單片機(jī)第一章概述

單片機(jī)第一章概述第1頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月理論課教材：《單片機(jī)基礎(chǔ)》李廣弟編著，北京航空航天大學(xué)出版社參考教材：《單片機(jī)基礎(chǔ)》李廣弟編著（第二版）《單片機(jī)原理、接口技術(shù)及應(yīng)用》宋培義中國廣播電視出版社考核:平時(shí)、實(shí)驗(yàn)占20％，期中占20％，期末占60％課程簡介第2頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月實(shí)驗(yàn)課教材：《單片機(jī)原理與應(yīng)用》實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書石東新、溫淑鴻編寫參考教材：《單片機(jī)系統(tǒng)的PROTEUS設(shè)計(jì)與仿真》張靖武、周靈彬編著電子工業(yè)出版社《基于PROTEUS的電路及單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與方針》周潤景、張麗娜等編北京航空航天大學(xué)出版社課程簡介第3頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月

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搜索《單片機(jī)原理》課程負(fù)責(zé)人：柴劍平網(wǎng)絡(luò)資源第4頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月

點(diǎn)擊課程名進(jìn)入《單片機(jī)原理》網(wǎng)絡(luò)教學(xué)綜合平臺(tái)1.電子教案網(wǎng)絡(luò)資源第5頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月

2.實(shí)驗(yàn)教學(xué)網(wǎng)絡(luò)資源第6頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月

3.習(xí)題作業(yè)網(wǎng)絡(luò)資源第7頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月課程位置基礎(chǔ)課：高數(shù)、大物、英語、概率論等專業(yè)基礎(chǔ)課：電路分析、（非）線性電子線路、信號(hào)與系統(tǒng)、數(shù)字邏輯電路、單片機(jī)原理等專業(yè)課：嵌入式系統(tǒng)、EDA、DSP、有線電視技術(shù)等實(shí)驗(yàn)課：各類相關(guān)實(shí)驗(yàn)課程。第8頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月學(xué)習(xí)方法觸類旁通，對(duì)比記憶： 單片機(jī)是微計(jì)算機(jī)的一個(gè)分支。勤思多練，做好實(shí)驗(yàn)：

實(shí)驗(yàn)可以鞏固所學(xué)，并增添學(xué)習(xí)樂趣。把握重點(diǎn)，掌握精髓：單片機(jī)原理，是硬件工程師的必修。學(xué)以致用，前途無限：

專業(yè)課的學(xué)習(xí)，為的是以后的開發(fā)應(yīng)用。第9頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月第一章單片機(jī)概述第一節(jié)、單片機(jī)的概述第二節(jié)、單片機(jī)的應(yīng)用第三節(jié)、常用單片機(jī)系列第四節(jié)、單片機(jī)的開發(fā)過程第10頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月第一節(jié)、單片機(jī)概述

1.1微型計(jì)算機(jī)的組成CPU速度快2GHz內(nèi)存RAM掉電丟失速度快256M字節(jié)硬盤程序掉電不丟失速度慢80G字節(jié)串行口RS232USB等并行擴(kuò)展口LPT1PCI

定時(shí)器中斷處理等其他各種資源人機(jī)界面顯示器鍵盤鼠標(biāo)等總線擴(kuò)展數(shù)據(jù)總線DB地址總線AB控制總線CB32/64位第11頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月

1.1.1微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展1946-1958第一代電子管計(jì)算機(jī)。磁鼓存儲(chǔ)器，機(jī)器語言、匯編語言編程，世界上第一臺(tái)數(shù)字計(jì)算機(jī)。1958-1964第二代晶體管計(jì)算機(jī)。磁芯作主存儲(chǔ)器,磁盤作外存儲(chǔ)器，開始使用高級(jí)語言編程。1964-1971第三代集成電路計(jì)算機(jī)。使用半導(dǎo)體存儲(chǔ)器，出現(xiàn)多終端計(jì)算機(jī)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。1971-第四代大規(guī)模集成電路計(jì)算機(jī)。出現(xiàn)微型計(jì)算機(jī)、單片微型計(jì)算機(jī)，外部設(shè)備多樣化。1981-第五代人工智能計(jì)算機(jī)。模擬人的智能和交流方式。第12頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月1946年由美國賓夕法尼亞大學(xué)研制的世界第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)ENIAC（ElectronicNumericalIntegratorAndcalculator），運(yùn)算速度5000次/秒，功耗150kw，占地170m2

，重達(dá)30噸，造價(jià)100萬美元。

第13頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月1.1.2計(jì)算機(jī)發(fā)展趨勢微型化─便攜式、低功耗，如單片機(jī)、掌上電腦。巨型化─尖端科技領(lǐng)域的信息處理，需要超大容量、高速度，如1000億次的超大型機(jī)。智能化─模擬人類大腦思維和交流方式，多種處理能力，如蛋白質(zhì)記憶體。系列化、標(biāo)準(zhǔn)化─便于各種計(jì)算機(jī)硬、軟件兼容和升級(jí)網(wǎng)絡(luò)化─網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)和信息高速公路，如IPV6第14頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月1.1.3計(jì)算機(jī)主要技術(shù)指標(biāo)字長------CPU并行處理二進(jìn)制的數(shù)據(jù)位數(shù),8位機(jī)、16位機(jī)、32

位機(jī)和64位機(jī)等。內(nèi)存容量---內(nèi)存存儲(chǔ)單元數(shù),容量單位：1KB=210B=1024B，1MB=210KB=1024KB=1KKB,8K、64K、16M、64M、128M、256M。運(yùn)算速度---CPU處理速度,時(shí)鐘頻率、主頻、每秒運(yùn)算次數(shù)100MHz、300MHz、1GHz、2GHz。內(nèi)存存取周期--內(nèi)存讀寫速度50nS、70nS、200nS。第15頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月1.2單片機(jī)的組成總線擴(kuò)展數(shù)據(jù)總線DB地址總線AB控制總線CB4/8/16位CPU速度慢20MHz內(nèi)存RAM掉電丟失256字節(jié)程序ROM掉電不丟失64K字節(jié)串行口RS232USB等并行口如4X8=32

定時(shí)器2個(gè)中斷處理5個(gè)等等芯片內(nèi)第16頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月1.2.1單片機(jī)的名稱單片機(jī)因?qū)⑵渲饕糠旨性谝粔K芯片上而得名，具體說就是把中央處理器CPU、隨機(jī)存儲(chǔ)器、只讀存儲(chǔ)器、中斷系統(tǒng)、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器以及I/O電路等主要微型機(jī)部件，集成在一塊芯片上。所以稱為單片微型計(jì)算機(jī)，簡稱單片機(jī)SCMC(SingleChipMicroComputer）。或稱為微控制器MCU（MicroControllerUnit）。或稱嵌入式控制器EMCU(EmbeddedController)

第17頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月1.2.2單片機(jī)與單片機(jī)系統(tǒng)單片機(jī)只是一個(gè)芯片；單片機(jī)系統(tǒng)是在單片機(jī)芯片的基礎(chǔ)上擴(kuò)展其他電路或芯片構(gòu)成的具有一定應(yīng)用功能的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。1.2.3單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)與單片機(jī)開發(fā)系統(tǒng)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)是為控制應(yīng)用而設(shè)計(jì)的；單片機(jī)開發(fā)系統(tǒng)是單片機(jī)系統(tǒng)開發(fā)調(diào)試的工具1.2.4單片機(jī)程序設(shè)計(jì)語言和軟件單片機(jī)開發(fā)系統(tǒng)中可使用機(jī)器語言、匯編語言和高級(jí)語言第18頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月計(jì)算機(jī)單片機(jī)第19頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月1.3單片機(jī)的特點(diǎn)：補(bǔ)充1)集成度高體積?。涸谝粋€(gè)芯片內(nèi)包含了全部功能，體積在米粒和火柴盒大小之間，適合做各種微型化產(chǎn)品，與被控體融為一體。2)功能強(qiáng)大應(yīng)用面廣：內(nèi)含運(yùn)算器、內(nèi)存RAM、程序存儲(chǔ)ROM、定時(shí)器、中斷管理、串行/并行IO口等等，在一些特殊場合還包含AD/DA、DSP、USB、LAN等等，可以說無處不在。3)功耗低適合便攜：CMOS低功耗工藝、提供睡眠/待機(jī)/運(yùn)行多種模式，耗電量在幾u(yù)A到一兩百mA之間，非常適合便攜。4)開發(fā)方便價(jià)位很低：形成幾大系列，提供完備的開發(fā)環(huán)境，如軟件開發(fā)環(huán)境、常用例程、編程器等；開發(fā)環(huán)境在百元至萬元之間，芯片在幾元到百元之間，為科研開發(fā)提供了很好的環(huán)境。第20頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月1.4學(xué)習(xí)單片機(jī)原理的方法：1)軟件編程與硬件調(diào)試相結(jié)合既用到軟件編程，又用到電子線路、數(shù)字電路知識(shí)，要把軟件與硬件融會(huì)貫通。2)理論學(xué)習(xí)和實(shí)踐動(dòng)手相結(jié)合：本課程有極強(qiáng)的實(shí)踐特點(diǎn)，只有通過大量的動(dòng)手實(shí)驗(yàn)、增強(qiáng)感性認(rèn)識(shí)，才能學(xué)好本課程。3)分析實(shí)際產(chǎn)品培養(yǎng)興趣和科研能力：必須學(xué)以致用，為綜合課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)、考研和就業(yè)面試打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。第21頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月1）工業(yè)自動(dòng)化方面2）儀器儀表方面3）家用電器方面4）玩具方面5）信息和通信產(chǎn)品方面6）軍事裝備方面第二節(jié)、單片機(jī)的應(yīng)用第22頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月單片機(jī)的應(yīng)用舉例——電視機(jī)及遙控單片機(jī)紅外發(fā)射紅外接收單片機(jī)換臺(tái)控制音量控制亮度控制色度控制第23頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月單片機(jī)的應(yīng)用舉例——兒童玩具單片機(jī)轉(zhuǎn)圈傳感按鍵1識(shí)別按鍵2識(shí)別依靠8個(gè)LED可以顯示轉(zhuǎn)速\英文字母和復(fù)雜的圖案,并且在轉(zhuǎn)速變化的情況下,顯示依然穩(wěn)定第24頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月第三節(jié)、常用單片機(jī)系列（51系列單片機(jī)產(chǎn)品）

?根據(jù)器件的存儲(chǔ)器的類型無ROM型:8031ROM型:8051專用型單片機(jī)通用型單片機(jī)EPROM:8751EEPROM型:8951FLASH型第25頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月MCS-51單片機(jī)系列產(chǎn)品CHMOS8KB8KB4KB4KB片內(nèi)ROM容量614X83X162X64KB256B89C5287C5280C5280C32614X83X162X64KB256B895287528052803252子系列514X82X162X64KB128B89C5187C5180C5180C31514X82X162X64KB128B895187518051803151子系列串行口并行口計(jì)數(shù)器E2PROMEPROMROM無中斷源I/O特性尋址范圍片內(nèi)RAM容量片內(nèi)ROM形式子系列制造工藝HMOSHMOSCHMOS注：1、MCS-51系列分為51和52兩個(gè)子系列，其中51是基本型，52是增強(qiáng)型。2、HMOS工藝有高速度和高密度的特點(diǎn)，CHMOS工藝采用CMOS和HMOS結(jié)合的，除保持HMOS的特點(diǎn)之外，還有CMOS低功耗的特點(diǎn)，第26頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月第四節(jié)、單片機(jī)的開發(fā)過程設(shè)計(jì)硬件源代碼燒入單片機(jī)軟件編程軟件仿真調(diào)試插入單片機(jī)脫機(jī)工作模數(shù)電路/單片機(jī)硬件MCS51匯編語言/C計(jì)算機(jī)/MEDWIN環(huán)境計(jì)算機(jī)/燒寫器整機(jī)調(diào)試/測試第27頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月設(shè)計(jì)硬件用模電/數(shù)電知識(shí)，布電路板，用示波器調(diào)試仿真儀有各種外形，根據(jù)單片機(jī)封裝形式有多種頭第28頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月仿真調(diào)試仿真儀插入目標(biāo)板中軟件調(diào)試在計(jì)算機(jī)上安裝MEDWIN調(diào)試環(huán)境第29頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月燒寫器不同型號(hào)的單片機(jī)用不同的軟件和插座圖示40腳單片機(jī)20腳單片機(jī)第30頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月脫機(jī)工作目標(biāo)板中插入燒寫好的單片機(jī)脫開計(jì)算機(jī)工作燒寫芯片把調(diào)試好的程序代碼燒入單片機(jī)中第31頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月補(bǔ)充知識(shí)：計(jì)算機(jī)運(yùn)算基礎(chǔ)★必須掌握不同數(shù)制之間的轉(zhuǎn)換第32頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月一、進(jìn)制轉(zhuǎn)換（1）二進(jìn)制轉(zhuǎn)十進(jìn)制10110.11B=（2）十六進(jìn)制轉(zhuǎn)十進(jìn)制70F.B1H=

1*24+0*23+1*22+1*21+0*20+1*2-1+1*2-2=22.757*162+F*160+B*16-1+1*16-2=1807.6941D第33頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月（3）十進(jìn)制轉(zhuǎn)二進(jìn)制整數(shù)：除二取余法215D小數(shù)：乘2取整法0.3758221510.375821071*225310.751602260*221311.503212600.5032231*2111.00641215D=11010111B0.3758D≈0.011B

高位低位高位低位215.3758D≈11010111.011B注：任何十進(jìn)制整數(shù)可以精確轉(zhuǎn)換成一個(gè)二進(jìn)制整數(shù)，但十進(jìn)制小數(shù)不一定可以精確轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制小數(shù)。第34頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月（4）十進(jìn)制轉(zhuǎn)十六進(jìn)制整數(shù)：除16取余法3901小數(shù)：乘16取整法0.7617187516390113D低位0.761718751624333*16高位1515F高位12.187512C0.1875*163.000033低位3901D＝F3DH0.76171875=0.C3H3901.76171875D=F3D.C3H注：整數(shù)部分一直除到商數(shù)<16為止，小數(shù)部分乘16一直到乘積的小數(shù)部分為0或到達(dá)所需精度為止。第35頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月（5）二進(jìn)制轉(zhuǎn)十六進(jìn)制四位合一法，不足四位用0補(bǔ)齊1101111100011.100101B

000

（6）十六進(jìn)制轉(zhuǎn)二進(jìn)制3AB.7A5H3AB.7A5001110101011.0111101001011101111100011.10010100B1BE3.94[……]B=1BE3.94H第36頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月二、機(jī)器數(shù)及其表示方法計(jì)算機(jī)中使用的二進(jìn)制數(shù)稱為機(jī)器數(shù)。符號(hào)數(shù)：（符號(hào)數(shù)用最高位表示符號(hào)位）二進(jìn)制數(shù)最高位“0”代表正號(hào)“＋”01111111二進(jìn)制數(shù)最高位“1”代表負(fù)號(hào)“－”11110000無符號(hào)數(shù)：是邏輯數(shù)，就是一串二進(jìn)制代碼，如存儲(chǔ)器地址，字符ASCALL碼。機(jī)器數(shù)有三種表示方法：原碼、反碼、補(bǔ)碼第37頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月原碼，反碼和補(bǔ)碼(1)原碼是帶符號(hào)二進(jìn)制機(jī)器數(shù)的原始表示，正數(shù)的符號(hào)位用0表示，負(fù)數(shù)的符號(hào)位用1表示，其余位表示數(shù)值。

例：x=+1010B[x]原＝1010By=-1010B[y]原＝1010B（2）正數(shù)的反碼和原碼相同負(fù)數(shù)的反碼符號(hào)位為負(fù)即“1”，數(shù)值位則是原碼按位取反例：x=+1101101B[x]原＝[x]反＝01101101By=-0110110B[y]原＝10110110B[y]反＝0000000111001001原碼表示數(shù)的范圍與字長有關(guān)，范圍是-（2n-1-1）~（2n-1-1）反碼表示的數(shù)字范圍同原碼數(shù)字‘0’也有2個(gè)編碼表示(+0)10=(00000000)2，(-0)10=(11111111)2

第38頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月（3）正數(shù)的補(bǔ)碼和原碼相同負(fù)數(shù)的補(bǔ)碼是反碼加1例：x=+1010B[x]原＝[x]反＝[x]補(bǔ)＝00001010By=-01010B[y]原＝10001010B[y]反＝11110101B

[y]補(bǔ)＝11110101＋1＝11110110B負(fù)數(shù)的補(bǔ)碼再求補(bǔ)就得到原碼第39頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月在不發(fā)生溢出的情況下，定點(diǎn)補(bǔ)碼加減運(yùn)算規(guī)則是：兩個(gè)補(bǔ)碼形式的數(shù)（無論正負(fù)）相加，只要按二進(jìn)制運(yùn)算規(guī)則運(yùn)算，得到的結(jié)果就是其和的補(bǔ)碼。即有：[X]補(bǔ)+[Y]補(bǔ)=[X+Y]補(bǔ)

可推出：[X]補(bǔ)-

[Y]補(bǔ)=[X-Y]補(bǔ)

[X-Y]補(bǔ)=[X+(-Y)]補(bǔ)=[X]補(bǔ)+[-Y]補(bǔ)

這樣可以將減法運(yùn)算轉(zhuǎn)化為加法，使加減法統(tǒng)一。補(bǔ)碼運(yùn)算規(guī)則第40頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月溢出的概念在微機(jī)中只要數(shù)的絕對(duì)值超過機(jī)器所能表示的最大值，就會(huì)發(fā)生溢出，造成運(yùn)算錯(cuò)誤。目前對(duì)帶符號(hào)數(shù)常采用兩種方法判斷溢出。1、雙進(jìn)位判溢出2、單符號(hào)位判溢出D6CY⊕D7CY=0，無溢出D6CY⊕D7CY=1，有溢出兩個(gè)符號(hào)相反的數(shù)相加不會(huì)產(chǎn)生溢出；兩個(gè)數(shù)符號(hào)位相同時(shí)，如果正數(shù)相加，和的符號(hào)位為負(fù)，則為正溢出；如果負(fù)數(shù)相加，和的符號(hào)位為正，則為負(fù)溢出。第41頁，課件共46頁，創(chuàng)