《Proteus仿真平臺單片機(jī)項目式教程》課件 項目0.單片機(jī)基礎(chǔ)概述

單片機(jī)技術(shù)《Proteus平臺單片機(jī)項目式教程》單片機(jī)技術(shù)教師：手機(jī)：QQ：郵箱：@163.com歡迎大家相互交流學(xué)習(xí)?。?！師生聯(lián)系方式課程地位、考核與評分說明課程地位：專業(yè)核心課。成績百分制錄入：平時成績?yōu)椋?0%考試成績?yōu)椋?0%平時成績考核標(biāo)準(zhǔn)：40分。期末考核方式：考試/考查。課程要求：掌握單片機(jī)的工作原理及其應(yīng)用設(shè)計基本方法?？己藘?nèi)容分值說明出勤10缺勤每次扣2分，遲到或早退每次扣1分。平時作業(yè)20布置作業(yè)6次，認(rèn)真完成所有作業(yè)得20分，少一次扣4分，作業(yè)馬虎、抄襲、質(zhì)量差每次扣4分，扣完為止。學(xué)習(xí)態(tài)度5高質(zhì)量完成上機(jī)任務(wù)加1分，加滿為止。課堂表現(xiàn)5積極回答教師提問每次加1分，加滿即止。課程特點與學(xué)習(xí)方法課程特點：實踐性強(qiáng)，旨在應(yīng)用硬件、軟件結(jié)合緊密學(xué)習(xí)方法：課前預(yù)習(xí)，課后復(fù)習(xí)軟硬兼顧，上機(jī)實踐廣閱書刊，用好網(wǎng)絡(luò)前期課程：數(shù)字電路、微機(jī)原理幾點建議：實踐性、應(yīng)用性很強(qiáng)，僅僅聽懂還不夠，關(guān)鍵在于動手能力。硬件/軟件同樣重要。預(yù)習(xí)、聽課、復(fù)習(xí)、作業(yè)、實驗都很重要?。?！第一講：單片機(jī)基礎(chǔ)概述什么是單片機(jī)？有什么用？

1單片機(jī)發(fā)展概況與典型介紹

2單片機(jī)中的數(shù)制3單片機(jī)最小系統(tǒng)-點亮LED

41、什么是單片機(jī)？有什么用？一、什么是單片機(jī)？（1）、微型計算機(jī)硬件結(jié)構(gòu)

——常見的微機(jī)臺式機(jī)嵌入式終端筆記本微型計算機(jī)硬件結(jié)構(gòu)——微機(jī)硬件組成顯示器主機(jī)鍵盤鼠標(biāo)微型計算機(jī)硬件結(jié)構(gòu)——內(nèi)部結(jié)構(gòu)硬件系統(tǒng)——構(gòu)成微機(jī)的實體和裝置軟件系統(tǒng)——微機(jī)系統(tǒng)所使用的各種程序的總稱軟件系統(tǒng)與硬件系統(tǒng)共同構(gòu)成實用的微機(jī)系統(tǒng)，兩者是相輔相成、缺一不可的。軟件系統(tǒng)+微型計算機(jī)系統(tǒng)微型計算機(jī)系統(tǒng)(2)、單片微型計算機(jī)單片微型計算機(jī)是指集成在一個芯片上的微型計算機(jī)，簡稱單片機(jī)——單片機(jī)實質(zhì)上就是一個芯片。軟件系統(tǒng)+微型計算機(jī)系統(tǒng)輸入接口設(shè)備輸出接口設(shè)備運算器控制器存儲器單片微型計算機(jī)單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖

CPU存儲器定時器/計數(shù)器中斷系統(tǒng)P0-P3TxDRxD

TINT并行I/O口串行I/O口單片微型計算機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)：主要由中央處理器（CPU）、存儲器（ROM、RAM）、中斷系統(tǒng)、定時/計數(shù)器、并行I/O接口和串行I/O接口等部分組成。2024/10/2212二、單片機(jī)有什么用？在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、軍事、保安、金融、儀器儀表、航空航天、醫(yī)療、通訊、辦公設(shè)備、娛樂休閑、健身、體育競賽、服務(wù)領(lǐng)域……,大量單片機(jī)-嵌入式技術(shù)已經(jīng)無處不在。正迅速改變著人們傳統(tǒng)的生產(chǎn)和生活方式。請稍微留心一下我們的周圍，看看身邊到底發(fā)生了什么變化？可以嵌入到電子產(chǎn)品中——嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)單片機(jī)已經(jīng)應(yīng)用到生活的各個領(lǐng)域。單片機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域2、單片機(jī)發(fā)展概況與典型介紹1971年1月，Intel公司首先研制出集成度為2000只晶體管片的4位微處理器Intel4004，它的成功推出拉開了單片機(jī)時代的大幕。在過去的30多年里，單片機(jī)從最初的4位單片機(jī)已經(jīng)發(fā)展成為32位，類型也已經(jīng)發(fā)展成為上百種系列的近千個品種。一、發(fā)展概況單片機(jī)的發(fā)展時期大致可以分為以下幾個階段：1971～1976年為單片機(jī)的萌芽發(fā)展時期。功能相對簡單的4位單片機(jī)主要用作計算器中的控制部件。1976～1979年為8位單片機(jī)的初始發(fā)展階段：1976年，Intel推出MCS-48列單片機(jī):8位CPU,1K字節(jié)ROM,64字節(jié)RAM,27根I/O線和1個8位定時/計數(shù)器。此時的單片機(jī)相對早期的4位機(jī)在性能上有很大提高，另外，也因其體積小、價格低的優(yōu)點得到了廣泛的應(yīng)用，書寫了單片機(jī)發(fā)展史上重要的一頁。1979～1983年為8位單片機(jī)的完善發(fā)展階段。1980年Intel公司在MCS-48基礎(chǔ)之上推出了高性能8位單片機(jī)MCS-51系列：8位CPU.4K字節(jié)ROM,128字節(jié)RAM.4個8位并口、1個全雙工串行口、2個16位定時/計數(shù)器。尋址范圍64K，并有控制功能較強(qiáng)的布爾處理器。不僅單片機(jī)的存儲容量和中斷能力大大增強(qiáng)，并且開始配備串行通信接口。此時單片機(jī)發(fā)展到一個全新的階段，應(yīng)用領(lǐng)域變得更加廣泛，MCS-51系列單片機(jī)后來成為8位單片機(jī)的典范，一直在經(jīng)典延用。一、發(fā)展概況性能提高階段：1983～1990年為單片機(jī)向微控制器（MCU）發(fā)展的階段。

Intel在1983年推出的MCS-96系列16位單片機(jī)，將數(shù)模轉(zhuǎn)換器（A/D）、程序運行監(jiān)視器（PWM）、脈寬調(diào)制器（WDT）等用于測控系統(tǒng)的部件納入其中，體現(xiàn)了微控制器特性。之后Intel公司逐漸淡出MCU的開發(fā)，Philips公司以其在嵌入應(yīng)用方面的優(yōu)勢，在MCU發(fā)展方面走在前列。與此同時，各大公司的32位單片機(jī)也競相問世，并且開始應(yīng)用到一些高端領(lǐng)域。一、發(fā)展概況多樣化發(fā)展階段：1990年至今，單片機(jī)的發(fā)展趨向多元化，各大廠商在推出16位和32位高端單片機(jī)的同時，對8位單片機(jī)進(jìn)行功能上的擴(kuò)展，衍生出很多新型的單片機(jī)，以滿足各行業(yè)不同層次的需求。如SiliconLabs公司推出的單片機(jī)C8051F120:8位高速CPU(100MIPS);128K字節(jié)FLASH;5個16位定時計數(shù)器;2個UART，另有SMBus和SPI總線接口;20個中斷源;8路12位ADC,2路12位DAC;片內(nèi)看門狗定時器等?？刂菩阅軆?yōu)異、種類繁多。“微控制器”的稱謂更能反映單片機(jī)的本質(zhì)。一、發(fā)展概況二、典型單片機(jī)介紹1．Intel公司 Intel公司是單片機(jī)的領(lǐng)跑者，MCS-51系列單片機(jī)是該公司系列單片機(jī)的總稱，8031、8051、8751、8032、8052和8752等都屬于該系列，8051是其中的典型代表，其他單片機(jī)只是在其基礎(chǔ)上進(jìn)行了一些調(diào)整，所以人們習(xí)慣上以8051來稱呼MCS-51系列單片機(jī)。另外，在Intel公司將MCS-51核心技術(shù)授權(quán)給多家公司后，與8051兼容的各具特色的單片機(jī)陸續(xù)出現(xiàn)。2．Ｍotorola公司Motorola公司是世界上最大的單片機(jī)廠商，在單片機(jī)生產(chǎn)上多采用內(nèi)部倍頻技術(shù)或鎖相環(huán)技術(shù)，從而使得相同時鐘頻率下單片機(jī)內(nèi)部總線速度大大提高。M6805、M68HC05、M68HC11、M68HC12是Motorola公司8位單片機(jī)的典型代表。倍頻（overtune）：倍頻是使獲得頻率為原頻率整數(shù)倍的一種方法。利用非線性器件從原頻率產(chǎn)生多次諧波，通過濾波器選出所需倍數(shù)的那次諧波。倍頻技術(shù)能夠使CPU內(nèi)部工作頻率變?yōu)橥獠款l率的倍數(shù)，并使外部設(shè)備可以工作在一個較低外頻上。鎖相環(huán)技術(shù)（Phase-LockedLoop，PLL）：PLL是實現(xiàn)相位自動控制的負(fù)反饋系統(tǒng)，它使振蕩器的相位和頻率與輸入信號的相位和頻率同步。二、典型單片機(jī)介紹3．ATMEL公司ATMEL公司的8位單片機(jī)有AT89、AT90兩個系列，AT89系列與8051系列單片機(jī)相兼容，具有8KB的閃速存儲器（FlashMemory），采用靜態(tài)時鐘模式。AT90系列單片機(jī)采用增強(qiáng)精簡指令集（RISC）結(jié)構(gòu)，大多數(shù)指令僅需要1個晶振周期，運行速度快；因為最初兩位研發(fā)人員的名字分別以A和V開頭，所以此類單片機(jī)又被稱為AVR單片機(jī)。精簡指令集計算機(jī)（ReducedInstructionSetComputer，RISC）：RISC是和CISC（ComplexInstructionSetComputer，復(fù)雜指令集計算機(jī)）相對的一種CPU架構(gòu)，它把較長的指令分拆成若干條長度相同的單一指令，可使CPU的工作變得單純、速度更快，設(shè)計和開發(fā)也更簡單。二、典型單片機(jī)介紹4．Microchip公司 Microchip公司推出的8位PIC系列單片機(jī)采用RISC結(jié)構(gòu)，PIC16C5X屬于其中的低端產(chǎn)品，價位低，適用于家電產(chǎn)品。PIC12C6XX是PIC系列的中級產(chǎn)品，產(chǎn)品性能相對較高，內(nèi)部帶有EEPROM數(shù)據(jù)存儲器（電擦寫數(shù)據(jù)存儲器）、A/D轉(zhuǎn)換器、PWM輸出等。PIC17CXX屬于這一系列的高端產(chǎn)品，運算速度非?？欤梢酝饨訑U(kuò)展存儲RAM或者EPROM，并且具有豐富的I/O控制功能，適用于偏高檔的設(shè)備。5．EMC公司 臺灣義隆電子（EMC公司）制造的大部分單片機(jī)產(chǎn)品與Microchip公司的PIC系列單片機(jī)兼容。其中，8位EM78系列單片機(jī)因采用數(shù)據(jù)總線和指令總線分離的設(shè)計結(jié)構(gòu)，故以其優(yōu)良的性能得到廣泛應(yīng)用。二、典型單片機(jī)介紹另外，還有很多企業(yè)在單片機(jī)生產(chǎn)和發(fā)展中扮演著重要的角色，如ARM（AdvancedRISCMachines）公司是RISC處理器方面的知名企業(yè)，美國德州儀器公司（TI）在生產(chǎn)數(shù)字信號處理器（DSP）方面擁有領(lǐng)先技術(shù)。如圖所示顯示了單片機(jī)發(fā)展過程中幾種典型的單片機(jī)。今天，單片機(jī)的世界玲瑯滿目，給用戶提供了很大的選擇空間，我們在工作中可以根據(jù)實際需要進(jìn)行選擇。（a）Intel公司4004和8008（b）ATMEL公司AT系列（c）Microchip公司的PIC系列二、典型單片機(jī)介紹單片機(jī)產(chǎn)品近況80C51兼容產(chǎn)品:80C51主流地位已形成，與其兼容的典型產(chǎn)品有:ATMEL的AT89S5X系列(ISP，在系統(tǒng)編程).宏晶的STC89、STC90系列(RS232口編程，方便實用,國產(chǎn)).SiliconLabs的C8051F系列(SOC，片內(nèi)功能模塊豐富)非80C51結(jié)構(gòu)產(chǎn)品:給用戶提供了更為廣泛選擇空間，典型產(chǎn)品有:Microchip公司的PIC系列(品種多便于選型，汽車產(chǎn)品)TI公司的MSP430系列(16位，低功耗，電池供電產(chǎn)品)ATMEL公司的AVR和Mega系列(不易解密，軍工產(chǎn)品)ST公司M3\M4系列(32位，高性能，智能化產(chǎn)品)從單片機(jī)結(jié)構(gòu)上看，整體的發(fā)展趨勢是朝著小容量、低價格和大容量、高性能兩個方向發(fā)展。另外，將需要的外圍電路納入芯片之中，形成系統(tǒng)級芯片（SystemonaChip，SoC）是單片機(jī)發(fā)展的一個熱點。與計算機(jī)的CPU芯片的飛速發(fā)展不同，單片機(jī)的發(fā)展并不是完全推陳出新，低、中、高不同檔次的單片機(jī)都有自己的應(yīng)用市場。4位單片機(jī)在未來一段時間內(nèi)不會退出歷史舞臺，對于簡單的電子小商品來說，4位單片機(jī)完全滿足需求并且價格低廉；8位單片機(jī)仍將是單片機(jī)市場的主流產(chǎn)品；16位和32位單片機(jī)隨著技術(shù)發(fā)展和開發(fā)成本的下降，會在更多科技產(chǎn)品中大顯身手。發(fā)展趨勢3、單片機(jī)中的數(shù)制一、進(jìn)位計數(shù)制按進(jìn)位原則進(jìn)行計數(shù)的方法,稱為進(jìn)位計數(shù)制。十進(jìn)制數(shù)有兩個主要特點:

（1）有10個不同的數(shù)字符號:0、1、2、…、9;

（2）低位向高位進(jìn)位的規(guī)律是“逢十進(jìn)一”。因此,同一個數(shù)字符號在不同的數(shù)位所代表的數(shù)值是不同的。如555.5中4個5分別代表500、50、5和0.5,這個數(shù)可以寫成555.5=5×102+5×101+5×100+5×10-1

式中的10稱為十進(jìn)制的基數(shù),10２、101、100、10-1稱為各數(shù)位的權(quán)。一般而言,對于用R進(jìn)制表示的數(shù)N,可以按權(quán)展開為：

式中,ai

是0、1、…、（R-1）中的任一個,m、n是正整數(shù),R是基數(shù)。在R進(jìn)制中,每個數(shù)字所表示的值是該數(shù)字與它相應(yīng)的權(quán)Ri的乘積,計數(shù)原則是“逢R進(jìn)一”。進(jìn)制通式

當(dāng)R=2時,稱為二進(jìn)位計數(shù)制,簡稱二進(jìn)制。在二進(jìn)制數(shù)中,只有兩個不同數(shù)碼:0和1,進(jìn)位規(guī)律為“逢二進(jìn)一”。任何一個數(shù)N,可用二進(jìn)制表示為：

例如,二進(jìn)制數(shù)1011.01可表示為：(1011.01)2=1×23+0×22+1×21+1×20+0×2-1+1×2-2

1.二進(jìn)制數(shù)當(dāng)R=16時,稱為十六進(jìn)制。在十六進(jìn)制中,有0、1、2、…、9、A、B、C、D、E、F共16個不同的數(shù)碼,進(jìn)位方法是“逢十六進(jìn)一”。例如,（3A8.0D）16可表示為：（3A8.0D)16=3×162+10×161+8×160+0×16-1+13×16-2

2.十六進(jìn)制二、不同進(jìn)制間的相互轉(zhuǎn)換1.二、八、十六進(jìn)制轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制例1：

將數(shù)(10.101)2,(46.12)8,(2D.A4)16轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制。（10.101)2=1×21+0×20+1×2-1+0×2-2+1×2-3=2.625(46.12)8=4×81+6×80+1×8-1+2×8-2=38.15625(2D.A4)16=2×161+13×160+10×16-1+4×16-2=45.64062

(1)整數(shù)部分:除基取余法。例2：

將（168.645)10轉(zhuǎn)換成二、八、十六進(jìn)制數(shù)。2.十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成二、八、十六進(jìn)制數(shù)

(2)小數(shù)部分:乘基取整法。例2：

將（168.645)10轉(zhuǎn)換成二、八、十六進(jìn)制數(shù)。2.十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成二、八、十六進(jìn)制數(shù)故：(0.645)10=(0.10100)2=(0.51217)8=(0.A51EB)16

2024/10/2233因此：

將（168.645)10

轉(zhuǎn)換成二、八、十六進(jìn)制數(shù)。168.645)10=(10101000.10100)2=(250.51217)8=(A8.A51EB)163.將二進(jìn)制換成十六進(jìn)制例6將（110101.011)2轉(zhuǎn)換為十六進(jìn)制數(shù)。00110101.011035

.6即：（110101.011)2=(35.6)16

34三、帶符號數(shù)的表示1.機(jī)器數(shù)及真值

計算機(jī)正負(fù)符號如何表示呢？規(guī)定最高位為符號位：“0”表示正,“1”表示負(fù)。

例如,X=-1101010B,Y=+1101010B,則X表示為:11101010B,Y表示為01101010B。

2.原碼

當(dāng)符號位不變,數(shù)值部分用真值的絕對值來表示的二進(jìn)制機(jī)器數(shù)稱為原碼。例如+115和-115的8位原碼可分別表示為：［+115］原=01110011B;［-115］原=11110011B352.反碼

正數(shù)的反碼等于原碼;負(fù)數(shù)的反碼,由它的正數(shù)的原碼按位取反形成。例如:X=+103,則［X］反=［X］原=01100111B;

X=-103,［X］原=11100111B,則［X］反=10011000B。3.補(bǔ)碼對于n位計算機(jī)來說,數(shù)X的補(bǔ)碼定義為：即正數(shù)的補(bǔ)碼就是它本身,負(fù)數(shù)補(bǔ)碼是真值與模數(shù)相加而得。

36例如,n=8時：

［+75］補(bǔ)=01001001B

［-73］補(bǔ)=100000000B-01001001B=10110111B

［0］補(bǔ)=［+0］補(bǔ)=［-0］補(bǔ)=00000000B

可見,數(shù)0的補(bǔ)碼表示是唯一的。在用補(bǔ)碼定義求負(fù)數(shù)補(bǔ)碼的過程中,由于做減法不方便,一般該法不用。負(fù)數(shù)補(bǔ)碼的求法:用原碼求反碼,再在數(shù)值末位加1,即:［X］補(bǔ)=［X］反+1。例如:［-30］補(bǔ)=［-30］反+1=［+30］原+1=11100001+1=11100010B。8位二進(jìn)制補(bǔ)碼能表示的范圍為:-128~+127,若超過此范圍,則為溢出。