MCS-51单片机原理及应用课件

单片机原理及应用考核方式:笔试+实验+作业，期末成绩占70%，期中成绩占20%，实验成绩占5%，平时作业成绩占5%。答疑时间：周三下午16：00—17：30答疑地点：机械学院508室本课程教学安排祝爱萍：机械学院508室，13519284502。第一章…………概述第二章…………mcs-51单片机结构及原理第三章…………MCS-51单片机指令系统及编程举例第四章…………单片机定时功能及应用第五章…………单片机的中断系统第六章…………单片机串行口及应用第七章…………单片机系统扩展及显示接口技术第八章…………D/A、A/D转换器接口及应用第九章…………键盘接口技术目录第一章概述【学习目标】通过本章的学习，学生应该能够：熟悉单片机的主要特点、典型产品、应用领域，掌握数制以的概念及不同数制间的转换方法，明确数在计算机中的表示方法。重点和难点内容：数制以及不同数制间的转换和数在计算机中的表示方法。解决方法：多练习。课外指导：答疑。教学效果检测方法：批阅作业。本章作业：教材P14习题与思考题1，2，3，4，5，6，7，81．定义：单片机全称为单片微型计算机（single-chipMicrocomputer），它在一块芯片上集成了CPU、RAM、ROM、PROM，E2PROM）CTC和多个I/O口，此外，有的单片机如8096单片机上还集成了ADC和DAC转换芯片。本章主要内容一．单片机的定义及特点①测量与显示：如各种智能仪表，用于提高测量与显示的自动化程度和准确度。3.应用领域：主要应用于以下几方面2．特点：单片机的体积小，可靠性高，价格便宜，功耗低，它是目前应用最广泛的工业控制微机。②辅助设计和制造：如加工中心，用于提高加工的自动化程度和精度。⑤日常生活：如各种家电中，用于提高家电的自动化程度，增强其功能。③科学计算：人造卫星轨迹，天气预报等④数据处理：企业管理、情报检索等⑥其他方面：系统仿真、智能模拟、计算机网络与信息及高速公路管理等。1946-1958:第一代电子管计算机。磁鼓存储器，机器语言及汇编语言编程。1958-1964:第二代晶体管计算机。磁芯作主存储器,磁盘作外存储器，开始使用高级语言编程。二、单片机的发展概况1964-1971:第三代集成电路计算机。使用半导体存储器，出现多终端计算机和计算机网络。1971-:第四代大规模集成电路计算机。出现微型计算机、单片微型计算机，外部设备多样化。1981-:第五代人工智能计算机。模拟人的智能和交流方式。二、单片机的发展概况三、计算机发展趋势微型化─便携式、低功耗巨型化─尖端科技领域的信息处理，满足超大容量、高速度的要求智能化─模拟人类大脑思维和交流方式，具有多种处理能力系列化、标准化─便于各种计算机硬、软件兼容和升级多机系统─大型设备、生产流水线集中管理(独立控制、故障分散、资源共享)典型产品有8051，8751和8031。其三种芯片的主要区别在于：ROM,EPROM和外接EPROM。8051内部程序要由生产芯片的厂家写入，适用于低成本大批量生产；8751片内程序可由用户固化或清除，价格相对较贵，适用于开发样机；8031芯片必须外接ROM，适用于较方便进行修改和更新程序记忆的场合。1.MCS-51系列简介：看P18表2.1四、常用单片机系列介绍2.存储器简介：memory是单片机的主要组成部分之一，主要用于存储信息，它的分类如下：①内存：包含有RAM：随机存储器，其中信息可读可写，断电丢失全部内容。ROM：只读存储器，用户不可更改其内容，与EPROM同样，断电仍可保存信息。②外存：包含有硬盘：可随时读写并永久保存信息但硬盘存储容量有限，随身携带不方便。EPROM：可擦除可编程的只读ROM，用紫外线可擦除其内容，用专用设备用户可固化信息。软盘：软盘可随时读写并永久保存信息，其容量小但可无限扩充，随身携带方便。光盘：可随时读取信息，容量大，随身携带方便，也可对其进行写操作并永久保存信息，但必须配备专门的刻盘机。五、数制及其间的转换1．数制：常用的计数方法，有二(Binary)、十(Decimal)、十六（Hexadecimal）、八(Q，Octal)、十二及六十进制等。优盘：特点同软盘，但容量较软盘大很多，比硬盘小。位权：某个数位的值是由这一位的数码值乘以处在这一位的固定常数决定的，通常把这一固定常数称之为位权值，简称位权。简而言之权是以基为底的幂。例：1010.11B的基为2，各位的权分别为：23、22、21、20。2-1和2-2基数：指数制所使用数码的个数。如：B（2），Q（8），D（10）、H（16）。例1．FFFFH=15×163+15×162+15×161+15×160=65535例2．10111100．101B=27+25+24+23+22+2-1+2-3=188．625①二，八，十六进制转换为十进制时，原则为：按位权展开相加。2．数制之间相互转换的原则：②十进制转换为二，八，十六进制时，原则为:整数部分除基取余，先出低位，小数部分乘基取整，先出高位。例1．4．32D=100．0101B（取四位小数，并非精确转换）例2．254．73D=376．56Q=FE．BAH①机器数：数字在机器中的表示方式称为机器数，即将符号（+，－）也作为数字的一部分。具体地说，在存储数据时，最高一位用来表示数字的符号，当数字为正时，最高一位的值为0，当数字为负时，最高一位的值为1。机器数有原码、反码和补码三种形式。3．数在计算机中的表示方法②真值：一个数的实际大小称为这个数的真值。③原码：正数的符号位用0表示，负数的符号位用1表示，符号位之后是数字的真值，此法表示的数字称为数的原码。正数的原码与其真值相同。例：对于8位数据：+35H表示为[+35H]原码=00110101，-35H表示为[-35H]原码=10110101，[+0]原码=00000000，[-0]原码=10000000④反码：正数的反码与其原码相同，负数的反码则为其对应的原码按位取反（符号位除外）。例：对于8位数据:+35H表示为[+35H]反码=00110101，-35H表示为[-35H]反码=11001010，[+0]反码=00000000，[-0]反码=11111111⑤补码：正数的补码与其原码相同，负数的补码则为其对应的原码按位取反（符号位除外）加1。⑥注意：⑴计算机中所有的符号数都是默认用补码表示的。例：对于8位数据：+35H表示为：[+35]补码=00110101，-35H表示为：[-35]补码=11001011，[+0]补码=[-0]补码=00000000。⑵计算机中所能表示的符号数的范围为：-2n-1～＋2n-1－1，n为数据的位数。当n=8时，所能表示的符号数的范围为：-128～127，即-27～27-1当n=16时，所能表示的符号数的范围为：-32768～32767即-215～215-1。⑶已知一个数的补码时，其真值为：[正数]真值=[正数]补码[负数]真值=[负数]补码取反（符号位除外）＋1例：x=01001101,则[x]真值=01001101=77Dx=10110101,则[x]真值=11001010+1=11001011=－75D例：Y=－117－10=[－117]补+[－10]补=10001011+1110110=110000001=-127⑷利用补码可将减法转换为加法以简化硬件电路，具体原理为：将减数与减号一起变为补码后再与被减数的补码相加，其和（如有进位则舍弃进位）就是两数之差。（了解）4．ASCII码：（又称字符编码）①英文字母A～Z及a～z；②数字字符0～9：③专用字符：+，－，×，/，空格和各种标点符号；④各种非打印字符如：CR（回车），LF（换行），BELL（响铃）等。计算机处理的信息并不全是数字，有时还要处理字符和字符串，常见的字符有：5．BCD码(BinaryCodedDecimal)用四位二进制代码表示一位十进制正整数的编码称为BCD码。以上这些字符在计算机中都用固定的二进制数表示，国际上目前采用最常用的美国标准信息交换码也称ASCII码来表示。要求大家记住前两类字符的ASCII码值。（P10表1.3,列高行低）例：129=(000100101001)BCD第二章mcs-51单片机结构及原理【学习目标】通过本章的学习，学生应该能够：掌握有关单片机的基本结构及其功能，尤其是mcs-51系列单片机CPU和存储器的结构及功能，这一部分是全新的概念，需要认真掌握。重点和难点内容：mcs-51系列单片机CPU和存储器的结构及功能。解决方法：细讲、慢讲。课外指导：答疑、质疑。教学效果检测方法：课堂提问、批阅作业。本章作业：教材P36习题与思考题1，3，5，6，7本章主要内容§2.1mcs-51单片机结构§2.2mcs-51的存储器结构§2.3单片机的时序第一节mcs-51单片机结构一、mcs-51单片机内部结构简介二．8051CPU的组成及其功能三．计算机指令执行过程四.MCS-51引脚及功能外时钟源振荡器和时序OSC程序存储器4KBROM数据存储器256BRAM/SFR外部事件计数器2×16位定时器/计数器8051CPU内中断外中断64KB总线扩展控制器可编程I/OP0～P3可编程全双工串行口控制并行口串行通信单片机内部最核心的部分是CPU，CPU的主要功能是产生各种控制信号，控制存储器及输入/输出端口的数据传送，实现数据的算术运算、逻辑运算以及位操作处理等功能。8051CPU的组成及其功能⑴PC程序计数器：16位专用RS，用于存放下一条将要执行的指令地址，其内容有自加功能，它可保证程序按一定顺序执行。8051CPU由控制器与运算器两部分组成1．控制器：⑶指令译码器：将指令RS的指令转换成电信号，再经逻辑控制电路产生各种控制信号。（译码前指令为0、1代码，译码后指令为脉冲信号）⑵指令Register(RS)：8位，用于暂存待执行的指令，等待译码。8051CPU的组成及其功能⑷数据指针DPTR：16位专用地址指针RS，主要用于存放16位地址，作间址RS使用，也可拆成两个8位RS，DPH和DPL，它们片内RAM中占据的地址分为83H和82H。8051CPU的组成及其功能⑸定时控制与条件转移逻辑电路：不介绍。2．运算器：⑴累加器ACC：8位专用RS，用于存放操作数或中间结果，是CPU中使用最频繁的一个RS，也是20个SFR中的一个。8051CPU的组成及其功能⑶程序状态字RS（PSW）：8位专用RS，用于存放程序运行中的各种状态信息，它可以进行位操作，PSW的字节地址为D0H，位地址为D0~D7H。各位的含义如下：⑵算逻运算部件：此部件实现算数运算与逻辑运算的功能，其运算结果的状态送PSW中。8051CPU的组成及其功能①CY（PSW.7）：进位标志，表示在进行无符号加减时，最高位有无向更高位进（借）位，当有进位CY=1，无进位则CY=0。程序状态字RS（PSW）各位的含义②AC（PSW.6）：半进位标志，表示在进行无符号加减时，D3位有无向D4位进（借）位，当有AC=1，无则AC=0，主要用于BCD码的判断位。程序状态字RS（PSW）各位的含义④RS1，RS0（PSW.4，PSW.3）：工作RS组选择标志，用于选择内部RAM中4个RS中的一组它们的关系如下：③F0（PSW.5）：用户标志位，由用户通过程序设置1或0，表示程序处于某种状态，为后续程序执行提供条件。RS1RS0寄存器组片内RAM地址00第0组00H~07H01第1组08H~0FH10第2组10H~17H11第3组18H~1FH程序状态字RS（PSW）BACK⑤OV（PSW.2）：溢出标志，当进行符号数运算时可表示是否有溢出，则OV=1，无则OV=0，溢出的逻辑表达式为OV=C6Y⊕C7Y。⑥F1(PSW.1)：保留位，无定义。程序状态字RS（PSW）各位的含义⑦P（PSW.0）：奇偶标志位，表示累加器A中含“1”个数的奇偶性，当A中有奇数个1，⑷B寄存器：用于乘除法操作，8位RS，是20个SFR中之一，B用来存放第二操作数，