1、第2章 單片機(jī)系統(tǒng)電路基礎(chǔ),本章簡(jiǎn)要地闡述最主要的數(shù)學(xué)知識(shí)及計(jì)算機(jī)中最基本的單元電路。本章的內(nèi)容是必要的入門(mén)知識(shí)，是以后各章的基礎(chǔ)。對(duì)于已掌握這些知識(shí)的讀者，本章將起到復(fù)習(xí)和系統(tǒng)化的作用。,第2章 單片機(jī)系統(tǒng)電路基礎(chǔ),2.1 數(shù)制與編碼2.2 單片機(jī)系統(tǒng)常用數(shù)字集成電路2.3 單片機(jī)系統(tǒng)中的常用存儲(chǔ)器電路本章小結(jié),2.1 數(shù)制與編碼,2.1.1 進(jìn)位計(jì)數(shù)制2.1.2 進(jìn)位計(jì)數(shù)制的相互轉(zhuǎn)換2.1.3 數(shù)碼和字符

2、的代碼表示,2.1.1 進(jìn)位計(jì)數(shù)制,1. 十進(jìn)制計(jì)數(shù)制,十進(jìn)制的基為10，它所使用的數(shù)碼為0～9，共10個(gè)數(shù)字。,計(jì)數(shù)規(guī)律：逢10進(jìn)1,任意一個(gè)十進(jìn)制數(shù) ( S )10，可以表示為,( 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

3、× 100 + 9 × 10-1,例：,2. 二進(jìn)制計(jì)數(shù)制,2.1.1 進(jìn)位計(jì)數(shù)制,二進(jìn)制的基為2，它所使用的數(shù)碼為0、1，共2個(gè)數(shù)字。,計(jì)數(shù)規(guī)律：逢2進(jìn)1。,任意一個(gè)二進(jìn)制數(shù) ( 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 = l×2

4、3 + 1 × 22 + 0 × 21 + 1 × 20 + 1 × 2-1 + 0 × 2-2 + 1 × 2-3,2.1.1 進(jìn)位計(jì)數(shù)制,3. 十六進(jìn)制計(jì)數(shù)制,十六進(jìn)制的基為16，其使用的數(shù)碼為0～9、A～F，共16個(gè)數(shù)字,計(jì)數(shù)規(guī)律：逢16進(jìn)1,任意一個(gè)十六進(jìn)制數(shù) ( S )16可以表示成,( S )16 = kn-116n-1+kn-216n-2+…+k0160+k-1

5、16-1+k-216-2+…+k-m-116-m-1,例：,(8AE6)16 = 8×163+A×162+E×161+6×160,用A～F表示10～15,(8AE6)16也可表示為8AE6H,,2.1.2 進(jìn)位計(jì)數(shù)制的相互轉(zhuǎn)換,1. 十進(jìn)制轉(zhuǎn)換成十六進(jìn)制,一個(gè)十進(jìn)制整數(shù)轉(zhuǎn)換成十六進(jìn)制數(shù)時(shí)，按除16取余的方法進(jìn)行。,例：,(725)10 = ( ? )16,轉(zhuǎn)換結(jié)果，得到 (725)10 = (2

6、D5)16。,一個(gè)十進(jìn)制小數(shù)轉(zhuǎn)換成十六進(jìn)制小數(shù)時(shí)，可按乘16取整的方法進(jìn)行。,例：,(0.7875)10 = ( ? )16,1. 十進(jìn)制轉(zhuǎn)換成十六進(jìn)制,轉(zhuǎn)換結(jié)果，可得 (0.7875)10 = (0.C99)16,2. 十六進(jìn)制轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制數(shù),十六進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成等值的十進(jìn)制數(shù)時(shí)，可用按權(quán)相加的方法進(jìn)行。,(1C4.68)16 = 1×162+C×161十4×160+6×16-1+8×16

7、-2 = 256+192+4+0.375+0.03125 =(452.40625)10,例：,3. 十六進(jìn)制與二進(jìn)制數(shù)的轉(zhuǎn)換,一位十六進(jìn)制數(shù)表示的數(shù)值恰好相當(dāng)于4位二進(jìn)制數(shù)能表示的數(shù)值。因此彼此之間的轉(zhuǎn)換極為方便，只要從小數(shù)點(diǎn)開(kāi)始分別向左右展開(kāi)即可。,(3AB4)16 ＝(0011 1010 1011 0100)2,(1111 1101.0100 1111)2＝(FD.4F)16,2.1.3 數(shù)碼和

8、字符的代碼表示,一、 三個(gè)術(shù)語(yǔ) 數(shù)碼：代表一個(gè)確切的數(shù)字代碼：特定的二進(jìn)制數(shù)碼組，是不同信號(hào) 的代號(hào)，不一定有數(shù)的意義 編碼 ：n位二進(jìn)制數(shù)可以組合成2n個(gè)不同 的信息，給每個(gè)信息規(guī)定一個(gè)具 體碼組，這個(gè)過(guò)程叫作編碼。,二、 二進(jìn)制碼：自然碼：有權(quán)碼，每位代碼都有固定權(quán)值， 結(jié)構(gòu)形式與二進(jìn)制數(shù)完全相同循環(huán)碼 ：無(wú)權(quán)碼，每位代碼無(wú)

9、固定權(quán)值，任何 相鄰的兩個(gè)碼組中，僅有一位代碼不 同。詳細(xì)見(jiàn)主教材第12頁(yè) 表2.1 兩種4位二進(jìn)制編碼,三、 二 - 十進(jìn)制碼（BCD碼） BCD碼用二進(jìn)制代碼對(duì)十進(jìn)制數(shù)進(jìn)行編碼，它既具有二進(jìn)制碼的形式（4位二進(jìn)制碼），又有十進(jìn)制數(shù)的特點(diǎn)（每4位二進(jìn)制碼是1位十進(jìn)制數(shù)）。,(6840)10 = (0110 1000 0100 0000)BCD,例：,四、 字母與字符

10、的編碼,由于計(jì)算機(jī)中采用二進(jìn)制數(shù)碼表示。要在計(jì)算機(jī)中表示字母、字符等都要用特定的二進(jìn)制數(shù)碼表示。字母與字符用二進(jìn)制碼表示的方法很多，目前在計(jì)算機(jī)中普遍采用的是ASCII碼（American Standard Code for Information Interchange，美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)信息交換碼）。它采用8位二進(jìn)制編碼，故可以表示256個(gè)字符。其中包括數(shù)碼0～9、英文字母以及打印和不可打印的字符。詳細(xì)見(jiàn)主教材第13頁(yè) 表2.2 ASCII

11、碼字符表,2.2 單片機(jī)系統(tǒng)常用數(shù)字集成電路,2.2.1 常用的邏輯門(mén)電路2.2.2 集電極開(kāi)路門(mén)輸出電路2.2.3 常用組合邏輯電路2.2.4 常用時(shí)序邏輯電路,1、與門(mén),2.2.1 常用的邏輯門(mén)電路,與運(yùn)算符，也有用 “∧”、“∩”、“&”表示,與邏輯功能口訣： 有“0”出“0”； 全“1”出“1”。,或運(yùn)算符，也可用“∨”、“∪”表示,2、 或門(mén),或邏輯功能口訣： 有“1

12、”出“1”； 全“0”出“0”。,“－”非邏輯運(yùn)算符,3、 非門(mén),4、恒等門(mén),5、 與非門(mén),與非邏輯功能口訣： 有“0”出“1”； 全“1”出“0”。,或非邏輯功能口訣： 有“1”出“0”； 全“0”出“1”。,6、 或非門(mén),異或邏輯功能口訣： 同為“0”； 異為“1”。,7、 異或門(mén),邏輯代數(shù)中的邏輯運(yùn)算,TTL門(mén)電路中，因?yàn)檩敵黾?jí)采用了推拉式電路，無(wú)論輸出高電

13、平還是低電平，它的輸出電阻都很低，從而有效地降低了輸出級(jí)的靜態(tài)功耗并提高了驅(qū)動(dòng)負(fù)載的能力。,2.2.2 集電極開(kāi)路門(mén)輸出電路,但推拉式輸出結(jié)構(gòu)有其局限性：1）它們的輸出端不能并聯(lián)使用，2）無(wú)法滿足對(duì)不同輸出高低電平的需要；3）不能滿足驅(qū)動(dòng)較大電流、較高電壓的負(fù)載的要求。,克服上述局限的方法就是，門(mén)電路的輸出級(jí)采用集電極開(kāi)路的三極管結(jié)構(gòu)，制成集電極開(kāi)路門(mén)電路（OC門(mén), Open Collector Gate）。,OC與非門(mén)邏輯符號(hào)

14、,,應(yīng)用時(shí)輸出端要接一上拉負(fù)載電阻RL,1、線與,OC門(mén)在單片機(jī)系統(tǒng)中主要作用：,2、作為驅(qū)動(dòng)器。,利用OC門(mén)可以控制一些較大電流的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，如控制電動(dòng)機(jī)。,OC與非門(mén)驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管,2.2.3 常用組合邏輯電路,1. 編碼器（ENC）1）普通編碼器,在普通編碼器中，任何時(shí)刻只允許輸入一個(gè)編碼信號(hào)，否則輸出將發(fā)生混亂。,普通編碼器是多輸入、多輸出的組合邏輯電路：有多個(gè)輸入端N，1為有信號(hào)，0為無(wú)信號(hào)（或相反）；多個(gè)輸出端n。兩者關(guān)系

15、滿足2n = N。某一輸入與它的編碼輸出是唯一對(duì)應(yīng)關(guān)系。,4-2編碼器看作計(jì)算機(jī)配有的4個(gè)外部設(shè)備：聲卡（A0）、硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器（A1）、鼠標(biāo)（A2）、網(wǎng)卡（A3）作為輸入信號(hào)，B0、B1作為編碼輸出。邏輯表達(dá)式為：,,,4-2編碼器真值表,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,2）優(yōu)先編碼器,在優(yōu)先編碼器電路中，允許同時(shí)輸入兩個(gè)以上的信號(hào)。不過(guò)在設(shè)計(jì)優(yōu)先編碼器時(shí)將所有的輸入信號(hào)按優(yōu)先順序排隊(duì)，當(dāng)幾個(gè)輸入信號(hào)同時(shí)出現(xiàn)

16、時(shí)，只對(duì)其中優(yōu)先權(quán)最高的一個(gè)進(jìn)行編碼。,A3優(yōu)先權(quán)最高，A0優(yōu)先權(quán)最低。優(yōu)先排隊(duì)電路的邏輯表達(dá)式為：,,,,4-2優(yōu)先編碼器真值表,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,單片機(jī)系統(tǒng)中常用的優(yōu)先編碼器電路,優(yōu)先編碼器74HC148演示,2. 譯碼器（DEC） 譯碼器是編碼器的逆過(guò)程，編碼器和譯碼器成對(duì)存在，譯碼器也是多輸入、多輸出的組合邏輯電路，多個(gè)輸入端數(shù)為N，則輸出端數(shù)為n = 2

17、N。,1）2 -4線譯碼器,,,,對(duì)于任意組輸入編碼，僅有與該編碼相對(duì)應(yīng)的一個(gè)輸出端輸出為0，稱為譯中；其余所有輸出都為1，稱為未譯中。,邏輯表達(dá)式為：,2-4線譯碼器真值表,當(dāng)編碼輸入A0 = 0, A1 = 0時(shí), B0 = 0（有譯碼輸出），B1 = B2 = B3 = 1（無(wú)譯碼輸出）,2）3 -8線譯碼器（74HC138）,3個(gè)地址輸入端：A1、A2、A3；3個(gè)使能輸入端：G1、G2、G3；8個(gè)輸出端：Y0～Y7,

18、,,,74HC138譯碼器輸出邏輯表達(dá)式為：,使能輸入邏輯表達(dá)式為：當(dāng)EN = 1時(shí)譯碼器工作，3-8線譯碼器有輸出（0 表示有譯碼輸出，1表示無(wú)譯碼輸出）,74HC138譯碼器演示,單片機(jī)系統(tǒng)中常用的譯碼（驅(qū)動(dòng)）器電路,,,,,,,,,,,,,,,,,,,3. 數(shù)據(jù)選擇器和數(shù)據(jù)分配器,1）4選1數(shù)據(jù)選擇器在數(shù)字系統(tǒng)的傳輸過(guò)程中，有時(shí)需要從多路輸入數(shù)據(jù)中選中某一路輸出，這時(shí)就要用到稱為數(shù)據(jù)選擇器（MUX）的邏輯電路。,4路輸入

19、信號(hào)是D0、D1、D2和D3，地址選擇端是A和B，輸出端是Y,,輸入信號(hào)中的哪一路送到輸出端，決定于A和B的狀態(tài)：AB = 00, Y = D0，信號(hào)D0到輸出端； AB = 10, Y = D1，信號(hào)D1送到輸出端； AB = 01, Y = D2，信號(hào)D2送到輸出端； AB = 11, Y = D3，信號(hào)D3送到輸出端。,2）數(shù)據(jù)分配器數(shù)據(jù)分配器也稱多路分配器，是一路輸入、多路輸出的組合邏輯器件。,1-4數(shù)據(jù)分配器是指1

20、路輸入、4路輸出的組合邏輯電路,譯碼器也可以作為數(shù)據(jù)分配器使用，只要將譯碼器的使能端連接數(shù)據(jù)輸入端即可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)分配器的功能。,用3-8譯碼器實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)1-8分配器,單片機(jī)系統(tǒng)中常用數(shù)據(jù)選擇器和數(shù)據(jù)分配器,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,4. 三態(tài)門(mén)與傳輸門(mén),1）總線： 總線（BUS）是一組導(dǎo)線，是數(shù)據(jù)傳送的公共通路。在總線結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)中，多個(gè)部件掛在總線上，共享總線，多個(gè)部件分時(shí)使用總線，進(jìn)行部件間的數(shù)據(jù)傳送。所謂分

21、時(shí)使用總線，就是在某一時(shí)刻，只允許一組數(shù)據(jù)發(fā)送到總線上，使相應(yīng)的部件接收總線上的數(shù)據(jù)。,2）特殊控制開(kāi)關(guān)—— 三態(tài)門(mén)： 三態(tài)門(mén)是一種擴(kuò)展邏輯功能的輸出級(jí)，也是一種控制開(kāi)關(guān)。,恒等門(mén)和非門(mén)真值表,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,2.2.4 常用時(shí)序邏輯電路,1. 鎖存器由若干個(gè)電平觸發(fā)的D觸發(fā)器構(gòu)成的一次能存儲(chǔ)多位二進(jìn)制代碼的時(shí)序邏輯電路，叫作鎖存器。,鎖存器的工作特點(diǎn)為，數(shù)據(jù)信號(hào)有效滯后于時(shí)鐘信號(hào)有效。

22、這意味著時(shí)鐘信號(hào)先到，數(shù)據(jù)信號(hào)后到。,74HC373/74HC573功能表,8位鎖存器74HC373/74HC573 （圖中只畫(huà)出4位）,2. 寄存器由若干個(gè)正沿D觸發(fā)器構(gòu)成的一次能存儲(chǔ)多位二進(jìn)制代碼的時(shí)序邏輯電路，叫作寄存器，也稱為數(shù)據(jù)觸發(fā)器。,寄存器的工作特點(diǎn)為，時(shí)鐘信號(hào)有效滯后于數(shù)據(jù)信號(hào)有效。這意味著數(shù)據(jù)信號(hào)先建立，時(shí)鐘信號(hào)后建立。在CP上升沿時(shí)刻打入到觸發(fā)器。,8位寄存器74HC374/74HC574

23、 （圖中只畫(huà)出4位）,74HC374/74HC574功能表,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,74HC374/74HC574寄存器時(shí)序圖,單片機(jī)系統(tǒng)中常用的鎖存器和寄存器,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,2.3 單片機(jī)系統(tǒng)中的常用存儲(chǔ)器電路,存儲(chǔ)器是用來(lái)存放數(shù)據(jù)的集成電路或介質(zhì)，常見(jiàn)的存儲(chǔ)器有半導(dǎo)體存儲(chǔ)器（ROM、RAM）、光存儲(chǔ)器（如CD、VCD、MO、MD、DVD）、磁介質(zhì)存儲(chǔ)器（如磁帶、磁盤(pán)、硬盤(pán)）

24、等。存儲(chǔ)器是計(jì)算機(jī)極為重要的組成部分，有了它計(jì)算機(jī)才具有存儲(chǔ)信息的功能，使計(jì)算機(jī)可以脫離人的控制自動(dòng)工作。單片機(jī)系統(tǒng)中主要使用的存儲(chǔ)器是半導(dǎo)體存儲(chǔ)器，從使用功能上，可分為隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（RAM）和只讀存儲(chǔ)器（ROM）兩類(lèi)。,2.3.1 RAM存儲(chǔ)器,RAM存儲(chǔ)器是指斷電時(shí)信息會(huì)丟失的存儲(chǔ)器，但是這種存儲(chǔ)器可以現(xiàn)場(chǎng)快速地修改信息，所以RAM存儲(chǔ)器是可讀寫(xiě)存儲(chǔ)器，一般都作為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器使用，用來(lái)存放現(xiàn)場(chǎng)輸入的數(shù)據(jù)或者存放可以更改的運(yùn)行程序和

25、數(shù)據(jù),RAM存儲(chǔ)器分類(lèi)：,SRAM的基本結(jié)構(gòu),1. 地址譯碼方式,,地址譯碼有兩種方式，一種是單譯碼方式，或稱為字結(jié)構(gòu)方式，適用于小容量存儲(chǔ)器；另一種是雙譯碼方式，或稱為X-Y譯碼結(jié)構(gòu)。,1）單譯碼方式,16字×4位單譯碼存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu),2）雙譯碼方式,雙譯碼結(jié)構(gòu)地址譯碼存儲(chǔ)器,2.讀寫(xiě)控制電路,在RAM結(jié)構(gòu)中，讀出和寫(xiě)入的數(shù)據(jù)線是公用的，為控制電路中數(shù)據(jù)的流向，設(shè)立了專(zhuān)門(mén)的讀寫(xiě)控制電路。,1）引腳圖,3.靜態(tài)RAM 62256,

26、2）工作方式,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,3）連接使用方法,RAM 62256寫(xiě)入、讀出數(shù)據(jù)演示,只讀存儲(chǔ)器（ROM）的特點(diǎn)是：其內(nèi)容是預(yù)先寫(xiě)入的而且一旦寫(xiě)入，使用時(shí)就只能讀出不能改變，掉電時(shí)也不會(huì)丟失，ROM器件還具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、信息度高、價(jià)格低、非易失性和可靠性高等特點(diǎn)。對(duì)ROM內(nèi)容的設(shè)定（寫(xiě)入）稱為編程。,2.3.2 ROM存儲(chǔ)器,ROM的分類(lèi)：,按編程方式,1、ROM的結(jié)構(gòu)與工作原理,ROM由存儲(chǔ)矩陣、地址譯

27、碼器、讀放與選擇電路組成。,2、 ROM的點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)表示法,,,3、可用紫外線擦除可編程只讀存儲(chǔ)器EPROM,1）引腳與接線,常用EPROM主要技術(shù)特性,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,2）編程操作,EPROM在工廠提供的產(chǎn)品未被編程前，所有的位都是邏輯1狀態(tài)，用戶根據(jù)需要使用專(zhuān)用設(shè)備編程器把邏輯0狀態(tài)寫(xiě)入到所希望的位中。,4、閃速存儲(chǔ)器,閃速存儲(chǔ)器（Flash EEPROM）可以用來(lái)存放程序，但由于其讀寫(xiě)方便，

28、也可以像RAM一樣存放經(jīng)常需要修改的數(shù)據(jù)，所以又稱為Flash Memory。 下新一代閃速存儲(chǔ)器的特點(diǎn)及其功能。1）低電壓在線編程，使用方便，可多次擦寫(xiě)2）按塊/按扇區(qū)擦除，按字節(jié)編程3）完善的數(shù)據(jù)保護(hù)功能,本章小結(jié),在計(jì)算機(jī)中常用的數(shù)制有十進(jìn)制、二進(jìn)制和十六進(jìn)制。 常用的數(shù)字編碼為BCD碼，常用的字符編碼是ASCII碼 。單片機(jī)系統(tǒng)中常采用數(shù)字集成邏輯門(mén)電路作為隔離、驅(qū)動(dòng)和擴(kuò)展接口。單片機(jī)常采用ROM存儲(chǔ)器作為程序存儲(chǔ)