单片机原理及应用——C语言程序设计与实现 教学课件 作者 马斌 韩忠华 王长涛 夏兴华 第1章MCS 51单片机结构及基本工作原理.pptVIP

第1章 MCS-51单片机结构及基本工作原理 1.1 微型计算机基础 1.2 MCS-51单片机的基本组成和功能 1.3 MSC-51单片机的内部结构 1.4 MCS-51系列单片机的工作方式 1.1 微型计算机基础 1.1.1 单片机及其发展概况 1.1.2 计算机中数制及相互转换 1.1.3 二进制数的运算 1.1.4 计算机中数的表示方法 1.1.1 单片机及其发展概况 1、单片机的发展 单片机的全称为单片微型计算机（Single Chip Microcomputer），它是将组成微型计算机的各个功能部件，如中央处理器（CPU）、随机存储器（RAM）、只读存储器（ROM）、基本出入/出接口（I/O接口）、定时器/计数器以及串行通信接口等部件有机地结合在一块集成芯片中，构成一个完整的微型计算机，因此单片机又可以成为微处理器（Microcontroller Unit）。 图1-1 单片机组成框图 单片机的发展史大体上可以分为以下四个阶段： 第一阶段：单片机初级阶段。单片机的发展始于1974年，到了1976年，Intel公司推出了MCS-48系列单片机，讲CPU、存储器、I/O接口、定时器/计数器集成在一块芯片上，使计算机完成了单芯片化。 第二阶段：单片机完善阶段。此阶段单片机的功能及体系结构得到了不断的完善。 1980年，Intel公司在MCS-48系列单片机的基础上增添了I/O串行口，增大了存储器容量，完善了终端系统（设置了5个中断源，2个优先级），定时器/计数器为16位的，在内部存储器上设置了位地址空间，提供位操作指令，推出了高性能的MCS-51系列单片机， 第三阶段：微控制器形成阶段。为了更高的测控应用，需要对单片机的外围接口电路进行增强与完善，如数模转换器（D/A）、模数转换器（A/D）、高速I/O接口、程序监视定时器（WDT）等，尽量将外围功能集成在芯片内部。 第四阶段：微控制器技术成熟阶段。随着技术的不断成熟，国内外对单片机的开发和研制竞争异常激烈，极大地丰富了微控制器的类型，功能不断地完善，成本降低，外围电路减少，可靠性不断提高。 2、单片机的特点 单片机是在一块芯片上集成了中央处理器（CPU）、随机存储器（RAM）、只读存储器（ROM）、基本出入/出接口（I/O接口）、定时器/计数器等部件，使其具备了一台微型计算机的特征。 （1）采用哈佛结构体系 （2）采用面向控制的指令系统 （3）引脚功能复用 （4）片内随机存储器做寄存器 （5）类型齐全 （6）功能通用 3、单片机的发展 （1）CPU的改进： （2）存储器的改进： （3）片内I/O的改进： （4）外围电路的集成： （5）低功耗： 1.1.2 计算机中数制及相互转换 1、数制 所谓的数制是指数的制式，是人们利用符号计数的一种科学方法。数制有很多种，微型计算机中常用的数制有十进制、二进制、八进制和十六进制四种。 进位计数的特征可以概括如下： （1）由一个固定的基数r，数的每一位只能取大于等于0，小于r的数字，即符号集为{0，1，2，…，r-1}； （2）逢r进位，它的第i个数位对应于一个固定的值ri，ri称为该位的“权”。小数点左边各位的权是基数r的正次幂，依次为0，1，2，…，m次幂，小数点右边各位的权是基数r的负次幂，依次为-1，-2，…，-n次幂。R进制数在技术过程中，当它的某位计满r时就向它邻近的高位进1。 一般用（·）r来表示括号内的数为r进制数。将r进制数按权展开，其表达式为： （1）十进制（Decimal） 十进制是人类最常用的数的制式，其基数r=10，逢十进位，符号集为{0，1，2，3，4，5，6，7，8，9，0}，其权为：…，102，101，100，10-1，10-2，…，对于十进制，因为人们已经习惯，一般不用括号和基数来表示，如十进制数（123.456）10一般就写成123.456或123.456D。 若按权展开为： （123.456）10=123.546D =1×102+2×101+3×100+4×10-1+5×10-2+6×10-3 （2）二进制（Binary） 二进制的基数r=2，符号集为{0，1}，其权为：…，22，21，20，2-1，2-2，…， 例如：二进制数（1101.011）2按权展开为： （1101.011）2=1101.011B =1×23+1×22+0×21+1×20+0×2-1+1×2-2+1×2-3 （3）八进制（Octal） 八进制数的基数r=8，符号集为{0，1，2，3，4，5，6，7}，其权为：…，82，81，80，8-1，8-2，…， 例如八进制数（654.123）8按权展开为： （654.123）8=654.123O =6×82+