单片机基础知识

1、计算机与信息科学系计算机与信息科学系计算机与信息科学系计算机与信息科学系计算机与信息科学系计算机与信息科学系21. 单片机基础知识单片机基础知识 什么是单片机？什么是单片机？ 单片机的应用单片机的应用 课程概况课程概况3 什么是单片机？什么是单片机？? CPU、存储器、存储器、I/O接口、输入设备、输出接口、输入设备、输出设备、总线、微型计算机设备、总线、微型计算机4一、微型计算机基本结构一、微型计算机基本结构硬硬 件件软软 件件微微 型型计算机计算机系系 统统 微微 型型 计算机计算机（主机）（主机）外外 设设运算器运算器 （ALUALU）控制器（控制器（CUCU）寄存器阵列寄存器阵列键盘、

2、鼠标键盘、鼠标显示器、打印机显示器、打印机软驱、硬盘、光驱软驱、硬盘、光驱 扫描仪、扫描仪、微处理器微处理器内存储器（内存储器（ROM RAMROM RAM）输入输入/ /输出（输出（I/O I/O ）接口）接口 系统软件系统软件应用（用户）软件应用（用户）软件5存存储储器器I/OI/O接接口口输输入入设设备备I/OI/O接接口口输输出出设设备备 数据总线数据总线 DBDB控制总线控制总线 CBCBI/OI/O接接口口特点：特点： 以以微处理器微处理器（CPU）为核心）为核心 CPU与其他部件间通过与其他部件间通过三总线三总线连接连接AB: Address BusDB: Data BusCB:

3、 Control Bus6 将将CPU及部分存储器、定时器及部分存储器、定时器/计数器以及计数器以及I/O接接口集成在一片超大规模集成电路芯片上构成的微型口集成在一片超大规模集成电路芯片上构成的微型计算机，称为单片微型计算机，简称计算机，称为单片微型计算机，简称单片机单片机。（Single Chip Microcomputer） 现一般称为现一般称为MCU（Micro Controller Unit） EMCU（Embedded MicroController Unit）CPUROMRAMI/O接口接口BUSC/T二、单片机二、单片机CPUROMRAMI/O接口接口BUSC/T7三、单片机的主

4、要组成三、单片机的主要组成1.1.CPUCPU（微处理器）（微处理器） CPUCPU主要由运算器和控制器组成，主要完成主要由运算器和控制器组成，主要完成指令的执行、运算和控制的功能。还具有指令的执行、运算和控制的功能。还具有位位操作操作功能。功能。 按同时处理数据位数能力分为按同时处理数据位数能力分为8 8、1616、3232位。位。8 主存储器主存储器存放当前运行的程序和数据存放当前运行的程序和数据 类型分类型分ROM、RAM 特点：特点：CPU快速存取，容量有限快速存取，容量有限 表示方法表示方法 1 0 1 1 0 1 1 02004H.7 6 5 4 3 2 1 0 （位次）（位次）0

5、000HFFFFH地址地址内容内容“2004H单元中的内容为单元中的内容为B6H”表示为：（表示为：（2004H）=B6H2. 存储器（主存储器、内存）存储器（主存储器、内存）93. I/O接口（输入接口（输入/输出接口）输出接口） 输入输出接口是输入输出接口是CPU与外部设备之间交换信息的连与外部设备之间交换信息的连接电路，简称接电路，简称I/O接口。接口。 I/O接口分为总线接口和通信接口两类。接口分为总线接口和通信接口两类。 总线接口：数字量输入输出接口（总线接口：数字量输入输出接口（DI/DO）、）、 LCD接口、模拟量输入输出接口（接口、模拟量输入输出接口（AD/DA模块）、模块）、

6、定时器定时器/计数器模块（计数器模块（PWM）等。）等。 通信接口：通信接口：USART、I2C、SPI等。等。10XTAL218XTAL119ALE30EA31PSEN29RST9P0.0/AD039P0.1/AD138P0.2/AD237P0.3/AD336P0.4/AD435P0.5/AD534P0.6/AD633P0.7/AD732P1.01P1.12P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78P3.0/RXD10P3.1/TXD11P3.2/INT012P3.3/INT113P3.4/T014P3.7/RD17P3.6/WR16P3.5/T115P2.7/A1528P

7、2.0/A821P2.1/A922P2.2/A1023P2.3/A1124P2.4/A1225P2.5/A1326P2.6/A1427U1AT89C51LED1R11KVCCR21kVCCPB【例【例】输入输入输出输出11 总线：连接功能部件间的一组公共信号线总线：连接功能部件间的一组公共信号线地址总线地址总线AB：CPU输出地址码信号选择被输出地址码信号选择被访问的具体的存储单元、访问的具体的存储单元、I/O端口端口 * *地址线的根数决定了地址线的根数决定了CPUCPU的寻址范围。的寻址范围。 * *CPUCPU的寻址范围的寻址范围 = 2= 2n n， n-n-地址线根数地址线根数如：如

8、：8 8位地址码，可寻址位地址码，可寻址 2 28 8 =256 =256 个存储单元个存储单元1616位地址码，可寻址位地址码，可寻址 2 216 16 = 64K = 64K 个存储单元个存储单元4. 总线总线（BUS）*12数据总线数据总线 DBDB：CPU与存储器、与存储器、I/O接口之间接口之间 (双向双向)传送数据的公共通路。传送数据的公共通路。 * * 数据总线的条数决定数据总线的条数决定CPUCPU一次最多可以传送的一次最多可以传送的数据宽度（位数）。数据宽度（位数）。如：如：8 8位机的位机的DBDB有有8 8条，条，CPUCPU一次可读写一次可读写8 8位数据位数据 161

9、6位机的位机的DBDB有有1616条，条，CPUCPU一次可读写一次可读写1616位位 控制总线控制总线 CBCB：用来传送各种控制或状态信号：用来传送各种控制或状态信号 * * CPU CPU送出和接受的对存储器、送出和接受的对存储器、I/OI/O接口读写接口读写 及中断等控制信号及中断等控制信号四、计算机中的数四、计算机中的数1.1.计算机中所有的信息都是以二进制形式进行存储和计算机中所有的信息都是以二进制形式进行存储和处理的。处理的。 物理上容易实现二值化信息表示；物理上容易实现二值化信息表示； 运算规则简单，运算规则简单，4条加法、条加法、 4条乘法；条乘法； 可以用逻辑代数、逻辑电路

10、设计实现。可以用逻辑代数、逻辑电路设计实现。 二进制：二进制： 基数为基数为2，逢二进一，逢二进一 1101B = 12 3 + 12 2 + 12 0 = 13142.常用进位计数制常用进位计数制 数数 制制 基基 数数 数数 码码 二进制二进制 Binary 2 0, 1十进制十进制 Decimal 10 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 十六进制十六进制 Hexadecimal 16 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, A, B, C, D, E, F十六进制码只是作为二进制码的缩读、缩写形式，以十六进制码只是作为二进制码的缩读、缩写形式，

11、以便于书写和记忆。便于书写和记忆。15【例】数据定义【例】数据定义ORG 0100H;程序中数据定义程序中数据定义DB 23H,25,101101B,-5DW 1234H地址地址内容内容0100H0010 001123H0101H0001 100119H0102H0010 11012DH0103H1111 1011FBH0104H0001 0010 12H0105H0011 010034H数据在存储器中的存放：数据在存储器中的存放：163. 基本逻辑运算基本逻辑运算一、一、AND0 0=0 0 1=0 1 0=0 1 1=1二、二、OR0v0=0 0 v1=1 1v0=1 1v1=1三、三、N

12、OT四、四、XOR0 0=01 0=10 1=11 1=00=1 1=017 智能仪器仪表智能仪器仪表 机电一体化机电一体化 实时控制实时控制 分布式多机系统分布式多机系统 日常生活日常生活 计算机外围设备、网络产品计算机外围设备、网络产品 单片机的应用单片机的应用单片机主要应用于单片机主要应用于检测检测和和控制控制领域领域18日历日历+温度显示温度显示智能电动小车智能电动小车遥控器遥控器19温度控制器温度控制器汽车电子汽车电子通信通信20一、一、学习目的学习目的 掌握单片机的硬件组成及工作原理；掌握单片机的硬件组成及工作原理； 学会运用指令系统和汇编语言进行程序设计；学会运用指令系统和汇编语

13、言进行程序设计； 熟悉各种典型的接口芯片、接口技术及应用；熟悉各种典型的接口芯片、接口技术及应用； 掌握单片机应用系统设计与调试技术（掌握单片机应用系统设计与调试技术（Keil uVision、Proteus 软件的使用）。软件的使用）。 课程概况课程概况21Keil uVision 开发工具开发工具 Keil uVision 是美国是美国Keil Software公司出品的公司出品的51系列兼容单片机系列兼容单片机C语言集成开发环境（语言集成开发环境（IDE），使用），使用接近于传统接近于传统C语言的语法来开发，也可以使用语言的语法来开发，也可以使用汇编语汇编语言言进行调试及模拟运行。进行调

14、试及模拟运行。22Proteus ISIS Proteus 是一款集原理图设计、主流单片机系统是一款集原理图设计、主流单片机系统仿真等功能的软件。仿真等功能的软件。Proteus ISIS Professional 工作工作界面是一种标准的界面是一种标准的Windows界面。界面。23实验设备实验设备 包含了课程教学包含了课程教学所需的实验项目。所需的实验项目。 通过串口与通过串口与PC机相连，机相连，PC机用于仿真调试、生成机用于仿真调试、生成目标文件，下载后可在实目标文件，下载后可在实验板运行。验板运行。24实验板原理图（主）实验板原理图（主）25实验板原理图（实验板原理图（I/OI/O接口）接口）26* * 单片机学习开发板单片机学习开发板27二、二、参考书参考书 吴金戌吴金戌. 8051单片机实践与应用单片机实践与应用.清清 华大学出版社华大学出版社 戴仙金主编戴仙金主编.51