课件《单片机原理与应用》徐爱华主编.ppt

1、第1章 单片机基础知识第1章 微型计算机基础 1.1微型计算机的组成1.2单片机概述1.3计算机中的数制和码制第1章 单片机基础知识1.1 微型计算机的组成1.CPU：运算器、控制器、寄存器2.存储器：ROM、RAM （掩膜型ROM、PROM、EPROM、EEPROM、Flash Memory）3.I/O接口与外围设备4.总线：DB、AB、CB第1章 单片机基础知识 微型计算机的基本结构框图第1章 单片机基础知识微型计算机系统：以微型计算机为主体，再配置必要的外围设备（键盘、显示器、磁盘控制器、打印机等）和系统软件之后，就组成了一套完整的微型计算机系统。个人电脑。第1章 单片机基础知识1.2

2、单片机概述单片机将微型计算机中最基本的部件都集中在一块芯片上，全称为单片微型计算机（single chip Microcomputer）。由于它的结构及功能均按工业控制要求设计，较多的应用在控制领域，所以又称单片微控制器（single chip Microcontroller）。只要外加少许电子零件便可以构成一套简易的计算机控制系统。第1章 单片机基础知识优点：使用单片机做设计，降低硬件成本；体积小，适优点：使用单片机做设计，降低硬件成本；体积小，适合设计小型的控制系统。合设计小型的控制系统。单片机与个人单片机与个人PC机相比较机相比较缺点：由于单片机芯片设计及制造技术方面的原因，在缺点：由于

3、单片机芯片设计及制造技术方面的原因，在有限的芯片上无法设计出太多的内存空间，因此单片机有限的芯片上无法设计出太多的内存空间，因此单片机上的上的ROM及及RAM的容量都比较小。的容量都比较小。第1章 单片机基础知识个人PC中的CPU一块要卖多少块钱？单片机的？计算机的主要用途是科学计算、数据处理、图象分析、数据库人工智能、数字模拟与仿真等。所以CPU发展的动力在于人类无止境的海量数位运算的需求。286、386586、奔腾等，系统速度越来越快，功能越来越强，价格高。单片机单片机：价格并不高，从几元人民币到几十元人民币价格并不高，从几元人民币到几十元人民币，体积也不大，一般用体积也不大，一般用404

4、0脚封装，当然功能多一些单片机脚封装，当然功能多一些单片机也有引脚比较多的，如也有引脚比较多的，如6868引脚，功能少的只有引脚，功能少的只有1010多个或多个或2020多个引脚，有的甚至只多个引脚，有的甚至只8 8只引脚。只引脚。第1章 单片机基础知识单片机的功能肯定不如PC机的强，干吗要学它呢？实际工作中并不是任何需要计算机的场合都要求计算机有很高的性能，应用的关键是看是否够用，是否有很好的性能价格比。所以8051出来二十多年，依然没有被淘汰，还在不断的发展中。第1章 单片机基础知识单片机的特点（1）体积小、重量轻、功耗低功耗低、功能强、性价比高。可嵌入各种设备中组成以之为核心的嵌入式系统

5、。（2）数据大都在单片机内部传送，运行速度快，抗干扰能力抗干扰能力强，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。（5）控制功能强，称为“面向控制”的计算机。返回本章首页第1章 单片机基础知识单片机的发展历史第一代（1974-1976）：1974年美国仙童（Fairchild）公司生产第一个4 4位单片机位单片机F8问世。发展了各种4位机，多用于家用电器、计算器、玩具。第二代（1976-1980）为初级初级8 8位机位机阶段，发展了各种中、低档8位机。代表产品：Intel 8048。片内含有多个8位

6、并行I/O接口、一个8位定时器/计数器，寻址范围不大于4KB，无串口。可满足一般工业控制和智能化仪表需要。第1章 单片机基础知识第三代（1980-1983）：为高级高级8 8位机位机阶段，发展了高性能8位机,代表产品：Intel MCS-51系列。普遍带串口，有多级中断处理系统,多个16位定时器/计数器，片内ROM、RAM 容量加大。寻址范围可达64KB。有的带A/D转换器。用于智能终端、局部网络接口。第四代：1983年以后，1616位单片机位单片机阶段。发展了MCS-96系列16位机，功能强大，价格迅速下降。片内含有A/D、可用于电机控制；网络通讯能力增强。以Intel公司的MCS系列单片机

7、最为著名。第1章 单片机基础知识MCS-51和8051概念MCS是Intel公司单片机的系列符号。Intel推出有MCS-48、MCS-51、MCS-96系列单片机。MCS-51系列既包括三个基本型8031、8051、8751，以及对应的低功耗型号80C31、80C51、87C51，因而MCS-51特指Intel的这几种型号。在计算机领域，系列机是指同一厂家生产的具有相同系统结构的机器。20世纪80年代中期以后，Intel以专利转让的形式第1章 单片机基础知识 把8051内核给了许多半导体厂家，如AMTEL、PHILIPS、ANANOG DEVICES、DALLAS等。这些厂家生产的芯片是MC

8、S-51系列的兼容产品，准确地说是与MCS-51指令系统兼容的单片机。这些单片机与8051的系统结构（只要是指令系统）相同，采用CMOS工艺，因而常用80C51系列来称呼所有具有8051指令系统的单片机。他们对8051一般都作了一些扩充，更有特点、功能更强、市场竞争力更强，不应该把他们称为MCS-51系列单片机。MCS只是Intel公司专用的。第1章 单片机基础知识单片机的发展状况1、CPU的改进 采用双CPU结构，以提高处理能力。例：Rockwell公司的R6500/21和 R65c29 增加数据总线宽度 例：NEC公司的uPD-7800将ALU作成16位运算部件，内部采用16位数据总线。采

9、用流水线结构，具有很高的运算速度 串行总线结构 I 2C和 DDB 三条数据总线代替现行的8位数据总线，从而大量减少单片机引线，降低成本。例：非力普公司的MAB8420、SCC83C512、存储器的发展 主要解决容量、软件保密等。第1章 单片机基础知识 3、片内、片内I/O的状况的状况 一般单片机都有较多并行口，以满足外围设备、芯片扩展电路的需求，中一般单片机都有较多并行口，以满足外围设备、芯片扩展电路的需求，中高档机还配有串口，以满足多机通讯功能要求。高档机还配有串口，以满足多机通讯功能要求。（1 1）传感器接口；）传感器接口；(2)(2)各种工业对象的电气接口；各种工业对象的电气接口；（3

10、 3）驱动的功率接口；）驱动的功率接口；（4 4）人机对化接口；）人机对化接口；（5 5）通讯网络接口。）通讯网络接口。高速高速I/OI/O能力能力 、中断处理能力、中断处理能力 、A/DA/D、D/AD/A的速度和精度的速度和精度 、位操作能力、位操作能力 、功、功率驱动能力率驱动能力 、程序运行监控能力、程序运行监控能力 、信号实时处理能力等。、信号实时处理能力等。4、片内集成更多的外围功能器件。、片内集成更多的外围功能器件。A/D、D/A、DMA控制器、频率合成器、声音发生器、译码驱动控制器、频率合成器、声音发生器、译码驱动器、器、CRT控制器等。控制器等。5、半导体工艺技术的发展、半导

11、体工艺技术的发展集成度提高（集成度提高（0.6um工艺）低功耗化（工艺）低功耗化（CMOS）总之将向高性能、高可靠性、网络化、低电压、低功耗、低噪音、总之将向高性能、高可靠性、网络化、低电压、低功耗、低噪音、低成本的方向发展。低成本的方向发展。第1章 单片机基础知识单片机应用领域 1.单片机在智能仪器仪表中的应用；以单片机为中心设计，使智能仪表集测量、处理、控制功能于一体。2.单片机在工业测控中的应用；对各种工业设备进行智能测控，大大降低了劳动强度和生产成本。3.单片机在日常生活及家电中的应用；4.单片机在计算机系统、网络和通讯技术中的应用。计算机系统中有很多部分是使用单片机作控制器的，如键盘

12、管理、打印机、CRT、硬盘驱动等。5.军工领域。导弹控制、鱼雷制导控制、智能武器装备、航天飞机导航等。第1章 单片机基础知识一个液晶显示的数字式电脑温度计一个液晶显示的数字式电脑温度计 第1章 单片机基础知识出租车计价器及电子称出租车计价器及电子称第1章 单片机基础知识第1章 单片机基础知识1.http:/www.bol- 中国单片机公共中国单片机公共实验室实验室2.http:/ 单片机世界单片机世界 广州站广州站3.http:/ 乐清单片机联盟乐清单片机联盟4.http:/ 科宇单片机工作室科宇单片机工作室5.http:/ 51单片机世界单片机世界第1章 单片机基础知识单片机的常用名词总线：

13、指能为多个部件服务的信息传送线，在微机系统中各个部件通过总线相互通信。地址总线：传送由CPU发出的用于选择要访问的器件或部件的地址。单向数据总线：用来传送微型机系统内的各种类型的数据。双向控制总线：用于传送各类控制信号（CPU发出的读写信号，存储器或外设发出的状态信息）。双向第1章 单片机基础知识存储器:用来存放计算机中的所有信息：包括程序、原始数据、运算的中间结果及最终结果等。暂存器:用来暂存由数据总线或通用寄存器送来的操作数，便于数据的传送和运算。中断:中断是单片机实时地处理内部或外部事件的一种内部机制。当某种内部或外部事件发生时，单片机的中断系统将迫使CPU暂停正在执行的程序，转而去进行

14、中断事件的处理，中断处理完毕后，又返回被中断的程序处，继续执行下去。第1章 单片机基础知识掉电保护:指在正常供电电源掉电时，迅速用备用直流电源供电，以保证在一段时间内信息不会丢失，当主电源恢复供电时，又自动切换为主电源供电。RAM 随机存取存储器:主要用来存放各种输入数据、输出数据、中间结果、最终结果以及与外存交换的信息等，当掉电后，RAM中所存储的信息都将消失。ROM 只读存储器:ROM 通过特别手段可将信息存入其中，并能长期的保存被存储的信息，一般CPU只能对它进行写入操作，当断电后，ROM中所存储的信息不会消失。第1章 单片机基础知识一、紫外光擦除的EPROM：它的基本存储电路由一个浮栅

15、雪崩注入 MOS 管和一个普通 MOS 管组成。其中浮栅雪崩注入 MOS 管作为存储器用，另一个普通 MOS 管作为地址选择用。二、电擦除可编程 EEPROM：它的某些型号编程和擦除可在普通电压下进行，另外，它是实行在线操作的，既在写入一个字节的数据之前，自动的对要写入的单元进行擦除。D/A转换:即将二进制数转换成与其量值成正比的电流信号或电压信号。A/D转换:即将模拟量转换成相应的数字量，然后送计算机处理。第1章 单片机基础知识串行方式:指数据的各位分时传送，只需一条数据线，外加一条公共信号地线和若干条控制信号线。并行方式:指数据的各位同时传送，每一条数据都需要一条传输线。伪指令:用于告诉汇

16、编程序如何进行汇编的指令，它既不控制机器的操作也不被汇编成机器代码，只能为汇编程序所识别并指导汇编如何进行。第1章 单片机基础知识寄存器寻址:操作数在寄存器中，由指令操作码中的rrr三位的值和PSW中RS1及RS0的状态，选中某个工作寄存器区的某个寄存器，然后进行相应的指令操作。波特率波特率:即每秒钟传送二进制数的位数，波特率越高，数据传输的速度越快。UART 通用异步接收器/发送器:用于数据的串/并转换，硬件UART由三部分组成：接收部分、发送部分和控制部分，接收和发送都具有双缓冲结构。SLEEP MODI 睡觉模式:保证程序内部运行，但与外部的传输等动作已停止的一种运行模式。第1章 单片机

17、基础知识linking 连接:把编译后生成的*.obj 文件与其它*.obj文件合并成机器能识别的机器文件。I2C:输入与输出共用一条传输线，而时钟由另一条线控制的一种串行传输方式。SFR 特殊功能寄存器区:8051 把 CPU 中的专用寄存器、并行端口锁存器、串行口与定时器/计数器内的控制寄存器集中安排到一个区域，离散地分布在地址从 80H 到 FFH 范围内，这个区域称为特殊功能寄存器区 SFR第1章 单片机基础知识一、数制及其转换1、十进制一个十进制数，它的数值是由数码0，1，2，8，9来表示的。数码所处的位置不同，代表数的大小也不同。例如：53478=5104+3103+4102+71

18、01+8100，对应于：返回本节1.3计算机中的数制和码制 53478万 千 百 十 个十进制104103102101100 第1章 单片机基础知识2、二进制数以2为基数的数制称为二进位计数制，它只包括0和1两个数码，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。所以，计算机中通常采用二进制数。二进制数的计数特征：逢二进一如(10110100)B=127+026+125+124+023+122+021+020，对应于：在加、减、乘、除四则运算中，乘法实质上是做移位加法，除法则是移位减法。返回本节10111000二进制27 26252423222120 第1章 单

19、片机基础知识3、十六进制数为了书写和阅读方便，经常采用十六进制数作为二进制的缩写形式。十六进制数的基为16，即基数码共有l6个：0，1，2，3，4，5，6，7，8，9，A，B，C，D，E，F。其中A，B，C，D，E，F分别代表值为十进制数中的10，11，12，13，14，15。十六进制的权为以16为底的幂。如：(4F8E)H=4163+F162+8161+E160=20366，对应于：十进制数、二进制数、十六进制数的对照表如表1-1所示。4EF8十六进制163162161160表1-1 十进制数、二进制数、十六进制数对照表 返回本节第1章 单片机基础知识4、不同进制数之间的转换（1）二进制转换

20、为十进制基本方法：将二进制数转换成十进制数时，只要将二进制数各位的权乘以各位的数码(0或1)再相加即可。（2）十进制数转换成二进制数除二取余法除二取余法就是用2去除该十进制数，得商和余数，此余数为二进制代码的最小有效位(LSB)或最低位的值；再用2除该商数，又可得商数和余数，则此余数为LSB左邻的二进制代码(次低位)。依此类推，从低位到高位从低位到高位逐次进行，直到商是0为止，就可得到该十进制数的二进制代码。第1章 单片机基础知识例如：将(67)D转换成二进制数，过程如图：即：(67)D=(1000011)B。6722331022216184220012100余数余数余数余数余数余数余数低位高

21、位第1章 单片机基础知识(3)二进制转换为十六进制将二进制数转换为十六进制数，从低位开始，每四位一组，然后将其转换为对应的十六进制数。如最后一组不足四位，需在左边补0。用同样方法可将二进制小数转换十六进制小数。只是分组应从小数点右边开始分成四位一组。如：把(101101101.1100101)B转换成十六进制数。即：(101101101.1100101)B=(16D.CA)H返回本节1 0 1 1 0110 1.11110001 0 1 1 0110 1.11110000 0 00二进制十六进制二进制16DCA.第1章 单片机基础知识（4）十六进制数转换成二进制数将十六进制数转换成二进制数时，

22、只要将每1位十六进制数用4位相应的二进制数表示即可完成转换。例如：将(ECA16)H转换成二进制数。即：(ECA16)H=(11101100101000010110)B101 100101011100 0二进制十六进制ECA161 1 00第1章 单片机基础知识5、二进制数的算术运算规则（1）二进制加法基本规则0+0=00+1=1+0=11+1=0向邻近高位有进位1+1+1=1向邻近高位有进位（2）二进制减法基本规则0-0=01-1=01-0=10-1=1向邻近高位有借位第1章 单片机基础知识（3）二进制乘法基本规则00=001=10=011=1（4）二进制除法基本规则1/1=10/1=0第1

23、章 单片机基础知识6、逻辑运算00=010=01=011=100=010=01=111=1/0=1/1=00 0=1 1=01 0=0 1=1第1章 单片机基础知识二、带符号数的表示方法在需要表示带正负号的数时，计算机规定，二进制数的最高位为符号位，用0表示正数，1表示负数。+1010101 -1010101这种格式的数也叫计算机的机器数。01010101符号位数值部分11010101符号位数值部分第1章 单片机基础知识原码、反码和补码l l 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。例如，x1=1110111B，x1原=01110111B x2=1110111B，x2原=1

24、1110111B数0可是0或0。因此，0在原码中形式：0原=0000 0000B，0原=1000 0000B8位二进制数原码的表示范围为：1111111101111111，对应于-127+127。第1章 单片机基础知识l 反码：正数的反码=原码；负数的反码=原码的符号位不变而数值按位取反。所谓按位取反，即将各位的1变成0，0变成1。例如，x1=13，x1反=13原=0 0001101B。又如，x2=13，x2原=13原=1 0001101B，x2反=13反=1 1110010B。8位二进制数反码的表示范围为：1000000001111111，对应于-127+127第1章 单片机基础知识l l

25、补码：正数的补码=原码；负数的补码=反码1。例如，-21原=10010101B-21反=11101010B-21补=11101011B在补码表示中，“0”是唯一的。即0补=00000000B 负数的补码=模该负数的绝对值8位二进制数的补码所能表示的范围为1000000101111111，对应于-128+12796217501100000 000101010100101196235750110000011101011010010111丢失第1章 单片机基础知识三、计算机常用编码 常见的编码有BCD码、ASCII码等。1 BCD码（二 十进制编码）是一种对十进制数逐位进行二进制编码的方法。BCD码中常用的一种是8421码，它采用4位二进制数来表示一个十进制数字（如表1-2所示）。用BCD码表示十进制数，只要将每位十进制数用适当的四位二进制码代替即可。表1-2 BCD编码 第1章 单片机基础知识2 ASCII码（字母和符号的编码）ASCII码（如表1-3所示）是目前最通用的一种计算机字符标准编码系统。ASCII码是一种八位代码，最高位一般用于奇偶校验，其余七位二进制码对128个字符进行编码。