单片机 第一章

1、李源李源河南师范大学河南师范大学 计算机与信息工程学院计算机与信息工程学院首页上一页下一页2第一章 单片机技术基础教材： 1 毋茂盛. 单片机原理与开发. 北京: 高等教育出版社, 2015.2参考资料： 1 张毅刚,刘杰. 单片机原理及应用. 哈尔滨: 哈尔滨工业大学出版社, 2007.82 李全利. 单片机原理及应用. 北京: 清华大学出版社, 2006办公室：计算机与信息工程学院108室联系电话箱：liyuan_首页上一页下一页3第一章 单片机技术基础什么是单片机？1. 一般微机的基本组成：CPUPIOSIOROMRAM总线存储器I/O接口外设首页上一页下一页4

2、第一章 单片机技术基础什么是单片机？2. 单片机的结构特点：CPUPIOSIOROMRAM内部总线外部电路或设备时钟振荡电路中断系统定时/计数器首页上一页下一页5第一章 单片机技术基础为什么学习单片机？ 纵观我们现在生活的各个领域，从导弹的导航装置，到飞机上各种仪表的控制，从计算机的网络通讯与数据传输，到工业自动化过程的实时控制和数据处理，以及我们生活中广泛使用的各种智能IC卡、家用电器、电子宠物等，这些都离不开单片机。以前没有单片机时，这些东西只能使用复杂的模拟电路来做，然而这样做出来的产品不仅体积大，而且成本高，并且由于使用时间的延长元器件不断老化，控制的精度自然也会达不到标准。 科技的进

3、步需要技术不断的提升。设计一块大而复杂的模拟电路要花费巨大的精力，使用繁多的元器件又增加了产品成本。而现在，我们只需要一块几厘米见方的单片机，写入简单的程序，就可以实现采用模拟、数字电路技术设计的复杂系统的功能，使电路得以简化，而且可以方便地通过更改软件增加或变更其功能。相信大家在掌握了单片机技术后，对以后的科研和开发工作一定会带来帮助。首页上一页下一页6第一章 单片机技术基础首页上一页下一页7第一章 单片机技术基础1.1.1 单片机的发展概况单片机的发展概况 1946年，第一台计算机ENIAC（ 电子数字积分计算机）问世，这标志着计算机时代的到来。 ENIAC的出现满足了人们计算的需要，但它

4、的体积实在太大了！ 20世纪70年代，随着半导体技术的发展，在一片集成电路芯片上集成微处理器、存储器、I/O接口、中断系统和定时器等计算机必备部件，从而构成了单芯片微型计算机，即单片机单片机。具有一台计算机的属性。也称为： 微控制器 MCU(MicroController Unit)或 嵌入式控制器 EMCU(Embedded MicroController Unit)单片机第一台计算机ENIAC首页上一页下一页8第一章 单片机技术基础从应用形态上，微型计算机可以分为两种：要是计算机能放进我的口袋里多好啊！计算机能比现在的运算速度快10000倍吗？首页上一页下一页9第一章 单片机技术基础计算机

5、系统按用途可分为通用型和专用型两大类：（1）通用型：主要应用于数据处理、办公自动化及辅助设计，速度快，容量大。（2）专用型：主要应用于对被控制对象进行智能化控制。专门针对某些产品的特定用途而制作的单片机 ，针对性强且数量巨大，其非凡的嵌入式应用形态对于满足嵌入式应用需求具有独特的优势。单片机发展的三个主要阶段：（1）初级阶段：单芯片微型计算机SCM ，主要探索单片机在工业领域的应用。例如Intel公司推出的MCS-48系列单片机。（2）完善阶段：微控制器MCU，不断扩展满足对象控制要求的外围接口电路。例如Intel公司推出的MCS-51系列单片机、MCS-96系列单片机。（3）系统芯片阶段：片

6、上系统SOC，将所有硬件和软件都集成到一个芯片中。首页上一页下一页10第一章 单片机技术基础1.1.2 单片机的特点和应用领域单片机的特点和应用领域单片机的特点：（1）优异的性价比；（2）集成度高、体积小 、可靠性高 ；（3）控制功能强；（4）系统扩展典型、规范。单片机的应用领域：（1）在工业自动化方面（过程控制、数据采集和测控技术、机器人技术、机械电子计算机一体化技术）（2）仪器仪表方面（测试仪表和医疗仪器）（3）在家用电器方面（冰箱、洗衣机、空调机、微波炉、电视机、音像设备等）（4）信息和通信产品方面（计算机的键盘、打印机、磁盘驱动器；传真机、复印机、电话机、考勤机）（5）在军事方面（飞机

7、、大炮、坦克、军舰、导弹、火箭、雷达等）首页上一页下一页11第一章 单片机技术基础首页上一页下一页12第一章 单片机技术基础1.1.3 嵌入式系统嵌入式系统软件和硬件的综合体。概念：以应用为中心、以计算机技术为基础、软件硬件可裁剪、满足应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。三个基本要素：嵌入性、专用性、计算机系统。首页上一页下一页13第一章 单片机技术基础Intel公司MCS-51（8位机）、MCS-96（16位机）系列单片机。（出现最早、最为经典）Motorola公司MC68系列单片机。 （外围功能强）Atmel公司AT89、AVR、ARM系列单片机。（Flash

8、存储器技术）Microchip公司PIC系列单片机。（RISC精简指令计算机系统，低功耗）NXP公司LPC700/900系列单片机。TI公司MSP430单片机。宏晶公司STC系列单片机。1.2.1 国内比较流行的单片机厂家和系列国内比较流行的单片机厂家和系列首页上一页下一页14第一章 单片机技术基础具有8位的CPU及指令系统；4KB的片内程序存储器（ROM）；128字节的内部数据存储器（RAM）；2个16位的定时/计数器；4个8位并行I/O口；1个全双工串行口（UART）；5个中断源，2个中断优先级；1个片内时钟振荡电路；片外可扩展64KB的ROM和64KB的RAM。1.2.2 MCS-51系

9、列系列单片机基本特性单片机基本特性CPU时钟振荡电路并行I/O接口串行I/O接口中断系统ROMRAM、SFR定时/计数器系统总线首页上一页下一页15第一章 单片机技术基础与MCS-51完全兼容；增加了4K可在线编程（ISP）的Flash存储器；增加了看门狗定时器（WDT），提高了抗干扰能力；双数据指针提高了对外部RAM的访问能力。CPU时钟振荡电路并行I/O接口串行I/O接口中断系统Flash存储器RAM、SFR定时/计数器系统总线看门狗WDT首页上一页下一页16第一章 单片机技术基础1.4.1 单片机系统中使用的数制单片机系统中使用的数制一、一、 十进制十进制(Decimal)(Decima

10、l) 数字符号（系数）：09 计数规则：逢十进一 基数：10 权：10的幂 ND=dn-110n-1 + dn-210n-2 + + d1101 + d0100 + d-110-1 + + d-m10-m 例：将143.75用十进制数展开。143.75=1102 + 4101 + 3100 + 710-1 + 510-2 式中，10称为计数的基数。102、101、100为整数部分的权，10-1、10-2为小数部分的权，它们都是基数10的幂。首页上一页下一页17第一章 单片机技术基础二、二、 二进制二进制(Binary)(Binary) 数字符号（系数）：0、1 计数规则：逢二进一 基数：2 权

11、：2的幂 NB=bn-12n-1 + bn-22n-2 + + b121 + b020 + b-12-1 + + b-m2-m 例：将11011.01用二进制数展开。11011.01=124 + 123 + 022 + 121 + 120 + 02-1 + 12-2 二进制的优点：电路中任何具有的两个不同稳定状态的元件都可用来表示一位二进制数，数码的存储和传输简单、可靠。首页上一页下一页18第一章 单片机技术基础三、三、 十六进制十六进制(Hex Decimal)(Hex Decimal) 数字符号（系数）：09、A、B、C、D、E、F 计数规则：逢十六进一 基数：16 权：16的幂 NH=h

12、n-116n-1 + hn-216n-2 + + h1161 + h0160 + h-116-1 + + h-m16-m 例：将2BC.5E用十六进制数展开。2BC.5E=2162 + 11161 + 12160 + 516-1 + 1416-2 十进制数：后缀为D，例如35D，一般D可省略；二进制数：后缀为B，例如1101B；十六进制数：后缀为H，例如5BH，0ABH，注意最高位为字母AF时，前面通常加0，以区别于符号。首页上一页下一页19第一章 单片机技术基础1.4.2 不同数制之间的转换不同数制之间的转换一、一、 十进制数转换为十进制数转换为N N进制数（进制数（N N可以为二、十六或者

13、八）可以为二、十六或者八） 整数部分：除N取余，逆序排列 小数部分：乘N取整，顺序排列例：将45.72转换为二进制数，保留4位小数。2 452 22121102 512 212 1001整数部分：小数部分：0.7221.4410.4420.8800.8821.7610.7621.521逆序排列101101顺序排列0.1011最终，45.72=101101.1011B问：57.375转换为二进制数为：？57.375=111001.011B首页上一页下一页20第一章 单片机技术基础二、二、 N N进制数转换为十进制数（表达式展开法）进制数转换为十进制数（表达式展开法）将N进制数的各位数字与其权相乘

14、，然后相加。例：将177.16转换为十六进制数，保留两位小数。16177161110B整数部分：小数部分：0.16 162.5620.56 168.968故：177.16=0B1.28H例：将0B1.28H转换为十进制数。0B1.28H=11161 + 1160 + 216-1 + 816-2 =177.15625首页上一页下一页21第一章 单片机技术基础三、二进制数与十六进制数之间的转换三、二进制数与十六进制数之间的转换例：将下列二进制数转换为十六进制数：10011100101101001000.01Bu 十进制数转换为二进制数的快速方法： 十进制数十六进制数二进制数从小数点开始4位一组解：

15、1001 1100 1011 0100 1000. 0100 = 9 C B 4 8 . 4 H例：将下列十六进制数8FA.C6H转换为二进制数： 解： 8 F A . C 6 = 1000 1111 1010 . 1100 0110首页上一页下一页22第一章 单片机技术基础1.4.3 二进制数的算术运算二进制数的算术运算当两个二进制数表示两个数量大小时，就可进行数值运算。基本规则同十进制数，但“逢2进1”。例：两个二进制数1001和0101的算术运算。首页上一页下一页23第一章 单片机技术基础1.4.4 有符号数的表示方法：反码、补码及其运算有符号数的表示方法：反码、补码及其运算一、二进制数

16、的原码：一、二进制数的原码：以最高位为符号位，正数为0，负数为1表示的数码称为原码。例：写出+89 和-89的原码。解：+89 = 0 1011001B -89 = 1 1011001B二、二进制数的反码：二、二进制数的反码：正数的反码=原码负数的反码=除符号位以外，每一位对应求反例：写出+89 和-89的反码。解：(+89)反 = 0 1011001B (-89)反 = 1 0100110B首页上一页下一页24第一章 单片机技术基础三、二进制数的补码：三、二进制数的补码：正数的补码=原码负数的补码=反码+1例：写出+89 和-89的补码。解：(+89)补 = 0 1011001B (-89)

17、补 = 1 0100111B数原码反码补码+890 1011001B 0 1011001B0 1011001B-891 1011001B1 0100110B1 0100111B首页上一页下一页25第一章 单片机技术基础例：用二进制补码运算求出：13+10 、13-10 、-13+10 、-13-10解：1011100101000110102310130001101011010110103101311101101010010011131013010011101101100111231013结论：将两个加数的符号位和来自最高位数字位的进位相加，结果就是和的符号。 补码首页上一页下一页26第一章 单

18、片机技术基础1.4.5 单片机系统常用的编码单片机系统常用的编码不同的数码不仅可以表示数量的大小，还可以表示不同的事物。为了表示和识别计算机处理的各种信息，如字符、数字或命令，需要对这些信息进行编码。单片机系统常用的编码有：ASCII码和BCD码。一、一、美国标准信息交换码美国标准信息交换码（ASCIIASCII）ASC是一组七位二进制代码，共128个。如：数字0的ASCII码为30H；字母A的ASCII码为41H；字母a的ASCII码为61H；首页上一页下一页27第一章 单片机技术基础二、二二、二- -十进制代码十进制代码(Binary Coded Decimal, BCD)(Binary Coded Decimal, BCD)用4位二进制数表示1位十进制数的编码，称为BCD码。最常见的BCD码为8421BCD码，从高