單片機(jī)原理23-1

1、單片機(jī)原理與應(yīng)用 情景三 解剖單片機(jī) 單元一 解剖單片機(jī)的I/O口 單元二 單片機(jī)的解剖圖 補(bǔ)充：單片機(jī)的數(shù)制和碼制 單元三 半導(dǎo)體存儲(chǔ)器 單元四 單片機(jī)的程序存儲(chǔ)器 單元五 單片機(jī)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 單元六 單片機(jī)的特殊功能寄存器本章知識(shí)網(wǎng)絡(luò)情景三 解剖單片機(jī)解剖單片機(jī)的I/O口單片機(jī)的解剖圖1、單片機(jī)外擴(kuò)存儲(chǔ)器芯片時(shí)，4個(gè)I/O口中用作數(shù)據(jù)總線的是？復(fù)習(xí)答：P0口，在總線應(yīng)用模式下，單片機(jī)需擴(kuò)展外部ROM，P0和P2端用于擴(kuò)展外部總線以構(gòu)成8位數(shù)據(jù)總線和16位地址總線P852、89S51/52單片機(jī)的內(nèi)部硬件包括了CPU、RAM、ROM和定時(shí)器/計(jì)數(shù)器以及并行I/O口、串行口、 、時(shí)鐘電路，這些

2、部件通過 相連接。復(fù)習(xí)中斷源總線P85本章知識(shí)網(wǎng)絡(luò)情景三 解剖單片機(jī)解剖單片機(jī)的I/O口單片機(jī)的解剖圖單片機(jī)的數(shù)制和碼制數(shù)制轉(zhuǎn)換符號(hào)二進(jìn)制常用碼制第一節(jié) 數(shù)制轉(zhuǎn)換二進(jìn)制Binary十六進(jìn)制Hexadecimal十進(jìn)制Decimal重點(diǎn)掌握整數(shù)之間的運(yùn)算，了解小數(shù)之間的運(yùn)算預(yù)備知識(shí) 數(shù)制轉(zhuǎn)換表 一、二進(jìn)制與十六進(jìn)制的互換 二進(jìn)制整數(shù)轉(zhuǎn)換為十六進(jìn)制數(shù)整數(shù)可從小數(shù)點(diǎn)開始向左，每四位為一組轉(zhuǎn)換為一位的十六進(jìn)制數(shù)。 二進(jìn)制小數(shù)轉(zhuǎn)換為十六進(jìn)制數(shù)小數(shù)則從小數(shù)點(diǎn)開始向右，同樣以四位為一組，每四位小數(shù)轉(zhuǎn)換為一位的十六進(jìn)制小數(shù)。 十六進(jìn)制整數(shù)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)，則一位十六進(jìn)制數(shù)可轉(zhuǎn)換為四位二進(jìn)制數(shù)。 同樣十六進(jìn)制小數(shù)

3、轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制小數(shù)，也是一位十六進(jìn)制小數(shù)轉(zhuǎn)換為四位二進(jìn)制小數(shù)。二進(jìn)制十六進(jìn)制例題 1、二十六進(jìn)制轉(zhuǎn)換 1）把10100110.1011B轉(zhuǎn)換成16進(jìn)制數(shù) 1010 0110 .10116A.BH2）把111001111.111B轉(zhuǎn)換成16進(jìn)制數(shù)0001 1100 1111 .1110CF1.EH例題 2、十六二進(jìn)制轉(zhuǎn)換 1）把3D7.9H轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù) 3 D 7 . 911010011.01112）把148.AH轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)1 4 8 . A 0100 10000001.1010H1001B 二、二進(jìn)制與十進(jìn)制數(shù)的轉(zhuǎn)換二進(jìn)制整數(shù)十進(jìn)制整數(shù) 二進(jìn)制整數(shù)轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制整數(shù)，可按各位數(shù)的權(quán)，即底數(shù)為

4、2的n-1次冪來確定， n表示該數(shù)的位數(shù)，例如二進(jìn)制數(shù)為101010l0B，則十進(jìn)制數(shù)為：170202120212021202101234567 十進(jìn)制整數(shù)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)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(xí)慣將二進(jìn)制數(shù)寫成8位，可得 18=00010010B。 二進(jìn)制小數(shù)轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制小數(shù)，可按底數(shù)為2的負(fù)n次冪來確定，n同樣表示位數(shù)，例如求0.00110011B的十進(jìn)制值。19921875. 0212120 202121202087654321 十進(jìn)制小數(shù)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)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(gè)位

5、(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(diǎn)右邊數(shù)逐次乘2 0.6875*2=1.375小數(shù)點(diǎn)左邊整數(shù)為1 0.375*2=0.75小數(shù)點(diǎn)左邊整數(shù)為0 0,75*2=1.5小數(shù)點(diǎn)左邊整數(shù)為1 0.5*2=1小數(shù)點(diǎn)左邊整數(shù)為1 可得出 0.6875=0.1Oll0000B二進(jìn)制小數(shù)十進(jìn)制小數(shù)例題 3、二十進(jìn)制轉(zhuǎn)換 1）把10110B轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制數(shù) 2）把173轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)10110B=1*16+1*4+1*2=2217310101101 B 三、十六進(jìn)制與十進(jìn)制數(shù)的互換 十六進(jìn)制整數(shù)轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制整數(shù)可按各位數(shù)的權(quán)，即底數(shù)為16的 n 次冪來確定， n表示該數(shù)的位

6、數(shù)。例如：35442116116716101687180123HA 十進(jìn)制整數(shù)轉(zhuǎn)為十六進(jìn)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(zhuǎn)換成十進(jìn)制數(shù) 1356216=847 余10(記作0AH) 84716=52 余15(記作0FH) 5216=3 余4 316=0 余3 可得13562=34FAH十六進(jìn)制整數(shù)十進(jìn)制整數(shù) 十六進(jìn)制小數(shù)轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制小數(shù)，則按小數(shù)點(diǎn)以后各位的權(quán)，用底數(shù)為16的負(fù) n次冪來確定，n 同樣表示位數(shù)。 292129516. 0 1691612161016494 . 04321HAC 十進(jìn)制小數(shù)轉(zhuǎn)為十六進(jìn)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

7、將所得整數(shù)按正序排列，例如十進(jìn)制小數(shù)0.359375轉(zhuǎn)換為十六進(jìn)制數(shù)： 0.35937516=5.75 小數(shù)點(diǎn)左邊整數(shù)為5 0.7516=12.0 小數(shù)點(diǎn)左邊整數(shù)為0CH 可得 0.359375=0.5CH十六進(jìn)制小數(shù)十進(jìn)制小數(shù)例題 4、十六十進(jìn)制轉(zhuǎn)換 1）把0DCBH轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制數(shù) 2）把1023轉(zhuǎn)換成十六進(jìn)制數(shù)0DCBH=13*16*16+12*16+11=353110233FFH第二節(jié) 帶符號(hào)的二進(jìn)制數(shù) 一、 帶符號(hào)二進(jìn)制數(shù)的表示方法 原碼表示法：原碼表示法：規(guī)定最高位為符號(hào)位，其余表示數(shù)值。 反碼表示法：反碼表示法：規(guī)定最高位為符號(hào)位，對(duì)于正數(shù)，其余各位表示數(shù)值。對(duì)于負(fù)數(shù)，其余各位應(yīng)將

8、1換成0，將0換成1，即所謂逐位取反。 補(bǔ)碼表示法：補(bǔ)碼表示法：仍然規(guī)定最高位定為符號(hào)位，對(duì)于正數(shù)，其余各位表示數(shù)值。對(duì)于負(fù)數(shù)，除符號(hào)位外，其余按原碼的各位值，逐位取反，全部取反后再加1，簡稱為取反加1。 帶符號(hào)二進(jìn)制數(shù)表示方法舉例：BxBxBxBxxxxxftftctcoft11010101)( 1010101 01010101)( 1010101 : )( ,)( ,)( .原碼表示法為補(bǔ)碼為反碼為原碼為真值BxBxBxBxcoco10101010)( 101010101010101)( 1010101:.反碼表示法BxBxBxBxctct10101011)( 10101010101010

9、1)( 1010101:.補(bǔ)碼表示法可見正數(shù)的反碼和補(bǔ)碼與原碼完全相同。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(gè)數(shù)，舍棄二進(jìn)制表示法中的其余6種狀態(tài)。例如十進(jìn)制數(shù)84.7的BCD碼為： 8 4 . 7 0 1000 0100.0111 0000 BCD 碼1001010001110010轉(zhuǎn)換為十進(jìn)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(biāo)準(zhǔn)代碼的簡稱，共128個(gè)，用數(shù)碼0000000O-0111

10、1111 表示各種文字或符號(hào)，其中用于表示英文大小寫字母的有52個(gè)，表示0至9數(shù)字的有10個(gè)，常用書寫符號(hào)(！等等)和常用運(yùn)算符號(hào)(如+、-、等)有32個(gè)，另外還有控制符號(hào)34個(gè),共計(jì)128個(gè)。例如英文大寫字母 A 的ASCII碼為01000001，或?qū)懗墒M(jìn)制為41H。 本章知識(shí)網(wǎng)絡(luò)情景三 解剖單片機(jī)解剖單片機(jī)的I/O口單片機(jī)的解剖圖單片機(jī)的數(shù)制和碼制程序存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器特殊功能寄存器半導(dǎo)體存儲(chǔ)器預(yù)備知識(shí)位：位：計(jì)算機(jī)只認(rèn)識(shí)由0或1組成的二進(jìn)制數(shù)，二進(jìn)制數(shù)中的每個(gè)0或1就是信息的最小單位，稱為“位”（bit），也稱為二進(jìn)制的位或稱字位。字：字：在計(jì)算機(jī)中，作為一個(gè)整體單元進(jìn)行存取和處理的一

11、組二進(jìn)制數(shù)，每位計(jì)算機(jī)字的二進(jìn)制數(shù)的位數(shù)是固定的。字節(jié)：字節(jié)：把一個(gè)8位的二進(jìn)制數(shù)據(jù)單元稱為一個(gè)字節(jié)，通常用字母B表示。字長：字長：一個(gè)字中包含二進(jìn)制數(shù)位數(shù)的多少稱為字長，字長是標(biāo)志計(jì)算機(jī)精度的一項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)。KB即為即為K字節(jié)字節(jié) 1K=210 =1024 BMB即為即為M字節(jié)字節(jié) 1M=220 =1024 K GB即為即為G字節(jié)字節(jié) 1G=230 =1024 M本章知識(shí)網(wǎng)絡(luò)情景三 解剖單片機(jī)解剖單片機(jī)的I/O口單片機(jī)的解剖圖單片機(jī)的數(shù)制和碼制程序存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器特殊功能寄存器半導(dǎo)體存儲(chǔ)器預(yù)備知識(shí) 存儲(chǔ)器：存儲(chǔ)器：存儲(chǔ)大量二值信息（或稱為二值數(shù)據(jù)）的半導(dǎo)體器件。 與寄存器的區(qū)別：與寄存器的區(qū)別

12、：寄存器的存儲(chǔ)地址是固定的，而存儲(chǔ)器以字為單位存取，每字包含若干位。各個(gè)字的相同位通過同一引腳與外界聯(lián)系。每個(gè)字分配一個(gè)地址，因此內(nèi)部有地址譯碼器。第一節(jié) 半導(dǎo)體存儲(chǔ)器學(xué)習(xí)目標(biāo)：了解存儲(chǔ)器的類型，了解RAM和ROM的區(qū)別，掌握存儲(chǔ)器容量的計(jì)算方法，了解存儲(chǔ)器的讀和寫操作的過程。一、存儲(chǔ)器的分類掩模掩模ROM可編程可編程ROM（PROM）可擦除可編程可擦除可編程ROM（EPROM）隨機(jī)存儲(chǔ)器隨機(jī)存儲(chǔ)器-RAM(Random Access Memory)靜態(tài)存儲(chǔ)器靜態(tài)存儲(chǔ)器SRAM動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器DRAM按按功功能能(Read- Only Memory)(Programmable ROM)(E

13、rasable PROM)UVEPROMEEPROM只讀存儲(chǔ)器只讀存儲(chǔ)器ROMFlash Memory(Ultra-Violet)(Electrically)電可擦除紫外線擦除(Static RAM)快擦寫存儲(chǔ)器(Dynamic RAM)只能讀出不能寫入,斷電不失二、 只讀存儲(chǔ)器ROMROM的構(gòu)成的構(gòu)成存儲(chǔ)矩陣：由若干存儲(chǔ)單元排列成矩陣形式。儲(chǔ)存單元：可由二極管、雙極性三極管或MOS管構(gòu)成。地址譯碼器：根據(jù)地址輸入，在存儲(chǔ)矩陣中選出指定的字對(duì)應(yīng)的單元，把數(shù)據(jù)送往輸出緩沖器。輸出緩沖器：增加帶負(fù)載能力；同時(shí)提供三態(tài)控制，以便和系統(tǒng)的總線相連。只讀存儲(chǔ)器的分類 一、掩膜ROM： 利用光刻掩膜技術(shù)，

14、將用戶提供的程序存儲(chǔ)在芯片中，制成后不能抹去也不能修改 。 二、可編程只讀存儲(chǔ)器PROM：開始使用時(shí)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(chǔ)器EPROM：寫入數(shù)據(jù)后，可以長期保存，保存時(shí)間與溫度、光照有關(guān)。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(chǔ)器EEPROM：所存儲(chǔ)的內(nèi)容可以擦除，也可以在線寫入。分為并行和串行兩種。 五、閃速型存儲(chǔ)器：可以擦除，也可以在線重新寫入。一、掩膜一、掩膜ROMROM二四線譯碼器A1,A0的四個(gè)最小項(xiàng)字線存儲(chǔ)矩陣是四個(gè)二極管或門；當(dāng)EN=0時(shí)， 。iiDDD1= D3 = A0D0 = W1

15、+ W0 = A1真值表：真值表與存儲(chǔ)單元有一一對(duì)應(yīng)關(guān)系位線0011D01010D11101D21010D31010A01100A1D3 = W1+W3 = A1A0+A1A0=A0D2= W1= A1+A0思考：它能存儲(chǔ)的信息容量是多少?多少字？共多少位數(shù)據(jù)？二、可編程只讀存儲(chǔ)器二、可編程只讀存儲(chǔ)器PROMPROM 產(chǎn)品出廠時(shí)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(chǔ)單元多采用熔絲低熔點(diǎn)金屬或多晶硅。寫入時(shí)設(shè)法在熔絲上通入較大的電流將熔絲燒斷。編程時(shí)VCC和字線電壓提高1616字字8 8位的位的PROMPROM十六條字線八條位線20V十幾微秒編程脈沖 讀出時(shí)，讀出

16、放大器AR工作，寫入放大器AW不工作。 寫入時(shí)，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(shí)相應(yīng)的字線和VCC提高到編程電平，將對(duì)應(yīng)的熔絲燒斷。缺點(diǎn)：不能重復(fù)擦除。思考：它能存儲(chǔ)的信息容量是多少？多少個(gè)字？共多少位數(shù)據(jù)？三、可擦除的可編程只讀存儲(chǔ)器三、可擦除的可編程只讀存儲(chǔ)器（EPROMEPROM）（一）紫外線擦除的只讀存儲(chǔ)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

17、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(gè)單元。每個(gè)字只有一位。（二）電可擦除EPROM(EEPROM或E2ROM) 用紫外線擦除操作復(fù)雜，速度很慢。必須尋找新的存儲(chǔ)器件，使得可以用電信號(hào)進(jìn)行擦除。 使用浮柵隧道氧化層MOS管Flotox (Floating gate Tunnel Oxide)寫入（寫寫入（寫0）擦除（寫擦除（寫1）讀出讀出 特點(diǎn)：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(dāng)隧道區(qū)電場(chǎng)大于107V/cm時(shí)隧道區(qū)雙向?qū)?。GCGf漏極漏極 當(dāng)隧道區(qū)的等效電容極小時(shí)，加在控制

18、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(dǎo)通。存儲(chǔ)單元：擦除和寫入均利用隧道效應(yīng)10ms快閃存儲(chǔ)器就是針對(duì)此缺點(diǎn)研制的。（三）快閃存儲(chǔ)器(Flash Memory）采用新型隧道氧化層MOS管。 EEPROM的缺點(diǎn)：擦寫需要高電壓脈沖；擦寫時(shí)間長；存儲(chǔ)單元需兩只MOS管。1.隧道層在源區(qū)； 2.隧道層更薄1015nm。在控制柵和源極間加12V電壓即可使隧道導(dǎo)通。該管特點(diǎn)：存儲(chǔ)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(yīng)?？刂茤沤拥兀辉礃O接12V脈沖，寬為100ms。因?yàn)槠瑑?nèi)所有疊柵管的源極都連在一起，所以一個(gè)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。6V0V12V10 s0V12V100ms快閃存儲(chǔ)器特點(diǎn)：集成度高，容量大，成本低，使用方便。5V