1、2第1章 单片机基础知识概述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31.1 单片机概述单片机概述1.2 单片机学习的预备知识1.3 Proteus应用简介第1章 单片机基础知识概述单片机基础知识概述 456从微型计算机微型计算机技术的两大发展分两大发展分支支谈起7UCS为满足众多普通应用场合需要而发展的一类个人计算机系统个人计算机系统 技术要求:高速计算+海量存储 发展方向:CPU速度不断提升，存储容量不断扩大 386486Pentium Pentium Conroe II8CPU+存储器+主板+显卡+声卡+网卡+显示器+鼠标+键盘基本
2、功能部件基本功能部件接口部件外部设备支持它的软件五花八门，应有尽有9技术要求：必须满足对象体系的物理、电气和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嵌入性能、控制控制能力能力与控制可靠性控制可靠性 10PC 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 电站锅炉控制系统11众多小型对象系统小型对象系统（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12单片计算机单片计算机（Sing
3、le Chip Microcomputer，SCM）（MCU）SCM将通用微计算机基本功能部件基本功能部件集成在一块芯片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嵌入式微机系统机系统+被控对象微电脑控制产品1314数字电路中由数字电路中由1313片片ICIC组成的数字钟组成的数字钟15数字电路中由13片IC组成组成的数字钟16数字电路中由数字电路中由1313片片ICIC组成的数字钟组成的数字钟17181920单片机应用实例抽油机节能控制仪研制抽油机节能控制仪研制游梁式抽油机 国内约有10万多台游梁式抽油机，电能消耗问题十分突出！“大马拉小车大马拉小车
4、”正常抽油时仅需配备较小功率电机；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大功率电机21“产抽不平衡产抽不平衡”油田开采后期，地层供液能力抽油能力大于供液能力抽油机工作效率22时间O负载23开机停机开机开机停机时间开机T1小时停机T2小时24综合上述两种原理综合上述两种原理抽油机自动双向切换与间抽控制技术抽油机自动双向切换与间抽控制技术 开机停机开机开机停机时间25 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基于单片机的抽油机节能控制方案节能控制仪 A/D转换器中间继电器 数码管显示器数据存储器薄膜式按键单片机26在未使用间
5、抽控制功能的情况下，平均有功功率降低约15%节能控制仪抽油机电控柜27282930ST推出推出智能智能隐隐形眼镜内嵌无线传形眼镜内嵌无线传感器感器31汽车电控系统中的单片机应用3233343536第1章 基础知识单片机技术的应用遍布国民经济与人民生活的各个领域3637 19711971年年1 1月，月，INTELINTEL公司公司的特德的特德霍夫在与日本商霍夫在与日本商业通讯公司合作研制台式业通讯公司合作研制台式计算器时，将原始方案的计算器时，将原始方案的十几个芯片压缩成三个集十几个芯片压缩成三个集成电路芯片。其中的两个成电路芯片。其中的两个芯片分别用于存储程序和芯片分别用于存储程序和数据，数
6、据，另一芯片集成了运另一芯片集成了运算器和控制器算器和控制器及一些寄存及一些寄存器，称为器，称为微处理器微处理器（即（即Intel 4004Intel 4004）。）。4004微处理器38http:/ ATMELATMEL公司融入公司融入FlashFlash存储器技术的存储器技术的AT89AT89系列；系列；PhilipsPhilips公司的公司的80C5180C51、80C55280C552系列；系列；华邦公司的华邦公司的W78C51W78C51、W77C51W77C51高速低价高速低价系列；系列；ADIADI公司的公司的ADC8xxADC8xx高精度高精度ADCADC系列；系列；LGLG公
7、司的公司的GMS90/97GMS90/97低压高速低压高速系列；系列；MaximMaxim公司的公司的DS89C420DS89C420高速（高速（50MIPS50MIPS）系列；系列；CygnalCygnal公司的公司的C8051FC8051F系列高速系列高速SOCSOC单片机；单片机；宏晶科技宏晶科技 STC89C5XSTC89C5X系列。系列。80C5180C51系列系列单片机产品繁多，近年来推出单片机产品繁多，近年来推出的的与与80C5180C51兼容兼容的主要产品有：的主要产品有：44单片机的发展趋势是高集成度、高性能、低功耗单片机单片机（SCM）微控制器微控制器（Micro Cont
8、roller Unit）Micro Controller Unit Single Chip Microcomputer8位的51内核单片机仍然是目前主流机型。45464748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。4950各组成部分既相对独立，又相互交叉教学目标教学目标掌握单片机原理与应用系统设计技能需要具备需要具备单片机硬件硬件、软件软件、接口接口、开发工具开发工具四方面知识硬件系统软件系统接口系统开发工具开发工具51硬件系统硬件系统（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52软件系统软件系统C51语言程序
9、汇编语言程序53接口系统接口系统（LED，KEY，AD，DA，IO扩展）键盘电路数码管数码管键盘键盘模数转换模数转换数模转换数模转换可编程接口可编程接口54单片机本身无开发能力，必须借助开发工具开发工具开发应用软件。单片机实验箱55开发工具开发工具PROTEUS单片机仿真软件单片机仿真软件 56 Keil C51简介 Keil C51是是51单片机软件开单片机软件开发的发的C语言和汇编语言环境，可语言和汇编语言环境，可以进行纯软件仿真；也可以与以进行纯软件仿真；也可以与Proteus软件联合进行仿真。软件联合进行仿真。开发工具开发工具 Keil集成开发环境软件集成开发环境软件57仿真运行效果5
10、8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附录 实验指导教材介绍59课件下载课件下载60单片机课程学习网站单片机课程学习网站（http:/ 62631.1 单片机概述1.2 单片机学习的预备知识单片机学习的预备知识1.3 Proteus应用简介641.2 单片机学习的预备知识单片机学习的预备知识 1、数制定义数制定义2、10、16进制数的概念2、数制转换、数制转换2、10、16
11、进制数的换算3、有符号数、有符号数2进制负数的表示方法4、位、位-字节字节-字字2进制基本概念5、ASCII码码字符的2进制表示方法6、BCD码码10进制数的2进制表示方法7、基本逻辑门电路、基本逻辑门电路 与、或、非、与非651.数制数制单片机常用的数制有十进制、二进制、十六进制。符号集：09；规则：逢十进一；十进制数的后缀为D但可省略；十进制数可用加权展开式表示，例如：其中，10为基数，09为各位加权数，其一般表达式为：012310410310210112340011221110101010 ddddNnnnnD(1)、十进制数，、十进制数，ND660123212021211101B001
12、122112222 bbbbNnnnnB(2)、二进制数，、二进制数，NB符号集：0、1；规则：逢二进一；二进制数的后缀为B且不可省略；二进制数可用加权展开式表示，例如：其中，2为基数，0和1为各位加权数，其一般表达式为：6701231681612161516138HDFC0011221116161616 hhhhNnnnnH(3)、十六进制数，、十六进制数，NH符号集：09、AF；规则：逢十六进一；十六进制数的后缀为H且不可省略；十六进制数可用加权展开式表示。例如：其中，16为基数，015为各位加权数，其一般表达式为：682.数制转换数制转换(1)二进制转换成十进制转换规则：按二进制二进制表
13、达式展开，按十进制十进制运算求和。112121211011013B例如：1 1 1 1 1 1 1 18 4 2 1163264128记忆：1100B=121001B=91111B=1511111111B=255举例：69（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。5728816816121615161380123HDFC例如：70(3)二进制与十六进制数之间的转换1010B=0AH 1101B=0DH1011B=0BH 1110B=0EH1100B=0CH 1111B=0FH记忆：从低位起由右到左，每4位二进制数对应1位十六进制数。例如：（最后一组不足时左边添
14、0凑齐4位）转换规则：71(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：723.有符号数的表示方法有符号数的表示方法 有符号数有符号数：最高位为符号位，0”表示表示“+”，“1”表示表示“-”。其余为数值位例如：+123 0111 1011B -123 1111 1011B1111 1011B=251？=-123？靠事先约定无符号数无符号数：最高位不作为符号位，全部为数值位。73有符号 数有3种编码形式：原码、反码和补码基本规律基本规律：正数的原码、反码和补码都是相同的，而负数的原码、反码和
15、补码各有不同。运算规则运算规则：当有符号数用补码表示时，可以把减法运算转换为加法运算。CPU中便无需设置硬件减法器，从而可简化其硬件结构。7475符号位绝对值76【例1-1】求+67、-25的原码（机器字长8位）因为+67=67=1000011B-25=25=11001B所以+67原=01000011B-25原=10011001B7778二进制数采用原码和反码表示时，符号位不能同数值一道参加运算。79【例1-3】求+67、-25的补码（机器字长8位）。因为+67原=01000011B-25原=10011001B所以+67补=01000011B-25补=11100111B 另外，对于计算补码，也
16、可用一种求补运算方法求得。80X补 -X补 X补【例1-4】已知+25的补码为00011001B，用求补运算求-25的补码。因为 25补 -25补所以-25补=11100110+1=11100111B补码数的表示范围，对于一个n位的二进制，它的补码表示范围为-(2n-1)+(2n-1-1)。补码表示时，对于0，-0和+0的补码是相同的，假设机器字长为8位，则0的补码为00000000B。81【例1-5】假设计算机字长为8位，完成下列补码运算。1.25+3225补=00011001B 32补=00100000B 25补=00011001+32补=00100000 00111001所以 25+32
17、补=25补+32补=00111001B=57补补码的优点是可以将减法运算转换为加法运算，同时数值连同符号位可以一起参加运算。822.25+（-32）25补=0011001B -32补=11100000B 25补=00011001+-32补=11100000 11111001所以 25+（-32）补=25补+-32补=11111001B=-7补3.25-32 25补=0011001B -32补=11100000B 25补=00011001+-32补=11100000 11111001所以 25-32补=25补+-32补=11111001B=-7补4.25-（-32）25补=00011001B 3
18、2补=00100000B 25补=00011001+32补=00100000 00111001所以 25-（-32）补=25补+32补=00111001B=57补 4.位位字节字节字字 位位(bit)：二进制数中的一位，其值不是“1”，就是“0”。半字节 字节 字（双字节）位字节字节半字节半字节：4位二进制例如：1000 1110 1100 1011B =8E CDH字字(word)：51单片机的字由2个字节组成，16位字长。字节字节(byte)：一个8位的二进制数为一个字节，可用大写B表示，例如256字节256B。83强调强调：1)、字节的表示不可与二进制数的表示相混淆。例如，不应将二进制数
19、“1010B”理解为“1010字节”；2)、千字节的表示为“KB”，1KB=1024B。例如，64KB=1024B64=65536B。845.BCD码码 Binary Coded Decimal用二进制代码表示的十进制数，称为“二进码十进数”或“二/十进制代码”。8421BCD码码 可以用4位二进制数表示1位十进制数85 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786BCD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
20、 0101B =0011 1000B=56 (二进制)38 (BCD)靠事先约定876.ASC码码 字母和字符的二进制数表示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。高高3位位低低4位位09 30H 39HA 100 0001B 41H例如：887.基本逻辑门电路基本逻辑门电路 数字计算机靠基本逻辑门电路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
21、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 89（1）与与逻辑关系 ABY000010100111与逻辑真值表Y与门电路 ABY&ABY与门符号 BAY90（2）或或逻辑关系 ABY000011101111或逻辑真值表ABY1ABY或门符号 或门电路 YBAY91（3）非非逻辑关系 AY0110非逻辑真值表非门符号 AAY 1AYAY非门电路 Y92（4）与非与非逻辑关系 与非逻辑真值表ABY001011101110与非门符号 ABY&ABYBAY与非门电路 Y93941.1 单片机概述1.2 单片机学习的预备知识1.3 Proteus应用简介应用
22、简介95Proteus是电路分析与实物仿真软件（ISIS和ARES）英国Labcenter Electronics Ltd.开发提供原理图绘制、单片机系统仿真与PCB设计等功能（部分功能类似于Multisim软件）可仿真多种MCU，如51、AVR，PIC，MSP等可仿真许多电子元件，如阻容元件、开关、晶体管、集成电路、液晶显示器等可提供多种调试虚拟仪器，如示波器、信号源等96数字与模拟电路原理图绘制数字与模拟电路仿真运行单片机汇编程序编译调试(Intelligent Schematic Input System)1.3.1 1.3.1 ISISISIS模块应用举例模块应用举例97数字与模拟电路
23、原理图绘制数字与模拟电路原理图绘制9899利用不同颜色电路连线显示相应电压利用不同颜色电路连线显示相应电压利用箭头显示电流方向利用箭头显示电流方向 探针实时显示探针实时显示电压电压/电流值电流值暂停时，使用暂停时，使用Virtual Instruments按钮，可显示元件参数信息按钮，可显示元件参数信息 数字与模拟电路仿真运行数字与模拟电路仿真运行100101调幅信号调幅信号输出输出信号发生器信号发生器参数设置参数设置虚拟信号发生器虚拟信号发生器102音频信号音频信号输出输出103数字时钟数字时钟信号输出信号输出104单片机汇编程序编译调试单片机汇编程序编译调试105应用举例应用举例 要求：完
24、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。106（1）启动ISIS107（2）绘制电路原理图108（3）输入单片机汇编程序109（4）进行源代码调试110（5）仿真运行111(Advanced Routing and Editing Softwae)PCB布局布线设计输出1.3.2 1.3.2 ARESARES模块应用举例模块应用举例112113应用举例应用举例 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。114（1）启动ARES115（2）元器件布局自动或手动导入电路元器件116（3）元器件布线自动或手动连线117（4）铺铜在正面、反面线路板上设计填充体）118（5）三维效果图预览制版效果119(6)Gerber输出生成PCB（丝印层、打孔层、元件层）光绘文件文件120演示1 交通灯控制仪121演示2 简易型计算器122本章小结本章小结1.单片机是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。2.单片机的发展趋势是高集成度、高性能、高性价比、低功耗，51内核单片机仍然是目前主流机型。3.不同数制转换和基本逻辑门电路是学习单片机的重要基础知识。4.Proteus和Keil C是学习单片机编程的两个重要软件工具。123124
