西南大學工程技術學院機械專業(yè)單片機

1、單片機原理及應用單片機原理及應用 2022-1-12版權所有版權所有 All Rights Reserved By Yang Shi1西南大學工程技術西南大學工程技術學院機械專業(yè)單片學院機械專業(yè)單片機機單片機原理及應用單片機原理及應用 2022-1-12版權所有版權所有 All Rights Reserved By Yang Shi2西南大學工程技術西南大學工程技術學院機械專業(yè)單片學院機械專業(yè)單片機機 本章內容提要本章內容提要計算機系統(tǒng)導論計算機系統(tǒng)導論計算機常用數制與編碼計算機常用數制與編碼單片機特點及應用單片機特點及應用第第 章章 緒緒論論單片機原理及應用單片機原理及應用 2022-1-1

2、2版權所有版權所有 All Rights Reserved By Yang Shi3西南大學工程技術西南大學工程技術學院機械專業(yè)單片學院機械專業(yè)單片機機計算機必須具備計算機必須具備相當于算盤的運算器足夠的存儲器（相當于紙）指揮、控制各部件協同工作的控制器輸出、輸入設備開機后啟動系統(tǒng)自動投入運行的必要程序第第1 1章章 緒緒 論論BIOS 計算機內部基本輸出輸入系統(tǒng) 一般燒寫在主板上面 CMOS Complementary Metal Oxide Semiconductor（互補金屬氧化物半導體）制造大規(guī)模集成電路芯片用的一種技術或用這種技術制造出來的芯片 計算機內可讀寫的RAM芯片，保存BIO

3、S設置完電腦硬件參數后的數據，如實時時間， 常都集成在主板的BIOS芯片 單片機原理及應用單片機原理及應用 2022-1-12版權所有版權所有 All Rights Reserved By Yang Shi4西南大學工程技術西南大學工程技術學院機械專業(yè)單片學院機械專業(yè)單片機機軟軟件件系系統(tǒng)統(tǒng)+運 算 器控 制 器CPU存 儲 器輸輸入入接接口口電電路路輸輸入入設設備備輸輸出出設設備備輸輸出出接接口口電電路路硬件系統(tǒng)第第1 1章章 緒緒 論論運算器運算器、控制器控制器、存儲器存儲器、輸入輸入/ /輸出設備輸出設備是計算機工作的物質基礎（硬件），運算器、控制器是硬件中的核心（CPU）CPU (Ce

4、ntral Processing Unit)單片機原理及應用單片機原理及應用 2022-1-12版權所有版權所有 All Rights Reserved By Yang Shi5西南大學工程技術西南大學工程技術學院機械專業(yè)單片學院機械專業(yè)單片機機第一章第一章 緒論緒論 計算機中的信息包括：指令、數據，他們是以一定的編碼形式表示 指令： 計算機中執(zhí)行某種操作的命令 指令格式：指令的編碼規(guī)則，包含操作碼、操作數 （一般格式：操作碼 操作數） 多操作數指令格式： 操作碼 第一操作數 第二操作數 減法 被減數 減數 單片機原理及應用單片機原理及應用 2022-1-12版權所有版權所有 All Righ

5、ts Reserved By Yang Shi6西南大學工程技術西南大學工程技術學院機械專業(yè)單片學院機械專業(yè)單片機機（1）數據傳輸類（2）算術類，如：加、減、乘、除（3）邏輯指令，如：邏輯與、或、非等（4）程序控制類（5）輸入/輸出指令（6）其他指令第第1 1章章 緒緒 論論指令類型：單片機原理及應用單片機原理及應用 2022-1-12版權所有版權所有 All Rights Reserved By Yang Shi7西南大學工程技術西南大學工程技術學院機械專業(yè)單片學院機械專業(yè)單片機機 字、字長：字、字長： 數據和指令都是一組二進制編碼，是作為一個整體進行處理、運算的，統(tǒng)稱為機器字，簡稱字。 存

6、儲器：存儲器：程序存儲器、數據存儲器 控制器：控制器： 由程序計數器程序計數器（PC)、指令寄存器指令寄存器(IR)、指令操作碼譯碼指令操作碼譯碼器器、地址形成器地址形成器、脈沖發(fā)生器脈沖發(fā)生器、啟停電路啟停電路、時序電路微操時序電路微操作控制部件作控制部件等組成。第第1 1章章 緒緒 論論反映計算機性能還有哪些指標？單片機原理及應用單片機原理及應用 2022-1-12版權所有版權所有 All Rights Reserved By Yang Shi8西南大學工程技術西南大學工程技術學院機械專業(yè)單片學院機械專業(yè)單片機機啟停電路控制器的結構控制器的結構脈沖發(fā)生器時序電路啟停信號操作數操作碼地址形成

7、部件程序計數器（PC）指令寄存器 (IR)譯碼器 計數信號置值 微操作控制部件微操作控制信號（至各部件）地址自程序存儲器第第1 1章章 緒緒 論論單片機原理及應用單片機原理及應用 2022-1-12版權所有版權所有 All Rights Reserved By Yang Shi9西南大學工程技術西南大學工程技術學院機械專業(yè)單片學院機械專業(yè)單片機機1946-1958 1946-1958 第一代電子管計算機第一代電子管計算機。磁鼓存儲器，機器語言、匯編語言編程。第一臺數字計算機ENIAC。計算機發(fā)展概況計算機發(fā)展概況1958-1964 1958-1964 第二代晶體管計算機第二代晶體管計算機。磁芯

8、作主存儲器, 磁盤作外存儲器，開始使用高級語言編程。1964-1971 1964-1971 第三代集成電路計算機第三代集成電路計算機。使用半導體存儲器，出現多終端計算機和計算機網絡。1971- 1971- 第四代大規(guī)模集成電路計算機第四代大規(guī)模集成電路計算機。出現微型計算機、單片微型計算機，外部設備多樣化。1981-1981-第五代人工智能計算機第五代人工智能計算機。模擬人的智能和交流方式。第第1 1章章 緒緒 論論單片機原理及應用單片機原理及應用 2022-1-12版權所有版權所有 All Rights Reserved By Yang Shi10西南大學工程技術西南大學工程技術學院機械專業(yè)

9、單片學院機械專業(yè)單片機機CPU輸輸入入設設備備輸輸出出設設備備軟軟件件系系統(tǒng)統(tǒng)+硬件系統(tǒng)輸輸入入接接口口設設備備輸輸出出接接口口設設備備運 算 器控 制 器存 儲 器第第1 1章章 緒緒 論論單片機原理及應用單片機原理及應用 2022-1-12版權所有版權所有 All Rights Reserved By Yang Shi11西南大學工程技術西南大學工程技術學院機械專業(yè)單片學院機械專業(yè)單片機機性價比高性價比高控制功能強、運行速度快控制功能強、運行速度快低電壓、低功耗低電壓、低功耗集成度高、集成度高、抗干擾能力強，抗干擾能力強，可靠性高可靠性高 第第1 1章章 緒緒 論論單片機原理及應用單片機原

10、理及應用 2022-1-12版權所有版權所有 All Rights Reserved By Yang Shi12西南大學工程技術西南大學工程技術學院機械專業(yè)單片學院機械專業(yè)單片機機第第1 1章章 緒緒 論論單片機的發(fā)展過程：單片機的發(fā)展過程：1976年intel研制出MCS-48系列8位的單片機，單片機的問世。1976年Zilog開發(fā)Z80微處理器，廣泛用于微型計算機和工業(yè)自動控制設備。當時，Zilog、Motorola和Intel在微處理器領域三足鼎立。20世紀80年代初，Intel公司推出了MCS-51系列8位單片機。 電氣廠商競相使用80C51的內核技術，增強了外圍電路功能，強化了智能控

11、制器的特征。 工業(yè)控制領域要求提高， Intel推出了16位MCS-8096，但性價不理想未廣泛應用。 90年代后隨著消費電子產品大發(fā)展，單片機技術得到了巨大提高。大量專用的嵌入式操作系統(tǒng)被廣泛應用在單片機上，作為掌上電腦和手機核心處理的高端單片機甚至可以直接使用專用的Windows和Linux操作系統(tǒng)。 單片機原理及應用單片機原理及應用 2022-1-12版權所有版權所有 All Rights Reserved By Yang Shi13西南大學工程技術西南大學工程技術學院機械專業(yè)單片學院機械專業(yè)單片機機基于基于MCS51內核的單片機內核的單片機什么是什么是MCS51系列單片機系列單片機 M

12、CSMCS5151是指由美國是指由美國INTELINTEL公司生產的一系列高性公司生產的一系列高性能能8 8位單片機的總稱，也就是我們平常講的位單片機的總稱，也就是我們平常講的5151系列單系列單片機。這一系列單片機包括了許多品種，如片機。這一系列單片機包括了許多品種，如80318031，80518051，87518751，80328032，80528052，87528752等，其中等，其中80518051是最早是最早最典型的產品，該系列其它單片機都是在最典型的產品，該系列其它單片機都是在80518051的基礎的基礎上進行功能的增、減、改變而來的，所以人們習慣于上進行功能的增、減、改變而來的，

13、所以人們習慣于用用80518051來稱呼來稱呼MCSMCS5151系列單片機系列單片機 。單片機原理及應用單片機原理及應用 2022-1-12版權所有版權所有 All Rights Reserved By Yang Shi14西南大學工程技術西南大學工程技術學院機械專業(yè)單片學院機械專業(yè)單片機機MCS-51系列單片機的分類功能功能常用型號常用型號基本型基本型80318031、80518051、80C3180C31、80C5180C51按功能分類按功能分類增大存儲器型增大存儲器型80328032、80528052、80C3280C32、80C5280C52低功耗型低功耗型80C31BH80C31B

14、H、80C51BH80C51BH、87C5187C51A/DA/D型型83C51GA83C51GA、80C51GA80C51GA、87C51GA87C51GADMADMA型型83C152JA83C152JA、80C152JA80C152JA、80C152JB80C152JB多并行口型多并行口型83C45183C451、80C45180C451存儲器配置存儲器配置常用型號常用型號片內片內ROMROM型型 8051AH8051AH、8052AH8052AH、80C51BH80C51BH、83C51FA83C51FA、83C51GA83C51GA按存儲器配置分類按存儲器配置分類片內片內EPROMEP

15、ROM型型 8751BH8751BH、8752BH8752BH、80C51BH80C51BH、87C51FA87C51FA、87C51GA87C51GA外接外接EPROMEPROM型型 8031BH8031BH、8732BH8732BH、80C51FA80C51FA、87C51FA87C51FA、80C51GA80C51GA單片機原理及應用單片機原理及應用 2022-1-12版權所有版權所有 All Rights Reserved By Yang Shi15西南大學工程技術西南大學工程技術學院機械專業(yè)單片學院機械專業(yè)單片機機單片機應用系統(tǒng)單片機應用系統(tǒng)單單片片機機接口接口電路電路及外及外設等設

16、等單片機應用系統(tǒng)單片機應用系統(tǒng): :由由硬件系統(tǒng)硬件系統(tǒng)和和軟件系統(tǒng)軟件系統(tǒng)組成組成硬件是硬件是應用系統(tǒng)的基礎應用系統(tǒng)的基礎軟件是在硬件的基礎上軟件是在硬件的基礎上對其資源對其資源進行合理調配和使用進行合理調配和使用，從而完成，從而完成應用系統(tǒng)所要求的任務，二者相應用系統(tǒng)所要求的任務，二者相互依賴，缺一不可互依賴，缺一不可第第1 1章章 緒緒 論論單片機原理及應用單片機原理及應用 2022-1-12版權所有版權所有 All Rights Reserved By Yang Shi16西南大學工程技術西南大學工程技術學院機械專業(yè)單片學院機械專業(yè)單片機機1.3 1.3 計算機中常用數制與編碼計算機中

17、常用數制與編碼 1.3.1 數制及數制間的轉換數制及數制間的轉換 一、進位計數制 進位計數制有以下兩個特點： （1）有一個固定的基數r，數的每一位只能取r個不同的數字，即所使用的數碼為0，1，2，r-1。 （2）逢r進位，它的第i個數位對應于一個固定的值ri，ri稱為該位的“權”。小數點左面各位的權是基數r的正次冪，依次為0，1，2，m次冪，小數點右面各位的權是基數r的負次冪，依次為 -1，-2，-n次冪。第第1 1章章 緒緒 論論單片機原理及應用單片機原理及應用 2022-1-12版權所有版權所有 All Rights Reserved By Yang Shi17西南大學工程技術西南大學工程

18、技術學院機械專業(yè)單片學院機械專業(yè)單片機機1十進制 十進制的基數為10，它所使用的數碼為09，共10個數字。十進制各位的權是以10為底的冪，即每個數所處的位置不同，它的值是不同的，每一位數是其右邊相鄰那位數的10倍。例，數435.32就是下列多項式的縮寫 435.32D4102+3101+5100+310-1+210-2后綴D（Decimal）表示該數為十進制數，通常對十進制數可不加后綴。第第1 1章章 緒緒 論論單片機原理及應用單片機原理及應用 2022-1-12版權所有版權所有 All Rights Reserved By Yang Shi18西南大學工程技術西南大學工程技術學院機械專業(yè)單片

19、學院機械專業(yè)單片機機2二進制二進制的基數為2，它所使用的數碼為0、1，共2個。二進制各位的權是以2為底的冪，即，22，21，20，2-1，2-2，。例如，二進制數1011.101相當于十進制的數是： 1011.101B123+022+121+120+12-1+02-2+12-3 二進制數的運算規(guī)則類似于十進制，加法為逢二進一，減法為借一為二。利用加法和減法就可以進行乘法、除法以及其它數值運算。 后綴B（Binary）表示該數為二進制數。字節(jié)字節(jié)(Byte)： 8個二進制位(Bit)，無符號表達范圍0255字字Word：雙字節(jié)，16個二進制位，無符號表達范圍065535第第1 1章章 緒緒 論論

20、單片機原理及應用單片機原理及應用 2022-1-12版權所有版權所有 All Rights Reserved By Yang Shi19西南大學工程技術西南大學工程技術學院機械專業(yè)單片學院機械專業(yè)單片機機3十六進制 十六進制的基數為16，它所使用的數碼共有16個：0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、A、B、C、D、E、F，其中AF相當于十進制數的l015。十六進制的權是以16為底的冪，即，162，161，160，16-1，16-2，。 例，十六進制數A3E.8F相當于十進制的數是： A3E.8F 10162+3161+14160+8161+1516-2后綴H(Hexadecimal)表示該

21、數為十六進制數。十六進制數如是字母打頭，則在使用匯編指令時前面需加一個0。第第1 1章章 緒緒 論論單片機原理及應用單片機原理及應用 2022-1-12版權所有版權所有 All Rights Reserved By Yang Shi20西南大學工程技術西南大學工程技術學院機械專業(yè)單片學院機械專業(yè)單片機機1.3.2數制的轉換1二進制數、十六進制數轉換成十進制數二進制數、十六進制數轉換成十進制數 根據定義，只需將二、十六進制數按權展開后相加即可。 例： 1011B123+022+121+12011 A4H10161+4160164第第1 1章章 緒緒 論論單片機原理及應用單片機原理及應用 2022

22、-1-12版權所有版權所有 All Rights Reserved By Yang Shi21西南大學工程技術西南大學工程技術學院機械專業(yè)單片學院機械專業(yè)單片機機 將62轉換成二進制數解：十進制整數62轉換為二進制數，采用 “除二取余”法。 2 62 余數= 0 低位 2 31 余數= 1 2 15 余數= 1 2 7 余數= 1 2 3 余數= 1 1 余數= 1 高位 按余數的逆序排列，即得結果： 62D111110B第第1 1章章 緒緒 論論十進制數轉換成二進制數、十六進制數十進制數轉換成二進制數、十六進制數 十進制整數轉換成二進制數（或十六進制數）時，通常采用“除二取余”（或除十六取余

23、）法，即用“2”（或16）連續(xù)除十進制數至商為0，逆序排列余數即可得到。單片機原理及應用單片機原理及應用 2022-1-12版權所有版權所有 All Rights Reserved By Yang Shi22西南大學工程技術西南大學工程技術學院機械專業(yè)單片學院機械專業(yè)單片機機3二進制數與十六進制數的相互轉換 十進制數(D)二進制數(B)十六進制數(H)十 進 制數(D)二 進 制數(B)十六進制數(H)000000810008100011910019200102101010A300113111011B401004121100C501015131101D601106141110E70111715

24、1111F第第1 1章章 緒緒 論論單片機原理及應用單片機原理及應用 2022-1-12版權所有版權所有 All Rights Reserved By Yang Shi23西南大學工程技術西南大學工程技術學院機械專業(yè)單片學院機械專業(yè)單片機機（1）二進制數轉換成十六進制數）二進制數轉換成十六進制數 二進制數整數部分由右向左每4位一分段，最后不足部分左面補零；小數部分由左向右每4位一分段，最后不足部分右面補零，然后，每4位二進制數用1位十六進制數代替，便轉換成了十六進制。例：1011110101.110 = 0010 1111 0101.1100 = 2F5.CH （2）十六進制數轉換成二進制數）十六進制數轉換成二進制數將每一位十六進制數用對應的4位二進制數代替，便轉換成了二進制數。例如：BD5.6H = 1011 1101 0101.0110B B D 5 6第第1 1章章 緒緒 論論單片機原理及應用單片機原理及應用 2022-1-12版權所有版權所有 All Rights Reserved By Yang Shi24西南大學工程技術西南大學工程技術學院機械專業(yè)單片學院機械專業(yè)單片機機1.3.3 計算機中常用編碼計算機中常用編碼 1BC