第1章 基础知识(单片机)

第1章单片机基础知识本章要点单片机的特点及其应用MCS－51系列单片机简介数制及编码单片机技术的应用遍布国民经济与人民生活的各个领域一、电子元器件的发展二、单片机的发展单片机是应工业测控的需要而诞生的,它的结构与指令功能都是按照工业控制要求设计的,故又称单片微控制器。

单片机为单片微型计算机，又称为微控制器MCU（MicroControllerUnit）：把CPU、RAM、I/O接口、定时计数器等功能模块集成在一块芯片上。

单片机仍处在初级的发展阶段，元件集成规模还比较小，功能比较简单，一般均把CPU、RAM，有的还包括了一些简单的I/O口集成到芯片上，它还需配上外围的其他处理电路方才构成完整的计算系统。类似的单片机还有Zilog公司的Z80微处理器。1946:第一台电子计算机诞生；1971:美国Intel公司设计出四位微处理器；1973:

TI(德州仪器）公司注册了世界上第一个单片机专利；1、单片机诞生于20世纪70年代TI公司推出TMS1000单片机TI公司高速反雷达导航器INTEL公司推出了MCS-48单片机，起到8位机的引领和带头作用，Zilog公司的Z80系列在其带领下产生的。2、发展成熟阶段1980年以后，INTEL公司推出MCS-51系列单片机。这是一款公认的8位经典的单片机，8位微处理器（CPU），128B的数据存储器（RAM），4kB的程序存储器（ROM），片内集成了布尔处理器（位处理功能）。

3、微控制化阶段1982年以后，16位单片机问世，代表产品是INTEL公司的MCS-96系列，16位单片机比起8位机，数据宽度增加了一倍，实时处理能力更强，主频更高，集成度达到了12万只晶体管，RAM增加到了232字节，ROM则达到了8kB，并且有8个中断源，同时配置了多路的A/D转换通道，高速的I/O处理单元，适用于更复杂的控制系统。

4、主流产品Philips公司80C51系列Intel公司MCS-51系列ATMEL公司AT89系列…………80C51已经成为事实上的单片机主流系列，所以本课程就以80C51为研究对象。三、单片机的特点和应用1.特点（1）体积小，重量轻；（2）可靠性高，运行速度快，抗干扰能力强；（3）控制功能强，使用灵活，性价比高；（4）易扩展，易于开发；（5）受集成度限制，片内存储器容量较小。2.应用领域智能仪器仪表；交直流电压电流表数字式测角量位移传感器单片机具有体积小、功耗低、控制功能强、扩展灵活、微型化和使用方便等优点，广泛应用于仪器仪表中，结合不同类型的传感器，可实现诸如电压、功率、频率、湿度、温度、流量、速度、厚度、角度、长度、硬度、元素、压力等物理量的测量。采用单片机控制使得仪器仪表数字化、智能化、微型化，且功能比起采用电子或数字电路更加强大。例如精密的测量设备（功率计，示波器，各种分析仪）。3、机电一体化产品：工业过程控制用单片机可以构成形式多样的控制系统、数据采集系统。例如工厂流水线的智能化管理，电梯智能化控制、各种报警系统，与计算机联网构成二级控制系统等。数控线切割机床数控车床家用电器可以这样说，现在的家用电器基本上都采用了单片机控制，从电饭褒、洗衣机、电冰箱、空调机、彩电、其他音响视频器材、再到电子秤量设备，五花八门，无所不在。

计算机网络和通讯领域现代的单片机普遍具备通信接口，可以很方便地与计算机进行数据通信，为在计算机网络和通信设备间的应用提供了极好的物质条件，现在的通信设备基本上都实现了单片机智能控制。诸如移动电话、楼宇自动通信呼叫系统、程控交换机等等。医用设备医用呼吸机各种分析仪监护仪超声诊断设备病床呼叫系统等等电子分析仪

医用呼吸机四、单片机结构与简介微处理器：计算机的核心部件（CPU），主要用作运算和控制功能。但并不是一个完整的计算机。基本结构单片机系统组成结构CPUABDBCB存储器接口部件键盘显示器数码管打印机定时计数器MCS-51单片机是美国Intel公司于1980年推出的产品，一直到现在，MCS－51系列或其兼容的单片机仍是应用的主流产品，各高校及专业学校的培训教材仍以MCS－51单片机作为代表进行理论基础学习。与MCS-48单片机相比，它的结构更先进，功能更强，在原来的基础上增加了更多的电路单元和指令，指令数达111条。MCS－51单片机(主要包括8031、8051和8751等)主要功能

8位CPU。4KB程序存储器（ROM）（其中8031内部无ROM，8051内部有4KBROM，8751内部有4KBEPROM）。128B的数据存储器（RAM）。32条I/O口线。111条指令，大部分为单字节指令。21个专用寄存器。2个可编程定时器/计数器。5个中断源，2个优先级。1个全双工串行通信口。外部数据存储器寻址空间为64KB。外部程序存储器寻址空间为64KB。逻辑操作位寻址功能。双列直插40PinDIP封装。单一+5V电源供电。五、数制及转换（一）常见的数制二进制－－B十进制－－D八进制－－Q十六进制—H十进位计数制

【例１.1】十进制数2957.5可表示为：2．二进位计数制【例１.2】二进制数1101.11可表示为：3．八进位计数制

【例１.３】八进制数1701.61可表示为：4．十六进位计数制【例１.４】十六进制数1A0B.D1可表示为：（二）数制转换1.将非十进制数转换为十进制数

将非十进制数转换为十进制数的方法只有一个，即将非十进制数按权展开相加。（1）二进制数转换为十进制数【例１.５】1101.11B=1×23+1×22+0×21+1×20+1×2-1+1×2-2=13.75（2）八进制数转换为十进制数【例１.６】1101.11Q＝1×83+1×82+0×81+1×80+1×8-1+1×8-2=577.140625（3）十六进制数转换为十进制数【例１.７】2D.A4H=2×161+13×160+10×16-1+4×16-2=45.640622.将十进制数转换为非十进制数将十进制数转换为非十进制数的方法是：整数部分转换采用“除基数取余法”，小数部分转换采用“乘基数取整法”。（1）十进制数转换为二进制数【例1.8】将十进制数14.125转换为二进制数。整数部分14转换如下：小数部分0.125转换如下：

即：（14.125）10=（1110.001）2（2）十进制数转换为八进制数【例１.９】将十进制数1725.6875转换成八进制数。整数部分1725转换如下：小数部分0.6875转换如下：即：（1725.6875）10=（3275.54）8（3）十进制数转换为十六进制数

【例１.10】将十制数12345.671875转换为十六进制数。整数部分12345转换：小部分0.671875转换如下：

即：（12345.671875）10=(3039.AC)163.非十进制数与非十进制数之间的转换（1）二进制数与八进制数间的转换把二进制数转换成相应的八进制数的规则是：以小数点为界，分别向左、向右每3位二进制数为一组，用相应的八进制数来表示。八进制数转换为二进制数的规则是：以小数点为界，分别向左、向右，每位八进制数用相应的3位二进制数表示，小数点保留原位。

值得一提的是：无论是向左或向右，最后不足3位二进制数时用“0”补足3位。【例】将（10100101.01011101）B转换为八进制数。

010

100

101.010

111

010245.272即(10100101.01011101)B=(245.272)Q【例】将(756.34)Q转换为二进制数。756.34

111

101

110.011

100即(756.34)Q=(111101110.0111)B（2）二进制数与十六进制数间的转换把二进制数转换成相应的十六进制数的规则是：以小数点为界，分别向左、向右每4位二进制数为一组，用相应的十六进制数来表示。十六进制数转换为二进制数的规则是：以小数点为界，分别向左、向右，每位十六进制数用相应的4位二进制数表示，小数点保留原位。

值得一提的是：无论是向左或向右，最后不足4位二进制数时用“0”补足4位。【例】将(1111111000111.100101011)B转换为十六进制数。

0001

1111

1100

0111.1001

0101

10001FC7.958即(111111000111.100101011)B=(1FC7.958)H【例】将(79BD.6C)H转换为二进制数。79BD.6C

0111

1001

1011

1101.0110

1100

即(79BD.6C)H=(111100110111101.011011)B2、各种进位制的对应关系十进制二进制八进制十六进制十进制二进制八进制十六进制0