单片机应用技术中级教程1

1、单片机应用技术讲授：饶连周三明学院物理与机电工程系电科教研室20092011年第一学期 授课班级：07电子科学与技术、06机械设计制造与自动化单片机中级教程-原理与应用-第2版何立民主编张俊谟编著北京航空航天大学出版社本课程的安排及参考书：总学时：本科 64学时（3学分）(含实验) 课程成绩： 作业+实验（30%） 期末考试 （70%）参考书：单片计算机应用技术，鄢定明编 人民邮电出版社 单片微机原理与应用，张刚毅等编 西安电子科技大学出版社实验用书：单片机课程实验教材 饶连周 等编前 言 单片机的出现是计算机发展史上的一个重要里程碑，它使计算机技术开始朝着两个专业化的方向发展： 1. 通用微

2、计算机（PC微机） 2. 微控制器（单片机） 自从1970年PC微机研制成功后，随后就出现了单片机。前者（PC机）在科学计算、数据库、办公自动化、Internet等方面获得了广泛应用；后者（单片机）在工业测控、智能仪器仪表、家用电器等方面获得了广泛应用。因此，作为电子和机械自动化专业的学生，很好地掌握单片机的工作原理及其应用技术，无论是对于今后的学习或工作，都具有重要的作用和现实意义。 学习过程中，要求大家充分重视讲授、作业和实验这三个基本环节，认真掌握MCS-51系列单片机的结构特点、指令系统及其汇编语言程序设计，初步掌握该单片机的系统扩展及应用技术（虽然目前已有16位单片机，但8位机在今后

3、相当长的时间内，仍是单片机应用领域的主流） 。 教学内容：什么是单片机、单片机的发展概况、单片机的应用优点、MCS51系和80C51系列单片机的主要特点、单片机的应用领域。补充数制及转换。教学要求：了解单片机的发展概况、应用领域，典型单片机系列的基本情况。第一章 绪 论第一章 绪 论1.1 单片机1.1.1 什么是单片机 把CPU、RAM、ROM、定时器/计数器和 I/O 接口电路等计算机主要部件集成在一块芯片上，由此组成的芯片级微计算机称为单片微型计算机，简称为单片机。 （Single Chip Microcomputer） 由于单片机从诞生起，其主要功能和形态都是应控制领域的应用要求而发展

4、的，如在其中扩展了A/D、PWM、计数比较逻辑等，因此，单片机更本质的名称应是微控制器。 (Microcontroller)1.1.2 单片机的发展 自从1971年Intel公司生产4位单片机4004以来，短短的30多年间，单片机取得了飞速地发展，大致可分为四个阶段： 第一阶段（19711974） ：准备阶段。以 Intel的4004（4位机）和8008（8位机）为代表，技术上还不太成熟。 第二阶段（19751978）：初级阶段。以Intel的MCS-48为代表，集成有8位CPU、I/O口、8位定时器/计数器，寻址范围不大于4K，无串行口。 第三阶段（19781983）：高性能阶段。以Inte

5、l的MCS-51、Motorola的6801、Zilog的Z8为代表，集成有8位CPU、16位定时器/计数器、片内RAM、ROM容量加大，寻址范围可达64K，具有串行口。 第四阶段（1983今）：8位机的完善和16位机的推出阶段。片内存储器的扩展，低功耗的CHMOS芯片，MCS-96的16位单片机，带A/D、PWM（脉宽调制）等。 今后的发展趋势：（参考P23）多功能、高性能、低电压和低功耗、低价格。1.1.3 MCS-51和80C51系列单片机简介 MCS-51是Intel公司的一种单片机系列的名称，它包括多种8位的单片机，如8031、8051、8751、80C31BH、80C51BH、80

6、52、80C52、8752等，它们最主要的差别在片内ROM和RAM，而其它的基本组成和指令系统都是相同的。ROM EPROM 无ROMROM字节RAM字节寻址(KB) 计 数 器并行口串行口中断源8051875180314K1282*642*16bit4*81580C5187C5180C314K1282*642*16bit4*8158052875280328K2562*643*16bit4*81680C25287C252EEPROMAT89C51AT89C205180C2328K4K2K2561281282*643*16bit4*81780C51系列单片机增设了两种可以用软件进行选择的低功耗工

7、作方式：空闲方式和掉电方式。对于87C51单片机是属于80C51系列,含EPROM的产品，89C51单片机也是属于80C51系列的产品含E2PROM 。这种单片机有两级或三级程序存储器保密系统，用于保护EPROM或E2PROM中的程序，以防止非法拷贝。近几年微控制器竞相采用Flash存储器，这已成为趋势。因为它集成度高、价格便宜、技术先进，可以取代PROM、EPROM、OTP和E2PROM。利用Flash存储器可高速读、写的特点实现在系统编程（ISP）和在应用编程（IAP）。1.1.4 单片机的主要应用领域 单片机的应用按照其系统结构的不同可分为两种方式： 总线方式 非总线方式 在总线方式的应

8、用系统中，具有完备的外部扩展总线，它大多应用于较复杂的工控系统、智能仪器、监测系统以及它们的多机与网络系统；而非总线方式的应用系统，省去了外部并行总线，可构成小封装芯片，大多应用于较简单的小型控制器、测控单元、单元仪表等。 单片机的主要应用领域有6个方面：(详见 P7- 8） 1。家用电器领域：如洗衣机、电冰箱、空调机、电视机 2。办公自动化领域：如复印机、打印机、传真机、电话 3。商业营销领域：如收款机、电子秤、仓储安全监测等 4。工业自动化领域：如机电一体化、工业过程监测控制 5。智能仪器仪表及智能传感器：如FFTIR、智能频谱仪 6。汽车电子与航空航天电子系统：如GPS导航、黑匣子 总之

9、，单片机的应用正在从根本上改变传统的控制系统的设计思想和方法。1.2 单片机与嵌入式系统 嵌入式系统嵌入式系统主要由嵌入式处理器、存储器及外设器件和I/O端口、图形控制器等相关支撑硬件、嵌入式操作系统及应用系统等软件组成。嵌入式系统的核心部件是各种类型的嵌入式处理器。嵌入式处理器可以分为三类：嵌入式微处理器、嵌入式微控制器、嵌入式DSP(Digital Signal Processor)。嵌入式微处理器就是和通用计算机的微处理器对应的CPU。在应用中，一般是将微处理器装配在专门设计的电路板上，在母板上只保留和嵌入式相关的功能即可，这样可以满足嵌入式系统体积小和功耗低的要求。目前的嵌入式处理器主

10、要包括：PowerPC、Motorola 68000、ARM系列等等。嵌入式微控制器又称为单片机，它将CPU、存储器(少量的RAM、ROM或两者都有)和其它外设封装在同一片集成电路里。常见的有8051。嵌入式DSP专门用来对离散时间信号进行极快的处理计算，提高编译效率和执行速度。在数字滤波、FFT、谱分析、图像处理的分析等领域，DSP正在大量进入嵌入式市场。软件部分包括操作系统软件，要求实时和多任务操作和应用程序编程。应用程序控制着系统的运作和行为；而操作系统则控制着应用程序编程与硬件的交互作用。单片机与嵌入式系统的发展道路 就历史而言，嵌入式系统的发展和单片机的发展是紧密相连的。如果按早期嵌

11、入式计算机系统的习惯叫法,将所有实现嵌入式应用的不同形式的计算机系统统统称为嵌入式系统，那么,嵌入式系统就是一个庞大的家族。嵌入式系统按形态可分为设备级(工控机)、板级(单板、模块)、芯片级(MCU、SoC)。1.3 计算机的数制及转换（补充）一. 十进制ND 有十个数码09、逢十进一。 十进制用于计算机输入输出，人机交互。二. 二进制NB 两个数码:0、1, 逢二进一。 二进制为机器中的数据形式。三. 十六进制NH 十六个数码:09, AF, 逢十六 进一。 十六进制用于表示二进制数。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介绍计算

12、机中数的表示方法和基本运算方法。1-5-1 进位计数制1.3 计算机的数制及转换一. 十进制ND符号集：09 规则：逢十进一。例 1234.5=1103 +2102 +3101 +4100 +510-1加权展开式以10称为基数，各位系数为09。一般表达式：ND= dn-110n-1+dn-210n-2 +d0100 +d-110-1+1.3.1 进位计数制1.3 计算机的数制及转换二. 二进制NB符号集：0、1 规则：逢二进一。例 1101.101=123+122+021+120+12-1+12-3 加权展开式以2为基数，各位系数为0、1。一般表达式： NB = bn-12n-1 + bn-2

13、2n-2 +b020 +b-12-1+1.3.1 进位计数制1.3 计算机所用数制及转换三.十六进制NH符号集：09、AF 规则：逢十六进一。例：DFC.8=13162 +15161 +12160 +816-1 展开式以十六为基数，各位系数为09，AF。一般表达式：NH= hn-116n-1+ hn-216n-2+ h0160+ h-116-1+1.3.1 进位计数制1.3.2 不同进位计数制之间的转换先展开，然后按照十进制运算法则求和。举例：1011.1010B=123+121+120+12-1+12-3=11.625DFC.8H =13162+15161+12160+816-1 = 358

14、0.5（一）二、十六进制数转换成十进制数 进位计数制的一般表达式： Nr= an-1rn-1+an-2rn-2+ +a1r1a0r0a-1r-1a-mr-m 一个r1进制的数转换成r2进制数的方法：先展开，然后按r2进制的运算法则求和计算。1.3.2 不同进位计数制之间的转换 （二）二进制与十六进制数之间的转换24=16 ，四位二进制数对应一位十六进制数。举例：3AF.2H = 0011 1010 1111.0010 = 1110101111.001B 3 A F 21111101.11B = 0111 1101.1100 = 7D.CH 7 D C（三）十进制数转换成二、十六进制数整数、小数

15、分别转换 1.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。举例：1. 39转换成二进制数39 =100111B2 39 1 （ b0） 2 19 1 （ b1） 2 9 1 （ b2） 2 4 0 （ b3） 2 2 0 （ b4） 2 1 1 （ b5） 0 2. 208转换成十六进制数 208 = D0H16 208 余 016 13 余 13 = DH 0（三）十进制数转换成二、十六进制数1.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：

16、1. 0.625转换成二进制数0.625 2 1.250 1 (b-1) 2 0.5 0 0 (b-2) 2 1.0 1 (b-3)0.625 = 0.101B2. 0.625转换成十六进制数 0.625 16 = 10.0 0.625 = 0.AH3. 208.625 转换成十六进制数208.625 = D0.AH1.3.3带符号数的表示方法机器数：机器中数的表示形式，其位数通常为8的倍数 真值： 机器数所代表的实际数值。举例:一个8位机器数与它的真值对应关系如下： 真值：X1=+84=+1010100B X2=-84= -1010100B 机器数：X1机= 01010100 X2机= 11

17、010100 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“-”。（一）机器数与真值1.3.3带符号数的表示方法最高位为符号位，0表示 “+”，1表示“”。数值位与真值数值位相同。例 8位原码机器数： 真值： x1 = +1010100B x2 = 1010100B 机器数：x1原 = 01010100 x2原 = 11010100原码表示简单直观,但0的表示不唯一，加减运算复杂。有符号数通常使用三种表示方法：(二)原码(True Form)（三）补码（Twos Complement）正数的补码表示与原码相同。 负数补码的符号位为1，数值位等于求反加1

18、。例：求 8位补码机器数：x=+4 x补= 00000100 x=-4 10000100 x1111011 x补 = 11111100补码表示的优点：0的表示唯一，加减运算方便。数的补码与“模”有关 “模”即计数系统的量程。当X0，X补= 模-X。8位二进制数的模为： 28 = 256当X0，X补= 28 -X= 256 -X = 255 -X+1 = X反码 + 1 =FFH - X+1 (16进制） 十进制: X补= 99H - X+1 规则：求反加1，符号位不变。如：1000 1101B 其补码：1111 0011规定：0000 0000B 为0 1000 0000B 不是0，而是1288位机器数表示的真值1.3.3带符号数的表示方法1.3.4 二十进制编码BCD码例：求十进制数876的BCD码876BCD = 1000 0111 0110 876 = 36CH = 11 0