单片机PPT_1资料

1、河海大学常州校区 机电工程学院张薇薇Email:Telddress:实验楼B213第一章 单片机基础知识单片机原理及应用单片机学习方法单片机学习方法 熟悉和了解单片机的内部资源熟悉和了解单片机的内部资源31-1 1-1 概述概述1-2 1-2 计算机中的数和编码计算机中的数和编码一、电子计算机一、电子计算机 二、微机二、微机 三、单片机三、单片机 一、数制及其转换一、数制及其转换 二、二进制数的运算二、二进制数的运算 三、符号数的表示法三、符号数的表示法 四、常用编码四、常用编码 五、几个概念五、几个概念 41-1 1-1 概述概述一、电子计算机一、电子计算机 以存储

2、程序的方式、自动地进行算术和逻辑运算的数字电子装置称电子计算机。 1946年2月15日，世界上第一台数字式电子计算机是在美国费城宾夕法尼亚大学宾夕法尼亚大学莫尔学院研制成功并运行，名为( (ENIACENIAC) )。1955年10月切断电源。 从公元10世纪中国古代的算盘到现代计算机的问世经历了一个漫长的阶段。5 ENIAC： 5千次/秒，18000个电子管 电子管式晶体管式中小规模集成电路 1946 1958 1965 大、超大规模集成电路（微机时代）四代。 1971 Intel4004： 6万次/秒，2300只 人工智能计算机 五代。模拟人的智能和交流方式。1981 引例： 6（1）硬件

3、： 基本组成： 运算器、控制器、存储器、运算器、控制器、存储器、 输入输入/ /输出设备及接口输出设备及接口。 冯 诺依曼结构 中心思想是存储程序原则：存储程序原则： 指令和数据一起以二进制的形式存放在指令和数据一起以二进制的形式存放在存储器中。存储器中。 结构如图所示：78（2）软件 是计算机上运行的程序，是计算机系统中的逻辑部件而不是物理部件，是人的思维结果，它总是要通过某种物理介质来存储和表示的。其分类如下：9二、微机二、微机(1) 中央处理器CentralProcessingUnit-CPU 负责取指，执指，实现操作的核心部件，包括运算器和控制器两大组成部分。 如果中央处理器的电路集成

4、在一片或少数几片大规模集成电路芯片上，就为微处理器（微处理器（MPU）。）。(2) 微型计算机、微型计算机系统 以微处理器为核心，加配存储部件和输入输出部件而成为微型计算机。 10 以微型计算机为基础，加上外围设备、电源、系统软件等就构成微型计算机系统 微机系统的组成可小结如下：11 * 独立使用式微机：PC机*嵌入式微机： (1) 单片机：CPU、存储器、I/O接口等集成在 一 块硅片上 (2) 单板机：CPU、存储器、I/O接口等装配在 一块电路板 (3) 多板机：CPU、存储器、I/O接口等分做在 多块电路板上12三、单片机三、单片机 单片微型计算机：单片微型计算机：Single-Chi

5、p Microcomputer Single-Chip Microcomputer One-Chip Microcomputer One-Chip Microcomputer在一片集成电路芯片上集成CPU、存储器（RAM、ROM）、I/O接口等组成一台完整的微型计算机。现在的单片机还集成了A/D、D/A、USB等接口部件。单片机作为工业控制和数据处理的计算机，也单片机作为工业控制和数据处理的计算机，也被称为被称为“微控制器微控制器”、 “微处理器微处理器”（Micro-controller Unit, Micro-ProcessorMicro-controller Unit, Micro-Pr

6、ocessor）。）。 主要有：4位、8位、16位、32位等13 特点：体积小、功耗低、可靠性高、成本低、性价比高。 应用领域：现在几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。n家用电器上的应用n智能仪器仪表上的应用n工业控制上的应用n计算机网络和通信领域上的应用n医用设备上的应用141. 智能冰箱 2智能饭煲 3智能食品配料机 现在的家用电器基本上都采现在的家用电器基本上都采用了单片机控制，从电饭褒、用了单片机控制，从电饭褒、洗衣机、电冰箱、空调机、洗衣机、电冰箱、空调机、彩电、其他音响视频器材、彩电、其他音响视频器材、再到电子秤量设备，五花八再到电子秤量设备，五花八门，无所不在。门，无所不在。

7、家用电器上的应用家用电器上的应用15数字式测角仪数字式测角仪交直流电压电流表交直流电压电流表位移传感器位移传感器结合不同类型的传感器，可实现诸如电压、结合不同类型的传感器，可实现诸如电压、功率、频率、湿度、温度、流量、速度、厚功率、频率、湿度、温度、流量、速度、厚度、角度、长度、硬度、元素、压力等度、角度、长度、硬度、元素、压力等物理物理量的测量量的测量。采用单片机控制使得仪器仪表数字化、智能采用单片机控制使得仪器仪表数字化、智能化、微型化，且化、微型化，且功能比起采用电子或数字电功能比起采用电子或数字电路更加强大路更加强大。例如精密的测量设备（功率计，。例如精密的测量设备（功率计，示波器，各

8、种分析仪）。示波器，各种分析仪）。 智能仪器仪表上的应用智能仪器仪表上的应用16数控车床数控车床数控线切割机床数控线切割机床用单片机可以构成形式多用单片机可以构成形式多样的控制系统、数据采集样的控制系统、数据采集系统。例如工厂流水线的系统。例如工厂流水线的智能化管理，电梯智能化智能化管理，电梯智能化控制、各种报警系统，与控制、各种报警系统，与计算机联网构成二级控制计算机联网构成二级控制系统等。系统等。 工业控制上的应用工业控制上的应用17现代的单片机普遍具备通信接口，现代的单片机普遍具备通信接口，可以很方便地与计算机进行数据通可以很方便地与计算机进行数据通信，为在计算机网络和通信设备间信，为在

9、计算机网络和通信设备间的应用提供了极好的物质条件，现的应用提供了极好的物质条件，现在的通信设备基本上都实现了单片在的通信设备基本上都实现了单片机智能控制。机智能控制。手机手机电话机电话机程控交换机程控交换机调制解调器调制解调器楼宇自动通信呼叫系统楼宇自动通信呼叫系统列车无线通信列车无线通信无线电对讲机等。无线电对讲机等。 计算机网络和通信领域上的应用计算机网络和通信领域上的应用18医用呼吸机医用呼吸机各种分析仪各种分析仪监护仪监护仪超声诊断设备超声诊断设备病床呼叫系统等等病床呼叫系统等等监护仪监护仪医用呼吸机医用呼吸机 医用设备上的应用医用设备上的应用19 从从1974年年12月，仙童（月，仙

10、童（Fairchild）公司）公司首先推出首先推出8位单片机位单片机F8，采用：，采用：双片形式双片形式F8（8位位CPU64RAM2个并个并行行I/O口）口）3851（1KROM定时器定时器/计数器计数器2个并行个并行I/O）。）。至今经历四代：至今经历四代：20第一代 197478，典型代表如Intel公司的MCS-48 型8位单片机，采用 8位CPU、2个 I/O口、 8位定时器/计数器、 64 RAM/ 1K ROM、 简单中断，寻址小于4K，且无串行口。21第二代 197883，8位单片机， 如MCS-51，Zilog公司的Z8等。 增加功能： 串行I/O、 多级中断、 16定时/计

11、数器、 片内RAM/ROM增大，寻址64K， 片内带A/D转换器接口。22第三代 198390年代初，16位单片机出现，如MCS-96系列的8096、8098芯片。现在有很多,比如freescale等 增加性能： 16位CPU， RAM/ROM增大， 中断能力增强、 带有A/D等23第四代上世纪上世纪90年代至今，高档年代至今，高档16位产品和位产品和32位产品的出现，如位产品的出现，如80196，ARM微处理器微处理器等，性能、速度大大提高。等，性能、速度大大提高。24 是Intel公司的8位系列单片机，包括51和52两个子系列。两者的区别在于52子系列片内ROM、RAM的容量翻倍，定时计数

12、器增加到3个。25专用型：程序已固化好，用户很难更改，如电子表里的单片机；通用型：使用不同的接口，编写不同的程序，程序可修改升级，完成不同的功能。26n目前，在我国常用的单片机有以下几家：nIntel：MCS-51、 MCS-96系列，改生产CPUnAtmel：AT89系列，51内核的，AVR系列,Cygnal系列nMotorola：68HC系列-freescale(飞思卡尔)nZilog：Z80系列，原来应用很广，现在基本淘汰nPhilips：87、80系列，51内核nSiemens、Epson、东芝TOSHIBA、日立HITACHI等n国产国产:STC宏晶宏晶,基于基于51内核内核http

13、:/ 1-2 计算机中数和编码计算机中数和编码一、数制及其转换一、数制及其转换 使用有限个基本数码来表示数据，按进位的方法进行计数为进位计数制进位计数制。包含两大要素：基数和位权基数和位权 基数基数：用来表示数据基本数码的个数J，此数后必须进位。 位权位权：数码在表示数据时所处的数位所具有的固定值Ji。 简称“权权”。 特点：特点：1）基数为J，用0，1，J-1来表示数据，逢J进一 2）各位的权为J i 任意一个J进制数的表示方法为： 其中ki=0,1,，J-1 m-小数部分位数, n-整数部分位数, i-正整数im1niiJkA28（1）十进制（Decimal）表示法特点：基数为10，用0，

14、1，9来表示数据，逢十进一； 各位的权为10i。任意一个十进制数的表示方法为： 其中k i=0,1,2,3,4,5,6,7,8,9 例如（273.45）D=2102+7101 +3100+410-1+510-2（2）二进制 ( Binary ) 表示法特点：基数为2，用0，1两个数码来表示数据，逢二进一 各位的权为2i。任意一个二进制数的表示方法为： 其中k i=0,1 例如（1011.101）B=123+022 +121+120+12-1+ 02-2+12-3imniikA21imniikA10129（3）十六进制(Hexadecimal) 表示法 特点：基数为16，用09和字母A,B,C,

15、D,E,F （对应十进制1015）来表示数据，逢十六进一； 各位的权为16i。任意一个十六进制数的表示方法为： 其中k i= 0F例如:（55）H=5161+5160 （A87.E79）H=A162+8161+7160+E16-1+ 716-2+916-3 （1）J进制转换为十进制按定义： 只需按权展开即可。imniikA16130（2）十进制转换为J进制整数部分的转换 把十进制的整数不断除以所需要的基数J，直至商为零，取其余数，就能转换成以J为基数的数，称为除基取余法除基取余法。 小数部分的转换 要将一个十进制小数转换成J进制小数时，可不断将十进制小数部分乘以J，并取整，直至小数部分为零为止

16、。称为乘基取整乘基取整法。 例如：（25.3125）D=(11001.0101)B （116.84375）D=（74.DB）H 过程如下：3132 由于二进制的基数是2，而十六进制的基数为16=24，即4位二进制数正好对应一位十六进制数，因此二者之间的转换十分方便。 使用8421权例如：（B6.8）H=10110110.1000=（10110110.1）B（11011.011）B=00011011.0110=（1B.6）H注意：（1）以小数点为界，朝左右划分，整数部分不足4位高位加0，小数部分不足4位低位加0。（2）二进制与八进制之间也有类似的情况（23=8）。33二、二进制数的运算二、二进制

17、数的运算（1）运算规则加法：0+0=0，0+1=1，1+1=0进位1，1+1+1=1进位1；减法：0-0=0 ， 1-0=1， 0-1=1借位1，1-1=0；乘法：00=0，01=0，10=0， 11=1；（2）无符号数的运算 加法：按照加法运算规则，从最低位开始逐位相加。两个 4位的二进制数相加，其“和”可能超过4位，从而产 生进位进位。 减法：按照减法运算规则，从最低位开始逐位相减，与十 进制数相减类似，不够减时，应向高位借位借位。记住，二进制的记住，二进制的10相当于十进制的相当于十进制的2。34乘法：乘法运算可看作是被乘数自身多次移位相加，相加的次数由乘数的数值决定。除法：除法是乘法的

18、逆运算，它是确定一个数可以从另一个数中减去多少次的过程。例如：35常用有“与”、“或”、“非”、“异或”等逻辑运算。（1）“与”：AND，“有0出0，全1出1”，C=AB，运算规则：00=0，01=0，10=0，11=1（2）“或”：OR，“有1出1，全0出0”，C=A+B，运算规则：0+0=0，0+1=1，1+0=1，1+1=1（3）“非”：NOT，“求反”，C=运算规则：（4）“异或”：XOR，“异则1，同则0”，C=A B，运算规则：0 0=0，1 0=1，0 1=1，1 1=0 例如：DAH、99H两个数的四种运算方法如下：36 与：DAH 99H=98H； 或：DAH + 99H=D

19、BH； 异或：DAH + 99H=43H； 如图：三、符号数的表示法三、符号数的表示法计算机只能识别0、1两种信息，那么“符号数”在计算机中如何表示呢？(8位二进制数) 比如，+17，-17计算机是如何识别的呢？37符号的数码化：将符号用“0正1负”表示，并以二进制数的最高位（D7位）作为符号位。例如：（原码）+91=01011011=5BH；-91=11011011=-5BH；38机器数：数据在计算机中连同数码化的符号位一起表 示的编码数。真 值：把机器数实际代表的数称为机器数的真值。 D7位作为符号位（0正1负），D6D0为原来的二进制数值位。例如：（+55）原 =0 0110111 （-

20、 55）原 =1 0110111 39特点： 1）8位二进制数表示的范围：-127 +127； 2）（+0）原=00000000B，（-0）原=10000000B 不相同； 3）加、减运算困难。 正数的反码 = 正数的原码 负数的反码 = 相应正数的原码按位取反例如：（+0）反 = 0 0000000；（+127）反 = 0 1111111 （- 0）反 = 1 1111111；（-127）反 = 1 0000000特点： 1）范围 -127 +127； 2）+0、-0不相等； 3）求真值时，若D7=1，则按位取反。40（1）引例一：钟表调时 如图：10点6点，可以逆时针拨，也可顺时针拨：逆拨

21、：逆拨：104= 6 （减）（减） 顺拨：顺拨：10+8=18=12+6=6（加）（加） 在顺拨中，12可自然丢失，称为模；而8被称为是 4的补码。补码。41 显然钟表采用十二进制，系统所能表示的最大量程为12，称之为模（基）。 8 = 12 4 =12 + （4） （ 4）补 = 12 4 =12 +（ 4） = 8 即： （X）补）补=模模+X（2）二进制补码的计算方法 正数的补码 = 正数的原码 负数的补码 = 反码加1(相应正数的原码按位取反，再加1） 例如： （-127）补 = 10000001 （-1）补 = 11111111 特点： 1）补码的符号位作为数值的一部分符号位作为数值

22、的一部分，可以参加运算； 2）0只有一种表示，即 + 0 = - 0 = 00000000；423）表示范围：-128+127（80H7FH）； 4）比原码多一种组合，即1000 0000（-128）其最高位“1” 既表示符号，又表示数值； 5）求真值时，若D7 = 1，则通过对补码再求补，添“-”而得； 作用：作用：将减法运算转换为加法运算。将减法运算转换为加法运算。 练习：1）十进制数8，18，113的补码（负数F8；EEH；8FH），2）补码数1BH，C9H的真值 （+27；-55）3）5 8=0000 0101 00001000=00000101+1111 1000=FDH4） 8位二

23、进制数的模？ （ 256=1 0000，0000=1111 1111+1）补码的进一步解释：补码的进一步解释：引例二引例二：十进制数（以二位十进制数举例）70 - 40 =30引例三引例三：二进制数（以8位二进制数举例） 40H +（-32H）补 =40H+CEH= 10EH = 256 + 0EH=0EH43（1）加法 正数+正数、负数+负数：可能产生溢出（超出-128+127）。无溢出时结果为正确。 正数+负数：不会溢出，结果总是正确。（2）减法 减去一个数，等与加上一个负数，补码形式下成为加法，因此，相当于正数+负数，结果总是正确，也不会有溢出。（3）进位与溢出 数的进位：指运算结果最高

24、位D7向更高位有进位或借位，称为进位（CY）。44数的溢出：运算结果超出了数的表示范围（+127 - 128）时， 称为溢出（OV）。溢出的判断方法： 看有没有破坏符号位，即观察CY CS，异或结果为“1”时，OV位置1，即溢出。四、常用编码四、常用编码 计算机中表示的数、字母、符号等都以二进制数表示的。常用编码有以下几种： 二-十进制数（BCD）：用4位二进制数表示一个十进制数。因共有24=16种组合状态，故可选其中十种编码来表示09十个数字，不同的选法有不同相应编码方案。 分有权码有权码和无权码无权码两种：45 BCD码： 有权码：8421、2421、5211、4311等 无权码：余3码、

25、格雷码等（1）8421BCD码 4位二进制码的权分别为8、4、2、1码，是一种最常用的编码。 特点： 09，由四位二进制数（00001001）表示； 逢“十”进一； 需DA调整，即加法运算和数（结果）大于9时， 需加6修整。是否调整有DA A判别。例如：（1001 0001 0111 0010）BCD=9172； 35=（0011 0101）BCD46例如：求BCD码48+69=？117 0100 1000+ 0110 1001 1011 0001+0110 0110 加6修正 1 0001 0111 低4位向高4位进位，表明低位和大于9，需加6修正，而高位由于获得进位而出现非法码，因此也需要加6修正，修正后，结果为117，正确。 思考：BCD码减法，如何修正？（求减数对9A的补码）（2）余3码 在8421码的基础上，将每个代码加0011而形成。特点：每个十进制数等于它减3，而且运算规则简单。是：0011，0100，0101，0111，1000，1001，1010，1011，110047AmericanStandardCodeforInformationInterchange（美国标准信息交换码）（美国标准信息交换码） 在计算机中，除要处理大量的数据信息外，还需处理一些字母、符号，它们也要用二进制