《片機原理》PPT課件.ppt

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1、單片機原理與應用 723202828 情景三 解剖單片機 單元一 解剖單片機的 I/O口 單元二 單片機的解剖圖 補充：單片機的數(shù)制和碼制 單元三 半導體存儲器 單元四 單片機的程序存儲器 單元五 單片機的數(shù)據(jù)存儲器 單元六 單片機的特殊功能寄存器 本章知識網(wǎng)絡 情景三 解剖單片機 解剖單片機的 I/O口 單片機的解剖圖 1、單片機外擴存儲器芯片時， 4個 I/O口中用作數(shù)據(jù) 總線的是？ 復習 答： P0口，在總線應用模式下，單片機需擴展外部 ROM， P0和 P2端用于擴展外部總線以構成 8位數(shù)據(jù)總 線和 16位地址總線 P85 2、 89S51/52單片機的內部硬件包括了 CPU、 RA

2、M、 ROM和定時器 /計數(shù)器以及并行 I/O口、串行 口、 、時鐘電路，這些部件通過 相連 接。 復習 中斷源 總線 P85 本章知識網(wǎng)絡 情景三 解剖單片機 解剖單片機的 I/O口 單片機的解剖圖 單片機的數(shù)制和碼制 數(shù)制轉換 符號二進制 常用碼制 第一節(jié) 數(shù)制轉換 二進制 Binary 十六進制 Hexadecimal 十進制 Decimal 重點掌握整數(shù)之間的運算，了解小數(shù)之間的運算 預備知識 數(shù)制轉換表 一、二進制與十六進制的互換 二進制整數(shù)轉換為十六進制數(shù)整數(shù)可從小數(shù)點 開始向左，每四位為一組轉換為一位的十六進制數(shù)。 二進制小數(shù)轉換為十六進制數(shù)小數(shù)則從小數(shù)點 開始向右，同樣以四位為

3、一組，每四位小數(shù)轉換為一 位的十六進制小數(shù)。 十六進制整數(shù)轉換為二進制數(shù)，則一位十六進 制數(shù)可轉換為四位二進制數(shù)。 同樣十六進制小數(shù)轉換為二進制小數(shù)，也是一 位十六進制小數(shù)轉換為四位二進制小數(shù)。 二進制 十六進制 例題 1、 二十六進制轉換 1）把 10100110.1011B轉換成 16進制數(shù) 1010 0110 .1011 6 A . BH 2）把 111001111.111B轉換成 16進制數(shù) 0001 1100 1111 .1110 C F 1 . EH 例題 2、 十六二進制轉換 1）把 3D7.9H轉換成二進制數(shù) 3 D 7 . 9 1101 0011 . 0111 2）把 148

4、.AH轉換成二進制數(shù) 1 4 8 . A 0100 1000 0001 . 1010H 1001B 二、 二進制與十進制數(shù)的轉換 二進制整數(shù) 十進制整數(shù) 二進制整數(shù)轉換為十進制整數(shù)，可按各位數(shù)的權，即底數(shù) 為 2的 n-1次冪來確定， n表示該數(shù)的位數(shù)，例如二進制數(shù)為 101010l0B，則十進制數(shù)為： 1702021202120212021 01234567 十進制整數(shù)轉換為二進制整數(shù)，可采用逐次除以 2，余數(shù) 反序排列，即第 1次除以 2的余數(shù)排在最低位。以 18為例逐次 除以 2列式如下： 并按習慣將二進制數(shù)寫成 8位，可得 18=00010010B。 二進制小數(shù)轉換為十進制小數(shù)，可按底

5、數(shù)為 2的負 n次冪 來確定， n同樣表示位數(shù)，例如求 0.00110011B的十進制值。 1 9 9 2 1 8 7 5.0212120 2021212020 87654321 十進制小數(shù)轉換為二進制小數(shù)，采用小數(shù)部分逐次乘 2， 每次乘積若產(chǎn)生整數(shù)則將整數(shù)個位 (即所為溢出位 )按正序排 列，小數(shù)部分繼續(xù)乘 2。以 0.6875為例。 其小數(shù)點右邊數(shù)逐次乘 2 0.6875*2=1.375 小數(shù)點左邊整數(shù)為 1 0.375*2=0.75 小數(shù)點左邊整數(shù)為 0 0,75*2=1.5 小數(shù)點左邊整數(shù)為 1 0.5*2=1 小數(shù)點左邊整數(shù)為 1 可得出 0.6875=0.1Oll0000B 二進

6、制小數(shù) 十進制小數(shù) 例題 3、 二十進制轉換 1）把 10110B轉換成十進制數(shù) 2）把 173轉換成二進制數(shù) 10110B=1*16+1*4+1*2=22 173 10101101 B 三、十六 進制與十進制數(shù)的互換 十六進制整數(shù)轉換為十進制整數(shù)可按各位數(shù)的權，即底 數(shù)為 16的 n 次冪來確定， n表示該數(shù)的位數(shù)。例如： 3544211611671610168718 0123 HA 十進制整數(shù)轉為十六進制整數(shù)采用逐次除以 16，余數(shù) 反序排列的方法。例如：將 13562轉換成十進制數(shù) 13562 16=847 余 10(記作 0AH) 847 16=52 余 15(記作 0FH) 52 1

7、6=3 余 4 3 16=0 余 3 可得 13562=34FAH 十六進制整數(shù) 十進制整數(shù) 十六進制小數(shù)轉換為十進制小數(shù)，則按小數(shù)點以后各 位的權，用底數(shù)為 16的負 n次冪來確定， n 同樣表示位 數(shù)。 2 9 2 1 2 9 5 1 6.0 1691612161016494.0 4321 HAC 十進制小數(shù)轉為十六進制小數(shù)采用小數(shù)部分逐次乘 16， 每次乘積若產(chǎn)生整數(shù)，則將所得整數(shù)按正序排列，例如十 進制小數(shù) 0.359375轉換為十六進制數(shù)： 0.359375 16=5.75 小數(shù)點左邊整數(shù)為 5 0.75 16=12.0 小數(shù)點左邊整數(shù)為 0CH 可得 0.359375=0.5CH

8、十六進制小數(shù) 十進制小數(shù) 例題 4、 十六十進制轉換 1）把 0DCBH轉換成十進制數(shù) 2）把 1023轉換成十六進制數(shù) 0DCBH=13*16*16+12*16+11=3531 1023 3FFH 第二節(jié) 帶符號的二進制數(shù) 一、 帶符號二進制數(shù)的表示方法 原碼表示法： 規(guī)定最高位為符號位，其余 表示數(shù)值。 反碼表示法： 規(guī)定最高位為符號位，對于 正數(shù)，其余各位表示數(shù)值。對于負數(shù)，其余 各位應將 1換成 0，將 0換成 1，即所謂逐位取 反。 補碼表示法： 仍然規(guī)定最高位定為符號位， 對于正數(shù)，其余各位表示數(shù)值。對于負數(shù)， 除符號位外，其余按原碼的各位值，逐位取 反，全部取反后再加 1，簡稱為

9、取反加 1。 帶符號二進制數(shù)表示方法舉例： BxBx BxBx xxxx ft ft ctcoft 11 0 10 10 1)( 10 1 01 01 01 0 10 10 1)( 10 1 01 01 : )(,)(,)( . . . 原碼表示法 為補碼為反碼為原碼為真值 BxBx BxBx co co 1 01 01 01 0)( 1 01 01 01 0 10 10 10 1)( 1 01 01 01 : . . 反碼表示法 BxBx BxBx ct ct 10101011)( 1010101 01010101)( 1010101 : . . 補碼表示法 可見正數(shù)的反碼和補碼與原碼完全相

10、同。 第三節(jié) 常用碼制 一、 BCD碼（ Binary Coded Decimal Code） BCD 碼以 4位為一組，選用 0000B至 1001B的十種 狀態(tài)代表 0-9共 10個數(shù)，舍棄二進制表示法中的其 余 6種狀態(tài)。例如十進制數(shù) 84.7的 BCD碼為： 8 4 . 7 0 1000 0100.0111 0000 BCD 碼 10010100 01110010轉換為十進制數(shù)為： 1001 0100.0111 0010 9 4 . 7 2 二、 ASCII碼 ASCII 碼是美國信息交換標準代碼的簡稱， 共 128個，用數(shù)碼 0000000O-01111111 表示各種 文字或符號，

11、其中用于表示英文大小寫字母的有 52個，表示 0至 9數(shù)字的有 10個，常用書寫符號 (！ 等等 )和常用運算符號 (如 +、 -、 等 )有 32 個，另外還有控制符號 34個 ,共計 128個。例如英 文大寫字母 A 的 ASCII碼為 01000001，或寫成十 六進制為 41H。 本章知識網(wǎng)絡 情景三 解剖單片機 解剖單片機的 I/O口 單片機的解剖圖 單片機的數(shù)制和碼制 程序存儲器 數(shù)據(jù)存儲器 特殊功能寄存器 半導體存儲器 預備知識 位： 計算機只認識由 0或 1組成的二進制數(shù)，二進制數(shù)中的每 個 0或 1就是信息的最小單位，稱為 “ 位 ” （ bit），也稱 為二進制的位或稱字位

12、。 字： 在計算機中，作為一個整體單元進行存取和處理的一組 二進制數(shù)，每位計算機字的二進制數(shù)的位數(shù)是固定的。 字節(jié)： 把一個 8位的二進制數(shù)據(jù)單元稱為一個字節(jié)，通常用 字母 B表示。 字長： 一個字中包含二進制數(shù)位數(shù)的多少稱為字長，字長是 標志計算機精度的一項技術指標。 KB即為 K字節(jié) 1K=210 =1024 B MB即為 M字節(jié) 1M=220 =1024 K GB即為 G字節(jié) 1G=230 =1024 M 本章知識網(wǎng)絡 情景三 解剖單片機 解剖單片機的 I/O口 單片機的解剖圖 單片機的數(shù)制和碼制 程序存儲器 數(shù)據(jù)存儲器 特殊功能寄存器 半導體存儲器 預備知識 存儲器： 存儲大量二值信息

13、（或稱為二值 數(shù)據(jù)）的半導體器件。 與寄存器的區(qū)別： 寄存器 的存儲地址是固 定的，而 存儲器 以 字 為單位存取，每字包 含若干 位 。各個字的相同位通過 同一引腳 與外界聯(lián)系。每個字分配一個 地址 ，因此 內部有地址譯碼器。 第一節(jié) 半導體存儲器 學習目標： 了解存儲器的類型， 了解 RAM和 ROM的區(qū)別， 掌握存儲器容量的計算方法， 了解存儲器的讀和寫操作的過程。 一、存儲器的分類 掩模 ROM 可編程 ROM（ PROM） 可擦除可編程 ROM （ EPROM） 隨機存儲器 -RAM (Random Access Memory) 靜態(tài)存儲器 SRAM 動態(tài)存儲器 DRAM 按 功 能

14、 (Read- Only Memory) (Programmable ROM) (Erasable PROM) UVEPROM EEPROM 只讀存儲器 ROM Flash Memory (Ultra-Violet) (Electrically) 電可擦除 紫外線擦除 (Static RAM) 快擦寫存儲器 (Dynamic RAM) 只能讀出不能 寫入 ,斷電不失 二、 只讀存儲器 ROM ROM的構成 存儲矩陣： 由若干存 儲單元排列成矩陣形 式。 儲存單元： 可由二極 管、雙極性三極管或 MOS管構成。 地址譯碼器： 根據(jù)地址輸入，在存儲矩陣中選出指定的字對應 的單元，把數(shù)據(jù)送往輸出緩沖

15、器。 輸出緩沖器： 增加帶負載能力；同時提供三態(tài)控制，以便和系 統(tǒng)的總線相連 。 只讀存儲器的分類 一 、 掩膜 ROM： 利用光刻掩膜技術 ， 將用戶提供 的程序存儲在芯片中 ， 制成后不能抹去也不能修改 。 二 、 可編程只讀存儲器 PROM： 開始使用時允許 用戶自行寫入信息 ， 但只允許一次 ， 以后只能讀出 ， 不能修改 。 三 、 可擦除可編程只讀存儲器 EPROM： 寫入數(shù) 據(jù)后 ， 可以長期保存 ， 保存時間與溫度 、 光照有關 。 如果上面存的數(shù)據(jù)不要了 ， 可以用紫外光擦除重新寫 入 。 四 、 電擦除只讀存儲器 EEPROM： 所存儲的內容 可以擦除 ， 也可以在線寫入

16、。 分為并行和串行兩種 。 五 、 閃速型存儲器： 可以擦除 ， 也可以在線重新 寫入 。 一、掩膜 ROM 二四線 譯碼器 A1,A0的 四個最小 項 字線 存儲矩陣是四個二極管或門； 當 EN=0時 ， 。 ii DD D1= D3 = A0 D0 = W1+ W0 = A1 真值表： 真值表與存 儲單元有一 一對應關系 位線 0 0 1 1 D0 1 0 1 0 D1 1 1 0 1 D2 1 0 1 0 D3 1 0 1 0 A0 1 1 0 0 A1 D3 = W1+W3 = A1A0+A1A0=A0 D2= W1= A1+A0 思考：它能存儲的信息容量是多少 ? 多少字？共多少位數(shù)

17、據(jù)？ 二、可編程只讀存儲器 PROM 產(chǎn)品出廠時存的全是 1，用戶可一次性寫入，即 把某些 1改為 0。但不能多 次擦除。 存儲單元多采用熔絲 低熔點金屬或多晶硅。 寫入時設法在熔絲上通入 較大的電流將熔絲燒斷 。 編程 時 VCC 和字 線電 壓提 高 16字 8位的 PROM 十 六 條 字 線 八 條 位 線 20V 十幾微秒 編程脈沖 讀出時，讀 出放大器 AR工作， 寫入放大器 AW不 工作。 寫入時，在 位線輸入編程脈 沖使寫入放大器 工作，且輸出低 電平，同時相應 的字線和 VCC提高 到編程電平，將 對應的熔絲燒斷。 缺點：不能重復擦除。 思考：它能存儲的信息容量是多少？ 多少

18、個字？共多少位數(shù)據(jù)？ 三、可擦除的可編程只讀存儲器 （ EPROM） （一）紫外線擦除的只讀存儲器（ UVEPROM） 是最早出現(xiàn)的 EPROM。通常說的 EPROM就是指這種。 1.使用浮柵雪崩注入 MOS管 （ Floating-gate Avalanche- Injuction MOS，簡稱 FAMOS管。） 擦除：用紫外線或 X射線擦除。需 2030分鐘。 2.使用疊柵注入 MOS管 SIMOS (Stacked-gate Injuction MOS) 這是一種雙譯碼方式， 行地址譯碼器和列地 址譯碼器共同選中一 個單元。每個字只有 一位。 （二）電可擦除 EPROM(EEPROM或

19、E2ROM) 用紫外線擦除操作復雜， 速度很慢。必須尋找新的存 儲器件，使得可以用電信號 進行擦除。 使用浮柵隧道氧化層 MOS 管 Flotox (Floating gate Tunnel Oxide) 寫入（寫 0） 擦除（寫 1） 讀出 特點：浮柵與漏區(qū)間的氧化 物層極薄（ 20納米以下），稱 為隧道區(qū)。當隧道區(qū)電場大于 107V/cm時隧道區(qū)雙向導通。 GC Gf 漏極 當隧道區(qū)的等效電容極 小時，加在控制柵和漏極間 的電壓大部分降在隧道區(qū)， 有利于隧道區(qū)導通。 存儲單元： 擦除和寫入均利 用隧道效應 10ms 快閃存儲器就是針對 此缺點研制的。 （三）快閃存儲器 (Flash Mem

20、ory） 采用新型隧道氧化 層 MOS管。 EEPROM的缺點：擦寫需要高電壓脈沖；擦寫時間長；存儲單 元需兩只 MOS管。 1.隧道層在源區(qū)； 2.隧道層更薄 10 15nm。在控制柵和源極間加 12V電壓即 可使隧道導通。 該管特點： 存儲單元的工作原理： 1.寫入利用雪崩注入法。源極接地； 漏極接 6V；控制柵 12V脈沖，寬 10 s。 2.擦除用隧道效應。控制柵接地； 源極接 12V脈沖，寬為 100ms。因 為片內所有疊柵管的源極都連在 一起，所以一個脈沖就可擦除全 部單元。 3.讀出：源極接地，字線為 5V邏輯高 電平。 6V 0V 12V 10 s 0V 12V 100ms 快

21、閃存儲器特點：集成度高，容量大，成本低，使用 方便。 5V 三、 隨機存儲器（ RAM） 特點： RAM在工作時 可隨時對任意指定單元進行讀或寫操作。 使用方便、靈活。但切斷電源后，所存信息就會丟失。 RAM的結構 1.存儲矩陣 2.地址譯碼：雙譯碼。 3.讀寫控制電路： 讀寫控制信號 R/ W： 控制電路處于 讀出 還是 寫入 狀態(tài)。 SRAM的內部結構 SRAM的存儲單元 DRAM的存儲單元 利用 MOS管柵極電 容可以暫存電荷的原 理制成。因此，存儲 單元簡單，存儲容量 大。但柵極電容很小， 由于漏電的影響，電 容電荷保存時間很短。 必須定時給電容充電 刷新、再生。這 就需要外圍電路配合。 Q&A？ 作業(yè) P304： 1， 2， 3 P86： 7， 9 預習單元 4和單元 5