第一章单片机控制技术及应用概述

第一章概述

第一节单片机的基础知识第二节数制与码制

第三节常用单片机系列介绍

第一节单片机的基础知识

一、单片机概述

冯·诺依曼型计算机的主要特点为：采用二进制代替十进制运算和存储程序工作方法。人们将计算机要处理的数据和运算方法、步骤，事先按计算机要执行的操作命令和有关原始数据编制成程序（二进制代码），存放在计算机内部的存储器中，计算机在运行时能够自动地、连续地从存储器中取出并执行，不需人工加以干预。根据这种指导思想，得出计算机的硬件系统由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备共五个部分组成。图1-1所示为计算机硬件系统的基本组成框图。

计算机硬件组成框图

1．运算器

运算器由算术逻辑单元（ALU）、累加器、数据缓冲寄存器和状态寄存器组成。

2．控制器控制器控制着单片机完成各种操作。控制器和运算器合在一起称为中央处理器，即CPU(CentralProcessingUnit)。

3．存储器存储器为计算机的记忆部件，用于存放计算机的程序和数据，一般可分为只读存储器（ROM）和随机存储器（RAM）。

ROM中存放的信息具有只能读出而不能写入，并且掉电不丢失的特点，因此常用来存放固定不变的程序，所以有时直接称之为程序存储器；RAM中存放的信息可随机“读出”或“写入”，但掉电后信息会丢失，因此常用来存放一些需要临时保存的数据或运算的中间结果，所以有时直接称之为数据存储器。4．输入设备

5．输出设备

所谓的单片机就是将计算机的CPU、存储器、I/O接口电路、定时器/计数器、中断部件等计算机的功能部件集成在一块芯片上，形成单芯片的，具备独特功能的微型计算机。（二）单片机的特点

1．抗干扰能力强，工作温度范围宽。

2．高的可靠性。

3．控制功能强，数值计算能力相对较差。

4．指令系统比通用微机的指令系统简单，具有许多面向控制的指令。

5．具有很高的性价比。

（三）单片机的应用领域

1．工业控制领域

2．家用电器领域

3．办公自动化领域4．商业营销领域

5．智能仪器仪表领域

6．其它领域另外，在汽车与航空航天器电子系统中的自动驾驶系统、通信系统、飞行监视器(黑匣子)等，都采用了单片机控制系统。

（四）单片机的发展和未来

1．单片机的发展

单片机的发展可分为三个阶段：第一阶段为单片机的初级阶段，它以INTEL公司的MCS-48系列为代表，采用专门的结构，在片内集成了8位CPU、并行I/O口、8位定时/计数器、RAM、ROM等，但无串行口，中断处理也较简单。第二阶段为单片机的发展阶段，它以INTEL公司的MCS-51系列为代表，在技术上完善了外部总线，并确立了单片机的控制功能。

第三阶段为单片机的更新阶段。最具有代表性的是INTEL公司的MCS-96系列单片机，他是16位的CPU，RAM和ROM的容量也进一步增大，并且带有高速输入/输出部件，多通道A/D转换器，8级中断处理能力使之具有更强的实时处理功能。

2．单片机的未来

从单片机发展的趋势来说，主要向着大容量高性能、小容量低价格、外围电路内装化方向发展。

（1）大容量高性能

（2）小容量低价格（3）外围电路内装化

二、常用术语1.字长字长是指计算机的运算器能同时处理的二进制数据的位数,它与计算机的功能和用途有很大关系。2.存储容量存储容量是指存储器能够存储信息的总字节数。1KB=1024B=210B1MB=1024KB=220B1GB=1024MB=230B1TB=1024GB=240B3．总线总线是信息传送的公共通道。每一位二进制数由总线中的一根线来传送。根据总线传输信息的内容不同，总线可分为数据总线、地址总线和控制总线。

4．堆栈堆栈是在RAM区中，按照先进后出的原则设置的专用存储区域。

第二节数制与码制

一、数制

(一)十进制数十进制数是用0、1、2、3、4、5、6、7、8、9十个数字来表示的数.十进制数985可以表示成：

(985)D＝9×102+8×102+5×100

(二)二进制数二进制数是以２为基数的计数体制，它用0、1两个数码，采用“逢二进一”的计数规律。任意一个二进制数(N)B都可以按权展开：(N)B＝kn-1×2n-1+kn-2×22+…+k1×21+k0×20+k-1×2-1+…k-m×2-m

（三）八进制数八进制数是以8为基数的计数体制，它用0、1、2、3、4、5、6、7这八个数码表示，采用“逢八进一”的计数规律。例：

(625)O=6×82＋2×81+5×80

（四）十六进制数它用0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、A、B、C、D、E、F这16个数码表示，采用“逢16进一”的计数规律。

，例：

(4A8F)H＝4×163+10×162+8×161+15×160

二、数制间的转换

（一）二、八、十六进制数转换为十进制数将一个二进制、八进制或十六进制数转换成十进制数，只要将此数按权展开，按十进制数规律相加，结果就是要转换的十进制数。例如：

(113)O=1×82+1×81+3×80=(75)D(5D4)H=5×162+13×161+4×160=(1492)D

(1110)B＝1×23+1×22+1×21+0×20=(14)D

（二）十进制数转换为二、八或十六进制数

将十进制数向其他进制数转换，采用“除进制取余”的方法，直到商为“0”。然后，从余数的未位起顺次收集余数，即余数的未位是第一位，余数的首位是最后一位，即得转换后的数。

(35)D＝(100011)B

(139)D＝(213)O

(139)D=(8B)H小数部分应为“乘进制取整”。例：

(0.375)D＝(0.011)B

取整小数部分：0.375×2=0.7500.75×2=1.5(减1)10.5×2=1.01

(三)二进制、八进制、十六进制数的相互转换三位二进制数对应一位八进制数，四位二进制数对应一位十六进制数，所以，二、八、十六进制间的转换只要选对位数（三位或四位为一组），就能相互转换。三、二进制数的运算

（一）二进制加法的运算规则为：0＋0＝0、0＋1＝1、1＋1＝0（有进位1）。

例：(1101)B＋(1101)B＝(11010)B1101+110111010（二）二进制减法的运算规则为：0－0＝0、1－0＝1、1－1＝0、0－1＝1（有借位）。

例如：(11011)B-(1101)B=(1110)B

11011-1101

1110

（三）二进制乘法运算规则为：0×0=0、0×1=0、1×0=0、1×1=1。1101×10011101+11011110101

（四）二进制除法

二进制除法是乘法的逆运算，与十进制除法类似，我们在这里就不再叙述了。

四、计算机中数的表示

（一）带符号数可以把符号位数值化，即正、负符号也用一位二进制数来表示，这就是“机器数”，通常符号位在该数的最高位，用“0”表示正，用“1”表示负，例如：+74用有符号数表示就是01001010，-74用有符号数表示就是11001010。

（二）定点数和浮点数

1.定点数在计算机中，小数点的位置固定不变的数称为定点数

2．浮点数浮点数是指在数的表示中，小数点的位置是浮动的。（三）原码、反码和补码

1．原码在符号位中用“0”表示正，用“1”表示负的二进制数称为原码.设计算机字长是8位，则[+57]原＝00111001[-57]原＝101110012．反码正数，反码=原码；负数，反码=原码的符号位不变，数值位按位取反，即数值位的1变0，0变1。例如：[+13]反＝[+13]原＝00001101[+0]反＝[+0]原＝00000000[-13]反＝11110010[-0]反＝111111113．补码：正数，补码=原码；负数，补码=反码加1。例如：[13]补＝[+13]原=00001101

[-13]补＝[-13]反+1=11110011

（四）十进制数的编码

BCD码是用二进制编码来表示十进制数。常用的BCD码有8421码（各位权是8、4、2、1）、2421码（各位权是2、4、2、1）、5211码、4311码等。2．格雷码格雷码是任何两个相邻的代码，只有一位二进制位的状态不同，其余3个二进制位的状态必须相同的一种编码，可由8421码的相邻两位异或而得到，利用格雷码的特点，可以校验代码，避免代码传送中的瞬时错误。

8421码与格雷码、余3码比较

十进制数

8421码

格雷码

余3码

00000000000111000100010100200100011010130011001001104010001100111501010111100060110010110017011101001010810001100101191001110111003．余3码把每一个8421码都加上0011（即3）就得到余3码.（五）字符数据编码

目前，ASCII码有7位和8位两种字符编码形式。常用的是7位ASCII码，它包括26个大写和26个小写的英文字母、10个数字、以及一些专用字符。7位编码的ASCII码，实际上也是采用8位二进制，但最高位置0用作校验，故最多可表示128个字符(即27=128)。

ASCII码字符编码表

高位低位0000010100111001011101110000NULDC0SP0@P_ｐ0001SOHDC1!1AQaｑ0010STXDC2“2BRbr0011ETXDC3#3CScs0100EOTDC4$4DTdt0101ENQNAK%5EUeu0110ACKSYN&6FVfv0111DELETB′7GWgwASCII码字符编码表（续上表）

高位低位0000010100111001011101111000BSCAN(8HXhx1001HTEM)9IYiy1010LFSUB*：JZjz1011VTESC+；KIk{1100FFFS，<L\l|1101CRGS－=MJm}1110SORS．>N↑n～1111SIUS／?Ｏ←。DEL第三节常用单片机系列介绍

一、单片机的硬件系统

（一）数据总线（DB）

数据总线是CPU、存储器与I/O接口之间的数据传送的通道。（二）地址总线（AB）CPU对各功能部件的访问是按地址进行的，地址总线就是用来传送CPU发出的地址信息，以访问被选择的存储器单元或I/O接口，地址总线是单向三态的。

（三）控制总线（CB）控制总线上传送的可以是CPU发出的控制信号，也可以是其他功能部件传送给CPU的控制信号，因而控制总线是双向的。

RAMROMI/O外设CPUCBDBAB二、单片机的软件系统

(一)系统软件单片机的系统软