第1章 单片机基础知识概述.ppt

1、单片机原理及应用,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 1.3 Proteus应用简介,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？,第1章 单片机基础知识概述,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 （Universal Computer System ）,UCS为满足大多数应用场合需要而发展的一类微型计算机。,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,个人计算机（

2、Personal Computer）,第1章 单片机基础知识概述,分支二：嵌入式计算机系统 （Embedded Computer System） ECS嵌入到对象体系中，以实现对象体系智能化为目的的专用计算机系统 。,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，并配置各种接口板卡 IPC（工控机） 嵌入到大型对象系统中（实现智能化）,工业计算机（Industrial Personal Computer）,船舶驾驶室集中控制台 自动配料控制系统

3、 电站锅炉控制系统,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（Single Chip Microcomputer）,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1976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

4、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。,第1章 单片机基础知识概述,单片机的发展趋势是高集成度、高性能、低功耗 单片机（SCM）微控制器（Micro Controller Unit）,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,数字信号微处理器（Digital Signal Processor）,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主要应用于音频、视频信号处理领域，是单片机的高级形式,第1章 单片机基础

5、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？,单片机属于高新技术领域，是机电产品智能化的重要途径，可实现产品的升级换代 单片机应用领域宽，单片机技能人才社会需求广泛，具有很好的就业前景 单片机知识与具体专业技术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节能控制仪,游梁式抽油机,国内约有10万多台游梁式抽油机，电能消耗问题十分突出！,高能耗原因1： “大马拉小车” 正常抽油时仅需配备较小功率电机； 为应对起动、稠油、结蜡、结冻等偶然事件，需要配备大功率电机,第1章 单片机基础知识概述,高能耗原因2： “产抽不平衡” 油田

6、开采后期，地层供液能力 抽油能力大于供液能力 抽油机工作效率,第1章 单片机基础知识概述,节能原理1Y-切换,第1章 单片机基础知识概述,控制方案 根据实际工况需要，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,节能原理2间歇控制,根据间抽规律设置开机时间T1和停机时间T2,第1章 单片机基础知识概述,综合上述两种原理 抽油机双向切换与间抽复合控制技术,总节能率 = Y节能率 + 间抽节能率,第1章 单片机基础知识概述,电源开关,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 在未使用间抽控制功能的情况下，平

7、均有功功率降低约15%,JD1-2型抽油机节能控制仪,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,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、开发工具四方面知识,开发工具,第1章 单片机基础知识概述,硬件原理（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,显示器,键盘,模数转换,数模转换,总线接口,第1章 单片机基础知识

8、概述,开发工具PROTEUS单片机仿真软件,第1章 单片机基础知识概述,Keil C51简介 Keil C51是51单片机软件开发的C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。,开发工具 Keil集成开发环境软件,第1章 单片机基础知识概述,仿真运行效果,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2章 MCS-51单片机结构及原理 第3章 单片机的汇编语言与程序设计 第4章 单片机的C51语言 第5章 单片机的中断系统 第6章 单片机的定时器/计数器 第7章 单片机的串行通信技术 第8章 单片机接口技术 第9章 单片机应用系统的设计与开发

9、附录 实验指导,教材与内容,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,理论教学(34学时) 实验教学(14学时),学时安排,第1章 单片机基础知识概述,1.2 单片机学习的预备知识,1、数制定义2、10、16进制数的概念 2、数制转换2、10、16进制数的换算 3、有符号数2进制负数的表示方法 4、位-字节-字2进制基本概念 5、ASCII码字符的2进制表示方法 6、BCD码10进制数的2进制表示方法 7、基本逻辑门电路 与、或、非、与非,第1章 单片机基础

10、知识概述,1.数制,单片机常用的数制有十进制、二进制、十六进制。,例如：,十进制：09；规则：逢十进一，后缀为D，但可省略。 一般表达式为：,基数,加权数09,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：按二进制表达式展开，按十进制运算求和。,例如：,第1章 单片机基础知识概

11、述,（2）十六进制转换成十进制 转换规则：按十六进制表达式展开，按十进制运算求和。,例如：,借助计算器完成即可,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，

12、“1”表示负数。,例如：真值 +123 0111 1011B 真值 -123 1111 1011B,有符号数：最高位为符号位，“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 1111 1011B ,= 251？ = -123？,靠事先约定,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： 0000 0000B1111 1111B（ 0FFH或0 255） 8位有符号数的范围是： 1111 1111B0111 1111B（ FFH7FH或-12

13、7 127）,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 1000 0100B反码 1111 1011B,8位无符号反码数的范围是 0000 0000B1111 1111B（0 FFH或0 255） 8位有符号反码数的范围是 1111 1111B0111 1111B（FFH7FH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 1000 0100B补码 1111 1100B,8位无符号补码数的范围是 0000 0000B1111 1111B（0-

14、FFH或0 255） 8位有符号补码数的范围是 1000 0000B0111 1111B（80H-7FH或-128 127）,补码的用途：将减法运算转换为加法运算。,例如：123-125=0111 1011B+1000 0011B=1111 1110B=-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：1000 1110 1100 1011B = 8E

15、 CDH,第1章 单片机基础知识概述,5. BCD码,BCD码（Binary Coded Decimal）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 1000 0111B 表示十进制的87 用一个字节仅表示一位十进制的数非压缩的BCD码： 如 0000 0111B 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 = 0010 0011B + 0001 0101B = 0011 1000B =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

16、进制数表示ASC码(American Standard Code for Information Interchange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。,A 100 0001B 41H,例如：,0- 9 30H 39H,第1章 单片机基础知识概述,7.基本逻辑门电路,数字计算机靠基本逻辑门电路实现二进制数的运算，其中高电平和低电平分别代表1和0。 单片机原理分析中需要用到一些基本逻辑门电路、逻辑关系和逻辑符号 。,4种最基本的逻辑关系如下：,与逻辑、或逻辑、非逻辑、与非逻辑,第1章 单片机基础知识概述,（1）与

17、逻辑关系,与逻辑真值表,第1章 单片机基础知识概述,（2）或逻辑关系,或逻辑真值表,或门符号,第1章 单片机基础知识概述,（3）非逻辑关系,非逻辑真值表,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,第1章 单片机基础知识概述,第1章 单片机基础知识概述,1.3 Proteus应用简介,Proteus是集智能原理图输入系统（ISIS）和高级布线与编辑软件（ARES）两大功能与一体的电子设计系统。,第1章 单片机基础知识概述,智能原理图输入系统ISIS（Intelligent Schematic Input System）,用于电路原理图设计、单片机编程调试及仿真运行。,第1章

18、 单片机基础知识概述,高级布线与编辑软件ARES（Advanced Routing and Editing Software），用于印制电路板的设计。,第1章 单片机基础知识概述,ISIS模块应用举例,要求：完成一个计数显示器的电路原理设计、汇编软件调试以及动态仿真运行三项任务。,第1章 单片机基础知识概述,（1）启动ISIS,第1章 单片机基础知识概述,（2）绘制电路原理图,第1章 单片机基础知识概述,（3）输入单片机汇编程序,第1章 单片机基础知识概述,（4）进行源代码调试,第1章 单片机基础知识概述,（5）仿真运行,第1章 单片机基础知识概述,ARES 模块应用举例,要求：在前述计数显示器电路设计与仿真基础上完成PCB设计，并生成制版所需的CADCAM文件。,第1章 单片机基础知识概述,（1）启动ARES,第1章 单片机基础知识概述,（2）元器件布局,自动或手动导入电路元器件,第1章 单片机基础知识概述,（3）元器件布线,自动或手动连线,第1章 单片机基础知识概述,（4）铺铜,在正面、反面线路板上设计填充体）,第1章 单片机基础知识概述,（5）三维