單片機(jī)的基礎(chǔ)知識(shí)演示文稿

1、單片機(jī)的基礎(chǔ)知識(shí)演示文稿第1頁，共51頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)0分，星期二參考科目：單片機(jī)初級(jí)教程單片機(jī)基礎(chǔ)主編：何立民 出版社：北京航空航天大學(xué)出版社單片機(jī)微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用張毅坤 陳善久 編著 西安電子科技大學(xué)出版社 教材： MCS-51系列單片機(jī)系統(tǒng)及其應(yīng)用主編：蔡美琴課程情況(1-10周，15-17周)教學(xué)：40學(xué)時(shí)； 實(shí)驗(yàn)：8學(xué)時(shí)考試：實(shí)驗(yàn)10%，出勤10%，期末考試80%第2頁，共51頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)0分，星期二第一章 緒論課程涉及內(nèi)容第二章 MCS-51單片機(jī)結(jié)構(gòu)第三章 MCS-51指令系統(tǒng)第四章 MCS-51匯編語言程序設(shè)計(jì)第五章 MCS-51系統(tǒng)

2、擴(kuò)展技術(shù)第3頁，共51頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)0分，星期二多看課外書擴(kuò)充知識(shí)面；多看程序，多理解程序；多看一些應(yīng)用實(shí)例，結(jié)合程序分析電路，來幫助自己更好的理解單片機(jī)在實(shí)際當(dāng)中的應(yīng)用。通過實(shí)驗(yàn)課更好的理解課本的基礎(chǔ)知識(shí)。第4頁，共51頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)0分，星期二第1章 緒論1.1 單片機(jī)的基本概念1.2 單片機(jī)的發(fā)展概況1.3 單片機(jī)的特點(diǎn)及應(yīng)用1.4 常用單片機(jī)系列介紹第5頁，共51頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)0分，星期二1.1 單片機(jī)的基本概念一、單片機(jī)？單片機(jī)全稱單片微型計(jì)算機(jī)（Single Chip Microcomputer）。又稱MCU。它是將CPU

3、、RAM、ROM、定時(shí)/計(jì)數(shù)器和多種接口都集成到一塊集成電路芯片上的微型計(jì)算機(jī)。圖1.1 單片機(jī)組成框圖 CPU 時(shí)鐘ROMRAM定時(shí)器/計(jì)數(shù)器I/O外設(shè)接口用于產(chǎn)生單片機(jī)工作所需要的時(shí)鐘信號(hào)。 單片機(jī)的核心，完成運(yùn)算和控制功能。 第6頁，共51頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)0分，星期二 外圍設(shè)備系統(tǒng)軟件 存儲(chǔ)器（ROM、RAM）輸入/輸出接口系統(tǒng)總線算術(shù)邏輯部件累加器、寄存器組控制部件 內(nèi)部總線 微 型 計(jì) 算 機(jī) 系 統(tǒng) 微 型 計(jì) 算 機(jī)微處理器微處理器、微型計(jì)算機(jī)和微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)三者的關(guān)系第7頁，共51頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)0分，星期二目前流行的微處理器第8頁，共51頁

4、，2022年，5月20日，18點(diǎn)0分，星期二AT89S51單片機(jī)(1) 4KB FLASH ROM；(2) 128B內(nèi)部RAM；(3) 32根I/O口線；(4)看門狗功能；(5)一個(gè)全雙工串行通信口；(6) 5個(gè)中斷源、2個(gè)優(yōu)先級(jí)中斷等；(7)片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘電路。第9頁，共51頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)0分，星期二二、存儲(chǔ)器分類(3)可改寫的只讀存儲(chǔ)器EPROM (Erasable Programable Read Only Memory):前兩種ROM只能進(jìn)行一次性寫入，因而用戶較少使用。用紫外線擦除器進(jìn)行擦除，可改寫幾十次。1、只讀存儲(chǔ)器ROM（Read Only Memory）

5、：只能讀出而不能寫入，斷電后信息不丟失，常用于存放固定的程序和數(shù)據(jù)。(1)掩膜ROM：由廠家編好程序?qū)懭隦OM (稱固化)供用戶使用，用戶不能更改它。(2)可編程只讀存儲(chǔ)器PROM (Programable Read Only Memory) ：它的內(nèi)容可由用戶根據(jù)自己所編程序一次性寫入，一旦寫入，只能讀出，不能更改。也稱為OTP（Only Time Programmable）第10頁，共51頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)0分，星期二(4)可電改寫只讀存儲(chǔ)器E2PROM(Electrically Erasable Programmable Read Only Memory)：通過加電寫入或

6、清除內(nèi)容，每塊芯片可擦寫1000次以上。(2)動(dòng)態(tài)DRAM (Dynamic RAM) ：寫入的信息只能保持若干毫秒，因此每隔一段時(shí)間必須重新寫入，以保持原來的信息不變。常見的有2164 。(1)靜態(tài)SRAM (Static RAM) ：只要有電源加于存儲(chǔ)器，數(shù)據(jù)就能長期保留。常見的有6116(2K)和6264(8K)。2、隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM(Random Access Memory)：它不僅能讀取存放在存儲(chǔ)單元中的數(shù)據(jù)，還能隨時(shí)寫入新的數(shù)據(jù)，寫入后原來的數(shù)據(jù)會(huì)丟失。斷電后信息全部丟失。常用于存放中間運(yùn)算結(jié)果。第11頁，共51頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)0分，星期二3、可現(xiàn)場(chǎng)改寫的非易失存

7、儲(chǔ)器：從原理上看屬于ROM型。但從功能上它又可以隨時(shí)改寫信息，相當(dāng)于RAM。(1)快擦寫存儲(chǔ)器FLASH：讀寫速度較快，可重新編程上萬次。(2)鐵電存儲(chǔ)器FRAM：利用鐵電材料極化方向來存儲(chǔ)數(shù)據(jù)， 讀寫速度更快，可重新編程100億次。第12頁，共51頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)0分，星期二三、數(shù)制常用數(shù)制：十進(jìn)制符合人們的習(xí)慣二進(jìn)制便于物理實(shí)現(xiàn)十六進(jìn)制便于識(shí)別、書寫八進(jìn)制重點(diǎn)掌握二進(jìn)制、十進(jìn)制與十六進(jìn)制轉(zhuǎn)換第13頁，共51頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)0分，星期二2、二進(jìn)制數(shù)(binary system) 只有0和1兩個(gè)符號(hào)； 計(jì)算規(guī)則是“逢二進(jìn)一，借一當(dāng)二”。1011.1（B） =

8、 1 * 23 + 0 * 22 + 1 * 21 + 1 * 20 +1 * 2-1 = 11.5 (D)例：二進(jìn)制數(shù) 1011.1 意義如下：1、十進(jìn)制數(shù)(decimal system) 以十為底，逢十進(jìn)一；共有0-9十個(gè)。第14頁，共51頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)0分，星期二二進(jìn)制運(yùn)算規(guī)則：加法運(yùn)算：0+0 = 0 0+1 = 1 1+0 = 1 1+1 =10 （逢二進(jìn)一）減法運(yùn)算：0-0 = 0 0-1 =1 （借位） 1-0 = 1 1-1 =0乘法運(yùn)算：0 * 0 =0 0 * 1 =0 1 * 0 =0 1 * 1 =1除法運(yùn)算0 / 1 =0 1 / 1 =1第15頁

9、，共51頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)0分，星期二例1：D（H） 1101（B）例2：56D.3（H） = 5 * 162 + 6 * 161 + 13 * 160 + 3 * 16-13、十六進(jìn)制數(shù)(hexadecimal system) 十六進(jìn)制數(shù)是基數(shù)為十六的計(jì)數(shù)制。十六進(jìn)制數(shù)主要采用0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,A,B,C,D,E,F這十六個(gè)字符。各位的權(quán)值為 16i 。 十六進(jìn)制數(shù)的運(yùn)算規(guī)則為“逢十六進(jìn)一，借一當(dāng)十六”。1位十六進(jìn)制數(shù)用4位二進(jìn)制來表示，轉(zhuǎn)換方便。十六進(jìn)制數(shù)如是字母打頭，則在使用匯編指令時(shí)前面須加一個(gè)0。MOV P1, #0FFH第16頁，共51頁，20

10、22年，5月20日，18點(diǎn)0分，星期二4、數(shù)制轉(zhuǎn)換進(jìn)制的表示符號(hào)二進(jìn)制 B (binary), 十六進(jìn)制 H(hexadecimal),八進(jìn)制 O(octave), 十進(jìn)制 D(decimal)。例：100D100B表示 四;100H 表示 二百五十六表示 一百;第17頁，共51頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)0分，星期二例如，將13轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)：（1）二、十六進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制數(shù)根據(jù)定義，只需將二、十六進(jìn)制數(shù)按權(quán)展開后相加即可。123+022+121+1208+0+2+111例：1011B10161+4160=164A4H=（2）十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成二、十六進(jìn)制數(shù) 一個(gè)十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)時(shí)

11、，通常采用“除二取余”法，即用二連續(xù)除十進(jìn)制數(shù)，直至商為零，逆序排列余數(shù)即可得到。第18頁，共51頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)0分，星期二 2 13 2 6 1 低位 2 3 0 2 1 1 0 1 高位結(jié)果：131101B同理，將十進(jìn)制數(shù)“除十六取余”即可得到十六進(jìn)制數(shù)。例如，將236轉(zhuǎn)換成十六進(jìn)制數(shù)： 16 236 16 14 C（12） 0 E（14）結(jié)果：236ECH第19頁，共51頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)0分，星期二3 0011A10102 0010F 1111 即 （3）將十六進(jìn)制數(shù)3A2FH轉(zhuǎn)為二進(jìn)制形式。（4）將二進(jìn)制110011011B轉(zhuǎn)化成十六進(jìn)制形式。 1

12、011B1001900011 即 110011011B= 19BH第20頁，共51頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)0分，星期二四、計(jì)算機(jī)中的編碼1、有符號(hào)數(shù)的編碼 數(shù)學(xué)上有符號(hào)數(shù)的正負(fù)號(hào)分別用“”和“”來表示。在計(jì)算機(jī)中由于采用二進(jìn)制，只有“1”和“0”兩個(gè)數(shù)字。一般規(guī)定最高位是符號(hào)位，最高位為“0”表示正數(shù)，為“1”表示負(fù)數(shù)。因在單片機(jī)中多數(shù)情況以8位二進(jìn)制數(shù)(-128 +127)為單位表示數(shù)字，因而下面所舉例子均是8位二進(jìn)制數(shù)。計(jì)算機(jī)中的帶符號(hào)數(shù)有三種表示方法：即原碼、反碼和補(bǔ)碼。第21頁，共51頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)0分，星期二(1)原碼 正數(shù)的符號(hào)位用“0”表示，負(fù)數(shù)的符

13、號(hào)位用“1”表示，這種表示法稱為原碼。例如：X11010101 X1原=01010101 X21010101 X2原=11010101 左邊數(shù)稱為真值,即為某數(shù)的實(shí)際有效值。右邊為用原碼表示的數(shù)，兩者的最高位分別用“0”和“1”代替了“”和“” 。第22頁，共51頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)0分，星期二(2)反碼 一個(gè)數(shù)的反碼很容易由原碼取得。如果是正數(shù)，則其反碼與原碼相同；如果是負(fù)數(shù)，則其反碼除符號(hào)位為1外，其他各數(shù)位均將1轉(zhuǎn)換為0，0轉(zhuǎn)換為1。例如： X11010101 X1反=01010101 X21010101 X2反=10101010第23頁，共51頁，2022年，5月20日，

14、18點(diǎn)0分，星期二(3)補(bǔ)碼 一個(gè)數(shù)的補(bǔ)碼很容易由反碼求得。如果是正數(shù)，則其補(bǔ)碼與原碼、反碼相同；如果是負(fù)數(shù)，則其補(bǔ)碼為反碼加1。例如： X11010101 X1補(bǔ)=01010101 X21010101 X2補(bǔ)=10101011 總結(jié)：補(bǔ)碼表示法規(guī)定：正數(shù)的補(bǔ)碼和原碼相同，負(fù)數(shù)的補(bǔ)碼是在其反碼的最后一位加1。數(shù)的原碼指最高位為數(shù)符位，“0”表示正，“1”表示負(fù)，數(shù)值部分是原數(shù)的絕對(duì)值。數(shù)的反碼表示法規(guī)定：正數(shù)的反碼和原碼相同，負(fù)數(shù)的反碼是對(duì)其原碼除符號(hào)位外各位求反(0變1，1變0)。第24頁，共51頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)0分，星期二例題：二進(jìn)制數(shù)的減法運(yùn)算。求 24（D） 23（D

15、）= ?+24的8位原碼為00011000B+24的8位補(bǔ)碼為00011000B+24的8位反碼為00011000B- 23的8位原碼為10010111B- 23的8位反碼為11101000B- 23的8位補(bǔ)碼為11101001B+24 - 23 =00011000B+ 11101001B 1 00000001B減法運(yùn)算加法運(yùn)算第25頁，共51頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)0分，星期二二十進(jìn)制稱為二進(jìn)制編碼的十進(jìn)制數(shù)，簡稱BCD（Binary Coded Decimal)碼。在BCD碼中是用四位二進(jìn)制數(shù)給09這10個(gè)數(shù)字編碼。2、二十進(jìn)制編碼例如，十進(jìn)制數(shù)94用BCD碼表示即為100101

16、00 。第26頁，共51頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)0分，星期二表1 各數(shù)制對(duì)照表0001 01011111F1501110111770001 01001110E1401100110660001 00111101D1301010101550001 00101100C1201000100440001 00011011B1100110011330001 00001010A1000100010221001100199000100011110001000880000000000二十二 十六十二十二十六十第27頁，共51頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)0分，星期二3、ASCII碼：美國國家信息交

17、換標(biāo)準(zhǔn)碼，其中數(shù)字09的ASCII碼分別為30H 39H,英文大寫字母A Z的ASCII編碼為41H 5AH等等。第28頁，共51頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)0分，星期二1.2 單片機(jī)的發(fā)展概況 第一階段（19741978年）：單片機(jī)的初級(jí)階段。以Intel公司的MCS-48為代表，在一塊芯片內(nèi)含有一個(gè)8位CPU、一個(gè)8位并行I/O口、一個(gè)8位定時(shí)/計(jì)數(shù)器，片內(nèi)RAM、ROM容量較小。尋址范圍不大于4KB，無串行口。 第二階段（19781982年）：單片機(jī)的高性能階段，這一類單片機(jī)帶有串行接口、16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器和多級(jí)中斷控制系統(tǒng)、片內(nèi)RAM、ROM容量也都有增加，尋址的范圍達(dá)到64K

18、B。這類單片機(jī)以Intel公司的MCS-51系列單片機(jī)為主流。第29頁，共51頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)0分，星期二第三階段（1982至今）：8位單片機(jī)鞏固發(fā)展和16位、32位單片機(jī)的推出階段。16位單片機(jī)除CPU為16位外，片內(nèi)RAM和ROM容量進(jìn)一步增大，實(shí)時(shí)處理能力更強(qiáng)，體現(xiàn)了微控制器的特征。例如Intel公司的MCS-96/196系列、TI公司的MSP430系列等為主。有的單片機(jī)還集成了A/D、D/A、看門狗、脈沖寬度調(diào)制(PWM)輸出等功能。32位單片機(jī)是未來單片機(jī)發(fā)展的趨勢(shì)，但應(yīng)用并不多。8位單片機(jī)在中、小規(guī)模應(yīng)用場(chǎng)合仍占主流地位，16位單片機(jī)在比較復(fù)雜的控制系統(tǒng)中才有應(yīng)用

19、。 第30頁，共51頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)0分，星期二總結(jié)：單片機(jī)性能不斷提高，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面CPU處理數(shù)據(jù)和運(yùn)算速度增快（8、16、32位）；片內(nèi)存儲(chǔ)器容量增大，技術(shù)更先進(jìn)；（新型單片機(jī)的RAM容量在256B以上，ROM多達(dá)128KB以上）第31頁，共51頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)0分，星期二沒有ROM4KB掩膜ROM4KB EPROM51系列 8031 8051 8751 8951 片內(nèi)RAM128B；216位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器；4 8位I/O口；1個(gè)串口；5個(gè)中斷源、2個(gè)優(yōu)先級(jí)中斷，采用HMOS工藝(功耗高) 沒有ROM8KB掩膜ROM8KB EPROM52系列

20、8032 8052 8752 8952 8KB FLASH片內(nèi)RAM256B；316位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器；6個(gè)中斷源；80C51采用CHMOS工藝，功耗低。如8051功耗約為630mW，而80C51的功耗只有120mW。4KB FLASH第32頁，共51頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)0分，星期二單片機(jī)接口從類型和數(shù)量上都有發(fā)展(A/D 、D/A 、看門狗功能、脈寬調(diào)制電路等)；單片機(jī)集成度高、功耗低、工作電壓范圍加寬；P3頁對(duì)于DIP封裝，最好在電路板上安裝電路插座，以便于調(diào)試時(shí)的拔插和更換。外型封裝多樣化（PDIP、PQFP、PLCC等） ；第33頁，共51頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)

21、0分，星期二常用單片機(jī)封裝PDIP (8031、8051、8751)塑料雙列直插式封裝 PQFP (MSP430F449)塑料方塊平面封裝 PLCC ( P89LPC932)帶引線的塑料芯片載體第34頁，共51頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)0分，星期二封裝形式為PQFP100第35頁，共51頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)0分，星期二封裝形式為PLCC第36頁，共51頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)0分，星期二第37頁，共51頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)0分，星期二 ISP及IAP：通過計(jì)算機(jī)的并口或串口對(duì)單片機(jī)進(jìn)行程序下載編程。P293頁抗干擾技術(shù)增強(qiáng)（看門狗功能、EFT） ；

22、第38頁，共51頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)0分，星期二具有 ISP和IAP功能的單片機(jī)編程主要有以下三種方法：(1) 使用傳統(tǒng)的商用編程器進(jìn)行并行編程的方法：需要使用仿真器和燒錄器進(jìn)行程序的開發(fā)和燒錄，使用不方便。第39頁，共51頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)0分，星期二(2)通過計(jì)算機(jī)通信口對(duì)單片機(jī)進(jìn)行系統(tǒng)內(nèi)編程(ISP)：指電路板上已有器件，直接進(jìn)行擦除或再編程。適合大規(guī)模生產(chǎn)。(3)在運(yùn)行中的應(yīng)用程序控制下的應(yīng)用內(nèi)的編程(IAP)：指系統(tǒng)在運(yùn)行當(dāng)中，測(cè)試到新數(shù)據(jù)，產(chǎn)生新代碼時(shí)需要對(duì)FLASH ROM的原代碼進(jìn)行擦除，重新編程等操作。自診斷、自修復(fù)、自適應(yīng)能力。第40頁，共51

23、頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)0分，星期二一、應(yīng)用單片機(jī)的應(yīng)用范圍十分廣泛，主要的應(yīng)用領(lǐng)域有：(1)單片機(jī)在智能儀表中的應(yīng)用 單片機(jī)廣泛的應(yīng)用于各種儀器儀表，使儀器儀表智能化，并可以提高測(cè)量的自動(dòng)化程度和精度，簡化儀器儀表的硬件結(jié)構(gòu)，提高其性價(jià)比。 比如智能轉(zhuǎn)速表、計(jì)時(shí)器等。1.3 單片機(jī)的特點(diǎn)及應(yīng)用第41頁，共51頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)0分，星期二智能轉(zhuǎn)速表 適用于轉(zhuǎn)速、線速、頻率、長度等物理量的精確測(cè)量及控制。第42頁，共51頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)0分，星期二(2)單片機(jī)在機(jī)電一體化中的應(yīng)用 機(jī)電一體化是機(jī)械工業(yè)發(fā)展的方向，機(jī)械一體化產(chǎn)品是指集機(jī)械技術(shù)、微電子技

24、術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)于一體，具有智能化特征的機(jī)電產(chǎn)品，例如微機(jī)控制的車床、鉆床等。單片機(jī)作為產(chǎn)品中的控制器，能充分發(fā)揮它的體積小、可靠性高、功能強(qiáng)大等優(yōu)點(diǎn)，可大大提高機(jī)器的自動(dòng)化、智能化程度。 比如說數(shù)控機(jī)床、電鍍生產(chǎn)線自動(dòng)控制等。第43頁，共51頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)0分，星期二(3)單片機(jī)在實(shí)時(shí)控制中的應(yīng)用 單片機(jī)廣泛的應(yīng)用于各種實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)中。例如，在工業(yè)測(cè)控、航空航天、尖端武器、機(jī)器人等各種實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)中，都可以用單片機(jī)作為控制器。單片機(jī)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理能力和控制功能，可使系統(tǒng)保持在最佳的工作狀態(tài)，提高系統(tǒng)的工作效率和產(chǎn)品質(zhì)量。第44頁，共51頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)0分，星期二第45頁，共51頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)0分，星期二(4)單片機(jī)在分布式多機(jī)系統(tǒng)中的應(yīng)用 在比較復(fù)雜的系統(tǒng)中，常采用分布式多機(jī)系統(tǒng)。多機(jī)系統(tǒng)一般由若干臺(tái)功能各異的單片機(jī)組成，各自完成特定的任務(wù)，它們通過串行通信相互聯(lián)系、協(xié)調(diào)工作。單片機(jī)在這種系統(tǒng)中往往作為一個(gè)終端機(jī)，安裝在系統(tǒng)的某些節(jié)點(diǎn)上，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)信息進(jìn)行實(shí)時(shí)的測(cè)量和控制。單片機(jī)的高可靠性和強(qiáng)抗干擾能力，使它可以置于惡劣環(huán)境的前端工作。第46頁，共51頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)0分，星期二