第1章_单片机基础知识.ppt

1、单片机原理与应用技术,第1章 单片机基础知识,1.1 单片机的发展概况 1.2 计算机中数的表示方法,1.1 单片机的发展概况,1.1.1 什么是单片机 定义： 将微型计算机的基本功能部件:中央处理器（CPU）、存储器（ROM和RAM）、输入/输出接口（I/O）、定时器/计数器（T/C）、中断系统等多种资源集成在一个半导体芯片上，使得一块集成电路芯片就能构成一个完整的微型计算机，这种集成电路芯片被称为单片微型计算机（Single Chip Microcomputer），简称单片机。,返回,下一页,1.1 单片机的发展概况,全称： （1）国内形象称谓单片微型计算机（Single Chip Mic

2、rocomputer），即 SCM。 （2）国际称谓微型控制器（Micro Controller Unit），即MCU。 二者都指单片机，前者命名侧重于单片机的外在形象，后者命名侧重于单片机的功能和应用。,返回,下一页,上一页,1.1 单片机的发展概况,单片机与单片机应用系统的区别： 从其组成、逻辑功能上来看，单片机都具备了微机系统的基本部件和基本功能。 但需要指出的是，单片机毕竟还只是一个芯片，只有在配置了应用系统所需的电源、接口芯片、输入/输出设备（如显示器、键盘、打印机等） 、应用软件等，才可以构成实用的单片机应用系统。,返回,下一页,上一页,1.1 单片机的发展概况,1.1.2 单片机

3、发展历程及产品近况 1975年美国德克萨斯仪器公司(TI公司)最先推出单片机TMS1000。 单片机的迅速发展源于1976年Intel公司推出了MCS- 48系列单片机。 纵观整个单片机技术的发展过程，可以分为以下3个主要阶段。,返回,下一页,上一页,1.1 单片机的发展概况,1. 单片机形成阶段 1976年，Intel公司推出了MCS- 48系列单片机。该系列单片机早期产品在芯片内集成有：8位CPU 、1 KB ROM、64B RAM 、27 根I/O线和1个 8位定时/计数器。 此阶段单片机的主要特点是：在单个芯片内完成了CPU、存储器、I/O接口、定时/计数器、中断系统、时钟等部件的集成

4、。但存储器容量较小，寻址范围小（不大于4 K），无串行接口，指令系统功能不强。,返回,下一页,上一页,1.1 单片机的发展概况,2. 性能完善提高阶段 1980年，Intel公司推出MCS-51系列单片机。该系列单片机在芯片内集成有：8位CPU 、4KB ROM、128 B RAM、4个8位并行接口、1个全双工串行接口、2个16位定时/计数器，寻址范围为64 K，并集成有控制功能较强的布尔处理器（完成位处理功能）。 此阶段单片机的主要特点是：结构体系完善，性能已大大提高，面向控制的特点进一步突出。现在，MCS-51已成为公认的单片机经典系列。,返回,下一页,上一页,1.1 单片机的发展概况,3

5、. 微控制器化阶段 1982年，Intel公司推出MCS-96系列单片机。该系列单片机在芯片内集成有：16位CPU、 8KB ROM、232B RAM、5个8位并行接口、1个全双工串行接口、2个16位定时/计数器。寻址范围最大为64K，片上还有8路10位ADC , 1路PWM （D/A）输出及高速I/O部件等。 此阶段单片机的主要特点是：片内面向测控系统外围电路增强，使单片机可以方便灵活地用于复杂的自动测控系统及设备。至此，“微控制器”的称谓更能反应单片机的本质。,返回,下一页,上一页,1.1 单片机的发展概况,单片机的主要生产厂商及产品,返回,下一页,上一页,1.1 单片机的发展概况,805

6、1系列单片机产品繁多，主流地位已经形成 通用微型计算机主要用于计算和信息能力的处理，计算速度的提高主要体现在CPU位数的提高（16位、32位、64位），而单片机更多应用于控制领域，注重的是产品的可靠性、经济性和嵌入性。 多年来的应用实践已经证明，51系列单片机的系统结构合理、技术成熟，能满足绝大多数应用领域的需要。所以以MCS-51系列为主的8位单片机，现在及以后的相当一段时期内仍然将占据单片机应用市场的主导地位。,返回,下一页,上一页,1.1 单片机的发展概况,80C51系列 80C51是MCS-51系列单片机中CHMOS工艺的一个典型品种。其他厂商以8051为基核开发出的CHMOS工艺单片

7、机产品也统称为80C51系列。当前单片机开发常用的80C51系列产品有Intel公司的80C31、 80C51、87C51、 80C32、80C52 、87C52等，还有ATMEL公司的AT89C51、AT89C52、AT89C2051、AT89C4051等融入了FLASH存储器技术的AT89系列。除此之外，还有Philips 、华邦、Dallas , Siemens等公司的许多产品。虽然这些产品在某些方面有一些差异，但基本结构是相同的，从而形成了80C51的主流产品地位。,返回,上一页,下一页,1.1 单片机的发展概况,思考： 1. 我们在日常生活中如何选购产品？是否产品越新、性能越好、功能

8、越多，越适宜购买？ 2. 对于单片机，目前我们应首选哪个系列来学习和应用？,返回,下一页,上一页,1.1 单片机的发展概况,1.1.3 单片机的特点及应用 1. 单片机的特点 （1）体积小、重量轻、功耗低、功能强、性价比高。 （2）数据大都在单片机内部传送，运行速度快，抗 干扰能力强，可靠性高。 （3）结构灵活，易于组成各种微机应用系统。 （4）应用广泛，既可用于工业自动控制等场合，又可用于测量仪器、医疗仪器及家用电器等领域。,返回,下一页,上一页,1.1 单片机的发展概况,2. 单片机的应用 （1）自动控制领域 单片机能在恶劣的环境下工作，又具有通信功能。既可以组成灵活的单机控制，也可组成复

9、杂的多机控制系统。因此，常用于现场信息的采集和分析处理。 （2）智能仪器仪表 由于单片机体积小、重量轻、抗干扰能力强和功耗小的优势，已取代大部分数模电路成为了仪器仪表中的主要部件。例如：集记录、打印和存储功能为一体的仪表、温度智能控制仪表、数字示波器等。,返回,下一页,上一页,1.1 单片机的发展概况,2. 单片机的应用 （3）国防现代化 可以应用于侦察机、雷达、激光器件、卫星、车载系统和武器的制导系统。 （4）信息通信技术路由器、交换机和手机 （5）家用电器洗衣机、电冰箱、空调、电视遥控器等 （6）机电一体化设备单片机数控机床、钻床等 （7）计算机科学技术键盘、光盘等 （8）汽车电子设备汽车

10、仪表、点火控制、防盗控制等,返回,下一页,上一页,1.1 单片机的发展概况,1.1.4 学好单片机的要点 本课程以51系列中的AT89C51为例来讲解单片机的知识 1. 硬件 单片机的内部结构以及各部分的功能用法 2. 软件 单片机的指令系统，包括111条指令和伪指令 3. 仿真与调试 Keil C51、Proteus软件的使用,返回,下一页,上一页,1.2 计算机中数的表示方法,1.2.1 数制及其转换 凡采用数字符号排列，按照由低位向高位进位计数的方法称为进位计数制，简称为计数制或进位制。在人们的日常生活中，会碰到各种不同的进位计数制，如： （1）二进制：由数字符号0、1构成，逢2进1，用

11、后缀B表示。 （2）八进制：由数字符号0一7构成，逢8进1，用后缀O/Q表示。 （3）十进制：由数字符号0一9构成，逢10进1 ，用后缀D表示。 （4）十六进制：由数字符号0一9和字母A一F构成，逢16进1 ，用后缀H表示。 通常在十进制书写中，后缀D可省略。,返回,下一页,上一页,1.2 计算机中数的表示方法,在计算机内部，数的表示仅采用二进制，即计算机内部处理的数据（数值数据、字符、图形、声音等）必须用0、1的代码表示，计算机能够理解的语言也只能是由0、1构成的语言。二进制很容易用电子元件的两种不同的状态来表示，例如，用高电平表示1，用低电平表示0；电路接通用1表示，断开用0表示。 十进制

12、为人们日常生活中常用 由于二进制太长，不便于记忆和书写，所以提出了八、十六进制的书写形式,返回,下一页,上一页,1.2 计算机中数的表示方法,返回,表1-1 015在各种数制下的表示,下一页,上一页,1.2 计算机中数的表示方法,返回,下一页,上一页,1. 二/十六进制数转换为十进制数 将二/十六进制数转换为十进制数，只需按位按权展开求累加和即可。 例1：1101B = 231221210201=13 例2：1F3DH = 163116215161316013 = 4096125615163113 = 409638404813 = 7997 练习： （1）111111B =（）D （2）FEH

13、=（）D,1.2 计算机中数的表示方法,2.十进制数转换为二/十六进制数 需对其整数和小数部分分别进行转换。 （1）整数转换的方法是：用2/16不断地去除要转换的十进制整数，直至商为0。每次所得的余数即为二进制数位，最初得到的余数是二进制整数的最低位。这就是所谓的“除2/16取余，逆序排列”。 （2）小数转换的方法是：用2/16不断地去乘要转换的十进制小数，直至乘积的小数部分为0。每次所得的整数部分即为二进制数位，最初得到的整数是二进制小数的最高位。这就是所谓的“乘2/16取整，顺序排列”。,返回,下一页,上一页,1.2 计算机中数的表示方法,返回,下一页,上一页,例3：52D = 11010

14、0B 例4：0.625D = 0.101B 例5：386.625D= 182.AH 练习： （3）65.375D = （）B （4）31.125D = （）H,1.2 计算机中数的表示方法,3. 二进制数转换为十六进制数，具体方法如下: （1）把二进制数以小数点为界向左向右每4位分成一组，不足4位的以0补齐。 （2）把每组4位的二进制数转换成1位的十六进制数。 （3）按从左到右的次序写出转换结果。 4. 十六进制数转换为二进制数 只需从左到右把每位十六进制数写成相应的4位二进制数，并把结果写在一起即可。,返回,下一页,上一页,1.2 计算机中数的表示方法,例6：11111.1100011B 1

15、 1111 . 1100 0110B 0001 1111 . 1100 0110B = 1FC6H 例7：3AB9H = 0011 1010 1011 1001B 练习： （5）1101101110B =（）H （6）D18CH=（）B,返回,下一页,上一页,1.2 计算机中数的表示方法,思考： 八进制数与二进制数、十进制数以及十六进制数之间如何转换？,返回,下一页,上一页,1.2 计算机中数的表示方法,1.2.2 数的表示 1. 常用的名词术语 位、字节、字以及字长都是计算机中常用的名词术语。 （1）位（bit） 位是指一个二进制位，是计算机中信息存储的最小单位，用b表示。,返回,下一页,上

16、一页,1.2 计算机中数的表示方法,（2）字节（Byte） 字节指相邻的 8 个二进制位，通常存储器是以字节为单位存储信息的。字节用B表示。 （3）字（Word）及字长 字是计算机内部进行数据传递、数据处理的基本单元。一个字所包含的二进制位数称为字长。字用W表示。在一般的微机中定义一个字长为 2 个字节。,返回,下一页,上一页,1.2 计算机中数的表示方法,2. 原码、反码和补码 在计算机中对于符号数有不同的编码方式，人们通常采用三种编码表示：原码、反码和补码。计算机中的数通常用补码表示，因为许多计算机为了简化硬件电路，内部只有加法器，如果采用补码，则可以方便的将减法运算变为加法运算。 （1）

17、原码 最高位为符号位（正数用0表示，负数用1表示），其他位为数值位，这种表示称为符号数的原码表示。 （2）反码 反码由原码求得，对于正数，反码与原码相同；对于负数，反码符号位为1不变，数值位逐位取反。,返回,下一页,上一页,1.2 计算机中数的表示方法,（3）补码 补码由反码求得，对于正数，补码与原码相同；对于负数，补码为反码加1。 （4）补码数的表示范围 一个n位二进制补码数的表示范围是： -2n-1 N2n-1-1 当n =8时数的表示范围是：-128N+127 当n =16时数的表示范围是： - 32768N+ 32767 如果两个8位二进制补码数的运算结果超过- 128N +127的范

18、围，或者两个16位二制补码数的运算结果超过- 32768N+ 32767的范围，则称为运算结果溢出，在实际编程中要注意避免溢出。,返回,下一页,上一页,1.2 计算机中数的表示方法,例8：求-21的原码、反码、和补码，用补码加法运算35-21的值。 -21原=10010101B -21反=11101010B -21补=11101011B 35补=00100011B 35-21补= 35补+ -21补=00001110B 35-21原= 35-21补=14 练习（7）：用补码加法运算12-28的值。,返回,下一页,上一页,1.2 计算机中数的表示方法,3. ASCII码 计算机在处理信息时，有时需要处理字符或字符串，例如从键盘输入的信息或打印的信息都是以字符方式处理的，因此，计算机必须能用二进制数表示字符。 计算机中最常用的字符编码是美