CH单片机系统基础知识实用

会计学1CH单片机系统基础知识实用微处理器MPU（MicroprocessorUnit）是集成在同一块芯片上的具有运算和控制功能的中央处理器。微处理器不仅是构成微型计算机、单片微型计算机系统、嵌入式系统的核心部件，而且也是构成多微处理器系统和现代并行结构计算机的基础。BACK第2页/共45页第1页/共45页微型计算机

由微处理器+大规模集成电路制成的程序存储器和数据存储器+输入/输出设备相连接的I/O接口电路构成微型计算机。微型计算机简称MC（microcomputer）。BACK第3页/共45页第2页/共45页单片机单片机是单片微型计算机的简称单片机是把微处理器（CPU）、一定容量的程序存储器（ROM）和数据存储器（RAM）、输入/输出接口（I/O）、时钟及其它一些计算机外围电路，通过总线连接在一起并集成在一个芯片上，构成的微型计算机系统。其它名称：微控制器MCU（MicroControllerUnit）嵌入式微控制器（EmbeddedMicrocontroller）

BACK第4页/共45页第3页/共45页嵌入式系统嵌入式系统泛指嵌入于宿主设备的系统中，嵌入的目的主要是用智能化提升宿主设备的功能。嵌入式系统是以应用技术产品为核心，以计算机技术为基础，以通信技术为载体，引入各类传感器，可接入Internet网络，以适应应用环境的机电/电子产品。特点：嵌入式微处理器对实时多任务有很强的支持能力；嵌入式微处理器具有功能很强的存储区保护功能；嵌入式微处理器功耗很低。BACK第5页/共45页第4页/共45页SOCSOC是片上系统的简称。SOC是一种高度集成化、固件化的系统集成技术。使用SOC技术设计系统的核心思想，就是要把整个应用电子系统全部集成在一个芯片中。使用SOC技术设计应用系统时，除了无法集成的外部电路或机械部分以外，其他所有的系统电路全部集成在一起。BACK第6页/共45页第5页/共45页1.1.2单片机的发展概况

计算机是应数值计算要求而诞生的。长期以来，电子计算机技术都是沿着满足海量高速数值计算要求的道路发展的。直到20世纪70年代，电子计算机在数字逻辑运算、推理、实际控制方面显露出非凡能力后，在工业控制领域才开始对计算机技术发展提出了与传统海量高速数值计算完全不同的要求。第7页/共45页第6页/共45页一、单片机的发展阶段第一阶段(1974—76)—初始阶段。以4位单片机为主，功能比较简单。如美国Fairchild公司生产的第一台单片机F8，采用双片形式，功能简单。

第二阶段(1976—78)—探索阶段。如76年Intel公司生产的MCS-48系列单片机是第一台完全的8位低档单片机。此后各种8位单片机纷纷应运而生。第三阶段(1978—82)——完善阶段。提高电路的集成度，增加8位单片机的功能。如在MCS-48基础上推出的高档8位单片机系列MCS-51。第四阶段(1982—90)——巩固和发展阶段。巩固发展8位单片机、推出16位单片机、向微控制器发展，强化了智能控制器的特征。如将ADC、DAC、PWM、WDT、DMA集成到单片机。第五阶段(1990至今)——全面发展阶段。适合不同领域要求的单片机，如各种高速、大存储容量、强运算能力的8位/16位/32位通用型单片机，还有用于单一领域的廉价的专用型单片机。第8页/共45页第7页/共45页二、单片机技术发展方向1)计算机系统的发展方向：巨型化、单片化、网络化。

2)单片机的发展趋势

内部结构集成部件增加系统级芯片、多核结构低功耗、贴片封装、宽电源电压、可低压工作

增加集成度和提高可靠性技术采用RISC指令体系结构实现流水线作业

ISP及基于ISP的编程环境(FLASHROM)

软件嵌入，与InterNet互联BACK第9页/共45页第8页/共45页1.1.3单片机的特点和应用特点：1)体积小，成本低，运用灵活，性能价格比高，易产品化；研制周期短，能方便构成智能化的控制设备和仪器。

2)可靠性高，抗干扰性强；BUS大多在内部，易采取电磁屏蔽；适用温度范围宽，在各种恶劣环境下都能可靠工作。

3)实时控制功能强：实时响应速度快,可直接操作I/O口。

4)可方便地实现多机和分布式控制，提高系统效率和可靠性。

应用：1)工业测控、 2)智能设备

3)家用电器、 4)消费类电子产品

5)网络与通信的智能接口BACK第10页/共45页第9页/共45页1.1.4单片机的系列产品介绍1.8051类单片机2.Atmel的AT89系列3.Atmel的AVR系列4.Motorola单片机5.Microchip单片机BACK第11页/共45页第10页/共45页Atmel公司的AT89系列单片机

AT89系列单片机不但具有一般MCS-51单片机的所有特性，而且其Flash程序存储器可以用电擦除方式瞬间擦除、改写,写入单片机内的程序还可以进行加密。AT89系列单片机主要有AT89C51/C2051/1051等型号:AT89C51最为实用，它不但和8051指令、管脚完全兼容，而且其片内含有4KBFlash型程序存储器，性价比远高于8751。AT89C2051去掉了P0口和P2口，内部的Flash程序存储器也只有2K，封装形式也由40脚改为20脚。AT89C1051在AT89C2051的基础上，再次精简掉了串口等功能，程序存储器减小到1KB。

BACK第12页/共45页第11页/共45页Atmel公司的AVR单片机Atmel公司的AVR单片机，是增强型RISC(精简指令集)、内载Flash的单片机。由于采用增强的RISC结构，使其具有高速处理能力，在一个时钟周期内可执行复杂的指令。

AVR单片机工作电压为2.7~6.0V，可以实现耗电最优化。BACK第13页/共45页第12页/共45页Motorola公司M68HC08系列单片机

M68HC08系列单片机，具有速度快、功能强、价格低、功耗低、指令系统丰富等特点，内部程序存储器采用成熟的Flash存储器技术。编程速度快、可靠性高。单一电源电压供电——片内集成电荷泵，可由单一工作电压在片内产生编程电压。支持在线编程——允许单片机内部运行的程序去改写Flash存储器内容，这样可代替外部电可擦除存储器芯片，减少外围部件，增加嵌入式系统开发的方便性。高频噪声低，抗干扰能力强。BACK第14页/共45页第13页/共45页MicroChip公司单片机

MicroChip公司的主要产品是PIC16C系列和PIC17C系列8位单片机，CPU采用RISC结构，分别仅有33、35、58条指令，采用Harvard双总线结构，运行速度快，工作电压低，低功耗，有较大的输入/输出直接驱动能力，价格低，能一次性编程，体积小，适用于用量大、档次低、价格敏感的产品。BACK第15页/共45页第14页/共45页1.2单片机中的数和编码1.2.1数制1.2.2数制的转换1.2.3原码、反码、补码1.2.4数的运算1.2.5常用的编码BACK第16页/共45页第15页/共45页1.2.1数制进位计数制：使用有限个基本数码来表示数据，按进位的方法进行计数。两大要素：基数和位权。二进制：以2为基数的数制，0和1两个数符十进制：以10为基数的数制，0,1,2,3,4,5,6,7,8,9等10个数符。十进制：以16为基数的数制，0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,A,B,C,D,E,F等16个数符。BACK第17页/共45页第16页/共45页1.2.2数制的转换1101.11B=1×23＋1×22＋0×21＋1×20＋1×2－1

＋1×2－2=13.753BH=3×161＋11×160=591A6CH=1×163＋10×162＋6×161＋12×160=6764第18页/共45页第17页/共45页1.2.2数制的转换除基取余法：把一个十进制整数依次除以2，并记下每次所得的余数（1或0），最后所得的余数的组合即为转换的二进制数。

第一位余数为LSB

最后一个余数为MSB126D=1111110B第19页/共45页第18页/共45页1.2.2数制的转换十进制转换成十六进制与十进制转换成二进制方法一样，只是除数为16而不是2。而余数是0～F中的任一个数。9168D=23D0H第20页/共45页第19页/共45页1.2.2数制的转换乘基取整法：0.318=0.010100010…B第21页/共45页第20页/共45页1.2.2数制的转换101,1011,0110,1010B=7B6AH38AFH=0011,1000,1010,1111BBACK第22页/共45页第21页/共45页1.2.3原码、反码、补码计算机中，数的最高位用来表示正、负数。最高位为“0”表示正数，最高位为“1”表示负数。机器数：数据连同数码化的符号位一起表示的编码数。真值：把机器数实际代表的数称为机器数的真值。机器数有三种表示方法：原码、反码、补码。第23页/共45页第22页/共45页1．原码符号位0表示正数，1表示负数，数值位保持原样。8位二进制原码表示的数的范围为：－127～＋127。特点:（1）正数的原码与原来的数相同。（2）负数的原码为符号位置1，而数值位不变。（3）0的原码表示法有两种，即正0和负0。

[+0]原＝00000000[-0]原＝10000000第24页/共45页第23页/共45页2．反码8位二进制反码表示的数的范围为：－127～＋127（1）正数的反码=正数的原码（2）负数的反码=符号位为1，数值位对原码按位求反。（3）0在反码中也有两种表示法，正0和负0。[+0]反＝00000000[-0]反＝11111111第25页/共45页第24页/共45页3．补码8位二进制补码表示的数的范围为：－128～＋127补码计算方法：（1）正数的补码=正数的原码（2）负数的补码=反码加1（3）0的补码表示只有一种：[+0]补=[-0]补＝00000000B（4）比原码多一种组合，即10000000（-128）其最高位“1”既表示符号，又表示数值；补码的加法规则是：

[X＋Y]补=[X]补＋[Y]补补码的减法规则是：

[X－Y]补=[X]补＋[-Y]补补码的符号位作为数值的一部分，可以参加运算第26页/共45页第25页/共45页3．补码求十进制数76－28的运算76的2进制是0100110028的2进制是00011100-28的补码是11100100第27页/共45页第26页/共45页3．补码求十进制数36－52的运算[-16]补=11110000

第28页/共45页第27页/共45页原码、反码、补码之间的关系对于正数：[x]原＝[x]反＝[x]补

对于负数：[x]反＝[x]原数值位取反，符号位不变。[x]补=[x]反＋1

采取求补运算，可以将计算机中的减法运算转换成加法运算，从而节约了计算机的硬件成本。负数的补码如何转换为原码?BACK第29页/共45页第28页/共45页1.2.4数的运算进位（CY）：指运算结果最高位D7向更高位有进位或借位。溢出（OV）：运算结果超出数的表示范围（-128~+127）。1）加法正数+正数、负数+负数：可能产生溢出。正数+负数：不会溢出，结果总是正确。2）减法：相当于正数+负数，不会有溢出，结果正确。溢出的判断方法：看有没有破坏符号位，即观察CY⊕CS，异或结果为“1”时，OV位置1，即溢出。BACK第30页/共45页第29页/共45页1.2.5计算机中常用的编码1.ASCⅡ码

ASCⅡ编码表（AmericanstandardCodeforinformationinterchange美国信息交换标准代码）

ASCⅡ码用7位二进制数表示，可表达128个字符，其中包括数码0～9，英文大小写字母，标点符号和控制字符。

7位ASCⅡ码分成二组：高3位一组，低4位一组，分别表示这些符号的列序和行序。第31页/共45页第30页/共45页2．BCD（8421）码

用4位二进制数表示一个十进制数。因共有24=16种组合状态，故可选其中十种编码来表示0~9十个数字。最常用的编码方式称为BCD码（BinarycodedDecimalCode）。表十进制与二进制的对照第32页/共45页第31页/共45页BCD码加法“逢十进一”若各位的和均在0～9之间，则其加法运算规则完全同二进制数加法的规则一样；若相加后的低4位大于9，或有进位，则应对低4位加6修正。类似，高4位加60H修正。例：BCD码X=59,Y=78,求X+YX=01011001Y=01111000第33页/共45页第32页/共45页BCD码减法BCD码减法修正的条件和方法是：低4位向高4位借位，或低4位出现非法码，低4位减6修正；高4位出现非法码，或高4位向更高的借位，高4位减6修正。例如：BCD码X=55，Y=38，求X-YX=01010101，Y=00111000BACK第34页/共45页第33页/共45页1.3单片机常用逻辑电路简介1.3.1基本门电路1.3.2触发器1.3.3寄存器1.3.4计数器1.3.5三态门与缓冲器1.3.6译码器BACK第35页/共45页第34页/共45页1.3.1基本门电路与门芯片74LS0874LS0974LS1174LS21或门芯片74LS32非门芯片74LS04(六反相器)、74LS05(集电极开路型六反相器)。

与非门芯片74LS0074LS1074LS2074LS3074LS01/03或非门芯片74LS0274LS2774LS25BACK第36页/共45页第35页/共45页1.3.2触发器1．基本RS触发器第37页/共45页第36页/共45页1.3.2触发器2．D触发器第38页/共45页第37页/共45页1.3.2触发器3