单片机原理和其接口技术专业知识讲座.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不当之处，请联系本人或网站删除。,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不当之处，请联系本人或网站删除。,课程安排,40,学时。,上课共1,0,周。,课程设计一周。,课程重点,教材内容比较多，讲授1,9,章内容，重点在,MCS-51单片机,原理、指令系统,、单片机系统接口技术,的学习。,每次课前回列出重要知识点。,主题可分为6大部分,微型计算机,基础,。,51单片机,结构及工作原理。,51单片机,指令系统及汇编程序设计。,半导体存储器及其与,51单片机,的连接。,51单片机,中断技术,基本I/O接口技术,（并口、串口、A/D、D/A）,预备知识：,模电、数电、C/C+程序设计,、微型计算机原理与接口技术,第1章微型计算机,基础,定点数与浮点数,计算机中的数制和编码,二进制、十六进制、八进制,BCD编码,、ASCII编码,原码、反码、补码的表示,及运算规则,单片计算机,的基本结构,、原理及分类,计算机的数制与,数的转换,数制是指数的制式，即利用符号计数的方法。微型计算机中常用的数值有十进制、二进制、八进制、十六进制等。,微型计算机中的所有信息都是采用二进制数进行表示，二进制数及编码是所有计算机的基本语言。,进位计数制,十进制。09，如45D。,二进制。0，1，如01010011B。,十六进制。09，A，B，C，D，E，F，如3BH。,八进制。07，如76O。,进位数制之间的转换,十进制转为二进制。,二进制转为十进制。,二进制转为十六进制。,十六进制转为二进制。,十进制转为十六进制。,计算机中数的表示方法,定点数表示法。二进制数的小数点位置不变。,定点整数,定点小数,浮点数表示法,。,小数点位置随阶码的大小浮动。,二进制数的运算,算术运算,加、减、乘、除,逻辑运算,逻辑乘（与）、逻辑加、逻辑非、逻辑异或,二进制,数,的,表示,方,法,在计算机中，有3种数据类型：,无符号二进制数。,带符号二进制数。,无符号十进制数（BCD码）。,二进制中符号位的表示。”0”为正，”1”为负,+,69=01000101,-,69=11000101,机器数与真值,，如上例中,+,69=01000101,(机器数)=+,1000101,(真值),-,69=11000101,(机器数)=-,1000101,(真值),带符号数表示法。,原码,反码,补码,原码表示法,正数的符号用”0”表示，负数的符号用”1”表示。,X1001111，则X,原,01001111,X1001111，则X,原,11001111,0：X0000000，则X,原,00000000,0：X0000000，则X,原,10000000,反码表示法,正数的表示同原码，负数的反码：符号位为”1”，其余各位按位求反。,X0011111，则X,反,00011111,X0011111，则X,反,11100000,0：X0000000，则X,反,00000000,0：X0000000，则X,反,11111111,补码表示法,为什么需要补码？,补码中的“模”时钟的例子。,X,补,模X。,补码的计算：,正数的补码等于原码。,负数的补码等于反码+1。,X1001111，则X,补,01001111,X1001111，则X,补,10110001,0：X0000000，则X,原,00000000,0：X0000000，则X,补,00000000,补码数的符号扩展,补码数的右移规则,补码的加减运算,补码加法,。,X+Y,补,=X,补,+Y,补,补码,减法,。,X-Y,补,=X,补,+-Y,补,计算机中凡是带符号数都用补码表示，所有运算都采用补码加法完成，运算结果也是补码。,应用举例。,例1.18,例1.19,溢出及判断,溢出产生的原因。每个数的补码有一个表示范围（字长位n的二进制数，补码的表示范围为-2,n-1,2,n-1,-1），运算结果超出该范围引起的计算出错称为溢出。,溢出的判断变形码,Cs：表示最高位（符号位）的进位情况。,Cy：表示数值部分最高位的进位情况。,溢出Cs 异或 Cy,应用举例,例1.22,例1.23,二进制编码,为什么需要编码？,常用编码类型。,BCD编码（二十编码）。,ASCII编码。,校验码编码。,BCD编码表,采用二进制对十进制数进行编码，又称8421BCD编码。,BCD编码二进制数的运算修正,加法修正。,减法修正。,字符代码ASCII编码,以7位二进制数表示128种不同的字符（包括字母、数字及控制符号等）。,标准ASCII码最高为为0，最高为为1的为扩展ASCII码，常用于双字节编码领域，如汉字编码（GB2312，BIG5，GBK等）。,见附录A,校验码编码,奇偶校验码,。,奇校验,偶校验,海明码,。,单片机,的基本结构,中央,处理器,中央处理器，是,单片机,的核心，集成了,运算器。,控制器。,专用寄存器组。,存储器,用于存放程序及数据的部件。,单片机,中使用半导体存储器。,存储器单元使用存储器地址标识。,CPU需要读写存储器单元的内容时，需要首先提供存储器的地址。,总线和总线控制逻辑,系统总线。连接多个功能部件，并具有完成信息相互传送功能的一组公共传输线，包括,数据总线（DB）。传送数据信号。,地址总线（AB）。传送地址信号。,控制总线（CB）。传送控制及状态信号。,总线控制逻辑。实现总线传输控制的部件。,I/O接口,和特殊功能部件,串行与并行I/O,特殊功能部件,定时器/计数器、A/D、D/A、DMA通道、系统时钟等,单片机执行程序的过程,单片机的分类,4位机,。,8位机,。,8031/80C31/8051/80C51/8751/87C51等,16位机,。,32位机,。,区别在于字长、制造方式（功耗）、RAM/ROM大小、I/O接口等,单片机在DDC中的应用,单片机在DCS中的应用,第2章,MCS-51单片机结构与时序,MCS-51单片机内部结构。,重点：专用寄存器组名称及功能、存储器结构及地址分配、位地址、I/O端口、定时器与计数器、中断系统,MCS-51单片机引脚及其功能。,重点：端口线、控制线,MCS-51单片机工作方式,。,重点：有几种工作方式、各有何用途,MCS-51单片机时序,。,重点：时钟周期、机器周期、指令周期、典型操作时序,MCS-51系列单片机,CPU结构,专用寄存器组,MCS-51系列单片机中的专用寄存器组包括：,程序寄存器PC（16位）,累加器A（8位）,通用寄存器B（8位）,程序状态寄存器PSW（8位）,堆栈指针SP（8位）,数据指针DPTR（16位）,程序状态寄存器PSW,堆栈指针SP,数组指针DPTR,存储器,结构,MCS-51内部的存储器分为ROM与RAM两类,ROM存储器结构,RAM存储器结构,特殊功能寄存器,ROM存储器结构,RAM存储器结构,特殊功能寄存器SFR,指有特殊功能的寄存器集合。SFR的实际个数与单片机具体型号有关。8031/8051有21个，8032/8052有26个，允许位寻址的有11个，如下所示。,I/O端口,并行I/O端口8位,P1、P2、P3、P4,串行I/O端口,并行I/O端口,串行I/O口,定时器/计数器,中断系统,MCS-51单片机的封装,双列直插式封装HMOS器件,方形封装CHMOS器件,端口线,控制线,电源线,Vcc：+5V,Vss：GND,几种晶振连接电路,8031连接片外存储器,MCS-51单片机的工作方式,复位,方式,程序执行方式,单步执行,连续执行,节电方式,掉电方式,空闲方式,编程与校验方式,复位方式,程序执行方式,单步执行,逐条执行用户指令，用于调试用户程序,利用单片机的外部中断功能实现,连续执行,所有单片机都需要的一种工作方式，被执行程序可放置在片内或片外ROM中,单片机复位后PC0000H，因此需要在0000H放置一条跳转指令将PC指向程序开始的位置,节电工作方式,节电方式是一种降低功耗的工作方式，只有CMOS器件才有本方式，受电源控制寄存器PCON控制。节电方式分为：,掉电方式,空闲方式,电源控制寄存器PCON,空闲方式,掉电方式,掉电/空闲方式的实际应用,编程与校验方式,8751编程方式,8751校验方式,编程/校验时序,EPROM保密编程,MCS-51三种周期,时序,时序示例,读外部ROM指令时序,读外部RAM指令时序,第3章,MCS-51单片机,指令系统,寻址方式。,指令系统。,基本概念,指令,。指使计算机完成某种操作的命令。,指令系统,。指令的集合称为指令系统。,计算机的机器指令包括操作码和操作数两部分。,操作码,。表示计算机执行什么样的操作。,操作数,。表示计算机参加运算操作要处理的数据信息。,指令,的,格式,指令,的三种表现形式,指令的字节数,指令的分类,指令中的符号说明,指令对标志位的影响,寻址方式,MCS-51,有7种寻址方式：,直接寻址。,立即寻址。,寄存器寻址。,寄存器间址。,变址寻址。,相对寻址。,位,寻址。,直接寻址,立即寻址,寄存器寻址,寄存器间址,变址寻址,相对寻址,位寻址,数据传送类指令,内部数据传送指令,立即型数据传送指令直接型传送指令,寄存器寻址的传送指令,寄存器间址,传送指令,内部数据,传送指令,小结,外部ROM/RAM的,传送指令,指令共7条，分为3类,16位数的传送指令（1条）,对外部ROM的读数指令（2条）,对外部RAM的读写指令（4条）,16位数的传送指令,对外部ROM的读数指令,对外部ROM的读数指令举例,对外部RAM的读写指令,对外部RAM的读写指令举例,堆栈,操作,指令,堆栈操作共两条指令,压栈指令,弹出指令,压栈,指令,弹出,指令,堆栈指令举例,数据交换,指令,数据交换指令共4条,数据交换指令（3条）,半字节交换指令（1条）,数据交换,指令,半字节交换,指令,数据交换例1,数据交换例2,算术与逻辑运算和移位,指令,这类指令共49条，包括,算术指令（24条）,逻辑指令（20条）,移位指令（5条）,算术运算指令,算术运算指令可处理加、减、乘、除算术运算，包括：,加法,指令,（13条）,；,减法,指令,（8条）,；,BCD调整,指令,（1条）,；,乘除,指令,（2条）,；,不带Cy的加法指令,不带Cy,加法指令,示例1,不带Cy,加法指令,示例2,带,Cy,加法指令,加1指令,加法指令例子,带Cy,减法指令,带,Cy,减法指令,示例,减,1,指令,减法,指令,例子,BCD调整,指令,BCD加法调整,BCD减法调整,乘,除,指令,逻辑运算指令,逻辑,乘,指令,（6条）,。,逻辑,加,指令,（6条）,。,逻辑异获指令,（6条）,。,累加器清零和求反指令（2条）,逻辑乘,指令,逻辑乘指令示例,逻辑加,指令,逻辑加,指令示例,逻辑异或,指令,逻辑异或,指令,示例,累加器清零和取反,指令,移位及半字交换指令,移位,指令,例1,移位指令例2,控制,转移,及位操作,指令,控制转移指令（17条）,无条件转移指令（4条）,条件转移指令（8条）,子程序调用与返回指令（4条）,空操作指令（1条）,位操作指令（17条）,无,条件转移指令,条件转移,指令,累加器A判零转移指令（2条）,比较转移指令（4条）,减1条件转移指令（2条）,累加器A判零转移,指令,累加器A判零,转移指令示例,比较条件转移,指令,比较条件转移指令示例,减1条件转移指令,减1条件转移指令,示例,子程序调用与返回指令,包括：,调用指令（2条）,返回指令（2条）,子程序的作用,缩短用户程序长度,节省程序设计时间,什么是子程序,完整程序功能，如多字节加法子程序、三角函数子程序等,通用性，可多次调用,通过调用/返回指令完成对子程序的调用/返回,调用指令的作用,堆栈-,断点地址,（PC中）,转入子程序的第一条指令执行,返回指令的作用,PC-断点地址（堆栈中）,子程序嵌套,短调用,指令,（2KB范围内）,长调用,指令,（64KB范围）,返回,指令,子程序调用与返回指令例子,空操作指令,位操作指令,位传送指令,位置位/清零指令,位运算指令,以Cy中内容为条件的转移指令,以位地址内容为条件的转移指令,第3章习题课,3-10,3-12,3-15,3-17,3-18,3-23,3-27,3-28,3-10,3-12,3-15,3-17,3-18,3-23,3-27,3-28,第4章汇编语言程序设计,汇编语言程序格式。,汇编语言程序设计,。,程序设计语言,汇编程序,汇编,语句的格式,汇编,语言的构成,ORG/END伪指令,EQU/DATA,伪指令,DB/DW/DS,伪指令,BIT,伪指令,汇编语言程序的设计步骤,汇编语言程序的汇编,汇编语言,源,程序,必须转换为机器语言才能够被MCS-51CPU执行，将汇编语言源程序转换为机器语言的过程称为“汇编”,。,可以采用以下两种手段进行汇编,人工汇编查手册,机器汇编汇编程序,汇编语言程序设计示例,简单程序及分支程序设计,循环及查表程序设计,子程序与运算程序设计,简单程序设计,分支程序设计,循环程序设计,循环程序结构,循环程序类型,查表程序设计,查表步骤,子程序设计,子程序设计注意事项,运算程序设计,第5章半导体存储器,半导体存储器的分类。,存储器容量的扩展方式。,存储器与,MCS-51,的连接。,存储器的类型,存储器的层次,内存储器的组成,半导体存储器的种类,半导体存储器的,技术指标,半导体存储器的发展前景,半导体存储器,将继续沿着以下几个方面发展,集成度,存取速度,工作电压及功耗,单译码半导体存储器结构,双译码半导体存储器结构,只读存储器,掩膜ROM,可编程PROM,紫外光可擦除EPROM,电可擦可编程EEPROM,闪速存储器Flash Memory,掩膜ROM存储器原理,PROM存储器原理,EPROM存储器原理,典型EPROM、E,2,PROM芯片,EPROM Intel 27128A,EPROM Intel 2764,EEPROM Intel 2815,27128、2764引脚图,27128原理图及工作方式,2815引脚及工作方式,静态RAM基本存储电路,动态RAM基本存储电路,常见RAM芯片,Intel 6264,Intel,2116,Intel,2186,Intel 6264(SRAM,8KB),Intel 2116(DRAM,16Kx1),Intel 2186(全集成化DRAM,8KB),存储器与CPU连接需考虑的主要问题,存储芯片选择（容量、个数）,CPU总线的负载能力。,在CPU与存储器间增加缓冲器、驱动器、地址译码器等以增强负载能力。,CPU时序与存储器存取速度匹配。,存储器地址分配,（重叠地址空间）,。,控制信号连接。,译码（线选法、部分译码、全译码）,读写信号,存储器容量扩展,字数扩展,位数扩展,存储器容量的位扩展,存储器容量的字扩展,存储器与CPU的连接,线选法产生片选信号,74LS138,局部译码法产生片选信号,全译码法产生片选信号,各种片选的优缺点,MCS-51与存储器连接示例,第6章中断,系统,中断的概念。,中断处理过程。,MCS-51的中断系统,。,中断的概念,指CPU在正常运行程序时，因内部或外部事件要求CPU暂时中止执行原程序，转而执行其服务程序（称为中断服务程序），待服务完毕后自动返回执行原程序的过程。,中断的功能,同步操作，并行处理。,实时处理。,故障处理。,中断源,中断的分类,中断嵌套,中断系统及其功能,可自动完成中断任务的逻辑电路及软件。包括：,识别中断源,对多个中断源进行优先级排队等,一个中断系统应可完成下列任务：,能实现中断响应、中断服务、中断返回。,能实现中断优先级排队。,能实现中断嵌套能识别中断源及开关中断。,中断优先权的一般处理原则,多个中断源同时申请时，按优先权从高到低依次处理。,高级别中断源可以中断级别较低且正在处理的中断，排斥同级，同时响应更高级别的中断请求。,同级别多个中断源同时申请中断，应预先排好次序，依次逐个处理。,MCS-51的中断源,MCS-51的中断标志,对中断允许的控制,对中断优先级的控制,MCS-51响应中断的条件,MCS-51对中断的响应时间,MCS-51对中断的撤除,防止CPU重复响应同一个中断,8259A中断控制器,8259A芯片结构,8259A的工作过程,8259A与总线的连接方式（1）,8259A与总线的连接方式（2）,8259A的使用编程）,通过设置初始化命令字ICW1ICW4及操作命令字OCW1OCW3实现，任务包括,优先级设置,优先级循环方式,中断屏蔽方式,中断结束方式,中断请求的触发方式,8031对外部中断源的扩展方式,借用T0/T1扩展,采用查询法扩展,采用8259A扩展,借用定时器溢出中断扩展外部中断源,第7章,并行,I/O接口,接口的类型。,MCS-51内部并行I/O接口,。,MCS-51并行I/O的扩展。,MCS-51内部定时器/计数器。,什么是接口,为什么需要使用接口,接口电路的功能,数据缓冲,数据格式转换,地址译码及设备选择,传递控制及状态信号,电平转换,接口的类型,按照接口的功能分类：,通用接口,专用接口,按照数据传送方式分类,并行接口,串行接口,I/O接口的端口寻址,CPU与外设间的信号,CPU与外设之间交换的信息主要有3类：,数据信息,数字信号。“0或1”形式的二进制数据。,模拟信号。传感器/控制器的输入/输出的表示温度、压力、流量、阀门等数据的电压或电流信号，需要A/D，D/A转换使用。,开关量。表示开、关两种状态，例如电机的启动与停止等。,状态信息,反映外设的工作状态，如“准备好”或“忙”状态。,控制信息,读写控制信号、片选等。,接口的一般结构,接口电路一般包括以下部件：,数据寄存器,状态寄存器,控制（命令）寄存器,I/O数据的四种传送方式,程序控制传送方式,同步传送,异步传送,中断,传送,DMA（直接存储器存取）方式,程序控制传送方式,无条件传送方式,条件传送方式,中断传送方式,中断传送方式的接口电路,DMA传送方式,不需要CPU参与。,需要专用控制芯片控制总线的使用及数据存取。,MCS-51内部并行I/O端口,MCS-51并行I/O端口的操作方式,常用,并行,接口芯片介绍,8255A。,8,155,。,8255A的基本特性,8255A是一个具有两个8位（A和B口）和两个4位（C口高低四位），最多可达24位的并行输入输出端口的接口芯片，它为Intel系列CPU与外部设备之间提供TTL电平兼容的接口，如打印机、AD、DA转换器、键盘、步进电机以及需要同时两位以上信息传送的一切形式的并行接口。,8255A的引脚功能,8255A内部结构,8255A的控制字,方式控制字及对C口按位置位/复位控制字,8255A的工作方式,方式0是一种基本输入或输出方式，它适用于无需握手信号的简单输入输出应用场合，端口A、B、C都可作为输入或输出数据使用，端口B、C输出有锁存而输入无锁存。,方式1也称选通的输入/输出方式。在这种方式下，无论是输入还是输出都通过应答关系实现，这时端口A或B用作数据口，端口C的一部分引脚用作握手信号线与中断请求线。,若端口A工作于方式1,则B可工作于方式0；,若端口B工作于方式1,则A可工作于方式0或余下的13位可工作于方式0；,若端口A和B同时工作于方式1,端口C余下的两位还可用于传送数据或控制信号。,方式2也称选通的双向I/O方式，仅适用于端口A，这时A口的PA7-PA0作为双向的数据总线，端口C有5条引脚用作A的握手信号线和中断请求线，而B口和C口余下的3位仍可工作于方式0或1。,8255A方式0基本输入输出模式,8255A方式1选通输入模式,8255A方式1选通输出模式,8255A方式2双向输入输出模式,8155A基本特性,2*8位I/O,1*6位I/O,256字节RAM,1*14位定时器,8155A引脚及内部结构,8155A端口地址,8155A命令字,8155A状态字,8155A定时器长度字,8155工作方式,C口引脚在各种方式下的定义,选通I/O输入,选通I/O输出,8155A定时器长度字格式,8155A定时器初始化,8155A定时器应用举例,借用外部RAM地址扩展I/O端口,应用举例,采用8155扩展并行I/O端口（1）,采用8155扩展并行I/O端口（2）,采用8155扩展并行I/O端口（3）,MCS-51内部的定时器/计数器,定时器控制寄存器TCON,定时器方式寄存器TMOD,MCS-51内部定时器工作方式,方式0,方式1,方式2,方式3（只有T0才有）,MCS-51对内部定时器的初始化,计数值初值的计算,定时器初值的计算,初值设置举例,应用举例(1),应用举例(2),第,8,章,A/D与D/A接口,A/D与D/A转换器,。,MCS-51与A/D、D/A的接口,。,A/D、D/A的用途,D/A转换器原理,T型电阻网络,D/A转换器性能指标,DAC0832结构,DAC0832引脚功能,MCS-51与D/A的接口,DAC的应用,MCS-51对8位DAC的接口,MCS-51对12位DAC的接口,MCS-51对8位DAC的接口,直通方式,单缓冲方式,双缓冲方式,直通方式,单缓冲方式,单缓冲方式锯齿波程序,单缓冲方式三角波程序,单缓冲方式方波程序,MCS-51对12位DAC的接口,DAC1208的结构与原理,MCS-51与DAC1208的接口,A/D转换器,逐次比较式A/D转换器,并行A/D转换器,A/D的性能指标,ADC0809内部结构,ADC0809引脚功能,MCS-51对A/D转换器的接口,MCS-51与ADC0809的接口,MCS-51与ADC574A的接口,MCS-51与ADC0809的接口（1）,MCS-51与ADC0809的接口（2）,ADC574A-结构,ADC574A-引脚功能,ADC574A-引脚功能,第,9,章,MCS-51串行通讯,串行通讯基础知识,。,MCS-51的串行通讯接口与应用,。,多机通讯概念。,串行通信的分类,异步通信,同步通信,异步通信,同步通信,串行通信的制式,调制解调器的作用与原理,调制解调器的分类,调制与解调（以FSK型Modem为例）,串行I/O数据的软件实现,硬件实现工作原理,硬件实现UART对RXD的采样,硬件实现错误校验,MCS-51串口的结构,串行口控制寄存器SCON,电源控制寄存器PCON,MCS-51串行口的工作方式,方式0同步移位寄存器。,方式1可变频率10位异步通信。,方式2固定频率11位异步通信。,方式3可变频率11位异步通信。,方式0同步移位寄存器,方式110位异步收发,方式211位异步收发（固定波特率）,方式311位异步收发（可变波特率）,串行口通信波特率,方式0应用用作输出口,方式0应用用作输入口,方式1应用,方式2应用,方式3应用（1）主程序,方式3应用（2）接收子程序,方式3应用（3）出错处理程序,