第2章单片机系统电路基础.ppt

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1、第2章 单片机系统电路基础,本章简要地阐述最主要的数学知识及计算机中最基本的单元电路。本章的内容是必要的入门知识，是以后各章的基础。对于已掌握这些知识的读者，本章将起到复习和系统化的作用。,第2章 单片机系统电路基础,2.1 数制与编码 2.2 单片机系统常用数字集成电路 2.3 单片机系统中的常用存储器电路 本章小结,2.1 数制与编码,2.1.1 进位计数制 2.1.2 进位计数制的相互转换 2.1.3 数码和字符的代码表示,2.1.1 进位计数制,1. 十进制计数制,十进制的基为10，它所使用的数码为09，共10个数字。,计数规律：逢10进1,任意一个十进制数 ( S )10，可以表示为

2、,( S )10 = kn-110n-1+kn-210n-2+k0100+k-110-1+k-210-2+k-m-110-m-1,(2001.9)10 = 2 103 + 0 102 + 0 101 + 1 100 + 9 10-1,例：,2. 二进制计数制,2.1.1 进位计数制,二进制的基为2，它所使用的数码为0、1，共2个数字。,计数规律：逢2进1。,任意一个二进制数 ( S )2可以表示成,( S )2 = k n-12n-1 + kn-22n-2 + k020 + k-12-1 + k-22-2 +k-m-12-m-1,例：,(1101.101)2 = l23 + 1 22 + 0

3、21 + 1 20 + 1 2-1 + 0 2-2 + 1 2-3,2.1.1 进位计数制,3. 十六进制计数制,十六进制的基为16，其使用的数码为09、AF，共16个数字,计数规律：逢16进1,任意一个十六进制数 ( S )16可以表示成,( S )16 = kn-116n-1+kn-216n-2+k0160+k-116-1+k-216-2+k-m-116-m-1,例：,(8AE6)16 = 8163+A162+E161+6160,用AF表示1015,(8AE6)16也可表示为8AE6H,2.1.2 进位计数制的相互转换,1. 十进制转换成十六进制,一个十进制整数转换成十六进制数时，按除16

4、取余的方法进行。,例：,(725)10 = ( ? )16,转换结果，得到 (725)10 = (2D5)16。,一个十进制小数转换成十六进制小数时，可按乘16取整的方法进行。,例：,(0.7875)10 = ( ? )16,1. 十进制转换成十六进制,转换结果，可得 (0.7875)10 = (0.C99)16,2. 十六进制转换成十进制数,十六进制数转换成等值的十进制数时，可用按权相加的方法进行。,(1C4.68)16 = 1162+C161十4160+616-1+816-2 = 256+192+4+0.375+0.03125 =(452.40625)10,例：,3. 十六进制与二进制数的

5、转换,一位十六进制数表示的数值恰好相当于4位二进制数能表示的数值。因此彼此之间的转换极为方便，只要从小数点开始分别向左右展开即可。,(3AB4)16 (0011 1010 1011 0100)2,(1111 1101.0100 1111)2(FD.4F)16,2.1.3 数码和字符的代码表示,一、 三个术语 数码：代表一个确切的数字 代码：特定的二进制数码组，是不同信号 的代号，不一定有数的意义 编码 ：n位二进制数可以组合成2n个不同 的信息，给每个信息规定一个具 体码组，这个过程叫作编码。,二、 二进制码： 自然码：有权码，每位代码都有固定权值， 结构形式与二进制数完全相同 循环码 ：无权

6、码，每位代码无固定权值，任何 相邻的两个码组中，仅有一位代码不 同。 详细见主教材第12页 表2.1 两种4位二进制编码,三、 二 - 十进制码（BCD码） BCD码用二进制代码对十进制数进行编码，它既具有二进制码的形式（4位二进制码），又有十进制数的特点（每4位二进制码是1位十进制数）。,(6840)10 = (0110 1000 0100 0000)BCD,例：,四、 字母与字符的编码,由于计算机中采用二进制数码表示。要在计算机中表示字母、字符等都要用特定的二进制数码表示。字母与字符用二进制码表示的方法很多，目前在计算机中普遍采用的是ASCII码（American Standard Cod

7、e for Information Interchange，美国标准信息交换码）。它采用8位二进制编码，故可以表示256个字符。其中包括数码09、英文字母以及打印和不可打印的字符。详细见主教材第13页 表2.2 ASCII码字符表,2.2 单片机系统常用数字集成电路,2.2.1 常用的逻辑门电路 2.2.2 集电极开路门输出电路 2.2.3 常用组合逻辑电路 2.2.4 常用时序逻辑电路,1、与门,2.2.1 常用的逻辑门电路,与运算符，也有用 “”、 “”、“&”表示,与逻辑功能口诀： 有“0”出“0”； 全“1”出“1”。,或运算符，也可用 “”、“”表示,2、 或门,或逻辑功能口诀： 有

8、“1”出“1”； 全“0”出“0”。,“”非逻辑运算符,3、 非门,4、恒等门,5、 与非门,与非逻辑功能口诀： 有“0”出“1”； 全“1”出“0”。,或非逻辑功能口诀： 有“1”出“0”； 全“0”出“1”。,6、 或非门,异或逻辑功能口诀： 同为“0”； 异为“1”。,7、 异或门,逻辑代数中的逻辑运算,TTL门电路中，因为输出级采用了推拉式电路，无论输出高电平还是低电平，它的输出电阻都很低，从而有效地降低了输出级的静态功耗并提高了驱动负载的能力。,2.2.2 集电极开路门输出电路,但推拉式输出结构有其局限性： 1）它们的输出端不能并联使用， 2）无法满足对不同输出高低电平的需要； 3）

9、不能满足驱动较大电流、较高电压的负载的要求。,克服上述局限的方法就是，门电路的输出级采用集电极开路的三极管结构，制成集电极开路门电路（OC门, Open Collector Gate）。,OC与非门逻辑符号,应用时输出端要接一上拉负载电阻RL,1、线与,OC门在单片机系统中主要作用：,2、作为驱动器。,利用OC门可以控制一些较大电流的执行机构，如控制电动机。,OC与非门驱动发光二极管,2.2.3 常用组合逻辑电路,1. 编码器（ENC） 1）普通编码器,在普通编码器中，任何时刻只允许输入一个编码信号，否则输出将发生混乱。,普通编码器是多输入、多输出的组合逻辑电路：有多个输入端N，1为有信号，0

10、为无信号（或相反）；多个输出端n。两者关系满足2n = N。某一输入与它的编码输出是唯一对应关系。,4-2编码器看作计算机配有的4个外部设备：声卡（A0）、硬盘驱动器（A1）、鼠标（A2）、网卡（A3）作为输入信号，B0、B1作为编码输出。逻辑表达式为：,4-2编码器真值表,2）优先编码器,在优先编码器电路中，允许同时输入两个以上的信号。不过在设计优先编码器时将所有的输入信号按优先顺序排队，当几个输入信号同时出现时，只对其中优先权最高的一个进行编码。,A3优先权最高，A0优先权最低。优先排队电路的逻辑表达式为：,4-2优先编码器真值表,单片机系统中常用的优先编码器电路,优先编码器74HC148

11、演示,2. 译码器（DEC） 译码器是编码器的逆过程，编码器和译码器成对存在，译码器也是多输入、多输出的组合逻辑电路，多个输入端数为N，则输出端数为n = 2N。,1）2 -4线译码器,对于任意组输入编码，仅有与该编码相对应的一个输出端输出为0，称为译中；其余所有输出都为1，称为未译中。,逻辑表达式为：,2-4线译码器真值表,当编码输入A0 = 0, A1 = 0时, B0 = 0（有译码输出）， B1 = B2 = B3 = 1（无译码输出）,2）3 -8线译码器（74HC138）,3个地址输入端：A1、A2、A3； 3个使能输入端： G1、G2、G3； 8个输出端： Y0Y7,74HC13

12、8译码器输出逻辑表达式为：,使能输入逻辑表达式为： 当EN = 1时译码器工作， 3-8线译码器有输出 （0 表示有译码输出，1表示无译码输出）,74HC138译码器演示,单片机系统中常用的译码（驱动）器电路,3. 数据选择器和数据分配器,1）4选1数据选择器 在数字系统的传输过程中，有时需要从多路输入数据中选中某一路输出，这时就要用到称为数据选择器（MUX）的逻辑电路。,4路输入信号是D0、D1、D2和D3，地址选择端是A和B，输出端是Y,输入信号中的哪一路送到输出端， 决定于A和B的状态： AB = 00, Y = D0，信号D0到输出端； AB = 10, Y = D1，信号D1送到输出

13、端； AB = 01, Y = D2，信号D2送到输出端； AB = 11, Y = D3，信号D3送到输出端。,2）数据分配器 数据分配器也称多路分配器，是一路输入、多路输出的组合逻辑器件。,1-4数据分配器是指1路输入、4路输出的组合逻辑电路,译码器也可以作为数据分配器使用，只要将译码器的使能端连接数据输入端即可实现数据分配器的功能。,用3-8译码器实现数据1-8分配器,单片机系统中常用数据选择器和数据分配器,4. 三态门与传输门,1）总线： 总线（BUS）是一组导线，是数据传送的公共通路。在总线结构的计算机中，多个部件挂在总线上，共享总线，多个部件分时使用总线，进行部件间的数据传送。所谓

14、分时使用总线，就是在某一时刻，只允许一组数据发送到总线上，使相应的部件接收总线上的数据。,2）特殊控制开关 三态门： 三态门是一种扩展逻辑功能的输出级，也是一种控制开关。,恒等门和非门真值表,2.2.4 常用时序逻辑电路,1. 锁存器 由若干个电平触发的D触发器构成的一次能存储多位二进制代码的时序逻辑电路，叫作锁存器。,锁存器的工作特点为，数据信号有效滞后于时钟信号有效。这意味着时钟信号先到，数据信号后到。,74HC373/74HC573功能表,8位锁存器74HC373/74HC573 （图中只画出4位）,2. 寄存器 由若干个正沿D触发器构成的一次能存储多位二进制代码的时序逻辑电路，叫作寄存

15、器，也称为数据触发器。,寄存器的工作特点为，时钟信号有效滞后于数据信号有效。这意味着数据信号先建立，时钟信号后建立。在CP上升沿时刻打入到触发器。,8位寄存器74HC374/74HC574 （图中只画出4位）,74HC374/74HC574功能表,74HC374/74HC574寄存器时序图,单片机系统中常用的锁存器和寄存器,2.3 单片机系统中的常用存储器电路,存储器是用来存放数据的集成电路或介质，常见的存储器有半导体存储器（ROM、RAM）、光存储器（如CD、VCD、MO、MD、DVD）、磁介质存储器（如磁带、磁盘、硬盘）等。存储器是计算机极为重要的组成部分，有了它计算机才具有存储信息的功能

16、，使计算机可以脱离人的控制自动工作。单片机系统中主要使用的存储器是半导体存储器，从使用功能上，可分为随机存取存储器（RAM）和只读存储器（ROM）两类。,2.3.1 RAM存储器,RAM存储器是指断电时信息会丢失的存储器，但是这种存储器可以现场快速地修改信息，所以RAM存储器是可读写存储器，一般都作为数据存储器使用，用来存放现场输入的数据或者存放可以更改的运行程序和数据,RAM存储器分类：,SRAM的基本结构,1. 地址译码方式,地址译码有两种方式，一种是单译码方式，或称为字结构方式，适用于小容量存储器；另一种是双译码方式，或称为X-Y译码结构。,1）单译码方式,16字4位单译码存储器结构,2

17、）双译码方式,双译码结构地址译码存储器,2.读写控制电路,在RAM结构中，读出和写入的数据线是公用的，为控制电路中数据的流向，设立了专门的读写控制电路。,1）引脚图,3.静态RAM 62256,2）工作方式,3）连接使用方法,RAM 62256写入、读出数据演示,只读存储器（ROM）的特点是：其内容是预先写入的而且一旦写入，使用时就只能读出不能改变，掉电时也不会丢失，ROM器件还具有结构简单、信息度高、价格低、非易失性和可靠性高等特点。对ROM内容的设定（写入）称为编程。,2.3.2 ROM存储器,ROM的分类：,按编程方式,1、ROM的结构与工作原理,ROM由存储矩阵、地址译码器、读放与选择

18、电路组成。,2、 ROM的点阵结构表示法,3、可用紫外线擦除可编程只读存储器EPROM,1）引脚与接线,常用EPROM主要技术特性,2）编程操作,EPROM在工厂提供的产品未被编程前，所有的位都是逻辑1状态，用户根据需要使用专用设备编程器把逻辑0状态写入到所希望的位中。,4、闪速存储器,闪速存储器（Flash EEPROM）可以用来存放程序，但由于其读写方便，也可以像RAM一样存放经常需要修改的数据，所以又称为Flash Memory。 下新一代闪速存储器的特点及其功能。 1）低电压在线编程，使用方便，可多次擦写 2）按块/按扇区擦除，按字节编程 3）完善的数据保护功能,本章小结,在计算机中常用的数制有十进制、二进制和十六进制。 常用的数字编码为BCD码，常用的字符编码是ASCII码 。 单片机系统中常采用数字集成逻辑门电路作为隔离、驱动和扩展接口。 单片机常采用ROM存储器作为程序存储器，RAM存储器作为数据存储器，闪速存储器Flash EEPROM可以用来存放程序，但由于其读写方便，也可以像RAM一样存放经常需要修改的数据。,