第1章_單片機(jī)基礎(chǔ)知識(shí).ppt

1、單片機(jī)原理與應(yīng)用技術(shù),第1章 單片機(jī)基礎(chǔ)知識(shí),1.1 單片機(jī)的發(fā)展概況 1.2 計(jì)算機(jī)中數(shù)的表示方法,1.1 單片機(jī)的發(fā)展概況,1.1.1 什么是單片機(jī) 定義： 將微型計(jì)算機(jī)的基本功能部件:中央處理器（CPU）、存儲(chǔ)器（ROM和RAM）、輸入/輸出接口（I/O）、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器（T/C）、中斷系統(tǒng)等多種資源集成在一個(gè)半導(dǎo)體芯片上，使得一塊集成電路芯片就能構(gòu)成一個(gè)完整的微型計(jì)算機(jī)，這種集成電路芯片被稱(chēng)為單片微型計(jì)算機(jī)（Single Chip Microcomputer），簡(jiǎn)稱(chēng)單片機(jī)。,返回,下一頁(yè),1.1 單片機(jī)的發(fā)展概況,全稱(chēng)： （1）國(guó)內(nèi)形象稱(chēng)謂單片微型計(jì)算機(jī)（Single Chip Mic

2、rocomputer），即 SCM。 （2）國(guó)際稱(chēng)謂微型控制器（Micro Controller Unit），即MCU。 二者都指單片機(jī)，前者命名側(cè)重于單片機(jī)的外在形象，后者命名側(cè)重于單片機(jī)的功能和應(yīng)用。,返回,下一頁(yè),上一頁(yè),1.1 單片機(jī)的發(fā)展概況,單片機(jī)與單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的區(qū)別： 從其組成、邏輯功能上來(lái)看，單片機(jī)都具備了微機(jī)系統(tǒng)的基本部件和基本功能。 但需要指出的是，單片機(jī)畢竟還只是一個(gè)芯片，只有在配置了應(yīng)用系統(tǒng)所需的電源、接口芯片、輸入/輸出設(shè)備（如顯示器、鍵盤(pán)、打印機(jī)等） 、應(yīng)用軟件等，才可以構(gòu)成實(shí)用的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。,返回,下一頁(yè),上一頁(yè),1.1 單片機(jī)的發(fā)展概況,1.1.2 單片機(jī)

3、發(fā)展歷程及產(chǎn)品近況 1975年美國(guó)德克薩斯儀器公司(TI公司)最先推出單片機(jī)TMS1000。 單片機(jī)的迅速發(fā)展源于1976年Intel公司推出了MCS- 48系列單片機(jī)。 縱觀整個(gè)單片機(jī)技術(shù)的發(fā)展過(guò)程，可以分為以下3個(gè)主要階段。,返回,下一頁(yè),上一頁(yè),1.1 單片機(jī)的發(fā)展概況,1. 單片機(jī)形成階段 1976年，Intel公司推出了MCS- 48系列單片機(jī)。該系列單片機(jī)早期產(chǎn)品在芯片內(nèi)集成有：8位CPU 、1 KB ROM、64B RAM 、27 根I/O線(xiàn)和1個(gè) 8位定時(shí)/計(jì)數(shù)器。 此階段單片機(jī)的主要特點(diǎn)是：在單個(gè)芯片內(nèi)完成了CPU、存儲(chǔ)器、I/O接口、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、中斷系統(tǒng)、時(shí)鐘等部件的集成

4、。但存儲(chǔ)器容量較小，尋址范圍?。ú淮笥? K），無(wú)串行接口，指令系統(tǒng)功能不強(qiáng)。,返回,下一頁(yè),上一頁(yè),1.1 單片機(jī)的發(fā)展概況,2. 性能完善提高階段 1980年，Intel公司推出MCS-51系列單片機(jī)。該系列單片機(jī)在芯片內(nèi)集成有：8位CPU 、4KB ROM、128 B RAM、4個(gè)8位并行接口、1個(gè)全雙工串行接口、2個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器，尋址范圍為64 K，并集成有控制功能較強(qiáng)的布爾處理器（完成位處理功能）。 此階段單片機(jī)的主要特點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)體系完善，性能已大大提高，面向控制的特點(diǎn)進(jìn)一步突出。現(xiàn)在，MCS-51已成為公認(rèn)的單片機(jī)經(jīng)典系列。,返回,下一頁(yè),上一頁(yè),1.1 單片機(jī)的發(fā)展概況,3

5、. 微控制器化階段 1982年，Intel公司推出MCS-96系列單片機(jī)。該系列單片機(jī)在芯片內(nèi)集成有：16位CPU、 8KB ROM、232B RAM、5個(gè)8位并行接口、1個(gè)全雙工串行接口、2個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器。尋址范圍最大為64K，片上還有8路10位ADC , 1路PWM （D/A）輸出及高速I(mǎi)/O部件等。 此階段單片機(jī)的主要特點(diǎn)是：片內(nèi)面向測(cè)控系統(tǒng)外圍電路增強(qiáng)，使單片機(jī)可以方便靈活地用于復(fù)雜的自動(dòng)測(cè)控系統(tǒng)及設(shè)備。至此，“微控制器”的稱(chēng)謂更能反應(yīng)單片機(jī)的本質(zhì)。,返回,下一頁(yè),上一頁(yè),1.1 單片機(jī)的發(fā)展概況,單片機(jī)的主要生產(chǎn)廠商及產(chǎn)品,返回,下一頁(yè),上一頁(yè),1.1 單片機(jī)的發(fā)展概況,805

6、1系列單片機(jī)產(chǎn)品繁多，主流地位已經(jīng)形成 通用微型計(jì)算機(jī)主要用于計(jì)算和信息能力的處理，計(jì)算速度的提高主要體現(xiàn)在CPU位數(shù)的提高（16位、32位、64位），而單片機(jī)更多應(yīng)用于控制領(lǐng)域，注重的是產(chǎn)品的可靠性、經(jīng)濟(jì)性和嵌入性。 多年來(lái)的應(yīng)用實(shí)踐已經(jīng)證明，51系列單片機(jī)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)合理、技術(shù)成熟，能滿(mǎn)足絕大多數(shù)應(yīng)用領(lǐng)域的需要。所以以MCS-51系列為主的8位單片機(jī)，現(xiàn)在及以后的相當(dāng)一段時(shí)期內(nèi)仍然將占據(jù)單片機(jī)應(yīng)用市場(chǎng)的主導(dǎo)地位。,返回,下一頁(yè),上一頁(yè),1.1 單片機(jī)的發(fā)展概況,80C51系列 80C51是MCS-51系列單片機(jī)中CHMOS工藝的一個(gè)典型品種。其他廠商以8051為基核開(kāi)發(fā)出的CHMOS工藝單片

7、機(jī)產(chǎn)品也統(tǒng)稱(chēng)為80C51系列。當(dāng)前單片機(jī)開(kāi)發(fā)常用的80C51系列產(chǎn)品有Intel公司的80C31、 80C51、87C51、 80C32、80C52 、87C52等，還有ATMEL公司的AT89C51、AT89C52、AT89C2051、AT89C4051等融入了FLASH存儲(chǔ)器技術(shù)的AT89系列。除此之外，還有Philips 、華邦、Dallas , Siemens等公司的許多產(chǎn)品。雖然這些產(chǎn)品在某些方面有一些差異，但基本結(jié)構(gòu)是相同的，從而形成了80C51的主流產(chǎn)品地位。,返回,上一頁(yè),下一頁(yè),1.1 單片機(jī)的發(fā)展概況,思考： 1. 我們?cè)谌粘Ｉ钪腥绾芜x購(gòu)產(chǎn)品？是否產(chǎn)品越新、性能越好、功能

8、越多，越適宜購(gòu)買(mǎi)？ 2. 對(duì)于單片機(jī)，目前我們應(yīng)首選哪個(gè)系列來(lái)學(xué)習(xí)和應(yīng)用？,返回,下一頁(yè),上一頁(yè),1.1 單片機(jī)的發(fā)展概況,1.1.3 單片機(jī)的特點(diǎn)及應(yīng)用 1. 單片機(jī)的特點(diǎn) （1）體積小、重量輕、功耗低、功能強(qiáng)、性?xún)r(jià)比高。 （2）數(shù)據(jù)大都在單片機(jī)內(nèi)部傳送，運(yùn)行速度快，抗 干擾能力強(qiáng)，可靠性高。 （3）結(jié)構(gòu)靈活，易于組成各種微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。 （4）應(yīng)用廣泛，既可用于工業(yè)自動(dòng)控制等場(chǎng)合，又可用于測(cè)量?jī)x器、醫(yī)療儀器及家用電器等領(lǐng)域。,返回,下一頁(yè),上一頁(yè),1.1 單片機(jī)的發(fā)展概況,2. 單片機(jī)的應(yīng)用 （1）自動(dòng)控制領(lǐng)域 單片機(jī)能在惡劣的環(huán)境下工作，又具有通信功能。既可以組成靈活的單機(jī)控制，也可組成復(fù)

9、雜的多機(jī)控制系統(tǒng)。因此，常用于現(xiàn)場(chǎng)信息的采集和分析處理。 （2）智能儀器儀表 由于單片機(jī)體積小、重量輕、抗干擾能力強(qiáng)和功耗小的優(yōu)勢(shì)，已取代大部分?jǐn)?shù)模電路成為了儀器儀表中的主要部件。例如：集記錄、打印和存儲(chǔ)功能為一體的儀表、溫度智能控制儀表、數(shù)字示波器等。,返回,下一頁(yè),上一頁(yè),1.1 單片機(jī)的發(fā)展概況,2. 單片機(jī)的應(yīng)用 （3）國(guó)防現(xiàn)代化 可以應(yīng)用于偵察機(jī)、雷達(dá)、激光器件、衛(wèi)星、車(chē)載系統(tǒng)和武器的制導(dǎo)系統(tǒng)。 （4）信息通信技術(shù)路由器、交換機(jī)和手機(jī) （5）家用電器洗衣機(jī)、電冰箱、空調(diào)、電視遙控器等 （6）機(jī)電一體化設(shè)備單片機(jī)數(shù)控機(jī)床、鉆床等 （7）計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)鍵盤(pán)、光盤(pán)等 （8）汽車(chē)電子設(shè)備汽車(chē)

10、儀表、點(diǎn)火控制、防盜控制等,返回,下一頁(yè),上一頁(yè),1.1 單片機(jī)的發(fā)展概況,1.1.4 學(xué)好單片機(jī)的要點(diǎn) 本課程以51系列中的AT89C51為例來(lái)講解單片機(jī)的知識(shí) 1. 硬件 單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)以及各部分的功能用法 2. 軟件 單片機(jī)的指令系統(tǒng)，包括111條指令和偽指令 3. 仿真與調(diào)試 Keil C51、Proteus軟件的使用,返回,下一頁(yè),上一頁(yè),1.2 計(jì)算機(jī)中數(shù)的表示方法,1.2.1 數(shù)制及其轉(zhuǎn)換 凡采用數(shù)字符號(hào)排列，按照由低位向高位進(jìn)位計(jì)數(shù)的方法稱(chēng)為進(jìn)位計(jì)數(shù)制，簡(jiǎn)稱(chēng)為計(jì)數(shù)制或進(jìn)位制。在人們的日常生活中，會(huì)碰到各種不同的進(jìn)位計(jì)數(shù)制，如： （1）二進(jìn)制：由數(shù)字符號(hào)0、1構(gòu)成，逢2進(jìn)1，用

11、后綴B表示。 （2）八進(jìn)制：由數(shù)字符號(hào)0一7構(gòu)成，逢8進(jìn)1，用后綴O/Q表示。 （3）十進(jìn)制：由數(shù)字符號(hào)0一9構(gòu)成，逢10進(jìn)1 ，用后綴D表示。 （4）十六進(jìn)制：由數(shù)字符號(hào)0一9和字母A一F構(gòu)成，逢16進(jìn)1 ，用后綴H表示。 通常在十進(jìn)制書(shū)寫(xiě)中，后綴D可省略。,返回,下一頁(yè),上一頁(yè),1.2 計(jì)算機(jī)中數(shù)的表示方法,在計(jì)算機(jī)內(nèi)部，數(shù)的表示僅采用二進(jìn)制，即計(jì)算機(jī)內(nèi)部處理的數(shù)據(jù)（數(shù)值數(shù)據(jù)、字符、圖形、聲音等）必須用0、1的代碼表示，計(jì)算機(jī)能夠理解的語(yǔ)言也只能是由0、1構(gòu)成的語(yǔ)言。二進(jìn)制很容易用電子元件的兩種不同的狀態(tài)來(lái)表示，例如，用高電平表示1，用低電平表示0；電路接通用1表示，斷開(kāi)用0表示。 十進(jìn)制

12、為人們?nèi)粘Ｉ钪谐Ｓ?由于二進(jìn)制太長(zhǎng)，不便于記憶和書(shū)寫(xiě)，所以提出了八、十六進(jìn)制的書(shū)寫(xiě)形式,返回,下一頁(yè),上一頁(yè),1.2 計(jì)算機(jī)中數(shù)的表示方法,返回,表1-1 015在各種數(shù)制下的表示,下一頁(yè),上一頁(yè),1.2 計(jì)算機(jī)中數(shù)的表示方法,返回,下一頁(yè),上一頁(yè),1. 二/十六進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù) 將二/十六進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)，只需按位按權(quán)展開(kāi)求累加和即可。 例1：1101B = 231221210201=13 例2：1F3DH = 163116215161316013 = 4096125615163113 = 409638404813 = 7997 練習(xí)： （1）111111B =（）D （2）FEH

13、=（）D,1.2 計(jì)算機(jī)中數(shù)的表示方法,2.十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為二/十六進(jìn)制數(shù) 需對(duì)其整數(shù)和小數(shù)部分分別進(jìn)行轉(zhuǎn)換。 （1）整數(shù)轉(zhuǎn)換的方法是：用2/16不斷地去除要轉(zhuǎn)換的十進(jìn)制整數(shù)，直至商為0。每次所得的余數(shù)即為二進(jìn)制數(shù)位，最初得到的余數(shù)是二進(jìn)制整數(shù)的最低位。這就是所謂的“除2/16取余，逆序排列”。 （2）小數(shù)轉(zhuǎn)換的方法是：用2/16不斷地去乘要轉(zhuǎn)換的十進(jìn)制小數(shù)，直至乘積的小數(shù)部分為0。每次所得的整數(shù)部分即為二進(jìn)制數(shù)位，最初得到的整數(shù)是二進(jìn)制小數(shù)的最高位。這就是所謂的“乘2/16取整，順序排列”。,返回,下一頁(yè),上一頁(yè),1.2 計(jì)算機(jī)中數(shù)的表示方法,返回,下一頁(yè),上一頁(yè),例3：52D = 11010

14、0B 例4：0.625D = 0.101B 例5：386.625D= 182.AH 練習(xí)： （3）65.375D = （）B （4）31.125D = （）H,1.2 計(jì)算機(jī)中數(shù)的表示方法,3. 二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為十六進(jìn)制數(shù)，具體方法如下: （1）把二進(jìn)制數(shù)以小數(shù)點(diǎn)為界向左向右每4位分成一組，不足4位的以0補(bǔ)齊。 （2）把每組4位的二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成1位的十六進(jìn)制數(shù)。 （3）按從左到右的次序?qū)懗鲛D(zhuǎn)換結(jié)果。 4. 十六進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù) 只需從左到右把每位十六進(jìn)制數(shù)寫(xiě)成相應(yīng)的4位二進(jìn)制數(shù)，并把結(jié)果寫(xiě)在一起即可。,返回,下一頁(yè),上一頁(yè),1.2 計(jì)算機(jī)中數(shù)的表示方法,例6：11111.1100011B 1

15、 1111 . 1100 0110B 0001 1111 . 1100 0110B = 1FC6H 例7：3AB9H = 0011 1010 1011 1001B 練習(xí)： （5）1101101110B =（）H （6）D18CH=（）B,返回,下一頁(yè),上一頁(yè),1.2 計(jì)算機(jī)中數(shù)的表示方法,思考： 八進(jìn)制數(shù)與二進(jìn)制數(shù)、十進(jìn)制數(shù)以及十六進(jìn)制數(shù)之間如何轉(zhuǎn)換？,返回,下一頁(yè),上一頁(yè),1.2 計(jì)算機(jī)中數(shù)的表示方法,1.2.2 數(shù)的表示 1. 常用的名詞術(shù)語(yǔ) 位、字節(jié)、字以及字長(zhǎng)都是計(jì)算機(jī)中常用的名詞術(shù)語(yǔ)。 （1）位（bit） 位是指一個(gè)二進(jìn)制位，是計(jì)算機(jī)中信息存儲(chǔ)的最小單位，用b表示。,返回,下一頁(yè),上

16、一頁(yè),1.2 計(jì)算機(jī)中數(shù)的表示方法,（2）字節(jié)（Byte） 字節(jié)指相鄰的 8 個(gè)二進(jìn)制位，通常存儲(chǔ)器是以字節(jié)為單位存儲(chǔ)信息的。字節(jié)用B表示。 （3）字（Word）及字長(zhǎng) 字是計(jì)算機(jī)內(nèi)部進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞、數(shù)據(jù)處理的基本單元。一個(gè)字所包含的二進(jìn)制位數(shù)稱(chēng)為字長(zhǎng)。字用W表示。在一般的微機(jī)中定義一個(gè)字長(zhǎng)為 2 個(gè)字節(jié)。,返回,下一頁(yè),上一頁(yè),1.2 計(jì)算機(jī)中數(shù)的表示方法,2. 原碼、反碼和補(bǔ)碼 在計(jì)算機(jī)中對(duì)于符號(hào)數(shù)有不同的編碼方式，人們通常采用三種編碼表示：原碼、反碼和補(bǔ)碼。計(jì)算機(jī)中的數(shù)通常用補(bǔ)碼表示，因?yàn)樵S多計(jì)算機(jī)為了簡(jiǎn)化硬件電路，內(nèi)部只有加法器，如果采用補(bǔ)碼，則可以方便的將減法運(yùn)算變?yōu)榧臃ㄟ\(yùn)算。 （1）

17、原碼 最高位為符號(hào)位（正數(shù)用0表示，負(fù)數(shù)用1表示），其他位為數(shù)值位，這種表示稱(chēng)為符號(hào)數(shù)的原碼表示。 （2）反碼 反碼由原碼求得，對(duì)于正數(shù)，反碼與原碼相同；對(duì)于負(fù)數(shù)，反碼符號(hào)位為1不變，數(shù)值位逐位取反。,返回,下一頁(yè),上一頁(yè),1.2 計(jì)算機(jī)中數(shù)的表示方法,（3）補(bǔ)碼 補(bǔ)碼由反碼求得，對(duì)于正數(shù)，補(bǔ)碼與原碼相同；對(duì)于負(fù)數(shù)，補(bǔ)碼為反碼加1。 （4）補(bǔ)碼數(shù)的表示范圍 一個(gè)n位二進(jìn)制補(bǔ)碼數(shù)的表示范圍是： -2n-1 N2n-1-1 當(dāng)n =8時(shí)數(shù)的表示范圍是：-128N+127 當(dāng)n =16時(shí)數(shù)的表示范圍是： - 32768N+ 32767 如果兩個(gè)8位二進(jìn)制補(bǔ)碼數(shù)的運(yùn)算結(jié)果超過(guò)- 128N +127的范

18、圍，或者兩個(gè)16位二制補(bǔ)碼數(shù)的運(yùn)算結(jié)果超過(guò)- 32768N+ 32767的范圍，則稱(chēng)為運(yùn)算結(jié)果溢出，在實(shí)際編程中要注意避免溢出。,返回,下一頁(yè),上一頁(yè),1.2 計(jì)算機(jī)中數(shù)的表示方法,例8：求-21的原碼、反碼、和補(bǔ)碼，用補(bǔ)碼加法運(yùn)算35-21的值。 -21原=10010101B -21反=11101010B -21補(bǔ)=11101011B 35補(bǔ)=00100011B 35-21補(bǔ)= 35補(bǔ)+ -21補(bǔ)=00001110B 35-21原= 35-21補(bǔ)=14 練習(xí)（7）：用補(bǔ)碼加法運(yùn)算12-28的值。,返回,下一頁(yè),上一頁(yè),1.2 計(jì)算機(jī)中數(shù)的表示方法,3. ASCII碼 計(jì)算機(jī)在處理信息時(shí)，有時(shí)需要處理字符或字符串，例如從鍵盤(pán)輸入的信息或打印的信息都是以字符方式處理的，因此，計(jì)算機(jī)必須能用二進(jìn)制數(shù)表示字符。 計(jì)算機(jī)中最常用的字符編碼是美