单片机第一章

1、第第1章章 计算机技术基础计算机技术基础本章重点本章重点1、单片机的概念及组成2、进位计数制：计数原理3、进位计数制之间的转换：二与十转换；二与十六转换；4、原码、反码、补码的应用5、基本运算方法：算术运算与逻辑运算；6、常用编码：BCD。 第第1章章 计算机技术基础计算机技术基础1.1 计算机的发展与分类计算机的发展与分类一、计算机的发展 自1946年2月15日，世界上第一台通用数字电子计算机ENIAC在美国的宾夕法尼亚大学研制成功以来，计算机在当今世界有了极大的发展。根据计算机所采用的电子元器件的不同，人们把计算机的发展分为以下几个阶段：1. 第一代电子计算机（从第一代电子计算机（从ENI

2、AC问世至问世至50年代后期）年代后期） 主要电子元件主要电子元件是电子管 缺点：缺点：体积庞大，耗电量大，运算速度低，而且价格昂贵 应用范围：应用范围：仅用于军事研究及科学运算。第第1章章 计算机技术基础计算机技术基础主要特点主要特点 ：1）采用电子管作为逻辑开关元件； 2）存储器使用水银延迟线、静电存储管、磁鼓等；3）外部设备采用纸带、卡片、磁带等；4）使用机器语言，50年代中期开始使用汇编语言，但还没有操作系统。2. 第二代电子计算机（第二代电子计算机（50年代中期至年代中期至60年代中期）年代中期） 主要电子元件主要电子元件是晶体管 优点：优点：运算速度提高了，积变小了，同时成本也降低

3、了，并且耗电量大为降低，可靠性则大大提高第第1章章 计算机技术基础计算机技术基础主要特点主要特点 ：l）使用半导体晶体管作为逻辑开关元件；2）使用磁芯作为主存储器，辅助存储器采用磁盘和磁带；3）输入输出方式有了很大改进；4）开始使用操作系统，有了各种计算机高级语言。3. 第三代电子计算机（第三代电子计算机（60年代中期至年代中期至70年代初期）年代初期）主要电子元件主要电子元件是半导体（中、小规模的集成电路）主要特点主要特点 ： 1）使用中、小规模集成电路作为逻辑开关元件；2）开始使用半导体存储器。辅助存储器仍以磁盘、磁带为主；3）外部设备种类和品种增加；4）开始走向系列化、通用化和标准化；5

4、）操作系统进一步完善，高级语言数量增多。 第第1章章 计算机技术基础计算机技术基础4. 第四代电子计算机（第四代电子计算机（70年代初期至现在）年代初期至现在） 主要电子元件主要电子元件是半导体（大规模、超大规模的集成电路）主要特点主要特点 ： 1）使用大规模、超大规模集成电路作为逻辑开关元件；2）主存储器采用半导体存储器、辅助存储器采用大容量的软、硬磁盘，并开始引入光盘；3）外部设备有了很大发展，采用光字符阅读器（OCR）、扫描仪、激光打印机和各种绘图仪；4）操作系统不断发展和完善，数据库管理系统进一步发展，软件行业已发展成为现代新型的工业部门。 第第1章章 计算机技术基础计算机技术基础二、

5、计算机的分类按规模分，计算机分为以下四类。1. 巨型计算机（巨型计算机（super computer） 运算速度运算速度：每秒1亿次以上 应用范围：应用范围：主要用于天气、气象、地质及核反应堆、航天飞机、卫星轨道计算等尖端科学技术领域。2. 大型计算机（大型计算机（Mainframe computer） 运算速度运算速度：每秒数千万次 应用范围：应用范围：常用于宇航事业、国防科技、以及气象预报、油田计算或国际金融等方面。第第1章章 计算机技术基础计算机技术基础3. 中小型计算机（中小型计算机（mincomputer） 运算速度运算速度：每秒百万次 应用范围：应用范围：常用于国家机关和科研机构的

6、信息处理系统、大型报业系统及企业的现代化管理等。 4. 微型计算机（微型计算机（microcomputer） 应用范围：应用范围：学校、企事业单位大多配置这种计算机。等。 第第1章章 计算机技术基础计算机技术基础1.2 单片机概况及应用单片机概况及应用一、概念计算机的主要组成：计算机的主要组成：中央处理器CPU、存储器（ROM、RAM）、输入/输出接口（I/O口）。单片机单片机（single-chip computer）是把中央处理器CPU（Central Processing Unit）、随机存取存储器RAM、只读存储器ROM、定时器/计数器及I/O（Input/Output）接口电路等一些

7、计算机的主要功能部件集成在一块集成电路芯片上的微型计算机。有时，也把它称作为微处理器（Microcomputer Unit）。单片机的特点：单片机的特点：高性能、高速度、体积小、价格低廉、应用广泛。 第第1章章 计算机技术基础计算机技术基础二、单片机的发展与应用自20世纪70午代，美国的Fairchild（仙童）公司首先推出了第一款单片机F8以来，单片机以其体积小、功能全和价格低等特点赢得了广泛的关注，迄今为止，单片机技术已经成为计算机技术的一个独特的分支。而单片机的发展也经历了探索、完善、MCU化和百花齐放四个阶段。1.单片机初级阶段（芯片化探索阶段）单片机初级阶段（芯片化探索阶段）2.缺点

8、：缺点：采用双片，功能比较简单3.这时期的单片机有这时期的单片机有：美国Fairchild 公司的F-8、Intel公司的MCS-48特点：特点：1） 嵌入式计算机系统的芯片集成设计；2） 少资源、无软件，只保证基本控制功能。第第1章章 计算机技术基础计算机技术基础2. 结构体系的完善阶段结构体系的完善阶段 这时期的单片机有这时期的单片机有：Intel公司的MCS-51它在以下几个方面奠定了典型的通用总线型单片机的体系结构。1)完善的总线结构： 并行总线：8位数据总线、16位地址总线及相应的控制总线，两个独立的地址空间； 串行总线：通信总线，扩展总线。2）完善的指令系统： 具有很强的位处理功能

9、和逻辑控制功能，以满足工业控制等方面的需要； 功能单元的SFR（特殊功能寄存器）集中管理。3）完善的MCS-51成为单片机的经典体系结构。现在，许多电气商在MCS-51的内核和体系结构的基础上，生产出各具特色的单片机。第第1章章 计算机技术基础计算机技术基础3. 从从SCMC向向MCU（Micro Controller Unit）化过渡阶段）化过渡阶段这时期的单片机有这时期的单片机有：Intel公司的MCS-96其特点是：其特点是：1）满足嵌入式应用要求的外围扩展，如程序运行监视器WDT、脉宽调制器PWM、ADC、DAC、高速I/0口等。2）众多计算机外围功能集成，如： 提供串行扩展总线：SP

10、I、I2C、BUS、Microwire； 配置现场总线接口：CAN BUS。3）CMOS化，提供功耗管理功能。4）提供OTP供应状态，利于大规模和批量生产。 第第1章章 计算机技术基础计算机技术基础4. MCU的百花齐放阶段的百花齐放阶段 其特点是：其特点是：1）电气商、半导体商的普遍介入 2）大力发展专用单片机 3）提高综合品质 根据控制单元设计的方式与采用的技术不同，目前市场上的这些单片机可区分为两大类型：繁杂指令集结构（CISC架构）80C51、80C196、MC68K精简指令集结构（RISC架构）PIC、EM78XXX、Z86HCXXX实时在线开发方式：ISP（In System Pr

11、ogramming）和IAP（In Application Programming） 4）C语言的广泛支持选择单片机原则：选择单片机原则： 寻求最简化的单片机应用系统； 尽可能选择专用单片机； 综合考虑下进行合理的选择。 第第1章章 计算机技术基础计算机技术基础三、Intel MCS系统单片机简介1MCS-51系列单片机 是Intel公司1980推出的高档8位系列单片机，MCS-51系列的典型芯片是80C51（CHMOS型的8051）。这种机型性价比高、品种多，许多新的品种还在不断出现。为此，众多的厂商都介入了以80C51为代表的8位单片机的发展，如Philips、Siemens（Infine

12、on）、Dallas、ATMEL等公司，我们把这些公司生产的与80C51兼容的单片机统称为MCS-51系列。Intel MCS-51单片机包括以下型号：1）基本型 包括8031/8031A/8051/8051AH/8751H/8751BH等。片内集成8位CPU、128B数据存储器（RAM）、4KB程序存储器（ROM）（8031片内没有ROM、8751用EPROM代替ROM）、21个特殊功能寄存器（SFR），32条并行I/O线，2个定时/计数器，一个全双工I/O串行口，5个中断源（分两个优先级），片内时钟振荡器和时钟电路；片外可扩展64KB的RAM或ROM；它的指令大部分为单指令，运行速度快。第

13、第1章章 计算机技术基础计算机技术基础2）增强型 包括8052AH/8032AH/8752BH等。与其相应的基本型不同的是，内部ROM、RAM的容量均增大一倍，定时/计数器增加3个，串行口速度快6倍。3）低功耗型 包括80C51AH/80C31BH/87C51等。 这些机型都采用CHMOS工艺，功耗低，其中87C51还内置两级程序存储器保密系统，可禁止外部对片内ROM中的程序非法拷贝。4）超级型 包括8XC252系列。 这种机型采用高可靠的CHMOS-II工艺，具有高速输入/输出功能和脉宽调制输出，增加了128K片内RAM，一个加减计数器，一个可编程序计数器阵列，还能对串行口的场错误进行监测，

14、自动地址识别。第第1章章 计算机技术基础计算机技术基础2MCS-96系列单片机MCS-96系列单片机是Intel公司1983年研制出的16位单片机，它是目前性能最好的单片机产品之一。它包括一个高性能的16位CPU、256B数据存储器（其中24B专用寄存器、232B通用寄存器）、8KB程序存储器（ROM）、功能丰富的I/O接口，10位A/D转换器等。与MCS-51系列单片机相比，它具有以下特点：CPU不采用常规的累加器结构，改用寄存器寄存器结构，CPU直接面向256B寄存器，提高操作速度和数据吞吐速度；数据寄存器是MCS-51系列的两倍；有一套效率和速度都更高的指令系统；增加了高速输入/输出；增

15、加了看门狗“Watchdog”功能。第第1章章 计算机技术基础计算机技术基础MCS-96系列单片机可分为以下几大类：1） 8X9X系列 采用NHMOS工艺。该系列中的8098芯片与8096芯片是典型代表。8096具有16位CPU、高效的指令系统、10位A/D转换器、脉宽调制输出、全双工串行口，高速输入/输出器、5个8位标准输入/输出口、8个中断源、16位监视定时器、可动态配置总线、256B数据存储器（其中24B专用寄存器、232B通用寄存器）、8KB/16KB内部程序存储器（RAM）、2个16位定时/计数器、4个软件定时器。2）以80C196KB为代表 它保留8X9X芯片的基本硬件结构，有两种

16、节电工作方式。3）以80C196KC为代表 在8X9X基础上增加了外设事务服务器（PTS），提高了中断处理能力。4）以80C196KR为代表 在8X9X基础上增加了同步串行口和适用于主从机通信的从口（SlavePort）功能并以事件处理阵列（EPA）代替原来的高速输入/输出器件（HSIO）。5）以80C196MC为代表 在8X9X基础上增加了一个3相波形发生器，适用于电机控制。6）以80C196NT为代表 相于对8X9X其寻址空间由64KB增大到1MB。 第第1章章 计算机技术基础计算机技术基础四、单片机的应用目前单片机已广泛应用于国民经济的各个领域，对各个行业的技术改造和产品的更新换代起着重

17、要作用。单片机按其应用领域主要有以下几个方面：1消费电子的应用2智能仪表中的应用3工业测控中的应用4网络与通信中的应用5军工领域的应用第第1章章 计算机技术基础计算机技术基础1.3 计算机的运算基础计算机的运算基础一、进位计数制二进制八进制十进制十六进制二、进制位之间的转换三、带符号位的表示原码反码补码四、运算方法算术运算、逻辑运算第第1章章 计算机技术基础计算机技术基础1.4 常用编码常用编码在计算机处理运算、文件编辑和实时控制时，不仅要用到数字，还要用到各种字母、符号和控制信号等。由于计算机只能认别二进制数，因而计算机所用到的各种数字、字符、字母也只能用二进制数表示。为了便于用识别数字、字

18、符、字母等，可以按标准约定一组特定的二进制数来表示所规定的字母、字符和数字，这就是所谓的编码。常用的标准编码有BCD、ASCII码，以下分别介绍。第第1章章 计算机技术基础计算机技术基础一、8421 BCD码BCD码是一种以二进制形式表示十进制数的编码，以称二十进制码，它像是二进制，实际是十进制。在日常生活中人们习惯使用十进制，于是通常的输入、输出的数据通常也是用十进制实现人机交互。为了解决惯用的十进制与计算机能够识别的二进制之间的差别，通常引入BCD编码。BCD码以4位为一组，选用0000B-1001B十种状态，代表十进制中的0-9共10个数，并舍弃剩余的6种状态。当BCD码与十进制进行互换时，可以按4位一组，逐组进行互换。表1-2为 BC