第1章单片机基础知识概述

1、单片机原理及应用,基于Proteus和KeilC,第1章单片机基础知识概述,1.1单片机概述1.2单片机学习的预备知识1.3Proteus软件简介,第1章单片机基础知识概述,1.1单片机概述1、什么是单片机？2、为什么要学单片机？3、怎样学习单片机？1.2单片机学习的预备知识1.3Proteus软件简介,1.什么是单片机？,从微型计算机技术的两大发展分支谈起,第1章单片机基础知识概述,分支一：通用微型计算机系统（UniversalComputerSystem或PersonalComputer）,PC主要功能部件：CPU+存储器+端口+显卡+声卡+网卡+显示器+鼠标+键盘,基本功能部件,接口,外

2、设,第1章单片机基础知识概述,INTEL架构CPU的发展历程,技术要求:高速计算+海量存储发展方向:总线速度不断提升，存储容量不断扩大,第1章单片机基础知识概述,分支二：嵌入式计算机系统（EmbeddedComputerSystem）ECS嵌入到对象体系中，实现对象体系智能化控制的专用计算机系统。技术要求：必须满足对象体系的物理环境、电气环境和气氛环境以及产品成本等要求。发展方向:与对象系统密切相关的嵌入性能、控制能力与控制可靠性。,第1章单片机基础知识概述,PC电气加固、机械加固，并配置各种外围接口板卡IPC（工控机）嵌入到大型工控系统中（实现了智能化）,工业计算机（IndustrialPe

3、rsonalComputer）,船舶驾驶室集中控制台自动配料控制系统电站锅炉控制系统,板卡：CPU卡、存储器卡、数据采集卡、通讯卡、计数器卡,第1章单片机基础知识概述,众多小型对象系统（如家电、仪器、工控单元）无法使用IPC需要发展一类特殊的嵌入式计算机系统。,第1章单片机基础知识概述,单片计算机（SingleChipMicrocomputer）,SCM将通用微计算机基本功能部件集成在一块芯片上构成的一种专用微计算机系统,应用：SCM硬件+SCM软件+少量外围电路嵌入式微机系统+被控对象微电脑控制产品,第1章单片机基础知识概述,单片机应用范例,第1章单片机基础知识概述,单片机的发展：,从197

4、6年起，Intel公司先后推出MCS-48（4位）、MCS-51（8位）和MCS-96（16位）三大系列单片机。迄今为止，世界各地厂商已相继研制出大约50个系列300多个品种的单片机产品。单片机的发展趋势是高集成度、高性能、高性价比、低功耗微控制器（MicroCompuerUnit)增强功能的单片机，8位的51内核单片机仍然是目前主流机型。,第1章单片机基础知识概述,第1章单片机基础知识概述,DSP：一类特别适合于进行数字信号运算的微处理器DSP有更高的集成度，更快的CPU，更大容量的存储器，更高效的指令集。DSP适合应用于音频、视频信号处理领域。DSP是单片机的高级形式,数字信号微处理器（D

5、igitalSignalProcessor）,第1章单片机基础知识概述,DSP应用范例,第1章单片机基础知识概述,2.为什么要学单片机？,单片机是实现机械装备、电子产品智能化的重要途径，掌握这门技术便能在高技术领域占有一席之地单片机系统是当前最有发展前途的高技术领域之一，国内外嵌入式系统的产品设计与研发人员相对短缺，具有很好的就业前景单片机与其它专业知识相结合可产生更大的创造力和发展潜力,第1章单片机基础知识概述,单片机应用实例抽油机自动间抽控制技术,第1章单片机基础知识概述,游梁式抽油机石油开采设备,矛盾1：电动机配置存在“大马拉小车”需要配备较大功率电机仅需配备较小功率电机抽油机启动过程正

6、常抽油时稠油、结蜡、冬季,矛盾2：产抽不平衡导致抽油机工作效率低油田开采后期地层供液能力抽油能力大于供油能力抽油机工作效率,国内约有10万多台游梁式抽油机，电能消耗问题十分突出！,第1章单片机基础知识概述,利用星角切换的节能原理,第1章单片机基础知识概述,闭环控制原理,功率变送器,额定功率,微机控制器,交流接触器,异步电动机,实际功率,切换控制方案根据实际工况，确定最适接线方式，实施双向动态切换,第1章单片机基础知识概述,利用定时间抽的节能原理,开机,停机,开机,开机,停机,时间,根据间抽规律设置开机时间T1和停机时间T2,节能效果停机时间/（开机时间+停机时间）,第1章单片机基础知识概述,综

7、合上述两种原理抽油机功率双向切换与间抽控制方案,起动时采取强制方式以满足带载起动要求起动后在、Y、过载停机三个状态间双向自动切换可根据设置实现切换+间抽联合控制,技术核心：,第1章单片机基础知识概述,空气开关,交流接触器,电动机,功率变送器,抽油机电控箱,基于单片机的抽油机节能控制方案,第1章单片机基础知识概述,试验结果平均无功功率降低71.8%平均有功功率降低约15%平均功率因数提高58%,第1章单片机基础知识概述,3、怎样学习单片机,各组成部分既相对独立，又相互交叉,80C51型单片机,教学目标掌握单片机原理与应用系统设计技能需要具备单片机硬件、软件、接口三方面知识,第1章单片机基础知识概

8、述,硬件结构（RAM，IO，T/C，INT，UART）,存储器,输入/输出单元,定时/计数器,中断系统,串行通信,第1章单片机基础知识概述,软件编程,C51语言程序,汇编语言程序,第1章单片机基础知识概述,接口系统（LED，KEY，AD，DA，IO扩展）,键盘电路,数码管,键盘,模数转换,数模转换,可编程接口,第1章单片机基础知识概述,单片机的学习方法,理论教学掌握基本原理课堂讲解+课后复习,实验教学掌握基本技能教学实验+实验报告,电路实验箱,虚拟实验平台,第1章单片机基础知识概述,PROTEUS单片机仿真软件,第1章单片机基础知识概述,KeilC51简介KeilC51是51单片机软件开发的C

9、语言和汇编语言环境，可以进行纯软件仿真；也可以与Proteus软件联合进行仿真。,Keil集成开发环境软件,第1章单片机基础知识概述,特点：（1）以C51编程语言作为贯穿全书各章节的主线，汇编语言内容仅按能读懂源代码程序的要求安排。（2）将近年来国际上热门的单片机仿真软件引进到教材体系中，使单片机的抽象概念直观化，编程效果可视化。（3）以仿真实验代替实物实验，实验指导中包括了相关内容的阅读材料。,使用教材,第1章单片机基础知识概述,第1章单片机基础知识概述,1.1单片机概述1.2单片机学习的预备知识1、数制定义2、数制转换3、有符号数4、位-字节-字5、ASCII码6、BCD码7、逻辑门电路1

10、.3Proteus软件简介,1.数制定义,单片机常用的数制有十进制、二进制、十六进制。,例如：,第1章单片机基础知识概述,二进制：0、1；规则：逢二进一，后缀为B。一般表达式为：,其中，基数为2，各位加权数为0，1。,例如：,第1章单片机基础知识概述,十六进制：09、AF。规则：逢十六进一，后缀为H。一般表达式为：,其中，基数为16，各位加权数为09、AF。,例如：,第1章单片机基础知识概述,2.数制转换,(1)二进制转换成十进制转换规则：按进制的表达式展开，然后按照十进制运算求和。,例如：,第1章单片机基础知识概述,（2）十六进制转换成十进制转换规则：按进制的表达式展开，然后按照十进制运算求

11、和。,例如：,第1章单片机基础知识概述,(3)二进制与十六进制数之间的转换,从低位起由右到左，每四位二进制数对应一位十六进制数。例如：,（最后一组不足时左边添0凑齐4位）,转换规则：,第1章单片机基础知识概述,(4)十进制整数转换成二、十六进制整数转换规则：“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。,例如：,第1章单片机基础知识概述,3.有符号数的表示方法,二进制数的正、负号需用“0”和“1”来表达。一般最高位为符号位，“0”表示正数，“1”表示负数。,例如：真值+12301111011B真值-12311111011B,有符号数：最高位为符号

12、位，“0”表示正数，“1”表示负数。无符号数：最高位不作为符号位，而当成数值位。,真值11111011B？,=251=-123,第1章单片机基础知识概述,二进制数有三种编码形式：原码、反码和补码,原码：二进制数的原形，可以是无符号数，也可以是有符号数。例如，8位无符号原码数的范围是：00000000B11111111B（0-FFH或0255）8位有符号数的范围是：11111111B01111111B（FFH-7FH或-127127）,第1章单片机基础知识概述,反码：正数的反码与原码相同，负数的反码为：符号位不变，数值部分按位取反。例如，原码10000100B反码11111011B,8位无符号反

13、码数的范围是00000000B11111111B（0-FFH或0255）8位有符号反码数的范围是11111111B01111111B（FFH-7FH或-127127）,第1章单片机基础知识概述,补码：正数的补码与原码相同，负数的补码为其反码加1，但原符号位不变。例如，原码10000100B补码11111100B,8位无符号补码数的范围是00000000B11111111B（0-FFH或0255）8位有符号补码数的范围是10000000B01111111B（80H-7FH或-128127）,补码的用途：将减法运算转换为加法运算。,例如：123-125=01111011B+10000011B=11

14、111110B=-2,第1章单片机基础知识概述,4.位-字节-字,位(bit)：二进制数中的一位，其值不是“1”，就是“0”。字节(byte)：一个8位的二进制数为一个字节。字节是计算机数据的基本单位。字(word)：两个字节就是一个字，又叫双字节。另外，有时还会用到“半字节”，即4位二进制。例如：1000111011001011B=8ECDH,第1章单片机基础知识概述,5.BCD码,BCD码（BinaryCodedDecimal）用二进制代码表示的十进制数，四位二进制代码（半字节）可表示1位十进制数。用一个字节表示两个十进制的数压缩的BCD码：如10000111B表示十进制的87用一个字节仅

15、表示一位十进制的数非压缩的BCD码：如00000111B表示十进制的7,BCD码的用途：可使计算机直接进行十进制数运算,例如，23+15=00100011B+00010101B=00111000B=38,第1章单片机基础知识概述,第1章单片机基础知识概述,6.ASC码,字母和字符的二进制数表示ASC码(AmericanStandardCodeforInformationInterchange美国国家信息交换标准字符码)。,它采用7位二进制编码表示128个字符，其中包括数码09以及英文字母等可打印的字符。,A1000001B41H,例如：,0-930H39H,第1章单片机基础知识概述,7.基本逻

16、辑门电路,计算机是由若干逻辑门电路组成的，所以，计算机对于人们给出的二进制数识别、运算要靠基本逻辑门电路来实现。在逻辑门电路中我们用1和0分别表示高、低电平。,以下介绍几种常用逻辑电路的逻辑符号和逻辑功能。,第1章单片机基础知识概述,（1）与逻辑关系,与逻辑真值表,Y,与门电路,A,B,Y,&,A,B,Y,与门符号,第1章单片机基础知识概述,（2）或逻辑关系,或逻辑真值表,或门电路,或门符号,Y,第1章单片机基础知识概述,（3）非逻辑关系,非逻辑真值表,非门电路,非门符号,Y,A,A,Y,1,第1章单片机基础知识概述,（4）与非逻辑关系,与非逻辑真值表,与非（复合）门电路,与非门符号,A,B,

17、Y,&,A,B,Y,第1章单片机基础知识概述,第1章单片机基础知识概述,第1章单片机基础知识概述,1.1单片机概述1.2单片机学习的预备知识1.3Proteus软件简介1、ISIS模块应用举例2、ARES模块应用举例,ISIS（IntelligentSchematicInputSystem）原理图设计与仿真平台，它用于电路原理图的设计以及交互式仿真。ARES（AdvancedRoutingandEditingSoftware）高级布线和编辑软件平台，它用于印制电路板的设计，并产生光绘输出文件。,Proteus由两个设计平台组成：,1.ISIS模块应用举例,基于80C51单片机的计数显示器电路原理图，其功能是对按键BUT的按压次数进行统计，并将结果显示出来。,（1）启动ISIS,（2）绘制电路原理图,（3）输入单片机汇编程序,（4）进行源代码调试,（5）仿真运行,2.ARES模块应用举例,在前述计数显示器电路原理图的基础上进行印刷线路板设计，并生成制版所需的电子文件。,器件布局,自动布线,（1）启动ARES,（2）元器件布局,导入电路原理图（自动、手动）,（3）元器件布线,生成节点连线（自动、手动）,（4）铺铜,填充线路板区