單片機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)

1、計(jì)算機(jī)與信息科學(xué)系計(jì)算機(jī)與信息科學(xué)系計(jì)算機(jī)與信息科學(xué)系計(jì)算機(jī)與信息科學(xué)系計(jì)算機(jī)與信息科學(xué)系計(jì)算機(jī)與信息科學(xué)系21. 單片機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)單片機(jī)基礎(chǔ)知識(shí) 什么是單片機(jī)？什么是單片機(jī)？ 單片機(jī)的應(yīng)用單片機(jī)的應(yīng)用 課程概況課程概況3 什么是單片機(jī)？什么是單片機(jī)？? CPU、存儲(chǔ)器、存儲(chǔ)器、I/O接口、輸入設(shè)備、輸出接口、輸入設(shè)備、輸出設(shè)備、總線、微型計(jì)算機(jī)設(shè)備、總線、微型計(jì)算機(jī)4一、微型計(jì)算機(jī)基本結(jié)構(gòu)一、微型計(jì)算機(jī)基本結(jié)構(gòu)硬硬 件件軟軟 件件微微 型型計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)系系 統(tǒng)統(tǒng) 微微 型型 計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)（主機(jī)）（主機(jī)）外外 設(shè)設(shè)運(yùn)算器運(yùn)算器 （ALUALU）控制器（控制器（CUCU）寄存器陣列寄存器陣列鍵盤、

2、鼠標(biāo)鍵盤、鼠標(biāo)顯示器、打印機(jī)顯示器、打印機(jī)軟驅(qū)、硬盤、光驅(qū)軟驅(qū)、硬盤、光驅(qū) 掃描儀、掃描儀、微處理器微處理器內(nèi)存儲(chǔ)器（內(nèi)存儲(chǔ)器（ROM RAMROM RAM）輸入輸入/ /輸出（輸出（I/O I/O ）接口）接口 系統(tǒng)軟件系統(tǒng)軟件應(yīng)用（用戶）軟件應(yīng)用（用戶）軟件5存存儲(chǔ)儲(chǔ)器器I/OI/O接接口口輸輸入入設(shè)設(shè)備備I/OI/O接接口口輸輸出出設(shè)設(shè)備備 數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)總線 DBDB控制總線控制總線 CBCBI/OI/O接接口口特點(diǎn)：特點(diǎn)： 以以微處理器微處理器（CPU）為核心）為核心 CPU與其他部件間通過(guò)與其他部件間通過(guò)三總線三總線連接連接AB: Address BusDB: Data BusCB:

3、 Control Bus6 將將CPU及部分存儲(chǔ)器、定時(shí)器及部分存儲(chǔ)器、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器以及計(jì)數(shù)器以及I/O接接口集成在一片超大規(guī)模集成電路芯片上構(gòu)成的微型口集成在一片超大規(guī)模集成電路芯片上構(gòu)成的微型計(jì)算機(jī)，稱為單片微型計(jì)算機(jī)，簡(jiǎn)稱計(jì)算機(jī)，稱為單片微型計(jì)算機(jī)，簡(jiǎn)稱單片機(jī)單片機(jī)。（Single Chip Microcomputer） 現(xiàn)一般稱為現(xiàn)一般稱為MCU（Micro Controller Unit） EMCU（Embedded MicroController Unit）CPUROMRAMI/O接口接口BUSC/T二、單片機(jī)二、單片機(jī)CPUROMRAMI/O接口接口BUSC/T7三、單片機(jī)的主

4、要組成三、單片機(jī)的主要組成1.1.CPUCPU（微處理器）（微處理器） CPUCPU主要由運(yùn)算器和控制器組成，主要完成主要由運(yùn)算器和控制器組成，主要完成指令的執(zhí)行、運(yùn)算和控制的功能。還具有指令的執(zhí)行、運(yùn)算和控制的功能。還具有位位操作操作功能。功能。 按同時(shí)處理數(shù)據(jù)位數(shù)能力分為按同時(shí)處理數(shù)據(jù)位數(shù)能力分為8 8、1616、3232位。位。8 主存儲(chǔ)器主存儲(chǔ)器存放當(dāng)前運(yùn)行的程序和數(shù)據(jù)存放當(dāng)前運(yùn)行的程序和數(shù)據(jù) 類型分類型分ROM、RAM 特點(diǎn)：特點(diǎn)：CPU快速存取，容量有限快速存取，容量有限 表示方法表示方法 1 0 1 1 0 1 1 02004H.7 6 5 4 3 2 1 0 （位次）（位次）0

5、000HFFFFH地址地址內(nèi)容內(nèi)容“2004H單元中的內(nèi)容為單元中的內(nèi)容為B6H”表示為：（表示為：（2004H）=B6H2. 存儲(chǔ)器（主存儲(chǔ)器、內(nèi)存）存儲(chǔ)器（主存儲(chǔ)器、內(nèi)存）93. I/O接口（輸入接口（輸入/輸出接口）輸出接口） 輸入輸出接口是輸入輸出接口是CPU與外部設(shè)備之間交換信息的連與外部設(shè)備之間交換信息的連接電路，簡(jiǎn)稱接電路，簡(jiǎn)稱I/O接口。接口。 I/O接口分為總線接口和通信接口兩類。接口分為總線接口和通信接口兩類。 總線接口：數(shù)字量輸入輸出接口（總線接口：數(shù)字量輸入輸出接口（DI/DO）、）、 LCD接口、模擬量輸入輸出接口（接口、模擬量輸入輸出接口（AD/DA模塊）、模塊）、

6、定時(shí)器定時(shí)器/計(jì)數(shù)器模塊（計(jì)數(shù)器模塊（PWM）等。）等。 通信接口：通信接口：USART、I2C、SPI等。等。10XTAL218XTAL119ALE30EA31PSEN29RST9P0.0/AD039P0.1/AD138P0.2/AD237P0.3/AD336P0.4/AD435P0.5/AD534P0.6/AD633P0.7/AD732P1.01P1.12P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78P3.0/RXD10P3.1/TXD11P3.2/INT012P3.3/INT113P3.4/T014P3.7/RD17P3.6/WR16P3.5/T115P2.7/A1528P

7、2.0/A821P2.1/A922P2.2/A1023P2.3/A1124P2.4/A1225P2.5/A1326P2.6/A1427U1AT89C51LED1R11KVCCR21kVCCPB【例【例】輸入輸入輸出輸出11 總線：連接功能部件間的一組公共信號(hào)線總線：連接功能部件間的一組公共信號(hào)線地址總線地址總線AB：CPU輸出地址碼信號(hào)選擇被輸出地址碼信號(hào)選擇被訪問(wèn)的具體的存儲(chǔ)單元、訪問(wèn)的具體的存儲(chǔ)單元、I/O端口端口 * *地址線的根數(shù)決定了地址線的根數(shù)決定了CPUCPU的尋址范圍。的尋址范圍。 * *CPUCPU的尋址范圍的尋址范圍 = 2= 2n n， n-n-地址線根數(shù)地址線根數(shù)如：如

8、：8 8位地址碼，可尋址位地址碼，可尋址 2 28 8 =256 =256 個(gè)存儲(chǔ)單元個(gè)存儲(chǔ)單元1616位地址碼，可尋址位地址碼，可尋址 2 216 16 = 64K = 64K 個(gè)存儲(chǔ)單元個(gè)存儲(chǔ)單元4. 總線總線（BUS）*12數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)總線 DBDB：CPU與存儲(chǔ)器、與存儲(chǔ)器、I/O接口之間接口之間 (雙向雙向)傳送數(shù)據(jù)的公共通路。傳送數(shù)據(jù)的公共通路。 * * 數(shù)據(jù)總線的條數(shù)決定數(shù)據(jù)總線的條數(shù)決定CPUCPU一次最多可以傳送的一次最多可以傳送的數(shù)據(jù)寬度（位數(shù)）。數(shù)據(jù)寬度（位數(shù)）。如：如：8 8位機(jī)的位機(jī)的DBDB有有8 8條，條，CPUCPU一次可讀寫一次可讀寫8 8位數(shù)據(jù)位數(shù)據(jù) 161

9、6位機(jī)的位機(jī)的DBDB有有1616條，條，CPUCPU一次可讀寫一次可讀寫1616位位 控制總線控制總線 CBCB：用來(lái)傳送各種控制或狀態(tài)信號(hào)：用來(lái)傳送各種控制或狀態(tài)信號(hào) * * CPU CPU送出和接受的對(duì)存儲(chǔ)器、送出和接受的對(duì)存儲(chǔ)器、I/OI/O接口讀寫接口讀寫 及中斷等控制信號(hào)及中斷等控制信號(hào)四、計(jì)算機(jī)中的數(shù)四、計(jì)算機(jī)中的數(shù)1.1.計(jì)算機(jī)中所有的信息都是以二進(jìn)制形式進(jìn)行存儲(chǔ)和計(jì)算機(jī)中所有的信息都是以二進(jìn)制形式進(jìn)行存儲(chǔ)和處理的。處理的。 物理上容易實(shí)現(xiàn)二值化信息表示；物理上容易實(shí)現(xiàn)二值化信息表示； 運(yùn)算規(guī)則簡(jiǎn)單，運(yùn)算規(guī)則簡(jiǎn)單，4條加法、條加法、 4條乘法；條乘法； 可以用邏輯代數(shù)、邏輯電路

10、設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)。可以用邏輯代數(shù)、邏輯電路設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)。 二進(jìn)制：二進(jìn)制： 基數(shù)為基數(shù)為2，逢二進(jìn)一，逢二進(jìn)一 1101B = 12 3 + 12 2 + 12 0 = 13142.常用進(jìn)位計(jì)數(shù)制常用進(jìn)位計(jì)數(shù)制 數(shù)數(shù) 制制 基基 數(shù)數(shù) 數(shù)數(shù) 碼碼 二進(jìn)制二進(jìn)制 Binary 2 0, 1十進(jìn)制十進(jìn)制 Decimal 10 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 十六進(jìn)制十六進(jìn)制 Hexadecimal 16 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, A, B, C, D, E, F十六進(jìn)制碼只是作為二進(jìn)制碼的縮讀、縮寫形式，以十六進(jìn)制碼只是作為二進(jìn)制碼的縮讀、縮寫形式，

11、以便于書(shū)寫和記憶。便于書(shū)寫和記憶。15【例】數(shù)據(jù)定義【例】數(shù)據(jù)定義ORG 0100H;程序中數(shù)據(jù)定義程序中數(shù)據(jù)定義DB 23H,25,101101B,-5DW 1234H地址地址內(nèi)容內(nèi)容0100H0010 001123H0101H0001 100119H0102H0010 11012DH0103H1111 1011FBH0104H0001 0010 12H0105H0011 010034H數(shù)據(jù)在存儲(chǔ)器中的存放：數(shù)據(jù)在存儲(chǔ)器中的存放：163. 基本邏輯運(yùn)算基本邏輯運(yùn)算一、一、AND0 0=0 0 1=0 1 0=0 1 1=1二、二、OR0v0=0 0 v1=1 1v0=1 1v1=1三、三、N

12、OT四、四、XOR0 0=01 0=10 1=11 1=00=1 1=017 智能儀器儀表智能儀器儀表 機(jī)電一體化機(jī)電一體化 實(shí)時(shí)控制實(shí)時(shí)控制 分布式多機(jī)系統(tǒng)分布式多機(jī)系統(tǒng) 日常生活日常生活 計(jì)算機(jī)外圍設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品計(jì)算機(jī)外圍設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品 單片機(jī)的應(yīng)用單片機(jī)的應(yīng)用單片機(jī)主要應(yīng)用于單片機(jī)主要應(yīng)用于檢測(cè)檢測(cè)和和控制控制領(lǐng)域領(lǐng)域18日歷日歷+溫度顯示溫度顯示智能電動(dòng)小車智能電動(dòng)小車遙控器遙控器19溫度控制器溫度控制器汽車電子汽車電子通信通信20一、一、學(xué)習(xí)目的學(xué)習(xí)目的 掌握單片機(jī)的硬件組成及工作原理；掌握單片機(jī)的硬件組成及工作原理； 學(xué)會(huì)運(yùn)用指令系統(tǒng)和匯編語(yǔ)言進(jìn)行程序設(shè)計(jì)；學(xué)會(huì)運(yùn)用指令系統(tǒng)和匯編語(yǔ)

13、言進(jìn)行程序設(shè)計(jì)； 熟悉各種典型的接口芯片、接口技術(shù)及應(yīng)用；熟悉各種典型的接口芯片、接口技術(shù)及應(yīng)用； 掌握單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)與調(diào)試技術(shù)（掌握單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)與調(diào)試技術(shù)（Keil uVision、Proteus 軟件的使用）。軟件的使用）。 課程概況課程概況21單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)典型結(jié)構(gòu)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)典型結(jié)構(gòu) 測(cè)控 對(duì)象 其他計(jì)算機(jī)系統(tǒng)或智能設(shè)備 單片機(jī) MCU EEPROM 人機(jī)通道 RAM 輸出通道 輸入通道 通信接口 輸入/輸出設(shè)備 傳感器等 執(zhí)行機(jī)構(gòu) 22Keil uVision開(kāi)發(fā)工具開(kāi)發(fā)工具 Keil uVision是美國(guó)是美國(guó)Keil Software公司出品的公司出品的51系系列兼容

14、單片機(jī)列兼容單片機(jī)C語(yǔ)言集成開(kāi)發(fā)環(huán)境（語(yǔ)言集成開(kāi)發(fā)環(huán)境（IDE），使用接），使用接近于傳統(tǒng)近于傳統(tǒng)C語(yǔ)言的語(yǔ)法來(lái)開(kāi)發(fā)，也可以使用語(yǔ)言的語(yǔ)法來(lái)開(kāi)發(fā)，也可以使用匯編語(yǔ)言匯編語(yǔ)言進(jìn)行調(diào)試及模擬運(yùn)行。進(jìn)行調(diào)試及模擬運(yùn)行。23Proteus ISIS Proteus 是一款集原理圖設(shè)計(jì)、主流單片機(jī)系統(tǒng)是一款集原理圖設(shè)計(jì)、主流單片機(jī)系統(tǒng)仿真等功能的軟件。仿真等功能的軟件。Proteus ISIS Professional 工作工作界面是一種標(biāo)準(zhǔn)的界面是一種標(biāo)準(zhǔn)的Windows界面。界面。24實(shí)驗(yàn)設(shè)備實(shí)驗(yàn)設(shè)備 包含了課程教學(xué)包含了課程教學(xué)所需的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。所需的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。 通過(guò)串口與通過(guò)串口與PC機(jī)相連，機(jī)相連，PC機(jī)用于仿真調(diào)試、生成機(jī)用于仿真調(diào)試、生成目標(biāo)文件，下載后可在實(shí)目標(biāo)文件，下載后可在實(shí)驗(yàn)板運(yùn)行。驗(yàn)板運(yùn)行。25實(shí)驗(yàn)板原理圖（主）實(shí)驗(yàn)板原理圖（主）26實(shí)驗(yàn)板原理圖（實(shí)驗(yàn)板原理圖（I/OI/O接口）接口）27* * 單片機(jī)學(xué)習(xí)開(kāi)發(fā)板單片機(jī)學(xué)習(xí)開(kāi)發(fā)板28二、二、參考書(shū)參考書(shū) 吳金戌吳金戌. 8051單片機(jī)實(shí)踐與應(yīng)用單片機(jī)實(shí)踐與應(yīng)用.清清 華大學(xué)出版社華大學(xué)出版社 戴仙金主編戴仙金