单片机及工程应用

单片机及工程应用第1页，共35页，2023年，2月20日，星期一各种类型的单片机第2页，共35页，2023年，2月20日，星期一第3页，共35页，2023年，2月20日，星期一第一章绪论1.1微型计算机与单片机微处理器：集成控制器和运算器的一片半导体芯片。微型计算机：微型计算机简称微机，它包括一个微处理器及存储器和连接外设的接口电路。如个人计算机。单片机：将微型计算机系统所用的大多数IC芯片集成到一个芯片中。可以认为，单片机就是将微型计算机的CPU、存储器、I/O端口、中断控制器等全部做在一个芯片中去构成的。由于单片机主要用于控制系统，所以有时称为微控制器，简称MCU.第4页，共35页，2023年，2月20日，星期一1.1.2微型机的发展概况电子计算机技术的发展，相继经历了五个时代：

1电子管计算机；

2晶体管计算机；

3集成电路计算机；

4大规模集成电路计算机；

5超大规模集成电路计算机；目前：随着大规模集成电路技术的不断发展，导致微型机向两个方向发展：第5页，共35页，2023年，2月20日，星期一一是向高速度，大容量，多媒体和网络应用等方向发展。二是向稳定可靠，体积小，功耗低，价格廉，专用型方向发展。第6页，共35页，2023年，2月20日，星期一1.1.3单片机的发展概况：单片机技术发展过程可分为三个主要阶段：

◆单芯片微机形成阶段

1976年，Intel公司推出了MCS-48系列单片机。他是8位CPU、1K字节ROM、64字节RAM、27根I/O线和1个8位定时/计数器。特点是：存储器容量较小，寻址范围小（不大于4K），无串行接口，指令系统功能不强。第7页，共35页，2023年，2月20日，星期一◆性能完善提高阶段

1980年，Intel公司推出了MCS-51系列单片机：8位CPU、4K字节ROM、128字节RAM、4个8位并口、1个全双工串行口、2个16位定时/计数器。寻址范围64K，并有控制功能较强的布尔处理器。特点是：结构体系完善，性能已大大提高，面向控制的特点进一步突出。现在，MCS-51已成为公认的单片机经典机种。第8页，共35页，2023年，2月20日，星期一◆微控制器化阶段1982年，Intel推出MCS-96系列单片机。芯片内集成：16位CPU、8K字节ROM、232字节RAM、5个8位并口、1个全双工串行口、2个16位定时/计数器。寻址范围64K。片上还有8路10位ADC、1路PWM输出及高速I/O部件等。特点是：片内面向测控系统外围电路增强，使单片机可以方便灵活地用于复杂的自动测控系统及设备。“微控制器”的称谓更能反应单片机的本质。第9页，共35页，2023年，2月20日，星期一MCS-51系列（1）MCS-51是Intel公司生产的一个单片机系列名称。属于这一系列的单片机有多种，如：

﹡8051/8751/8031；

﹡8052/8752/8032；

﹡80C51/87C51/80C31

﹡80C52/87C52/80C32等

。第10页，共35页，2023年，2月20日，星期一该系列生产工艺有两种一是HMOS工艺（高密度短沟道MOS工艺）。二是CHMOS工艺（互补金属氧化物的HMOS工艺）。

CHMOS是CMOS和HMOS的结合，既保持了HMOS高速度和高密度的特点，还具有CMOS的低功耗的特点。在产品型号中凡带有字母“C”的即为CHMOS芯片，CHMOS芯片的电平既与TTL电平兼容，又与CMOS电平兼容。第11页，共35页，2023年，2月20日，星期一在功能上，该系列单片机有基本型和增强型两大类：基本型：8051/8751/803180C51/87C51/80C31增强型：8052/8752/803280C52/87C52/80C32第12页，共35页，2023年，2月20日，星期一在片内程序存储器的配置上，该系列单片机有三种形式，即掩膜ROM、EPROM和ROMLess(无片内程序存储器)。如﹡80C51有4K字节的掩膜ROM；﹡87C51有4K字节的EPROM；﹡80C31在芯片内无程序存储器。第13页，共35页，2023年，2月20日，星期一80C51典型产品资源配置第14页，共35页，2023年，2月20日，星期一1.2单片机的应用◆智能仪器仪表

单片机用于各种仪器仪表，一方面提高了仪器仪表的使用功能和精度，使仪器仪表智能化，同时还简化了仪器仪表的硬件结构，从而可以方便地完成仪器仪表产品的升级换代。如各种智能电气测量仪表、智能传感器等。第15页，共35页，2023年，2月20日，星期一机电一体化产品机电一体化产品是集机械技术、微电子技术、自动化技术和计算机技术于一体，具有智能化特征的各种机电产品。单片机在机电一体化产品的开发中可以发挥巨大的作用。典型产品如机器人、数控机床、自动包装机、点钞机、医疗设备、打印机、传真机、复印机等。第16页，共35页，2023年，2月20日，星期一

智能家电

DVD/VCD其他数码相机玩具网关、网络家电智能玩具

移动图像终端

TFTLCD电视第17页，共35页，2023年，2月20日，星期一实时工业控制单片机还可以用于各种物理量的采集与控制。电流、电压、温度、液位、流量等物理参数的采集和控制均可以利用单片机方便地实现。在这类系统中，利用单片机作为系统控制器，可以根据被控对象的不同特征采用不同的智能算法，实现期望的控制指标，从而提高生产效率和产品质量。典型应用如电机转速控制、温度控制、自动生产线等。第18页，共35页，2023年，2月20日，星期一分布式系统的前端模块

在较复杂的工业系统中，经常要采用分布式测控系统完成大量的分布参数的采集。在这类系统中，采用单片机作为分布式系统的前端采集模块，系统具有运行可靠，数据采集方便灵活，成本低廉等一系列优点。家用电器家用电器是单片机的又一重要应用领域，前景十分广阔。如空调器、电冰箱、洗衣机、电饭煲、高档洗浴设备、高档玩具等。第19页，共35页，2023年，2月20日，星期一第二章MCS-51单片机的基本结构主要内容★单片机中数的表示方式：二进制、十进制和十六进制数二进制、十进制和十六进制数之间的转换关系★有符号数的表示方法：原码，反码和补码。★

BCD码ASCII码及各种逻辑数据重点和难点：★各种数制之间的转换★有符号数的运算关系第20页，共35页，2023年，2月20日，星期一引言:●

十进制数是人们习惯使用的进制。●计算机只能“识别”二进制数。●为了书写和识读方便，计算机程序需要用十六进制数表示。●十进制数、二进制数、十六进制数之间的关系、相互转换和运算方法，是学习计算机必备的基础知识。第21页，共35页，2023年，2月20日，星期一2.1、二进制、十进制和十六进制数⒈十进制数主要特点：①基数是10。有10个数码（数符）构成：

0、1、2、3、4、5、6、7、8、9。②进位规则是“逢十进一”。【例】

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

称为十进制数各数位的“权”。第22页，共35页，2023年，2月20日，星期一⒉二进制数

主要特点：①基数是2。只有两个数码：0和1。②进位规则是“逢二进一”。每左移一位,数值增大一倍；右移一位,数值减小一半。

二进制数用尾缀B作为标识符。【例】111.11B=1×22+1×21+1×20+1×2-1+1×2-2=7.75

其中，22、21、20、2-1、2-2

称为二进制数各数位的“权”

第23页，共35页，2023年，2月20日，星期一3十六进制数

主要特点：①基数是16。共有16个数符构成：

0、1、…、9、A、B、C、D、E、F。其中，

A、B、C、D、E、F代表的数值分别为

10、11、12、13、14、15。②进位规则是“逢十六进一”。十六进制数用尾缀H表示。【例】A3.4H

=10×161+3×160+4×16-1

=160+3+0.25

=163.25

其中，163、162、161、160、16-1、16-2

称为十六进制数各数位的“权”。第24页，共35页，2023年，2月20日，星期一十六进制数、二进制数和十进制数对应关系表十进制数十六进制数二进制数十进制数十六进制数二进制数000H0000B110BH1011B101H0001B120CH1100B202H0010B130DH1101B303H0011B140EH1110B404H0100B150FH1111B505H0101B1610H00010000B606H0110B1711H00010001B707H0111B1812H00010010B808H1000B1913H00010011B909H1001B2014H00010100B100AH1010B2115H00010101B十六进制数、二进制数和十进制数对应关系表第25页，共35页，2023年，2月20日，星期一2.2、数制转换

⒈二进制数与十六进制数相互转换

⑴二进制数转换成十六进制数

①整数部分：

自右向左，四位一组，不足四位，向左填零，各部分用相应的十六进制数替代；

②小数部分：

自左向右，四位一组，不足四位，向右填零，各部分用相应的十六进制数替代；

第26页，共35页，2023年，2月20日，星期一十六进制数转换成二进制数每位十六进制数分别用相应4位二进制数替代。二进制十六进制二进制十六进制00000100080001110019001021010100011310111101004110012010151101130110611101401117111115第27页，共35页，2023年，2月20日，星期一⒊十进制数转换成二进制数、十六进制数⑴整数部分的转换①十进制整数转换成二进制整数的方法：

除2取余法②十进制数整数转换成十六进制数的方法：

除16取余法⑵小数部分的转换①十进制小数转换成二进制小数的方法：

乘2取整法②十进制小数转换成十六进制小数的方法：

乘16取整法第28页，共35页，2023年，2月20日，星期一2.3有符号数的表示方法：原码、反码和补码数的正负表示形式：

D7=1表示负数，D7=0表示正数。D7D6D5D4D3D2D1D0

符号位数值位第29页，共35页，2023年，2月20日，星期一在计算机中，机器数有三种表示方法：即原码、反码和补码微型计算机的原码形式就是机器数形式。他们的最高位为符号位，其余为数值位。①对于正数：②对于负数：[X]反=[X]原数值位取反，符号位不变。[X]补=[X]反

+1[X]原=[X]反=[X]补采取补码运算，可以将减法转换成加法运算。第30页，共35页，2023年，2月20日，星期一2.4非数值数据一逻辑数据

逻辑数据只能参加逻辑运算。基本的逻辑运算包括与，或，非三种运算。与运算的规则是：参加运算的两个数据同为1时结果才为1。或运算的规则是：参加运算的两个数据只要有一个为1，结果就为1。非运算是指：取反，原来是1非完之后就是0。第31页，共35页，2023年，2月20日，星期一二、8421BCD码

8421BCD码称为二-十进制数或简称BCD码(BinaryCodedDecimalCode)，用标识符[……]BCD表示。特点：保留了十进制的权，每一位十进制数字则用二进制码表示。⒈编码方法

二-十进制数是十进制数，逢十进一，只是数符0～9用4位二进制码0000～1001表示而已；

每4位以内按二进制进位；

4位与4位之间按十进制进位。

⒉转换关系

⑴BCD码与十进制数相互转换关系

⑵BCD码与二进制数相互转换关系

BCD码与二进制数之间不能直接相互转换，通常要先转换成十进制数。

第32页，共35页，2023年，2月20日，星期一【例】将二进制数01000011B转换成BCD码。解：01000011B=67=[01100111]BCD

需要指出的是:

决不能把[01100111]BCD误认为二进制码01100111B