片机基础知识概述.ppt

单片机原理及应用 基于Proteus和KeilC 第1章单片机基础知识概述 1 1单片机概述1 2单片机学习的预备知识1 3Proteus软件简介 第1章单片机基础知识概述 1 1单片机概述1 什么是单片机 2 为什么要学单片机 3 怎样学习单片机 1 2单片机学习的预备知识1 3Proteus软件简介 1 什么是单片机 从微型计算机技术的两大发展分支谈起 第1章单片机基础知识概述 分支一 通用微型计算机系统 UniversalComputerSystem或PersonalComputer PC主要功能部件 CPU 存储器 端口 显卡 声卡 网卡 显示器 鼠标 键盘 基本功能部件 接口 外设 第1章单片机基础知识概述 INTEL架构CPU的发展历程 技术要求 高速计算 海量存储发展方向 总线速度不断提升 存储容量不断扩大 第1章单片机基础知识概述 分支二 嵌入式计算机系统 EmbeddedComputerSystem ECS 嵌入到对象体系中 实现对象体系智能化控制的专用计算机系统 技术要求 必须满足对象体系的物理环境 电气环境和气氛环境以及产品成本等要求 发展方向 与对象系统密切相关的嵌入性能 控制能力与控制可靠性 第1章单片机基础知识概述 PC 电气加固 机械加固 并配置各种外围接口板卡 IPC 工控机 嵌入到大型工控系统中 实现了智能化 工业计算机 IndustrialPersonalComputer 船舶驾驶室集中控制台自动配料控制系统电站锅炉控制系统 板卡 CPU卡 存储器卡 数据采集卡 通讯卡 计数器卡 第1章单片机基础知识概述 CPU CPU芯片 内存条 存储器接口 存储器芯片 输入输出接口 输入输出接口芯片 定时计数器芯片 A D D A芯片 单板机 印刷电路板 众多小型对象系统 如家电 仪器 工控单元 无法使用IPC 需要发展一类特殊的嵌入式计算机系统 第1章单片机基础知识概述 单片计算机 SingleChipMicrocomputer SCM 将通用微计算机基本功能部件集成在一块芯片上构成的一种专用微计算机系统 应用 SCM硬件 SCM软件 少量外围电路 嵌入式微机系统 被控对象 微电脑控制产品 第1章单片机基础知识概述 单硅晶片 CPU 存储器 控制电路 定时器 时钟电路 I O口 单片机 1 体积小 重量轻 2 可靠性高 运行速度快 抗干扰能力强 3 控制功能强 使用灵活 性价比高 4 易扩展 易于开发 5 受集成度限制 片内存储器容量较小 一般内ROM在8KB以下 内RAM在256B以内 单片机是应工业测控的需要而诞生的 它的结构与指令功能都是按照工业控制要求设计的 故又称单片微控制器 SingleChipMicrocontroller 单片机特点 以单片机为核心的应用系统广泛应用于 家用电器 工业过程控制 仪器仪表 智能武器 航空 汽车等领域 单片机应用范例 第1章单片机基础知识概述 第1章单片机基础知识概述 单片机系统的组成 单片机系统 单片机的发展 单片机的发展 主要经历了三个阶段 第一阶段 1971 1978年 初级单片机阶段 第二阶段 1978 1983年 单片机普及阶段 第三阶段 1983年以后 16位单片机阶段 单片机芯片简介 4位单片机8位单片机16位单片机 单片机的应用模式单片机应用系统的结构单片机应用系统的结构通常分为以下三个层次 1 单片机 通常指应用系统主处理机 即所选择的单片机器件 2 单片机系统 指按照单片机的技术要求和嵌入对象的资源要求而构成的基本系统 时钟电路 复位电路和扩展存储器等与单片机共同构成了单片机系统 3 单片机应用系统 指能满足嵌入对象要求的全部电路系统 在单片机系统的基础上加上面向对象的接口电路 如前向通道 后向通道 人机交互通道 键盘 显示器 打印机等 和串行通信口 RS232 以及应用程序等 单片机应用系统三个层次的关系如图所示 单片机应用系统三个层次的关系 单片机系统的开发过程通常开发一个单片机系统可按以下6个步骤进行 1 明确系统设计任务 完成单片机及其外围电路的选型工作 2 设计系统原理图和PCB板 经仔细检查PCB板后送工厂制作 3 完成器件的安装焊接 4 根据硬件设计和系统要求编写应用程序 5 在线调试软硬件 6 使用编程器烧写单片机应用程序 独立运行单片机系统 2 为什么要学单片机 单片机是实现机械装备 电子产品智能化的重要途径 掌握这门技术便能在高技术领域占有一席之地单片机系统是当前最有发展前途的高技术领域之一 国内外嵌入式系统的产品设计与研发人员相对短缺 具有很好的就业前景单片机与其它专业知识相结合可产生更大的创造力和发展潜力 第1章单片机基础知识概述 单片机应用实例 抽油机自动间抽控制技术 第1章单片机基础知识概述 游梁式抽油机 石油开采设备 矛盾1 电动机配置存在 大马拉小车 需要配备较大功率电机仅需配备较小功率电机抽油机启动过程正常抽油时稠油 结蜡 冬季 矛盾2 产抽不平衡导致抽油机工作效率低油田开采后期 地层供液能力 抽油能力大于供油能力 抽油机工作效率 国内约有10万多台游梁式抽油机 电能消耗问题十分突出 第1章单片机基础知识概述 利用星角切换的节能原理 第1章单片机基础知识概述 闭环控制原理 功率变送器 额定功率 微机控制器 交流接触器 异步电动机 实际功率 切换控制方案根据实际工况 确定最适接线方式 实施双向动态切换 第1章单片机基础知识概述 利用定时间抽的节能原理 开机 停机 开机 开机 停机 时间 根据间抽规律设置开机时间T1和停机时间T2 节能效果 停机时间 开机时间 停机时间 第1章单片机基础知识概述 综合上述两种原理 抽油机功率双向切换与间抽控制方案 起动时采取强制 方式以满足带载起动要求起动后在 Y 过载停机三个状态间双向自动切换可根据设置实现切换 间抽联合控制 技术核心 第1章单片机基础知识概述 空气开关 交流接触器 电动机 功率变送器 抽油机电控箱 基于单片机的抽油机节能控制方案 第1章单片机基础知识概述 试验结果平均无功功率降低71 8 平均有功功率降低约15 平均功率因数提高58 第1章单片机基础知识概述 3 怎样学习单片机 各组成部分既相对独立 又相互交叉 80C51型单片机 教学目标 掌握单片机原理与应用系统设计技能需要具备 单片机硬件 软件 接口三方面知识 第1章单片机基础知识概述 硬件结构 RAM IO T C INT UART 存储器 输入 输出单元 定时 计数器 中断系统 串行通信 第1章单片机基础知识概述 软件编程 C51语言程序 汇编语言程序 第1章单片机基础知识概述 接口系统 LED KEY AD DA IO扩展 键盘电路 数码管 键盘 模数转换 数模转换 可编程接口 第1章单片机基础知识概述 单片机的学习方法 理论教学 掌握基本原理 课堂讲解 课后复习 实验教学 掌握基本技能 教学实验 实验报告 电路实验箱 虚拟实验平台 第1章单片机基础知识概述 PROTEUS单片机仿真软件 第1章单片机基础知识概述 KeilC51简介KeilC51是51单片机软件开发的C语言和汇编语言环境 可以进行纯软件仿真 也可以与Proteus软件联合进行仿真 Keil集成开发环境软件 第1章单片机基础知识概述 特点 1 以C51编程语言作为贯穿全书各章节的主线 汇编语言内容仅按能读懂源代码程序的要求安排 2 将近年来国际上热门的单片机仿真软件引进到教材体系中 使单片机的抽象概念直观化 编程效果可视化 3 以仿真实验代替实物实验 实验指导中包括了相关内容的阅读材料 使用教材 第1章单片机基础知识概述 第1章单片机基础知识概述 1 1单片机概述1 2单片机学习的预备知识1 数制定义2 数制转换3 有符号数4 位 字节 字5 ASCII码6 BCD码7 逻辑门电路1 3Proteus软件简介 1 数制定义 单片机常用的数制有十进制 二进制 十六进制 例如 第1章单片机基础知识概述 二进制 0 1 规则 逢二进一 后缀为B 一般表达式为 其中 基数为2 各位加权数为0 1 例如 第1章单片机基础知识概述 十六进制 0 9 A F 规则 逢十六进一 后缀为H 一般表达式为 其中 基数为16 各位加权数为0 9 A F 例如 第1章单片机基础知识概述 2 数制转换 1 二进制转换成十进制转换规则 按进制的表达式展开 然后按照十进制运算求和 例如 第1章单片机基础知识概述 2 十六进制转换成十进制转换规则 按进制的表达式展开 然后按照十进制运算求和 例如 第1章单片机基础知识概述 3 二进制与十六进制数之间的转换 从低位起由右到左 每四位二进制数对应一位十六进制数 例如 最后一组不足时左边添0凑齐4位 转换规则 第1章单片机基础知识概述 4 十进制整数转换成二 十六进制整数转换规则 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 例如 第1章单片机基础知识概述 3 有符号数的表示方法 二进制数的正 负号需用 0 和 1 来表达 一般最高位为符号位 0 表示正数 1 表示负数 例如 真值 123 01111011B真值 123 11111011B 有符号数 最高位为符号位 0 表示正数 1 表示负数 无符号数 最高位不作为符号位 而当成数值位 真值11111011B 251 123 第1章单片机基础知识概述 二进制数有三种编码形式 原码 反码和补码 原码 二进制数的原形 可以是无符号数 也可以是有符号数 例如 8位无符号原码数的范围是 00000000B 11111111B 0 FFH或0 255 8位有符号数的范围是 11111111B 01111111B FFH 7FH或 127 127 第1章单片机基础知识概述 反码 正数的反码与原码相同 负数的反码为 符号位不变 数值部分按位取反 例如 原码10000100B 反码11111011B 8位无符号反码数的范围是00000000B 11111111B 0 FFH或0 255 8位有符号反码数的范围是11111111B 01111111B FFH 7FH或 127 127 第1章单片机基础知识概述 补码 正数的补码与原码相同 负数的补码为其反码加1 但原符号位不变 例如 原码10000100B 补码11111100B 8位无符号补码数的范围是00000000B 11111111B 0 FFH或0 255 8位有符号补码数的范围是10000000B 01111111B 80H 7FH或 128 127 补码的用途 将减法运算转换为加法运算 例如 123 125 01111011B 10000011B 11111110B 2 第1章单片机基础知识概述 4 位 字节 字 位 bit 二进制数中的一位 其值不是 1 就是 0 字节 byte 一个8位的二进制数为一个字节 字节是计算机数据的基本单位 字 word 两个字节就是一个字 又叫双字节 另外 有时还会用到 半字节 即4位二进制 例如 1000111011001011B 8ECDH 第1章单片机基础知识概述 5 BCD码 BCD码 BinaryCodedDecimal 用二进制代码表示的十进制数 四位二进制代码 半字节 可表示1位十进制数 用一个字节表示两个十进制的数 压缩的BCD码 如10000111B表示十进制的87用一个字节仅表示一位十进制的数 非压缩的BCD码 如00000111B表示十进制的7 BCD码的用途 可使计算机直接进行十进制数运算 例如 23 15 00100011B 00010101B 00111000B 38 第1章单片机基础知识概述 第1章单片机基础知识概述 6 ASC 码 字母和字符的二进制数表示 ASC 码 AmericanStandardCodeforInformationInterchange 美国国家信息交换标准字符码 它采用7位二进制编码表示128个字符 其中包括数码0 9以及英文字母等可打印的字符 A 1000001B 41H 例如 0 9 30H 39H 第1章单片机基础知识概述 7 基本逻辑门电路 计算机是由若干逻辑门电路组成的 所以 计算机对于人们给出的二进制数识别 运算要靠基本逻辑门电路来实现 在逻辑门电路中我们用1和0分别表示高 低电平 以下介绍几种常用逻辑电路的逻辑符号和逻辑功能 第1章单片机基础知识概述 1 与逻辑关系 与逻辑真值表 Y 与门电路 A B Y A B Y 与门符号 第1章单片机基础知识概述 2 或逻辑关系 或逻辑真值表 或门电路 或门符号 Y 第1章单片机基础知识概述 3 非逻辑关系 非逻辑真值表 非门电路 非门符号 Y A A Y 1 第1章单片机基础知识概述 4 与非逻辑关系 与非逻辑真值表 与非 复合 门电路 与非门符号 A B Y A B Y 第1章单片机基础知识概述 第1章单片机基础知识概述 第1章单片机基础知识概述 1 1单片机概述1 2单片机学习的预备知识1 3Proteus软件简介1 ISIS模块应用举例2 ARES模块应用举例 ISIS IntelligentSchematicInputSystem 原理图设计与仿真平台 它用于电路原理图的设