單片機(jī)原理及接口技術(shù) 課件 第1、2章 緒論、單片機(jī)學(xué)習(xí)必要工具

單原及接片理口技術(shù)機(jī)12第一章

緒論01單片機(jī)概述02單片機(jī)預(yù)備知識PrincipleandinterfacetechnologyofMicrocomputer01單片機(jī)概述?什么是單片機(jī)單片機(jī)是一種集成電路芯片（也稱為微控制器，嵌入式控制器），是采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理能力的中央處理器CPU、隨機(jī)存儲器RAM、只讀存儲器ROM、多種I/O口和中斷系統(tǒng)、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器等功能(可能還包括顯示驅(qū)動電路、脈寬調(diào)制電路、模擬多路轉(zhuǎn)換器、A/D轉(zhuǎn)換器等電路)集成到一塊硅片上構(gòu)成的一個小而完善的微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，在工業(yè)控制領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。與通用的計(jì)算機(jī)不同，單片機(jī)的指令功能是按照工業(yè)控制的要求設(shè)計(jì)的，因此它又被稱為微控制器（MicroControllerUnit）。隨著集成電路技術(shù)的發(fā)展，單片機(jī)片內(nèi)集成的功能越來越強(qiáng)大，并朝著SOC（片上系統(tǒng)）方向發(fā)展。近幾年單片機(jī)以其體積微小，價(jià)格低廉，可靠性高，廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、智能化儀器儀表、通信設(shè)備及日常消費(fèi)類產(chǎn)品等。單片機(jī)技術(shù)開發(fā)和應(yīng)用水平已成為衡量一個國家工業(yè)化發(fā)展水平的標(biāo)志之一。1.1單片機(jī)的特點(diǎn)1.2單片機(jī)作為微型計(jì)算機(jī)的一個分支，與一般的微型計(jì)算機(jī)沒有本質(zhì)上的區(qū)別，同樣具有快速、精確、記憶功能和邏輯判斷能力等特點(diǎn)。但單片機(jī)是集成在一塊芯片上的微型計(jì)算機(jī)，它與一般的微型計(jì)算機(jī)相比，在硬件結(jié)構(gòu)和指令設(shè)置上均有獨(dú)到之處，主要特點(diǎn)有:1、體積小，重量輕；價(jià)格低，功能強(qiáng)；電源單一，功耗低；可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)。這是單片機(jī)得到迅速普及和發(fā)展的主要原因。同時(shí)由于它的功耗低，使后期投入成本也大大降低。2、使用方便靈活、通用性強(qiáng)。由于單片機(jī)本身就構(gòu)成一個最小系統(tǒng)，只要根據(jù)不同的控制對象作相應(yīng)的改變即可，因而它具有很強(qiáng)的通用性。3、目前大多數(shù)單片機(jī)采用哈佛(Harvard)結(jié)構(gòu)體系。單片機(jī)的數(shù)據(jù)存儲器空間和程序存儲器空間相互獨(dú)立。單片機(jī)主要面向測控對象，通常有大量的控制程序和較少的隨機(jī)數(shù)據(jù)，將程序和數(shù)據(jù)分開，使用較大容量的程序存儲器來固化程序代碼，使用少量的數(shù)據(jù)存儲器來存取隨機(jī)數(shù)據(jù)。程序在只讀存儲器ROM中運(yùn)行，不易受外界侵害，可靠性高。4、突出控制功能的指令系統(tǒng)。單片機(jī)的指令系統(tǒng)中有大量的單字節(jié)指令，以提高指令運(yùn)行速度和操作效率;有豐富的位操作指令，滿足了對開關(guān)量控制的要求;有豐富的轉(zhuǎn)移指令，包括有無條件轉(zhuǎn)移指令和條件轉(zhuǎn)移指令。5、較低的處理速度和較小的存儲容量。因?yàn)閱纹瑱C(jī)是一種小而全的微型機(jī)系統(tǒng)，它是犧牲運(yùn)算速度和存儲容量來換取其體積小、功耗低等特色。單片機(jī)應(yīng)用1.3單片機(jī)計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展是基于集成電路技術(shù)發(fā)展而來的，價(jià)格也越來越得到廣大用戶接受，因此在工業(yè)生產(chǎn)等領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)用。其系列在逐漸發(fā)展變化，功能也越來越強(qiáng)大；單片機(jī)目前被視為嵌入式微控制器，它最明顯的優(yōu)勢就是可以嵌入到各種儀器、設(shè)備中，這一點(diǎn)是巨型機(jī)不可能做到的。由于單片機(jī)所具有的顯著優(yōu)點(diǎn)，它已成為科技領(lǐng)域的有力工具，人類生活的得力助手。它的應(yīng)用遍及各個領(lǐng)域，主要表現(xiàn)在以下幾個方面：1、單片機(jī)在智能儀表中的應(yīng)用。單片機(jī)作為微處理器在智能儀器儀表中的應(yīng)用，就是將一些部件的功能集中整合在一塊芯片中，使得計(jì)算機(jī)系統(tǒng)看起來不是很復(fù)雜，形成了完整的單片計(jì)算機(jī)的應(yīng)用系統(tǒng)，由于其體積小等特點(diǎn)，使儀器儀表的測量功能大為擴(kuò)展，方便了維護(hù)工作，自檢與測量互不干擾。例如：數(shù)字濾波，數(shù)字濾波是通過數(shù)字設(shè)備的算法來處理信號，將某個頻段的信號經(jīng)過篩選濾除出去，得到新的信號，通過對單片機(jī)的有效控制，提高了可利用信號的使用價(jià)值，以平滑加工的形式對信號進(jìn)行采樣，消除噪聲等各種干擾因素，使系統(tǒng)運(yùn)行更加可靠。2、單片機(jī)在機(jī)電一體化產(chǎn)品中的應(yīng)用。基于單片機(jī)技術(shù)的機(jī)電一體化技術(shù)，自動化水平明顯提高，機(jī)電一體化的水平更趨于穩(wěn)定和徹底。同時(shí)，隨著單片機(jī)的廣泛運(yùn)用，使機(jī)電一體化技術(shù)更具智能化特征。例如，微機(jī)控制的機(jī)床、機(jī)器人等。單片機(jī)在機(jī)電一體化產(chǎn)品中的應(yīng)用，極大地提高了設(shè)備的智能化，提高了處理能力和處理效率，而且無需占用很大的空間和復(fù)雜的設(shè)備。3、單片機(jī)在實(shí)時(shí)控制中的應(yīng)用。單片機(jī)具有較強(qiáng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理能力和控制功能，可滿足大多數(shù)實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)，使系統(tǒng)保持在最佳工作狀態(tài)，提高系統(tǒng)的工作效率和產(chǎn)品質(zhì)量；同時(shí)，它的快速響應(yīng)性和可靠性使得單片機(jī)廣泛地用于各種實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)中。例如，在工業(yè)測控、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。4、單片機(jī)在分布式系統(tǒng)中的應(yīng)用。由于單片機(jī)具有通信距離遠(yuǎn)、實(shí)時(shí)性強(qiáng)、抗干擾能力強(qiáng)、通訊接口簡單、成本低等優(yōu)點(diǎn)，在比較復(fù)雜的分布式控制系統(tǒng)中以單片機(jī)為核心，單片機(jī)在這種系統(tǒng)中往往作為一個下位機(jī)，安裝在系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)上，對現(xiàn)場信息進(jìn)行實(shí)時(shí)的測量和控制。例如各部件獨(dú)立控制的機(jī)器人，常常采用RS-232C轉(zhuǎn)RS-485，實(shí)現(xiàn)一對多控制。5、單片機(jī)在日常生活中的應(yīng)用。隨著單片機(jī)集成度的提高、價(jià)格的降低，其已經(jīng)滲透進(jìn)我們?nèi)粘Ｉ畹姆椒矫婷妫焕?，手機(jī)、洗衣機(jī)、電冰箱、電子玩具、收錄機(jī)等家用電器配上單片機(jī)后，提高了智能化程度，增加了功能，倍受人們喜愛。單片機(jī)使人類生活更加方便、舒適、豐富多彩。綜上所述，單片機(jī)已成為計(jì)算機(jī)發(fā)展和應(yīng)用的一個重要方面。單片機(jī)的知識可以在很多場合得以應(yīng)用，學(xué)好單片機(jī)可以更好的融入現(xiàn)代化生活。單片機(jī)的發(fā)展單片機(jī)作為微型計(jì)算機(jī)的一個重要分支，應(yīng)用廣，發(fā)展快。如果將8位單片機(jī)的推出作為起點(diǎn)，那么單片機(jī)的發(fā)展歷史大致可分為以下幾個階段：孕育階段（1971-1976）：1971年Intel公司研制出世界上第一個4位的微處理器；Intel公司的霍夫研制成功世界上第一塊4位微處理器芯片Intel4004，標(biāo)志著第一代微處理器問世，微處理器和微機(jī)時(shí)代從此開始。因發(fā)明微處理器，霍夫被英國《經(jīng)濟(jì)學(xué)家》雜志列為“二戰(zhàn)以來最有影響力的7位科學(xué)家”之一。第一階段（1976-1978）：單片機(jī)的初級階段。以Intel公司的MCS-48為代表。MCS-48的推出是在工控領(lǐng)域的探索，參與這一探索的公司還有Motorola、Zilog等，都取得了滿意的效果。這是SCM的誕生年代，“單片機(jī)”一詞即由此而來。這個系列的單片機(jī)內(nèi)集成有8位CPU、I/O接口、8位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，尋址范圍不大于4K字節(jié)，簡單的中斷功能，無串行接口。1.4第二階段（1978-1982）：單片機(jī)的完善階段。Intel公司在MCS-48基礎(chǔ)上推出了完善的、典型的單片機(jī)系列MCS一51。它在以下幾個方面奠定了典型的通用總線型單片機(jī)體系結(jié)構(gòu)：完善的外部總線，MCS-51設(shè)置了經(jīng)典的8位單片機(jī)的總線結(jié)構(gòu)，包括8位數(shù)據(jù)總線、16位地址總線、控制總線及具有多機(jī)通信功能的串行通信接口；CPU外圍功能單元的集中管理模式；體現(xiàn)工控特性的位地址空間及位操作方式；指令系統(tǒng)趨于完善，并且增加了許多突出控制功能的指令。第三階段（1982-1992）：8位單片機(jī)的鞏固發(fā)展及16位單片機(jī)的推出階段，也是單片機(jī)向微控制器發(fā)展的階段。Intel公司推出的MCS-96系列單片機(jī)，將一些用于測控系統(tǒng)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器、程序運(yùn)行監(jiān)視器、脈寬調(diào)制器等納入片中，體現(xiàn)了單片機(jī)的微控制器特征。隨著MCS-51系列的廣泛應(yīng)用，許多廠商競相使用8051為內(nèi)核，將許多測控系統(tǒng)中使用的電路、接口、多通道AD轉(zhuǎn)換部件、可靠性技術(shù)等應(yīng)用到單片機(jī)中，增強(qiáng)了外圍電路的功能，強(qiáng)化了智能控制的特征。第四階段（1993-現(xiàn)在）：微控制器的全面發(fā)展階段。隨著單片機(jī)在各個領(lǐng)域全面深入地發(fā)展和應(yīng)用，出現(xiàn)了高速、大尋址范圍、強(qiáng)運(yùn)算能力的8位/16位/32位通用型單片機(jī)，以及小型廉價(jià)的專用型單片機(jī)。單片機(jī)的發(fā)展方向目前，現(xiàn)在可以說單片機(jī)是百花齊放的時(shí)期，世界上各大芯片制造公司都推出了自己的單片機(jī)，從8位、16位到32位，數(shù)不勝數(shù)，應(yīng)有盡有，它們各具特色，互成互補(bǔ)，為單片機(jī)的應(yīng)用提供廣闊的天地，單片機(jī)發(fā)展趨勢將是進(jìn)一步向著CMOS化、低功耗、小體積、大容量、高性能、低價(jià)格和外圍電路內(nèi)裝化等方面發(fā)展。1、低功耗CMOS化。CMOS電路具有許多優(yōu)點(diǎn)，如極寬的工作電壓范圍，極佳的低功耗及功耗管理特性等，MCS-51系列的8031推出時(shí)的功耗達(dá)630mW，而現(xiàn)在的單片機(jī)普遍都在100mW左右，現(xiàn)在的各個單片機(jī)制造商基本都采用了CMOS（互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體工藝）。80C51就采用了HMOS（即高密度金屬氧化物半導(dǎo)體工藝）和CHMOS（互補(bǔ)高密度金屬氧化物半導(dǎo)體工藝）。CMOS雖然功耗較低，但由于其物理特征決定其工作速度不夠高，而CHMOS則具備了高速和低功耗的特點(diǎn)，這些特征，更適合于在要求低功耗，電池供電的應(yīng)用場合。所以這種工藝將是今后一段時(shí)期單片機(jī)發(fā)展的主要途徑。1.52、多功能集成化和微型化?，F(xiàn)在單片機(jī)開始將中央處理器（CPU）、隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲（RAM）、只讀程序存儲器（ROM）、并行和串行通信接口，中斷系統(tǒng)、定時(shí)電路、時(shí)鐘電路、A/D轉(zhuǎn)換器、PMW（脈寬調(diào)制電路）、WDT（看門狗）、有些單片機(jī)將LCD（液晶）驅(qū)動電路都集成在單一的芯片上，這樣單片機(jī)包含的單元電路就更多，功能就越強(qiáng)大。甚至單片機(jī)廠商還可以根據(jù)用戶的要求量身定做，制造出具有自己特色的集成型單片機(jī)芯片。此外，現(xiàn)在的產(chǎn)品普遍要求體積小、重量輕，這就要求單片機(jī)除了功能強(qiáng)和功耗低外，還要求其體積要小?，F(xiàn)在的許多單片機(jī)都具有多種封裝形式，其中SMD（表面封裝）越來越受歡迎，使得由單片機(jī)構(gòu)成的系統(tǒng)正朝微型化方向發(fā)展。3、片內(nèi)存儲器的改進(jìn)與發(fā)展。目前新型的單片機(jī)一般在片內(nèi)集成兩種類型的存儲器：一種是隨機(jī)讀寫存儲器（常用的為SRAM，StaticRandomAccessMemory，靜態(tài)RAM），作為臨時(shí)數(shù)據(jù)存儲器存放工作數(shù)據(jù)用；另一種是只讀存儲器ROM（ReadOnlyMemory），作為程序存儲器存放系統(tǒng)控制程序和固定不變的數(shù)據(jù)。片內(nèi)存儲器的改進(jìn)與發(fā)展的方向是擴(kuò)大容量、數(shù)據(jù)的易寫和保密等。4、以串行總線方式為主的外圍擴(kuò)展。在很長一段時(shí)間里，通用型單片機(jī)通過三總線結(jié)構(gòu)擴(kuò)展外圍器件成為單片機(jī)應(yīng)用的主流結(jié)構(gòu)。隨著低價(jià)位0TP（OneTimeProgramble）及各種特殊類型片內(nèi)程序存儲器的發(fā)展，加之處圍接口不斷進(jìn)入片內(nèi)，推動了單片機(jī)“單片”應(yīng)用結(jié)構(gòu)的發(fā)展。特別是I2C、SPI等串行總線的引入，可以使單片機(jī)的引腳設(shè)計(jì)得更少，單片機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更加簡化及規(guī)范化。5、單片機(jī)向片上系統(tǒng)SOC的發(fā)展。SOC（SystemOnChip）是一種高度集成化、固件化的芯片級集成技術(shù)，其核心思想是把除了無法集成的某些外部電路和機(jī)械部分之外的所有電子系統(tǒng)電路全部集成在一片芯片中。現(xiàn)在一些新型的單片機(jī)已經(jīng)是SOC的雛形，在一片芯片中集成了各種類型和更大容量的存儲器，更多性能完善和強(qiáng)大的功能電路接口，這使得原來需要幾片甚至十幾片芯片組成的系統(tǒng)，現(xiàn)在只用一片就可以實(shí)現(xiàn)。其優(yōu)點(diǎn)是不僅減小了系統(tǒng)的體積和成本，而且大大提高了系統(tǒng)硬件的可靠性和穩(wěn)定性。單片機(jī)預(yù)備知識02數(shù)制及其轉(zhuǎn)換2.1二進(jìn)制數(shù)的運(yùn)算電子計(jì)算機(jī)一般采用二進(jìn)制數(shù)。二進(jìn)制數(shù)只有0和1兩個基本數(shù)字，容易通過開關(guān)兩個狀態(tài)實(shí)現(xiàn)。二進(jìn)制數(shù)的運(yùn)算公式：十進(jìn)制和二進(jìn)制間的轉(zhuǎn)換十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制將十進(jìn)制整數(shù)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制整數(shù)時(shí)，只要將它一次一次地被2除，得到的余數(shù)（從最后一個余數(shù)讀起）就是二進(jìn)制表示的數(shù)。二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制數(shù)將一個二進(jìn)制數(shù)的整數(shù)轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制數(shù)，只要將它的最后一位乘以2n-1，最后第二位乘以2n-2......以此類推（n為二進(jìn)制位數(shù)），然后將各項(xiàng)相加就得到用十進(jìn)制表示的數(shù)。例：（101011）2=1×2?+0×2?+1×23+0×22+1×21+1×20=（44）10；如果將一個帶有小數(shù)的二進(jìn)制數(shù)，轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制數(shù)，小數(shù)點(diǎn)后的第一位乘以2-1，第二位乘以2-2，以此類推，小數(shù)點(diǎn)前的轉(zhuǎn)換方法與整數(shù)轉(zhuǎn)換方法相同，然后將各項(xiàng)相加就得到用十進(jìn)制表示的數(shù)。例：（100001.101）2：=1×25+0×24+0×23+0×22+0×21+1×20+1×2-1+0×2-2+1×2-3=（33.625）10 不同進(jìn)制數(shù)的轉(zhuǎn)換二進(jìn)制數(shù)和八進(jìn)制數(shù)互換：二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成八進(jìn)制數(shù)時(shí)，只要從小數(shù)點(diǎn)位置開始，向左或向右每三位二進(jìn)制劃分為一組（不足三位時(shí)可補(bǔ)0），然后寫出每一組二進(jìn)制數(shù)所對應(yīng)的八進(jìn)制數(shù)碼即可。例：將二進(jìn)制數(shù)（10110001.111）轉(zhuǎn)換成八進(jìn)制數(shù)：二進(jìn)制數(shù)（10110001.111）2轉(zhuǎn)換成八進(jìn)制數(shù)是（261.7）8。反過來，將每位八進(jìn)制數(shù)分別用三位二進(jìn)制數(shù)表示，就可完成八進(jìn)制數(shù)和二進(jìn)制數(shù)的轉(zhuǎn)換。二進(jìn)制數(shù)和十六進(jìn)制數(shù)互換：二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成十六進(jìn)制數(shù)時(shí)，只要從小數(shù)點(diǎn)位置開始，向左或向右每四位二進(jìn)制劃分為一組（不足四位時(shí)可補(bǔ)0），然后寫出每一組二進(jìn)制數(shù)所對應(yīng)的十六進(jìn)制數(shù)碼即可。例：將二進(jìn)制數(shù)（11011100110.1101）轉(zhuǎn)換成十六進(jìn)制數(shù)：二進(jìn)制數(shù)（11011100110.1101）2轉(zhuǎn)換成十六進(jìn)制數(shù)是（6E6.D）16。反過來，將每位十六進(jìn)制數(shù)分別用三位二進(jìn)制數(shù)表示，就可完成十六進(jìn)制數(shù)和二進(jìn)制數(shù)的轉(zhuǎn)換。八進(jìn)制數(shù)、十六進(jìn)制數(shù)和十進(jìn)制數(shù)的轉(zhuǎn)換：這三者轉(zhuǎn)換時(shí)，可把二進(jìn)制數(shù)作為媒介，先把代轉(zhuǎn)換的數(shù)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)，然后將二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成要求轉(zhuǎn)換的數(shù)制形式。BCD碼和ASCII碼2.21、BCD碼（BinaryCodedDecimal）計(jì)算機(jī)內(nèi)部以二進(jìn)制的表示為基礎(chǔ)，但在日常生活和工作中，我們習(xí)慣的卻是十進(jìn)制。怎樣來解決這一矛盾呢？有兩種方法可供選擇。一種方法是采用“十轉(zhuǎn)二”和“二轉(zhuǎn)十”的程序。輸入十進(jìn)制后用“十轉(zhuǎn)二”把其轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制，在計(jì)算機(jī)內(nèi)運(yùn)算，輸出時(shí)用“二轉(zhuǎn)十”的程序把二進(jìn)制轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制，以方便人們的使用。另一種方法是直接采用“二一十”進(jìn)制，BCD碼就是“二一十”進(jìn)制，即用二進(jìn)制代碼表示的十進(jìn)制數(shù)。顧名思義，它既是逢十進(jìn)一，又是一組二進(jìn)制代碼。用4位二進(jìn)制代碼表示十進(jìn)制的一位數(shù)，一個字節(jié)可以表示兩個十進(jìn)制數(shù)，稱為壓縮的BCD碼，如10000111表示87；也可以用一個字節(jié)表示一位十進(jìn)制的數(shù)，這種BCD稱為非壓縮的BCD碼，如00000111表示十進(jìn)制的7。多進(jìn)制與BCD碼的對應(yīng)關(guān)系見表1-1。2、ASCII碼（AmericanStandardCodeforInformationInterchange）由于計(jì)算機(jī)中使用的是二進(jìn)制數(shù)，所以計(jì)算機(jī)中使用的字母、字符也要用特定的二進(jìn)制表示。目前普遍采用的是ASCII碼。它采用7位二進(jìn)制編碼表示128個字符，其中包括數(shù)碼0~9以及英文字母等可打印的字符，見表1-2?？梢姡谟?jì)算機(jī)中一個字節(jié)可以表示一個英文字母。由于單個的漢字太多，所以要用兩個字節(jié)才能表示一個漢字，目前也有國標(biāo)的漢字計(jì)算機(jī)編碼表——漢碼表。從表中可以查到“6”的ASCII碼為“36H”，“R”的ASCII碼為“52H”。電平2.3常用電平簡介常用的邏輯電平有TTL、CMOS、LVTTL、ECL、PECL、GTL；RS232、RS422、LVDS等。其中TTL和CMOS的邏輯電平按典型電壓可分為四類：5V系列（5VTTL和5VCMOS）、3.3V系列，2.5V系列和1.8V系列。5VTTL（Transister-Transister-Logic，晶體管一晶體管邏輯）和5VCMOS（ComplementaryMetalOxideSemiconductor，互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體邏輯電平）是通用的邏輯電平。3.3V及以下的邏輯電平被稱為低電壓邏輯電平，常用的為LVTTL電平。TTL電平與CMOS電平的區(qū)別TTL電平是5V，CMOS電平一般是12V。5V的電平不能觸發(fā)CMOS電路，12V的電平會損壞TTL電路，因此兩者不能互相兼容匹配。TTL電平：輸出L:<0.4v，>2.4V。輸入L:<0.8v，>2.0VTTL。即：器件輸出低電平要小于0.4V，高電平要大于2.4V。輸入，低于0.8V就認(rèn)為是0，高于2.0就認(rèn)為是1。CMOS電平：輸出L:<0.1，Vcc>0.9Vcc。輸入L:<0.3Vcc，>0.7Vcc。即：器件輸出低電平要小于0.1Vcc，高電平要高于0.9Vcc。輸入：低于0.3Vcc就認(rèn)為是0，高于0.7Vcc就認(rèn)為是1。TTL和CMOS轉(zhuǎn)換常用的方法有晶體管或OC/OD器件結(jié)合上拉電阻進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換，將一個雙極型三極管（MOSFET）或OC/OD器件，C/D極接一個上拉電阻到正電源，輸入電平很靈活，輸出電平大致就是正電源電平。74xHCT系列芯片升壓(3.3V→5V)凡是輸入與5VTTL電平兼容的5VCMOS器件都可以用作3.3V→5V電平轉(zhuǎn)換。這是由于3.3VCMOS的電平剛好和5VTTL電平兼容（巧合），而CMOS的輸出電平總是接近電源電平的。超限輸入降壓法(5V→3.3V,3.3V→1.8V,...)，凡是允許輸入電平超過電源的邏輯器件，都可以用作降低電平。這里的“超限”是指超過電源，許多較古老的器件都不允許輸入電壓超過電源，但越來越多的新器件取消了這個限制(改變了輸入級保護(hù)電路)。例如，74AHC/VHC系列芯片，其datasheets明確注明“輸入電壓范圍為0~5.5V”，如果采用3.3V供電，就可以實(shí)現(xiàn)5V→3.3V電平轉(zhuǎn)換。如何學(xué)習(xí)單片機(jī)03單片機(jī)是一門實(shí)用技術(shù)，學(xué)習(xí)它的目的是增強(qiáng)能力，根據(jù)教學(xué)團(tuán)隊(duì)近二十年教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)了單片機(jī)的學(xué)習(xí)方法是：一個目標(biāo)，四個過程。學(xué)習(xí)單片機(jī)的目標(biāo)就是：通過單片機(jī)實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)鍛煉，增強(qiáng)自身實(shí)力，獲尋就業(yè)方向。學(xué)習(xí)單片機(jī)的四個過程是：鸚鵡學(xué)舌、照葫蘆畫瓢、借力打力和理實(shí)結(jié)合。第一步：鸚鵡學(xué)舌。大家剛開始接觸單片機(jī)的時(shí)候，屬于單片機(jī)行業(yè)的新生兒。單片機(jī)的樣子，單片機(jī)外圍的各種器件，單片機(jī)內(nèi)部的各種結(jié)構(gòu)，單片機(jī)使用C語言的編程方法，初學(xué)者可能都沒有見過，腦子里全無概念。沒關(guān)系，有些概念和方法你不理解也沒有關(guān)系，甚至不需要你去理解，你只需要跟著我去鸚鵡學(xué)舌式的學(xué)習(xí)，第一遍學(xué)習(xí)某一節(jié)課的內(nèi)容時(shí)，對于程序，大家就可以完全跟著抄下來，甚至抄兩三遍，過一段你會發(fā)現(xiàn)，好多東西你也認(rèn)識了，好多概念你也慢慢的理解清楚了，你也能大概看懂別人的小程序了，切忌覺得自己看會了，而簡單復(fù)制粘貼。第二步：照葫蘆畫瓢。很多同學(xué)學(xué)習(xí)的時(shí)候喜歡看，看網(wǎng)絡(luò)流傳的視頻，看網(wǎng)絡(luò)貼吧的程序，甚至看別人的程序，都能看懂，覺得自己就會了，等到自己寫程序的時(shí)候，感覺就是老鼠啃天，不知道從哪里下手了，這是初學(xué)者很容易犯的“眼高手低”的毛病，所以第二步的內(nèi)容就非常重要了。課程團(tuán)隊(duì)的要求是，每一位同學(xué)，在學(xué)完了當(dāng)前課的內(nèi)容，把第一步順利完成以后，然后關(guān)掉視頻教程，關(guān)掉源代碼，自己通過看電路圖和查找非源代碼的其他任何資料，把當(dāng)節(jié)課課程團(tuán)隊(duì)寫的程序代碼重新默寫出來，邊寫邊多少理解那么一點(diǎn)點(diǎn)，不是純粹的背誦，應(yīng)該說是背誦加理解的結(jié)合體。甚至學(xué)過幾節(jié)課以后，可以回頭把前邊曾經(jīng)這樣實(shí)現(xiàn)過的課程，再按照這種方法做一遍。千萬不要認(rèn)為這一步?jīng)]必要，這一步是你能否真正學(xué)會單片機(jī)的一個關(guān)鍵，在學(xué)完本教程之前，每一課內(nèi)容都要這樣做，如果每一個程序你都能夠完美的完成，那么可以說，當(dāng)節(jié)課的內(nèi)容，百分之七八十你已經(jīng)掌握了。第三步：借力打力。單片機(jī)技術(shù)的最大特點(diǎn)就是可以通過修改程序來實(shí)現(xiàn)不同的功能，因此舉一反三的能力就必不可少了。每一節(jié)課的例程后邊，課程團(tuán)隊(duì)一般都會布置幾個作業(yè)，大家盡量去獨(dú)立完成這個作業(yè)。在完成這個作業(yè)的過程中，都可以參考課程團(tuán)隊(duì)的程序思路，在這個基礎(chǔ)上通過動腦思考去構(gòu)建你自己的程序框架，最終將程序完成。在工程師實(shí)際產(chǎn)品研發(fā)的時(shí)候，很多種情況下也是如此。比如一個產(chǎn)品，我們?nèi)绻麖牧闫鸩降脑?，可能會走很多彎路，遭遇很多前人已曾遭遇過的挫折，所以我們通常的做法是尋找購買幾款同類產(chǎn)品，然后先研究他們的各自優(yōu)缺點(diǎn)，學(xué)習(xí)他們的長處，然后在同類產(chǎn)品基礎(chǔ)上再來設(shè)計(jì)我們自己的產(chǎn)品，這就是“他山之石，可以攻玉”。初學(xué)者在學(xué)習(xí)的時(shí)候，往往遇到的問題很多，你應(yīng)該想到，你遇到的問題，可能前輩們早就遇到過了，所以遇到問題后，不要慌張，首先利用谷歌或者百度這些搜索引擎在網(wǎng)上搜一下，要做什么新東西，先去網(wǎng)上找相關(guān)資料了解一下，不管是編程還是硬件設(shè)計(jì)，多多參考別人的東西，只要把別人的東西分析明白了，自己用起來了，也就成為自己的知識了。第四步：理實(shí)結(jié)合。當(dāng)大家把所有的課程都按照前邊三步完成后，這個時(shí)候不妨再把書打開，再看看書，經(jīng)過了自己的實(shí)戰(zhàn)經(jīng)歷，再看書的時(shí)候，對很多知識點(diǎn)會有一種恍然大悟的感覺。甚至視頻教程、書籍都可以反復(fù)看幾遍，可能有的知識點(diǎn)當(dāng)時(shí)學(xué)習(xí)的時(shí)候不明白，過了一段時(shí)間，回過頭來再學(xué)習(xí)的時(shí)候，一下就明白了。單片機(jī)學(xué)習(xí)的準(zhǔn)備工作04第一：足夠的信心、恒心和耐心。首先，心態(tài)上藐視它。通過教學(xué)和實(shí)訓(xùn)工作，很多同學(xué)做出來小車，超聲波測距，甚至做出來機(jī)器人。單片機(jī)在邏輯上的關(guān)系，只有小學(xué)的水平，不復(fù)雜。只要認(rèn)真踏實(shí)堅(jiān)持學(xué)下去，肯定能學(xué)好這么技術(shù)。其次，過程上重視它。很多網(wǎng)絡(luò)教程吹噓十天八天就學(xué)會了，這是不現(xiàn)實(shí)的，更是不可能的，如果一個技術(shù)很簡單就被學(xué)會，那么很多人都會這個技術(shù)，肯定也沒什么前途和錢途。那究竟多久能學(xué)會呢？如果每天2個小時(shí)左右的學(xué)習(xí)時(shí)間，大概1～3個月可以入門。入門的概念是給你一個單片機(jī)開發(fā)任務(wù)，你起碼知道要努力的方向和解決問題的大概方法了。第二：實(shí)用的教材和視頻教程。要學(xué)習(xí)單片機(jī)這門技術(shù)，良好的教材和教程必不可少。單片機(jī)方面，除了本教材而外，推薦學(xué)習(xí)《新概念51單片機(jī)C語言教程入門、提高、開發(fā)、拓展全攻略（第2版））》教材和相關(guān)視頻教程，如果C語言基礎(chǔ)不好，最好能再有一本純C語言的教材，推薦學(xué)習(xí)《學(xué)習(xí)零基礎(chǔ)學(xué)C語言》。第三：電腦一臺、單片機(jī)開發(fā)板一塊。電腦，是學(xué)習(xí)單片機(jī)必不可少的工具，因?yàn)榫帉懗绦?，查閱資料都得用到。開發(fā)板，這也必須。學(xué)校實(shí)驗(yàn)室有開發(fā)板，可以借一個，也可以自行購置，開發(fā)板需要和教材或者教程相適應(yīng)，本教材提倡的是使用仿真軟件Proteus對單片機(jī)及周邊硬件進(jìn)行模擬仿真，對開發(fā)板使用率不高。這也是本次編寫本教材的特點(diǎn)之一。但是并不代表不動手就能學(xué)好單片機(jī)，拿起烙鐵焊電路，動手寫程序，才是單片機(jī)學(xué)習(xí)的終極目標(biāo)。1、什么是單片機(jī)？它與一般的計(jì)算機(jī)有何區(qū)別？2、簡述單片機(jī)的發(fā)展歷史，目前單片機(jī)主要朝哪幾個方面發(fā)展？3、單片機(jī)的主要應(yīng)用是哪幾個方面？請舉一些你知道的例子？4、單片機(jī)內(nèi)部采用什么數(shù)制？為什么在計(jì)算機(jī)硬件編程中常用十六進(jìn)制？5、什么是ASCII碼？寫出0-9，a-z和A-Z的ASCII碼。6、什么是電平？7、你應(yīng)該如何學(xué)習(xí)單片機(jī)？習(xí)題05單原及接片理口技術(shù)機(jī)42第二章

單片機(jī)學(xué)習(xí)和開發(fā)必要工具01硬件方面必要開發(fā)工具02單片機(jī)開發(fā)軟件方面必要工具03習(xí)題PrincipleandinterfacetechnologyofMicrocomputer萬用表工具簡介萬用表（也稱作多用表、復(fù)用表等）是單片機(jī)開發(fā)最基本也最不可或缺的測量工具。它的基本功能包括：測量交直流電壓、交直流電流、電阻阻值，檢測二極管極性，測試電路通斷等。有些高檔一點(diǎn)的還會包含電容容值測量、三極管測試、脈沖頻率測量等。萬用表大體可分為兩類：指針萬用表和數(shù)字萬用表，目前，指針萬用表基本上已經(jīng)被淘汰了，數(shù)字萬用表是當(dāng)今的絕對主流。圖2-1是為兩種數(shù)字萬用表，功能完全一致，推薦使用右圖所示萬用表。1.1萬用表工具使用下面就以圖2-1所示數(shù)字萬用表為例，來講解萬用表的使用方法。萬用表配有兩支表筆，表筆通常都是一只黑色、一只紅色，黑色表筆要插到標(biāo)有“COM”的黑色插孔里，而紅色表筆根據(jù)測量項(xiàng)目的不同，插到不同的插孔：測量小電流（≤200mA）信號時(shí)插到“mA”插孔，測量大電流（大于200mA）信號時(shí)插到“20A”插孔，其余測量項(xiàng)目均插到標(biāo)有“VΩ”的插孔。1.2示波器工具簡介示波器就是顯示波形的機(jī)器，它還被譽(yù)為“電子工程師的眼睛”。它的核心功能就是為了把被測信號的實(shí)際波形顯示在屏幕上，它的發(fā)展同樣經(jīng)歷了模擬和數(shù)字兩個時(shí)代，目前，數(shù)字示波器應(yīng)用場景大于模擬示波器，如圖2-2所示為數(shù)字示波器。1.3示波器工具使用1.4要使用示波器，首先也得把它和被測系統(tǒng)相連，用的是示波器探頭，如右圖所示。示波器一般都會有2個或4個通道（通常都會標(biāo)有1～4的數(shù)字，而多余的那個探頭插座是外部觸發(fā)，一般用不到它），它們的低位是等同的，可以隨便選擇，把探頭插到其中一個通道上，探頭另一頭的小夾子連接被測系統(tǒng)的參考地（這里一定要注意一個問題：示波器探頭上的夾子是與大地即三插插頭上的地線直接連通的，所以如果被測系統(tǒng)的參考地與大地之間存在電壓差的話，將會導(dǎo)致示波器或被測系統(tǒng)的損壞），探針接觸被測點(diǎn)，這樣示波器就可以采集到該點(diǎn)的電壓波形了（普通的探頭不能用來測量電流，要測電流得選擇專門的電流探頭）。單片機(jī)開發(fā)軟件方面必要工具02KeiluVision4簡介2.1KeiluVision4是一個優(yōu)秀的軟件集成開發(fā)環(huán)境，它支持眾多不一樣公司的MCS-51架核的芯片。uVision4IDE基于Windows的開發(fā)平臺，包含一個高效的編輯器、一個項(xiàng)目管理器和一個MAKE工具。利用本工具可以用來編譯C源代碼，匯編源程序，連接和重定位目標(biāo)文件和庫文件，創(chuàng)建HEX文件調(diào)試目標(biāo)程序。KeiluVision4使用方法2.2雙擊桌面上的KeiluVision4快捷圖標(biāo)，或者單擊屏幕左下方的“開始”→“程序”→“KeiluVision4”，進(jìn)入KeiluVision4集成環(huán)境，KeiluVision4啟動界面示意圖如圖2-6所示。1、啟動KeiluVision4KeiluVision4界面提供一個菜單和一個工具條（可以快速選擇命令按鈕）以及源代碼的顯示窗口、對話框和信息顯示。KeiluVision4的工作界面如圖2-7所示。2、建立項(xiàng)目單擊“Project”菜單，在彈出的下拉式菜單中選擇“NewuVisionProject”，如圖2-6所示。接著彈出一個標(biāo)準(zhǔn)Windows文件對話窗口，選擇自定義工程路徑，如圖2-9所示，在“文件名”中輸入您的第一個程序項(xiàng)目名稱，這里我們用“Pr_LED”，路徑和文件名可以根據(jù)自己想法自定義，只要符合Windows文件規(guī)則的文件名都行?！氨４妗焙蟮奈募U(kuò)展名為uv4，這是KeiluVision4項(xiàng)目文件擴(kuò)展名，以后可以直接單擊此文件打開先前所做的項(xiàng)目。點(diǎn)擊“OK”→選擇“是”完成上面步驟后，項(xiàng)目文件就建立成功了，界面如圖2-11所示。下面我們就可以開始創(chuàng)建程序文件了。選擇所要的單片機(jī)，這里我們選擇常用的Atmel公司的AT89S51，界面如圖2-10所示。3、創(chuàng)建或修改程序接下來我們要在項(xiàng)目中創(chuàng)建新的程序文件或加入一個已存在的程序文件；創(chuàng)建新的程序文件具體操作：單擊“File”→“New”命令，或者單擊工具欄的新建文件圖標(biāo)。加入一個已存在的程序文件具體操作：單擊“File”→“Open”命令，打開一個舊文件或按快捷鍵<Crl>+<0>或工具欄中的工具按鈕，就會打開一個已存在的程序文件文字編輯窗口等待我們編輯程序。上述兩種情況都能得到如圖2-11所示界面，到此就可以開始編寫對應(yīng)的程序文件了。4、保存程序當(dāng)程序編寫完成，選擇“File”→“Save”命令，或按快捷鍵<Ctrl>+<S>或保存圖標(biāo)進(jìn)行保存。若是新文件，一般在編寫程序之前保存一次并對程序進(jìn)行命名，用C語言編寫后綴應(yīng)為.c，將文件保存在項(xiàng)目所在的目錄中，這時(shí)編寫程序單詞才會有不同的顏色，說明Keil的語法檢查生效了，此時(shí)屏幕如圖2-12所示。完成上面步驟后，即可進(jìn)行程序文件的加載了。5、加載程序如圖2-13，在屏幕左邊的SourceGroup1文件夾圖標(biāo)上右擊鼠標(biāo)，彈出快捷菜單，選擇其中某一命令，可執(zhí)行相關(guān)操作，選中“AddexistingFilestoGroup‘SourceGroup1’”，選擇剛剛保存的文件，按“Add”按鈕，關(guān)閉對話框，程序文件已加到項(xiàng)目中了。工程建立好以后，還要對工程進(jìn)行進(jìn)一步的設(shè)置，以滿足要求。首先單擊左邊Project窗口的Target1，然后執(zhí)行菜單命令“Project”→“OptionforTarget“Targetl”或快捷操作同時(shí)按下“Alt”+“F7”，即出現(xiàn)對工程設(shè)置的對話框如圖2-14所示。仿真軟件Proteus簡介和特點(diǎn)2.3Proteus具有和其他EDA工具一樣的原理圖編輯、印刷電路板(PCB)設(shè)計(jì)及電路仿真功能，最大的特色是其電路仿真的交互化和可視化，如圖2-1所示。通過Proteus軟件的VSM(虛擬仿真模式)，用戶可以對模擬電路、