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单片机基础 2020 2 2 2 第一章单片机基础知识 学习目标 1 掌握数制及其转换方法 2 了解数据表示方法及其编码 3 了解单片机基础知识 2020 2 2 3 一 什么是单片机 单片机就是单片微型计算机 是将计算机的中央处理器 CPU 存储器 ROM RAM 输入 输出 I O 接口等集成在一小块硅片上的微型机 1 1单片机的发展及特点 2020 2 2 4 单片机组成框图 RAM I O接口电路 CPU 时钟 定时器 计数器 ROM 2020 2 2 5 二 单片机发展史 单片机属于微型机 微型计算机的发展形成两大分支 1 独立使用式微机 PC机 PC机系统全力实现海量高速数据处理 兼顾控制功能 2 嵌入式微机单片机 单片机系统全力满足测控对象的测控功能 兼顾数据处理能力 单片机作为工业控制和数据处理的计算机 它的结构与指令功能都是按照工业控制要求设计的 也被称为 微控制器 微处理器 Micro controller Micro processor 主要有 4位 8位 16位 32位等 2020 2 2 6 单片机发展概况 1976 1978初级8位单片机IntelMCS 48系列1978 1983高档8位单片机IntelMCS 51系列 51子系列 8031 8051 8751 52子系列 8032 8052 8752低功耗型80C31高性能型80C252廉价型89C2051 1051 1983 90年代初16位单片机IntelMCS 96系列8098 8096 80C198 80C19690年代初 至今16位单片机高档32位单片机 2020 2 2 7 三 单片机的特点及应用 突出特点 存储器结构计算机有两种存储结构 哈佛结构 程序存储器和数据存储器分开 普林斯顿结构 程序存储器和数据存储器合并 单片机采用哈佛结构体系 2020 2 2 8 采用哈佛体系结构采用面向控制的指令系统引脚功能服用片内RAM作寄存器类型齐全功能通用具有三高优势 集成度高 可靠性高 性价比高 三 单片机的特点及应用 2020 2 2 9 三 单片机的特点及应用 单片机主要应用于工业检测与控制 计算机外设 智能仪器仪表 通讯设备 家用电器等 特别适合于嵌入式微型机应用系统 单片机开发系统有单片单板机和仿真器 实现单片机应用系统的硬 软件开发 2020 2 2 10 1946 1958第一代电子管计算机 磁鼓存储器 机器语言 汇编语言编程 1958 1964第二代晶体管计算机 磁芯作主存储器 磁盘作外存储器 开始使用高级语言编程 1964 1971第三代集成电路计算机 使用半导体存储器 出现多终端计算机和计算机网络 1971 第四代大规模集成电路计算机 出现微型计算机 单片微型计算机 外部设备多样化 1981 第五代人工智能计算机 模拟人的智能和交流方式 一 发展概况 1 2计算机基础知识 2020 2 2 11 二 计算机发展趋势 微型化 便携式 低功耗巨型化 尖端科技领域的信息处理 需要超大容量 高速度智能化 模拟人类大脑思维和交流方式 多种处理能力系列化 标准化 便于各种计算机硬 软件兼容和升级网络化 网络计算机和信息高速公路多机系统 大型设备 生产流水线集中管理 独立控制 故障分散 资源共享 2020 2 2 12 三 微型计算机系统组成 2020 2 2 13 三 微型计算机系统组成 2020 2 2 14 四 微型计算机组成 中央处理器CPU运算器和控制器集成在一个芯片上运算器 实现算术运算或逻辑运算包括 算术逻辑单元ALU 累加器A 暂存寄存器TR 标志寄存器F或PSW 通用寄存器GR控制器 中枢部件 控制计算机中的各个部件工作包括 指令寄存器IR 指令译码器ID 程序计数器PC 定时与控制电路 2020 2 2 15 存储器 记忆 由存储单元组成 包括 ROM RAM 总线BUS 在微型计算机各个芯片之间或芯片内部之间传输信息的一组公共通信线 包括 数据总线DB 双向 宽度决定了微机的位数 地址总线AB 单向 决定CPU的寻址范围 控制总线CB 单向 I O接口 数据输入输出 包括 输入接口 输出接口 2020 2 2 16 五 计算机主要技术指标 字长 CPU能并行处理二进制的数据位数8位机 16位机 32位机和64位机 内存容量 存储单元能容纳的二进制数的位数容量单位 1K 210 1024 1M 220 1KK8K 64K 16M 64M 运算速度 CPU处理速度时钟频率 主频 每秒运算次数6MHz 12MHz 24MHz 100MHz 300MHz 内存存取时间 内存读写速度50nS 70nS 200nS 2020 2 2 17 一 进位计数制使用有限个基本数码来表示数据 按进位的方法进行计数称为进位计数制 包含两大要素 基数和位权基数 用来表示数据基本数码的个数J 此数后必须进位 位权 数码在表示数据时所处的数位所具有的固定值Ji 简称 权 1 3数制及其转换 2020 2 2 18 1 十进制D符号集 0 9规则 逢十进一 例1234 5 1 103 2 102 3 101 4 100 5 10 1加权展开式以10为基数 各位系数为0 9 10310210110010 1位权一般表达式 ND dn 1 10n 1 dn 2 10n 2 d0 100 d 1 10 1 2 二进制B符号集 0 1规则 逢二进一 3 十六进制H符号集 0 9 A F规则 逢十六进一 2020 2 2 19 1 十进制用于计算机输入输出 人机交互 二进制为机器中的数据形式 十六进制用于表示二进制数 2 不同进位制数以下标或后缀区别 十进制数可不带下标 如 101 101D 101B 101H 101H 二 进位计数制的说明 2020 2 2 20 1 十进制数转换成二 十六进制数 整数转换法 除基取余 十进制整数不断除以转换进制基数 直至商为0 每除一次取一个余数 从低位排向高位 三 不同进位计数制之间的转换 2020 2 2 21 十进制数转换成二 十六进制数 小数转换法 乘基取整 用转换进制的基数乘以小数部分 直至小数为0或达到转换精度要求的位数 每乘一次取一次整数 从最高位排到最低位 举例 2 0 625转换成十六进制数0 625 16 10 00 625 0 AH3 208 625转换成十六进制数208 625 D0 AH 2020 2 2 22 先展开 然后按照十进制运算法则求和 举例 1011 1010B 1 23 1 21 1 20 1 2 1 1 2 3 11 625DFC 8H 13 162 15 161 12 160 8 16 1 3580 5 2 其他进制数转换成十进制数 2020 2 2 23 最高位为符号位 0表示 1表示 数值位与真值数值位相同 原码表示简单直观 但0的表示不唯一 加减运算复杂 2 反码正数的反码与原码相同负数的反码符号不变 数值按位取反 有符号数通常使用三种表示方法 1 原码 机器中 数的符号用 0 1 表示 最高位作符号位 0 表示 1 表示 1 4带符号数的表示方法 2020 2 2 24 3 补码 正数的补码表示与原码相同 负数补码的符号位为1 数值位等于反码加1 补码表示的优点 0的表示唯一 加减运算方便 Y X Y X 补计算机中的数均采用补码表示 2020 2 2 25 例 求十进制数876的BCD码 876 BCD 100001110110 1 BCD码二进制代码表示的十进制数 8421BCD码 1 5