單片機(jī)原理及接口技術(shù) 第一章

有關(guān)本課程學(xué)習(xí)的幾點(diǎn)建議

本課程是一門(mén)實(shí)踐性、應(yīng)用性很強(qiáng)的學(xué)科僅僅聽(tīng)懂還不夠,重在培養(yǎng)動(dòng)手能力硬件/軟件同樣重要、不可偏廢

硬件是骨架，軟件是皮肉器臟及思想本課程的前期基礎(chǔ)課程是數(shù)字電路與微機(jī)原理這方面知識(shí)掌握得不夠好的請(qǐng)自己補(bǔ)上預(yù)習(xí)、聽(tīng)課、復(fù)習(xí)、作業(yè)、實(shí)驗(yàn)環(huán)環(huán)都重要用科學(xué)的方法學(xué)習(xí)第1章微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)基礎(chǔ)知識(shí)本章要點(diǎn)：微型計(jì)算機(jī)和單片機(jī)的發(fā)展概況單片機(jī)系統(tǒng)組成概述(CPU、總線(xiàn)、存儲(chǔ)器和I/O口等)二進(jìn)制、十進(jìn)制和十六進(jìn)制數(shù)(數(shù)制轉(zhuǎn)換和運(yùn)算)計(jì)算機(jī)中數(shù)的表示(原碼、反碼和補(bǔ)碼)單片機(jī)常用編碼(BCD碼、ASCII碼)第1章微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)基本知識(shí)

微型計(jì)算機(jī)具有體積小，功耗低重量輕，價(jià)格低，可靠性高，開(kāi)發(fā)使用簡(jiǎn)便等一系列優(yōu)點(diǎn)，自問(wèn)世以來(lái)得到了非常廣泛的應(yīng)用?！?-1概念1.1.1微型計(jì)算機(jī)圖1-2微處理器、微計(jì)算機(jī)和微計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的關(guān)系微處理器加上同樣采用大規(guī)模集成電路制成的用于存儲(chǔ)程序和數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)器，以及與輸入輸出設(shè)備相銜接的輸入輸出接口電路就構(gòu)成了微型計(jì)算機(jī)(Microcomputer)什么是單片機(jī)?如果將微處理器、存儲(chǔ)器和輸入輸出接口電路集成在一塊集成電路芯片上，稱(chēng)為單片微型計(jì)算機(jī)，簡(jiǎn)稱(chēng)單片機(jī)。

幾種單片機(jī)封裝形式返回1.1.2微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展概況1、PC機(jī)：PC機(jī)系統(tǒng)全力實(shí)現(xiàn)海量高速數(shù)據(jù)處理，兼顧控制功能。2、單片機(jī)：?jiǎn)纹瑱C(jī)系統(tǒng)全力滿(mǎn)足測(cè)控對(duì)象的測(cè)控功能，兼顧數(shù)據(jù)處理能力。形成兩大分支：組成：

CPU(進(jìn)行運(yùn)算、控制)RAM(數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器)I/O口(串口、并口等)ROM(程序存儲(chǔ)器)PC機(jī)：上述部件以芯片形式安裝在主板上。單片機(jī)：上述部件被集成到單芯片中。通用PC包括：鍵盤(pán)、顯示器、鼠標(biāo)、硬/軟/光驅(qū)、音箱、打印機(jī)、掃描儀…等外設(shè)。單片機(jī)則只是一片集成電路。（……100、48、40、32、28、20、16、8條引腳）。單片機(jī)與PC機(jī)之異同（1）功能：PC機(jī)：數(shù)據(jù)運(yùn)算、采集、處理、存儲(chǔ)、傳輸；單片機(jī)：控制（或受控于）外設(shè)。通用計(jì)算機(jī)擅長(zhǎng)于數(shù)據(jù)運(yùn)算、采集、處理、存儲(chǔ)和傳輸；單片機(jī)的專(zhuān)長(zhǎng)則是測(cè)控，往往嵌入某個(gè)儀器/設(shè)備/系統(tǒng)中，使其達(dá)到智能化的效果。單片機(jī)與PC機(jī)之異同（2）應(yīng)用特點(diǎn)：個(gè)人計(jì)算機(jī)（微機(jī)）：體積大，功耗大，價(jià)格高，用途較固定，屬通用計(jì)算機(jī)。易于學(xué)習(xí)掌握和使用，但用于控制時(shí)必須制作或購(gòu)買(mǎi)專(zhuān)用的接口卡，并編制專(zhuān)門(mén)的應(yīng)用軟件。單片機(jī)：體積小，功耗小，價(jià)格低，用途靈活，無(wú)處不在，屬專(zhuān)用計(jì)算機(jī)。是一種特殊器件，需經(jīng)過(guò)專(zhuān)門(mén)學(xué)習(xí)方能掌握應(yīng)用，應(yīng)用中要設(shè)計(jì)專(zhuān)業(yè)的硬件和軟件。單片機(jī)與PC機(jī)之異同（3）1.1.3單片機(jī)的發(fā)展概況可分為四個(gè)階段:目前，應(yīng)用廣泛的主流機(jī)型是89C51系列單片機(jī)。

第一階段：?jiǎn)纹瑱C(jī)探索階段。

第二階段：?jiǎn)纹瑱C(jī)完善階段。

第三階段：8位機(jī)和16位機(jī)爭(zhēng)艷階段，也是單片機(jī)向微控制器發(fā)展的階段。

第四階段：微控制器全面發(fā)展階段。1.1.4單片機(jī)的特點(diǎn)和應(yīng)用

⑴有優(yōu)異的性能價(jià)格比。

⑵集成度高，體積小，可靠性好。

⑶控制能力強(qiáng)。

⑷低功耗,低電壓,便于生產(chǎn)便攜式產(chǎn)品。⑸易擴(kuò)展。

1、單片機(jī)特點(diǎn)2、單片機(jī)的應(yīng)用

⑴智能化家用電器。

⑵辦公自動(dòng)化設(shè)備。

⑶商業(yè)營(yíng)銷(xiāo)設(shè)備。

⑷工業(yè)自動(dòng)化控制。

⑹智能化通信產(chǎn)品。

⑸智能化儀表。

⑺汽車(chē)電子產(chǎn)品。

⑻航空航天系統(tǒng)和國(guó)防軍事、尖端武器等。

§1-2單片機(jī)系統(tǒng)的組成組成單片機(jī)系統(tǒng)的物理實(shí)體；有兩大部分組成:對(duì)硬件使用和管理的程序。⑴

硬件：⑵軟件：CPU外部設(shè)備時(shí)鐘圖1-2單片機(jī)系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)框圖ROMRAM定時(shí)計(jì)數(shù)器中斷系統(tǒng)I/O接口復(fù)位(DB)(CB)(AB)硬件結(jié)構(gòu)框圖

1.2.1微處理器運(yùn)算器：累加器A，暫存寄存器TMP，標(biāo)志寄存器F，算術(shù)邏輯單元ALU；

控制器：程序計(jì)數(shù)器PC，指令寄存器IR，

指令譯碼器ID，定時(shí)和控制邏輯電路。

1.2.2總線(xiàn)：用于傳送信息的公共途徑?？偩€(xiàn)分為：⑴數(shù)據(jù)總線(xiàn)DB(DataBus)⑵地址總線(xiàn)AB(AddressBus)⑶控制總線(xiàn)CB(ControlBus)1.2.3輸入/輸出設(shè)備及其接口電路

⑴輸入設(shè)備；

⑵輸出設(shè)備；

⑶I/O接口電路。輸入輸出設(shè)備一般不能與CPU直接相連，而是通過(guò)某種電路完成尋址、數(shù)據(jù)緩沖、輸入輸出控制、功率驅(qū)動(dòng)、A/D、D/A等功能，這種電路稱(chēng)為I/O接口電路。例如：8255、0809、0832等等。1.2.5軟件

單片機(jī)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言可分為三類(lèi)：⑴機(jī)器語(yǔ)言⑵匯編語(yǔ)言⑶高級(jí)語(yǔ)言本書(shū)介紹的MCS-51型單片機(jī)使用匯編語(yǔ)言?！?-3計(jì)算機(jī)中數(shù)的表示方法及運(yùn)算

引言:●

十進(jìn)制數(shù)是人們習(xí)慣使用的進(jìn)制?！?/p>

計(jì)算機(jī)只能“識(shí)別”二進(jìn)制數(shù)?！?/p>

為了書(shū)寫(xiě)和識(shí)讀方便，計(jì)算機(jī)程序需要用十六進(jìn)制數(shù)表示。●

十進(jìn)制數(shù)、二進(jìn)制數(shù)、十六進(jìn)制數(shù)之間的關(guān)系、相互轉(zhuǎn)換和

運(yùn)算方法，是學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)必備的基礎(chǔ)知識(shí)。一、二進(jìn)制、十進(jìn)制和十六進(jìn)制數(shù)⒈十進(jìn)制數(shù)主要特點(diǎn)：①基數(shù)是10。有10個(gè)數(shù)碼（數(shù)符）構(gòu)成：0、1、2、3、4、5、6、7、8、9。②進(jìn)位規(guī)則是“逢十進(jìn)一”?！纠?/p>

1234.56

=1×103+2×102+3×101+4×100+5×10-1+6×10-2

=1000+200+30+4+0.5+0.06

上述，103、102、101、100、10-1、10-2

稱(chēng)為十進(jìn)制數(shù)各數(shù)位的“權(quán)”。⒉二進(jìn)制數(shù)

主要特點(diǎn)：①基數(shù)是2。只有兩個(gè)數(shù)碼：0和1。②進(jìn)位規(guī)則是“逢二進(jìn)一”。每左移一位,數(shù)值增大一倍；右移一位,數(shù)值減小一半。

二進(jìn)制數(shù)用尾綴B作為標(biāo)識(shí)符?！纠?11.11B=1×22+1×21+1×20+1×2-1+1×2-2=7.75

其中，22、21、20、2-1、2-2稱(chēng)為二進(jìn)制數(shù)各數(shù)位的“權(quán)”

⒊十六進(jìn)制數(shù)

主要特點(diǎn)：①基數(shù)是16。共有16個(gè)數(shù)符構(gòu)成：0、1、…、9、A、B、C、D、E、F。其中，A、B、C、D、E、F代表的數(shù)值分別為10、11、12、13、14、15。②進(jìn)位規(guī)則是“逢十六進(jìn)一”。十六進(jìn)制數(shù)用尾綴H表示?！纠緼3.4H

=10×161+3×160+4×16-1

=160+3+0.25

=163.25

其中，163、162、161、160、16-1、16-2稱(chēng)為十六進(jìn)制數(shù)各數(shù)位的“權(quán)”。十六進(jìn)制數(shù)、二進(jìn)制數(shù)和十進(jìn)制數(shù)對(duì)應(yīng)關(guān)系表

十進(jìn)制數(shù)十六進(jìn)制數(shù)二進(jìn)制數(shù)十進(jìn)制數(shù)十六進(jìn)制數(shù)二進(jìn)制數(shù)000H0000B110BH1011B101H0001B120CH1100B202H0010B130DH1101B303H0011B140EH1110B404H0100B150FH1111B505H0101B1610H00010000B606H0110B1711H00010001B707H0111B1812H00010010B808H1000B1913H00010011B909H1001B2014H00010100B100AH1010B2115H00010101B二、數(shù)制轉(zhuǎn)換

⒈二進(jìn)制數(shù)與十六進(jìn)制數(shù)相互轉(zhuǎn)換

⑴二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成十六進(jìn)制數(shù)

①整數(shù)部分：

自右向左，四位一組，不足四位，向左填零，各部分用相應(yīng)的十六進(jìn)制數(shù)替代；

②小數(shù)部分：

自左向右，四位一組，不足四位，向右填零，各部分用相應(yīng)的十六進(jìn)制數(shù)替代；

二進(jìn)制十六進(jìn)制二進(jìn)制十六進(jìn)制00000100080001110019001021010100011310111101004110012010151101130110611101401117111115⑵十六進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)每位十六進(jìn)制數(shù)分別用相應(yīng)4位二進(jìn)制數(shù)替代。②十進(jìn)制數(shù)整數(shù)轉(zhuǎn)換成十六進(jìn)制數(shù)的方法：

除16取余法

⒊十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)、十六進(jìn)制數(shù)①十進(jìn)制小數(shù)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制小數(shù)的方法：

乘2取整法⑴整數(shù)部分的轉(zhuǎn)換①十進(jìn)制整數(shù)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制整數(shù)的方法：

除2取余法⑵小數(shù)部分的轉(zhuǎn)換②十進(jìn)制小數(shù)轉(zhuǎn)換成十六進(jìn)制小數(shù)的方法：

乘16取整法1.整數(shù)轉(zhuǎn)換法

“除基取余”：十進(jìn)制整數(shù)不斷除以轉(zhuǎn)換進(jìn)制基數(shù)，直至商為0。每除一次取一個(gè)余數(shù)，從低位排向高位。舉例：

（1）39轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)

39=100111B 2 391（b0） 2 191（b1） 2 91（b2） 2 40（b3） 2 20（b4） 2 11（b5） 0（2）208轉(zhuǎn)換成十六進(jìn)制數(shù)

208=D0H16208余01613余13=DH 02.小數(shù)轉(zhuǎn)換法

“乘基取整”：用轉(zhuǎn)換進(jìn)制的基數(shù)乘以小數(shù)部分，直至小數(shù)為0或達(dá)到轉(zhuǎn)換精度要求的位數(shù)。每乘一次取一次整數(shù)，從最高位排到最低位。舉例：

（1）0.625轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)1) 0.625×2

2) 1.2501(b- × 23) 0.500(b- × 2 1.0 1(b-0.625=0.101B（2）0.625轉(zhuǎn)換成十六進(jìn)制數(shù)0.625×16=10.0

0.625=0.AH（3）208.625轉(zhuǎn)換成十六進(jìn)制數(shù)208.625=D0.AH三、二進(jìn)制數(shù)和十六進(jìn)制數(shù)運(yùn)算【例】 00110101B + 10011100B

⒈二進(jìn)制數(shù)加法運(yùn)算規(guī)則：0+0=0，0+1=1+0=1，1+1=0（向高位進(jìn)1）。11010001B【例】 10110101B - 10011100B

規(guī)則：0–0=0，1–0=0，1–1=0，

0–1=1（向高位借1）。⒉二進(jìn)制數(shù)減法運(yùn)算

00011001B

1101

⒊二進(jìn)制數(shù)乘法運(yùn)算規(guī)則：0×0=0，1×0=0×1=0，1×1=1?！纠?1101B×1001B1110101B+1101

⒋二進(jìn)制數(shù)除法運(yùn)算規(guī)則：0÷0=0，0÷1=0，1÷1=1。11110【例】

1101√11101101001－

1101－

1101⒌二進(jìn)制數(shù)“與”運(yùn)算規(guī)則：0∧0=0，1∧0=0， 1∧0=0，1∧1=1。【例】 10110101B ∧ 10011100B10010100B規(guī)則：0∨0=0，1∨0=0，

1∨1=0，0∨1=1。⒍二進(jìn)制數(shù)“或”運(yùn)算【例】 10110101B ∨ 10011100B10111101B⒎二進(jìn)制數(shù)“異或”運(yùn)算規(guī)則：0⊕0=0，0⊕1=1，1⊕0=1，1⊕1=0?！纠? 10110101B ⊕ 10011100B00101001B8.十六進(jìn)制數(shù)運(yùn)算先將十六進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)，然后根據(jù)二進(jìn)制運(yùn)算法則進(jìn)行運(yùn)算，再轉(zhuǎn)換成十六進(jìn)制數(shù)。四

帶符號(hào)數(shù)的表示方法

機(jī)器中，數(shù)的符號(hào)用“0”、“1”表示。最高位作符號(hào)位，“0”表示“+”，“1”表示“-”。1)機(jī)器數(shù)與真值

機(jī)器數(shù)：機(jī)器中數(shù)的表示形式，其位數(shù)通常為8的倍數(shù)真值：機(jī)器數(shù)所代表的實(shí)際數(shù)值。舉例:一個(gè)8位機(jī)器數(shù)與它的真值對(duì)應(yīng)關(guān)系如下：真值： X1=+84=+1010100BX2=-84=-1010100B機(jī)器數(shù)：[X1]機(jī)=01010100[X2]機(jī)=110101002)原碼、反碼和補(bǔ)碼數(shù)的正負(fù)表示形式：

D7=1表示負(fù)數(shù)，D7=0表示正數(shù)。D7D6D5D4D3D2D1D0符號(hào)位數(shù)值位

原碼(TrueForm)

最高位為符號(hào)位，0表示“+”，1表示“－”。數(shù)值位與真值數(shù)值位相同。例8位原碼機(jī)器數(shù)：

真值： x1=+1010100B x2=－1010100B

機(jī)器數(shù)：[x1]原=01010100

[x2]原=11010100原碼表示簡(jiǎn)單直觀,但0的表示不唯一，加減運(yùn)算復(fù)雜。原碼的缺點(diǎn)：

l

“0”的原碼有兩種形式，這在運(yùn)算中非常不方便。[＋0]原＝00000000B[－0]原＝

10000000B，即分為＋0和－0l

原碼在進(jìn)行兩個(gè)異符號(hào)數(shù)相加或兩個(gè)同符號(hào)數(shù)相減時(shí)，需做減法運(yùn)算，由于微機(jī)中一般只有加法器而無(wú)減法器，所以，為了把減法運(yùn)算轉(zhuǎn)變?yōu)榧臃ㄟ\(yùn)算就引入了反碼和補(bǔ)碼。原碼的用途：l

原碼做乘除法運(yùn)算方便，兩數(shù)的符號(hào)和數(shù)值分別處理積的符號(hào)為兩數(shù)符號(hào)位的異或運(yùn)算結(jié)果積的數(shù)值部分為兩數(shù)絕對(duì)值相乘的結(jié)果反碼定義：正數(shù)的反碼表示與原碼相同；負(fù)數(shù)的反碼，可將負(fù)數(shù)