以进行高速读写的特点，能够实现：可以进行高速读写的特点，能够实现：在系统编程（在系统编程（ISP）在应用编程（在应用编程（IAP）。）。1.2.3 1.2.3 单片机开发方

10、式的发展单片机开发方式的发展应用程序应用程序的编辑、汇编（或编译）、模拟运行，的编辑、汇编（或编译）、模拟运行，然后实现目标程序的串行下载。然后实现目标程序的串行下载。Microchip公司推出的公司推出的PIC16F87X中中内置有在内置有在线调试器线调试器ICD功能功能还还配置了具有配置了具有ICSPICSP功能的功能的简单简单仿真器和仿真器和烧烧写写器。通器。通过过PCPC机串行机串行电缆电缆就可以完成就可以完成对对目目标标系系统统的仿真的仿真调试调试 。1.3 1.3 单片机的发展过程及产品近单片机的发展过程及产品近况况1.3.1 单片机的发展过程单片机的发展过程三个主要三个主要阶阶段

11、：段：单单芯片微机形成芯片微机形成阶阶段段 1976年，年，Intel公司推出了公司推出了MCS-48系列系列单单片片机机。8位位CPU、1K字字节节ROM、64字字节节RAM、27根根I/O线线和和1个个8位定位定时时/计计数器。数器。特点：存特点：存储储器容量小，器容量小，寻寻址范址范围围小（不大于小（不大于4K），），无串行接口，指令系无串行接口，指令系统统功能不功能不强强。特点是：结构体系完善，性能已大大提高，特点是：结构体系完善，性能已大大提高，面向控制的特点进一步突出。现在，面向控制的特点进一步突出。现在，MCS-51已成为公认的单片机经典机种已成为公认的单片机经典机种。性能完善提

12、高性能完善提高阶段阶段 1980年，年，Intel公司推出了公司推出了MCS-51系列系列单单片片机：机：8位位CPU、4K字字节节ROM、128字字节节RAM、4个个8位并口、位并口、1个全双工串行口、个全双工串行口、2个个16位定位定时时/计计数器。数器。寻寻址范址范围围64K，并有控制功能并有控制功能较较强强的的布布尔尔处处理器。理器。微控制器化阶段微控制器化阶段 特点：片内面向测控系统电路增强，使之可特点：片内面向测控系统电路增强，使之可以方便灵活地用于复杂的自动测控系统及设备。以方便灵活地用于复杂的自动测控系统及设备。“微控制器微控制器”的称谓更能反应单片机的本质。的称谓更能反应单片

13、机的本质。1982年，年，Intel推出推出MCS-96系列单片机。芯片系列单片机。芯片内集成：内集成：16位位CPU、8K字节字节ROM、232字节字节RAM、5个个8位并口、位并口、1个全双工串行口、个全双工串行口、2个个16位定时位定时/计数器。寻址范围计数器。寻址范围64K。片上还有片上还有8路路10位位ADC、1路路PWM输出及高速输出及高速I/O部件等。部件等。1.3.2 1.3.2 单片机产品近况单片机产品近况 ATMELATMEL公司融入公司融入FlashFlash存存储储器技器技术术的的AT89AT89系列系列 PhilipsPhilips公司的公司的80C5180C51、8

14、0C55280C552系列系列 华华邦公司的邦公司的W78C51W78C51、W77C51W77C51高速低价系列高速低价系列 ADIADI公司的公司的ADC8xxADC8xx高精度高精度ADCADC系列系列 LGLG公司的公司的GMS90/97GMS90/97低低压压高速系列高速系列 MaximMaxim公司的公司的DS89C420DS89C420高速（高速（50MIPS50MIPS）系列系列 CygnalCygnal公司的公司的C8051FC8051F系列高速系列高速SOCSOC单单片机片机 80C5180C51系列系列产产品繁多，主流地位已形成，已推品繁多，主流地位已形成，已推出的与出的

15、与80C5180C51兼容兼容的主要的主要产产品有：品有：非非80C51结构结构单片机新品不断推出，给用户单片机新品不断推出，给用户提供了更为广泛的选择空间提供了更为广泛的选择空间，近年来推出的非，近年来推出的非80C51系列的主要产品有：系列的主要产品有：Intel的的MCS-96系列系列16位单片机位单片机 Microchip的的PIC系列系列RISC单片机单片机 TI的的MSP430F系列系列16位低功耗单片机位低功耗单片机。1.4 1.4 单片机的特点及应用领域单片机的特点及应用领域1.4.1 单片机的特点单片机的特点 控制性能和可靠性高控制性能和可靠性高 可可对对I/OI/O端口直接

16、操作，位操作能力更是其端口直接操作，位操作能力更是其它它计计算机无法比算机无法比拟拟的。由于的。由于CPUCPU、存存储储器及器及I/OI/O接口集成在同一芯片内，数据在接口集成在同一芯片内，数据在传传送送时时受受干干扰扰的影响的影响较较小，且不易受小，且不易受环环境条件的影响。境条件的影响。体积小、价格低、易于产品化体积小、价格低、易于产品化 应用系统的印制板减小、接插件减少、安应用系统的印制板减小、接插件减少、安装简单方便。装简单方便。1.4.2 1.4.2 单片机的应用领域单片机的应用领域 智能智能仪仪器器仪仪表表 机电一体化产品机电一体化产品实时工业控制实时工业控制分布式系统的前端模块

17、分布式系统的前端模块家用电器家用电器1.5.1 1.5.1 数制数制1.5.2 1.5.2 编码编码1.5.3 1.5.3 计算机中计算机中带符号数带符号数的表示的表示1.51.5数制与编码的简单回数制与编码的简单回顾顾 数制：数制：是是计数计数的规则的规则（亦称计数制）（亦称计数制）1.5.1 1.5.1 数制数制 十进制：十进制：生活中最熟悉的生活中最熟悉的进位进位计数制。计数制。符号符号符号符号：0 0，1 1，9 9 规则规则规则规则：逢十进一：逢十进一：逢十进一：逢十进一 二进制：二进制：计算机中采用的计数制计算机中采用的计数制 符号符号符号符号：0 0，1 1 规则规则规则规则：逢

18、二进一：逢二进一：逢二进一：逢二进一 特点特点特点特点：便于实现，不便记忆：便于实现，不便记忆：便于实现，不便记忆：便于实现，不便记忆字节：字节：8个位个位MSBLSB D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0位号：位号：字节：字节：有有有有2 288个值（个值（个值（个值（0 0255255）LSBLSB：最低有效位，最低有效位，最低有效位，最低有效位，D0D0位位位位 MSBMSB：最高有效位，最高有效位，最高有效位，最高有效位，D7D7位位位位字：字：2字节，字节，16位位 有有有有2 21616个值（个值（个值（个值（0 06553565535）MSBMSB：D15D15位位位位

19、 十六进制：十六进制：用于用于代码代码和和数据数据的的缩写缩写 符号符号符号符号：0 0，1 1，9 9，AA，B B，F F 规则规则规则规则：逢十六进一：逢十六进一：逢十六进一：逢十六进一 特点特点特点特点：二进制二进制二进制二进制4 4位位位位十六进制十六进制十六进制十六进制1 1位位位位 为了区分数的不同进制，可在数的结尾为了区分数的不同进制，可在数的结尾以一个字母标示。以一个字母标示。十进制：十进制：D（或不带字母）或不带字母）二进制：二进制：B 十六进制：十六进制：H 字符的编码字符的编码-ASCII码码 采用美国标准信息交换码（即采用美国标准信息交换码（即ASCII码）码）1.5

20、.2 1.5.2 编码编码例：字符例：字符“0”30H 字符字符“A”41H 字符字符“a”61H 控制符控制符CR 0DH 十进制数的编码十进制数的编码-BCD码码 用二进制表示用二进制表示十进制数十进制数的的代码代码。1个字节个字节表示表示2位十进制数位十进制数的代码，称为的代码，称为压压缩的缩的BCD码码。例：例：25的压缩的压缩BCD码为码为25H （注意：其十六进制注意：其十六进制值值为为19H)非压缩非压缩BCD码：码：8位码表示位码表示1位十进制数（高位十进制数（高4位填位填0）的编码）的编码 2 2个个个个BCDBCD码的运算可能出现非法码，这时要码的运算可能出现非法码，这时要

21、码的运算可能出现非法码，这时要码的运算可能出现非法码，这时要对所得结果进行调整。对所得结果进行调整。对所得结果进行调整。对所得结果进行调整。采用采用采用采用压缩的压缩的压缩的压缩的BCDBCD码码码码比采用非压缩的比采用非压缩的比采用非压缩的比采用非压缩的BCDBCD码码码码节节节节省存储空间省存储空间省存储空间省存储空间。非法码：非法码：4位代码在位代码在1010B1111B范围时范围时。1.5.3 1.5.3 计算机中带符号数的表示计算机中带符号数的表示 一、机器数及其真值一、机器数及其真值 数数在在计计算机内算机内的表示形式称的表示形式称为为机器数机器数 这这个个数本身数本身称称为为真真

22、值值例：正数例：正数+100 0101B（+45H）100 0101B0（45H）机器数机器数真值真值例：例：负负数数-101 0101B（-55H）101 0101B1（D5H）机器数机器数真值真值二、原码和反码二、原码和反码 原码：原码：最高位为符号位，最高位为符号位，数值数值为为绝对值绝对值 反码：反码：正数的反码与其原码相同正数的反码与其原码相同 负数的反码负数的反码符号符号位为位为1，数值数值位为其位为其原码原码数数值位逐位值位逐位取反取反 采用采用采用采用原码原码原码原码和和和和反码反码反码反码表示时，表示时，表示时，表示时，符号位符号位符号位符号位不能同数不能同数不能同数不能同数

23、值一道参加运算。值一道参加运算。值一道参加运算。值一道参加运算。三、补码三、补码 正数的补码与其原码相同正数的补码与其原码相同 负数的补码负数的补码为其为其反码末位加反码末位加1计算机中，计算机中，带符号数带符号数的的运算运算均采用补码均采用补码。例：正数例：正数+100 0101B（+45H）100 0101B0 反码反码 100 0101B0 补码补码例：例：负负数数-101 0101B（-55H）010 1010B1 反码反码（AAH）010 1011B1 补码补码（ABH）由补码求其真值由补码求其真值的方法的方法 求补得到求补得到原码原码（符号位符号位+数值位数值位）依原码求真值。如：

24、依原码求真值。如：补码为：补码为：1010 1011B求补得：求补得：1101 0101B真值为：真值为：-55H。补码的优点：补码的优点：将将减法减法运算转换为运算转换为加法加法，且，且数数值连同符号位值连同符号位可可一起参加运算一起参加运算例：例：45H-55H=-10H 45H补：0100 0101+-55H补：1010 1011 -10H补：1111 0000 求补求补得得原码原码：1001 0000真值：真值：-001 0000（10H）反码：范围是：反码：范围是：+127-127；“0”有有2种表示种表示补码：补码：范围是：范围是：+127-128；“0”有有1种表示种表示 1.第

25、一台计算机的问世有何意义？第一台计算机的问世有何意义？2.计算机由哪几部分组成？计算机由哪几部分组成？3.微型计算机由哪几部分构成？微型计算机由哪几部分构成？4.微处理器与微型计算机有何区别？微处理器与微型计算机有何区别？5.什么叫单片机？其主要特点有哪些？什么叫单片机？其主要特点有哪些？6.微型计算机有哪些应用形式？各适于什么场合？微型计算机有哪些应用形式？各适于什么场合？7.当前单片机的主要产品有哪些？各有何特点？当前单片机的主要产品有哪些？各有何特点？8.简述单片机的开发过程。简述单片机的开发过程。9.常用的单片机应用系统开发方法有哪些？常用的单片机应用系统开发方法有哪些？思考题与习题思考题与习题