单片机原理与应用技术

1、单片机原理 主讲教师：杨玉敏主讲教师：杨玉敏 河北工程大学机电学院机电教研室河北工程大学机电学院机电教研室 参考教材：参考教材：80C51单片机原理与应用技术单片机原理与应用技术 吴炳胜等编著冶金工业出版社出版吴炳胜等编著冶金工业出版社出版 第1章 绪论 1.1 1.1 计算机计算机中负数的表示及中负数的表示及运算运算 一、机器数和真值一、机器数和真值 1 1、机器、机器数：数：一个数在机器（即计算机）中的表示形式。一个数在机器（即计算机）中的表示形式。 2 2、机器数的特点、机器数的特点： （1 1）机器数可以只用正数，即无符号数。）机器数可以只用正数，即无符号数。 （2 2）机器数所表示数

2、的范围受机器字长的限制。）机器数所表示数的范围受机器字长的限制。 （3 3）机器数可以用符号位表示数的正负。）机器数可以用符号位表示数的正负。 （4 4）机器数可以表示带小数点的数。）机器数可以表示带小数点的数。 （5 5）机器数所表示的数值为机器数的真值。）机器数所表示的数值为机器数的真值。 二、负数三种表示二、负数三种表示 符号数在计算机中有原码，反码和补码三种方法。其符号数在计算机中有原码，反码和补码三种方法。其 共同特点都是通过符号位表示正负，但数的大小表示方法共同特点都是通过符号位表示正负，但数的大小表示方法 是不同的。是不同的。 1 1、原码、原码：原码的数值部分是用二进制数表示数

3、的绝对值，：原码的数值部分是用二进制数表示数的绝对值， 再在数的前面加一位符号位，符号位为再在数的前面加一位符号位，符号位为0 0表示正数，符号位表示正数，符号位 为为1 1表示负数。表示负数。 例：例：x1=67 x1x1=67 x1原原= =0 010000111000011 x2=-67 x2 x2=-67 x2原原= =1 110000111000011 原码特点原码特点：简单与真值转换方便，但其表示的数不便于计简单与真值转换方便，但其表示的数不便于计 算机计算。算机计算。 3 3、补码：、补码：正数的补码与原码相同，负数的补码是它的绝对正数的补码与原码相同，负数的补码是它的绝对 值按

4、位取反后加值按位取反后加1 1。 负数的补码求法：负数的补码求法：负数的二进制数的各位中最低一位负数的二进制数的各位中最低一位1 1 以左的各位求反，而最低一位以左的各位求反，而最低一位1 1和右边各位都不变。和右边各位都不变。 补码再求补以后就可得到原数即真值。补码再求补以后就可得到原数即真值。 对于对于8 8位二进制数来说，用补码所表示的数的范围为位二进制数来说，用补码所表示的数的范围为 -128- +127-128- +127。 1.2 1.2 数字电子计算机中常用编码数字电子计算机中常用编码 一一、BCDBCD码及十进制调整码及十进制调整 1 1、BCDBCD码：码：就是用二进制代码表

5、示的十进制数就是用二进制代码表示的十进制数( (又称又称BCDBCD数数) )。 2 2、BCDBCD码相加时要作两条调整码相加时要作两条调整： （1 1）若两个）若两个BCDBCD数相加结果大于数相加结果大于10011001， 即大于即大于9 9，则应作加，则应作加01100110调整。调整。 （2 2）若两个）若两个BCDBCD数数相加相加结果在结果在 本位上并不大于本位上并不大于10011001，但却产，但却产 生了进位，相当于十进制大于生了进位，相当于十进制大于 等于等于1616，则则应加应加01100110调整调整。 例例1.11.1用用BCDBCD数完成数完成54+4854+48的

6、运算。的运算。 01010100 +01001000 - 10011100 + 0110 - 10100010 +0110 - 000100000010 1.3 1.3 嵌入式计算机系统嵌入式计算机系统 一、一、嵌入式计算机嵌入式计算机系统概念系统概念 满足满足海量高速数值计算的计算机成为海量高速数值计算的计算机成为计算机系统；而将计算机系统；而将 面对工控领域对象，嵌入到工控系统中，实现嵌入式应用的面对工控领域对象，嵌入到工控系统中，实现嵌入式应用的 计算机称为嵌入式计算机系统，简称计算机称为嵌入式计算机系统，简称嵌入式系统嵌入式系统。 二、二、嵌入式计算机嵌入式计算机系统的种类系统的种类

7、1 1）工控机：）工控机：将通用计算机系统进行机械加固、电器加固后构成将通用计算机系统进行机械加固、电器加固后构成 ，适用具有较大空间嵌入应用环境（如舰船、大型试验装置、分，适用具有较大空间嵌入应用环境（如舰船、大型试验装置、分 布式测控系统等，早期经常采用的方式。）布式测控系统等，早期经常采用的方式。） 2 2）通用）通用CPUCPU模块：模块：由通用由通用CPUCPU构成的各种形式的主机系统。用于构成的各种形式的主机系统。用于 需要进行大量数据处理及逻辑判断系统中（如收银机，中、大型需要进行大量数据处理及逻辑判断系统中（如收银机，中、大型 试验系统）。试验系统）。 3 3）嵌入式微处理器：

8、）嵌入式微处理器：在通用微处理器在通用微处理器MPUMPU的基核上，添加的基核上，添加MPUMPU外外 围单元和满足对象测控要求的外围接口电路，构成一个嵌入式应围单元和满足对象测控要求的外围接口电路，构成一个嵌入式应 用的单芯片形态计算机系统。其总线、用的单芯片形态计算机系统。其总线、I/OI/O口地址与口地址与PCPC机兼容，机兼容， 易于开发，较好的操作系统支持，因此用于中小型系统中。易于开发，较好的操作系统支持，因此用于中小型系统中。 4 4）单片机（微控制器）：）单片机（微控制器）：有专门为嵌入式应用设计的唯一体系有专门为嵌入式应用设计的唯一体系 结构与指令系统，最能满足嵌入式的应用要

9、求。其是发展最快、结构与指令系统，最能满足嵌入式的应用要求。其是发展最快、 品种最多、数量最大的嵌入式系统。品种最多、数量最大的嵌入式系统。 1.4 1.4 单片单片微型计算机微型计算机 概念：概念：是在一块芯片上集成了中央处理器（是在一块芯片上集成了中央处理器（CPUCPU），存），存 储器（储器（RAMRAM，ROMROM），定时），定时/ /计数器和各种输入输出（计数器和各种输入输出（I/OI/O ）接口等。）接口等。 发展：发展：随着计算机技术和集成电路技术的进步，它还可随着计算机技术和集成电路技术的进步，它还可 包含包含A/DA/D、D/AD/A转换器、转换器、DMADMA通道、浮点

10、运算等特殊结构。通道、浮点运算等特殊结构。 本书中用单片机这一提法。本书中用单片机这一提法。 1.5 1.5 单片单片微型计算机的发展概况微型计算机的发展概况 1 1） （1971-19761971-1976）：）：萌芽阶段萌芽阶段，发展了各种，发展了各种4 4位机位机，多用，多用 于家用电器、计算器、高级玩具等。于家用电器、计算器、高级玩具等。 2 2） （1976-19801976-1980）：）：为初级为初级8 8位机位机阶段阶段，典型的单片机在，典型的单片机在 片内集成了片内集成了8 8位位CPUCPU、多个并行、多个并行I/OI/O口、一个口、一个8 8位定时器位定时器/ /计数计数

11、 器、器、RAMRAM等，无串行等，无串行I/OI/O口寻址范围不大于口寻址范围不大于4K4K。功能满足一。功能满足一 般工业控制要求。般工业控制要求。 3 3） （1980-19831980-1983）：）：高性能单片机高性能单片机阶段，发展了各种高阶段，发展了各种高 性能性能8 8位位单片机。以单片机。以5151系类为代表，均带有串行系类为代表，均带有串行I/OI/O口，具口，具 有多级中断，多个有多级中断，多个1616位定时位定时/ /计数器，片内计数器，片内RAMRAM和和ROMROM容量相容量相 对增大，且寻址范围可达对增大，且寻址范围可达16K16K。拓宽了单片机的应用范围，。拓宽

12、了单片机的应用范围， 在我国得到广泛应用。在我国得到广泛应用。 4 4） （1983-19861983-1986）1616位微控制器位微控制器阶段，除了阶段，除了CPUCPU为为1616位之位之 外，片内外，片内RAMRAM和和ROMROM容量进一步增大，片内容量进一步增大，片内RAMRAM增加为增加为232232字字 节，节，ROMROM位位8K8K字节，且片内带有高速输入输出部件、多通道字节，且片内带有高速输入输出部件、多通道 1010位位A/DA/D转换器，具有转换器，具有8 8级中断，网络通信能力提高。级中断，网络通信能力提高。 5 5） （19861986至今）至今）3232位微处理

13、器位微处理器阶段阶段，可进行，可进行3232位位整数运整数运 算，算，6464位浮点运算，同时片内具有三维图形处理器，可构位浮点运算，同时片内具有三维图形处理器，可构 成超级图形工作站，随着半导体技术的发展，巨型计算机成超级图形工作站，随着半导体技术的发展，巨型计算机 单片化将成为现实。单片化将成为现实。 1.6 80C511.6 80C51单片微型计算机的特点单片微型计算机的特点 1 1） 体积小，重量轻，价格低，耗电少，电源单一。体积小，重量轻，价格低，耗电少，电源单一。 2 2） 抗干扰能力强，抗干扰能力强，可靠性可靠性高高。 3 3） 面向控制，控制功能强，运算速度快。面向控制，控制功

14、能强，运算速度快。 4 4） 受集成度限制，片内存储器容量较小。受集成度限制，片内存储器容量较小。 5 5） 开发应用方便，研制周期短。开发应用方便，研制周期短。 1.7 1.7 单片微型计算机的分类单片微型计算机的分类 1 1） 按适用范围划分为通用型与专用型：按适用范围划分为通用型与专用型：通用型把可通用型把可 开发资源全部提供给使用者；专用型是针对某一类产品甚至开发资源全部提供给使用者；专用型是针对某一类产品甚至 某个产品需要而设计生产的。某个产品需要而设计生产的。 2 2） 按是否提供并行总线分为总线型与非总线型：按是否提供并行总线分为总线型与非总线型： 总线型设置有总线型设置有DBD

15、B，ABAB，CBCB三种引脚，用于扩展并行外围器件三种引脚，用于扩展并行外围器件 ；非总线型的外围器件通过串行接口连接。；非总线型的外围器件通过串行接口连接。 3 3） 按大致的应用领域分为工控型与家电型：按大致的应用领域分为工控型与家电型：工控型工控型 满足工业控制用机；家电型多数为专用单片机。满足工业控制用机；家电型多数为专用单片机。 4 4） 按含有的按含有的ROMROM形式可以分为：形式可以分为： （1 1） 掩膜编码程序的掩膜编码程序的ROMROM，属专用单片机。，属专用单片机。 （2 2） 内含内含EPROMEPROM，属通用单片机，用户可以将自己的程，属通用单片机，用户可以将自

16、己的程 序写入其中。序写入其中。 （3 3） 无无ROMROM，需外接，需外接EPROMEPROM或或E2PROME2PROM。 （4 4） OTP ROMOTP ROM用户只能写入一次。用户只能写入一次。 （5 5） FlashROMFlashROM用户可多次编程写入。用户可多次编程写入。 1.8 1.8 单片微型计算机单片微型计算机的应用的应用 1 1） 在智能仪器仪表中的应用：在智能仪器仪表中的应用：如精密数字温度计，如精密数字温度计， 智能电度表，智能流速仪等。智能电度表，智能流速仪等。 2 2） 在工业测控中的应用在工业测控中的应用：如各种工业测控系统，自如各种工业测控系统，自 适应

17、控制系统，数据采集系统等。适应控制系统，数据采集系统等。 3 3）在计算机网络于通信技术中的应用：）在计算机网络于通信技术中的应用：如自动呼叫如自动呼叫 应答系统，列车无线通信系统，无线遥控系统等。应答系统，列车无线通信系统，无线遥控系统等。 4 4）在日常生活及家电中的应用：）在日常生活及家电中的应用：如电子称，银行计如电子称，银行计 息电脑，心率监护仪，电冰箱控制等。息电脑，心率监护仪，电冰箱控制等。 1.9 1.9 单片微型计算机单片微型计算机的发展趋势的发展趋势 1 1）大容量化：）大容量化：CPUCPU的功能强，内存容量大，多用于复杂的功能强，内存容量大，多用于复杂 控制场合。控制场

18、合。 2 2）小）小容量低价格化：容量低价格化：数字逻辑集成电路组成的控制电数字逻辑集成电路组成的控制电 路单片化。路单片化。 3 3）外围）外围电路内装化电路内装化：在增加单片机的内部资源，以降在增加单片机的内部资源，以降 低成本，提高系统的可靠性。低成本，提高系统的可靠性。 思考题：思考题： 为什么学习单片机？ 科技的进步需要技术不断的提升。设计一块大 而复杂的模拟电路要花费巨大的精力，使用繁多的 元器件增加产品成本。而现在，只需要一块几厘米 见方的单片机，写入简单的程序,就可以实现采用模 拟、数字电路技术设计的复杂系统的功能，使电路 得以简化，而且可以方便地通过更改软件增加或变 更其功能。相信大家在掌握了单片机技术后，不管 在您今后开发或是工作上，一定会带来意想不到的 惊喜。 一块小小的片子，为何有这样的魔力？