单片机的基础知识演示文稿

1、单片机的基础知识演示文稿第1页，共51页，2022年，5月20日，18点0分，星期二参考科目：单片机初级教程单片机基础主编：何立民 出版社：北京航空航天大学出版社单片机微型计算机原理及应用张毅坤 陈善久 编著 西安电子科技大学出版社 教材： MCS-51系列单片机系统及其应用主编：蔡美琴课程情况(1-10周，15-17周)教学：40学时； 实验：8学时考试：实验10%，出勤10%，期末考试80%第2页，共51页，2022年，5月20日，18点0分，星期二第一章 绪论课程涉及内容第二章 MCS-51单片机结构第三章 MCS-51指令系统第四章 MCS-51汇编语言程序设计第五章 MCS-51系统

2、扩展技术第3页，共51页，2022年，5月20日，18点0分，星期二多看课外书扩充知识面；多看程序，多理解程序；多看一些应用实例，结合程序分析电路，来帮助自己更好的理解单片机在实际当中的应用。通过实验课更好的理解课本的基础知识。第4页，共51页，2022年，5月20日，18点0分，星期二第1章 绪论1.1 单片机的基本概念1.2 单片机的发展概况1.3 单片机的特点及应用1.4 常用单片机系列介绍第5页，共51页，2022年，5月20日，18点0分，星期二1.1 单片机的基本概念一、单片机？单片机全称单片微型计算机（Single Chip Microcomputer）。又称MCU。它是将CPU

3、、RAM、ROM、定时/计数器和多种接口都集成到一块集成电路芯片上的微型计算机。图1.1 单片机组成框图 CPU 时钟ROMRAM定时器/计数器I/O外设接口用于产生单片机工作所需要的时钟信号。 单片机的核心，完成运算和控制功能。 第6页，共51页，2022年，5月20日，18点0分，星期二 外围设备系统软件 存储器（ROM、RAM）输入/输出接口系统总线算术逻辑部件累加器、寄存器组控制部件 内部总线 微 型 计 算 机 系 统 微 型 计 算 机微处理器微处理器、微型计算机和微型计算机系统三者的关系第7页，共51页，2022年，5月20日，18点0分，星期二目前流行的微处理器第8页，共51页

4、，2022年，5月20日，18点0分，星期二AT89S51单片机(1) 4KB FLASH ROM；(2) 128B内部RAM；(3) 32根I/O口线；(4)看门狗功能；(5)一个全双工串行通信口；(6) 5个中断源、2个优先级中断等；(7)片内振荡器及时钟电路。第9页，共51页，2022年，5月20日，18点0分，星期二二、存储器分类(3)可改写的只读存储器EPROM (Erasable Programable Read Only Memory):前两种ROM只能进行一次性写入，因而用户较少使用。用紫外线擦除器进行擦除，可改写几十次。1、只读存储器ROM（Read Only Memory）

5、：只能读出而不能写入，断电后信息不丢失，常用于存放固定的程序和数据。(1)掩膜ROM：由厂家编好程序写入ROM (称固化)供用户使用，用户不能更改它。(2)可编程只读存储器PROM (Programable Read Only Memory) ：它的内容可由用户根据自己所编程序一次性写入，一旦写入，只能读出，不能更改。也称为OTP（Only Time Programmable）第10页，共51页，2022年，5月20日，18点0分，星期二(4)可电改写只读存储器E2PROM(Electrically Erasable Programmable Read Only Memory)：通过加电写入或

6、清除内容，每块芯片可擦写1000次以上。(2)动态DRAM (Dynamic RAM) ：写入的信息只能保持若干毫秒，因此每隔一段时间必须重新写入，以保持原来的信息不变。常见的有2164 。(1)静态SRAM (Static RAM) ：只要有电源加于存储器，数据就能长期保留。常见的有6116(2K)和6264(8K)。2、随机存储器RAM(Random Access Memory)：它不仅能读取存放在存储单元中的数据，还能随时写入新的数据，写入后原来的数据会丢失。断电后信息全部丢失。常用于存放中间运算结果。第11页，共51页，2022年，5月20日，18点0分，星期二3、可现场改写的非易失存

7、储器：从原理上看属于ROM型。但从功能上它又可以随时改写信息，相当于RAM。(1)快擦写存储器FLASH：读写速度较快，可重新编程上万次。(2)铁电存储器FRAM：利用铁电材料极化方向来存储数据， 读写速度更快，可重新编程100亿次。第12页，共51页，2022年，5月20日，18点0分，星期二三、数制常用数制：十进制符合人们的习惯二进制便于物理实现十六进制便于识别、书写八进制重点掌握二进制、十进制与十六进制转换第13页，共51页，2022年，5月20日，18点0分，星期二2、二进制数(binary system) 只有0和1两个符号； 计算规则是“逢二进一，借一当二”。1011.1（B） =

8、 1 * 23 + 0 * 22 + 1 * 21 + 1 * 20 +1 * 2-1 = 11.5 (D)例：二进制数 1011.1 意义如下：1、十进制数(decimal system) 以十为底，逢十进一；共有0-9十个。第14页，共51页，2022年，5月20日，18点0分，星期二二进制运算规则：加法运算：0+0 = 0 0+1 = 1 1+0 = 1 1+1 =10 （逢二进一）减法运算：0-0 = 0 0-1 =1 （借位） 1-0 = 1 1-1 =0乘法运算：0 * 0 =0 0 * 1 =0 1 * 0 =0 1 * 1 =1除法运算0 / 1 =0 1 / 1 =1第15页

9、，共51页，2022年，5月20日，18点0分，星期二例1：D（H） 1101（B）例2：56D.3（H） = 5 * 162 + 6 * 161 + 13 * 160 + 3 * 16-13、十六进制数(hexadecimal system) 十六进制数是基数为十六的计数制。十六进制数主要采用0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,A,B,C,D,E,F这十六个字符。各位的权值为 16i 。 十六进制数的运算规则为“逢十六进一，借一当十六”。1位十六进制数用4位二进制来表示，转换方便。十六进制数如是字母打头，则在使用汇编指令时前面须加一个0。MOV P1, #0FFH第16页，共51页，20

10、22年，5月20日，18点0分，星期二4、数制转换进制的表示符号二进制 B (binary), 十六进制 H(hexadecimal),八进制 O(octave), 十进制 D(decimal)。例：100D100B表示 四;100H 表示 二百五十六表示 一百;第17页，共51页，2022年，5月20日，18点0分，星期二例如，将13转换成二进制数：（1）二、十六进制数转换成十进制数根据定义，只需将二、十六进制数按权展开后相加即可。123+022+121+1208+0+2+111例：1011B10161+4160=164A4H=（2）十进制数转换成二、十六进制数 一个十进制数转换成二进制数时

11、，通常采用“除二取余”法，即用二连续除十进制数，直至商为零，逆序排列余数即可得到。第18页，共51页，2022年，5月20日，18点0分，星期二 2 13 2 6 1 低位 2 3 0 2 1 1 0 1 高位结果：131101B同理，将十进制数“除十六取余”即可得到十六进制数。例如，将236转换成十六进制数： 16 236 16 14 C（12） 0 E（14）结果：236ECH第19页，共51页，2022年，5月20日，18点0分，星期二3 0011A10102 0010F 1111 即 （3）将十六进制数3A2FH转为二进制形式。（4）将二进制110011011B转化成十六进制形式。 1

12、011B1001900011 即 110011011B= 19BH第20页，共51页，2022年，5月20日，18点0分，星期二四、计算机中的编码1、有符号数的编码 数学上有符号数的正负号分别用“”和“”来表示。在计算机中由于采用二进制，只有“1”和“0”两个数字。一般规定最高位是符号位，最高位为“0”表示正数，为“1”表示负数。因在单片机中多数情况以8位二进制数(-128 +127)为单位表示数字，因而下面所举例子均是8位二进制数。计算机中的带符号数有三种表示方法：即原码、反码和补码。第21页，共51页，2022年，5月20日，18点0分，星期二(1)原码 正数的符号位用“0”表示，负数的符

13、号位用“1”表示，这种表示法称为原码。例如：X11010101 X1原=01010101 X21010101 X2原=11010101 左边数称为真值,即为某数的实际有效值。右边为用原码表示的数，两者的最高位分别用“0”和“1”代替了“”和“” 。第22页，共51页，2022年，5月20日，18点0分，星期二(2)反码 一个数的反码很容易由原码取得。如果是正数，则其反码与原码相同；如果是负数，则其反码除符号位为1外，其他各数位均将1转换为0，0转换为1。例如： X11010101 X1反=01010101 X21010101 X2反=10101010第23页，共51页，2022年，5月20日，

14、18点0分，星期二(3)补码 一个数的补码很容易由反码求得。如果是正数，则其补码与原码、反码相同；如果是负数，则其补码为反码加1。例如： X11010101 X1补=01010101 X21010101 X2补=10101011 总结：补码表示法规定：正数的补码和原码相同，负数的补码是在其反码的最后一位加1。数的原码指最高位为数符位，“0”表示正，“1”表示负，数值部分是原数的绝对值。数的反码表示法规定：正数的反码和原码相同，负数的反码是对其原码除符号位外各位求反(0变1，1变0)。第24页，共51页，2022年，5月20日，18点0分，星期二例题：二进制数的减法运算。求 24（D） 23（D

15、）= ?+24的8位原码为00011000B+24的8位补码为00011000B+24的8位反码为00011000B- 23的8位原码为10010111B- 23的8位反码为11101000B- 23的8位补码为11101001B+24 - 23 =00011000B+ 11101001B 1 00000001B减法运算加法运算第25页，共51页，2022年，5月20日，18点0分，星期二二十进制称为二进制编码的十进制数，简称BCD（Binary Coded Decimal)码。在BCD码中是用四位二进制数给09这10个数字编码。2、二十进制编码例如，十进制数94用BCD码表示即为100101

16、00 。第26页，共51页，2022年，5月20日，18点0分，星期二表1 各数制对照表0001 01011111F1501110111770001 01001110E1401100110660001 00111101D1301010101550001 00101100C1201000100440001 00011011B1100110011330001 00001010A1000100010221001100199000100011110001000880000000000二十二 十六十二十二十六十第27页，共51页，2022年，5月20日，18点0分，星期二3、ASCII码：美国国家信息交

17、换标准码，其中数字09的ASCII码分别为30H 39H,英文大写字母A Z的ASCII编码为41H 5AH等等。第28页，共51页，2022年，5月20日，18点0分，星期二1.2 单片机的发展概况 第一阶段（19741978年）：单片机的初级阶段。以Intel公司的MCS-48为代表，在一块芯片内含有一个8位CPU、一个8位并行I/O口、一个8位定时/计数器，片内RAM、ROM容量较小。寻址范围不大于4KB，无串行口。 第二阶段（19781982年）：单片机的高性能阶段，这一类单片机带有串行接口、16位定时器/计数器和多级中断控制系统、片内RAM、ROM容量也都有增加，寻址的范围达到64K

18、B。这类单片机以Intel公司的MCS-51系列单片机为主流。第29页，共51页，2022年，5月20日，18点0分，星期二第三阶段（1982至今）：8位单片机巩固发展和16位、32位单片机的推出阶段。16位单片机除CPU为16位外，片内RAM和ROM容量进一步增大，实时处理能力更强，体现了微控制器的特征。例如Intel公司的MCS-96/196系列、TI公司的MSP430系列等为主。有的单片机还集成了A/D、D/A、看门狗、脉冲宽度调制(PWM)输出等功能。32位单片机是未来单片机发展的趋势，但应用并不多。8位单片机在中、小规模应用场合仍占主流地位，16位单片机在比较复杂的控制系统中才有应用

19、。 第30页，共51页，2022年，5月20日，18点0分，星期二总结：单片机性能不断提高，主要表现在以下几个方面CPU处理数据和运算速度增快（8、16、32位）；片内存储器容量增大，技术更先进；（新型单片机的RAM容量在256B以上，ROM多达128KB以上）第31页，共51页，2022年，5月20日，18点0分，星期二没有ROM4KB掩膜ROM4KB EPROM51系列 8031 8051 8751 8951 片内RAM128B；216位定时器/计数器；4 8位I/O口；1个串口；5个中断源、2个优先级中断，采用HMOS工艺(功耗高) 没有ROM8KB掩膜ROM8KB EPROM52系列

20、8032 8052 8752 8952 8KB FLASH片内RAM256B；316位定时器/计数器；6个中断源；80C51采用CHMOS工艺，功耗低。如8051功耗约为630mW，而80C51的功耗只有120mW。4KB FLASH第32页，共51页，2022年，5月20日，18点0分，星期二单片机接口从类型和数量上都有发展(A/D 、D/A 、看门狗功能、脉宽调制电路等)；单片机集成度高、功耗低、工作电压范围加宽；P3页对于DIP封装，最好在电路板上安装电路插座，以便于调试时的拔插和更换。外型封装多样化（PDIP、PQFP、PLCC等） ；第33页，共51页，2022年，5月20日，18点

21、0分，星期二常用单片机封装PDIP (8031、8051、8751)塑料双列直插式封装 PQFP (MSP430F449)塑料方块平面封装 PLCC ( P89LPC932)带引线的塑料芯片载体第34页，共51页，2022年，5月20日，18点0分，星期二封装形式为PQFP100第35页，共51页，2022年，5月20日，18点0分，星期二封装形式为PLCC第36页，共51页，2022年，5月20日，18点0分，星期二第37页，共51页，2022年，5月20日，18点0分，星期二 ISP及IAP：通过计算机的并口或串口对单片机进行程序下载编程。P293页抗干扰技术增强（看门狗功能、EFT） ；

22、第38页，共51页，2022年，5月20日，18点0分，星期二具有 ISP和IAP功能的单片机编程主要有以下三种方法：(1) 使用传统的商用编程器进行并行编程的方法：需要使用仿真器和烧录器进行程序的开发和烧录，使用不方便。第39页，共51页，2022年，5月20日，18点0分，星期二(2)通过计算机通信口对单片机进行系统内编程(ISP)：指电路板上已有器件，直接进行擦除或再编程。适合大规模生产。(3)在运行中的应用程序控制下的应用内的编程(IAP)：指系统在运行当中，测试到新数据，产生新代码时需要对FLASH ROM的原代码进行擦除，重新编程等操作。自诊断、自修复、自适应能力。第40页，共51

23、页，2022年，5月20日，18点0分，星期二一、应用单片机的应用范围十分广泛，主要的应用领域有：(1)单片机在智能仪表中的应用 单片机广泛的应用于各种仪器仪表，使仪器仪表智能化，并可以提高测量的自动化程度和精度，简化仪器仪表的硬件结构，提高其性价比。 比如智能转速表、计时器等。1.3 单片机的特点及应用第41页，共51页，2022年，5月20日，18点0分，星期二智能转速表 适用于转速、线速、频率、长度等物理量的精确测量及控制。第42页，共51页，2022年，5月20日，18点0分，星期二(2)单片机在机电一体化中的应用 机电一体化是机械工业发展的方向，机械一体化产品是指集机械技术、微电子技

24、术、计算机技术于一体，具有智能化特征的机电产品，例如微机控制的车床、钻床等。单片机作为产品中的控制器，能充分发挥它的体积小、可靠性高、功能强大等优点，可大大提高机器的自动化、智能化程度。 比如说数控机床、电镀生产线自动控制等。第43页，共51页，2022年，5月20日，18点0分，星期二(3)单片机在实时控制中的应用 单片机广泛的应用于各种实时控制系统中。例如，在工业测控、航空航天、尖端武器、机器人等各种实时控制系统中，都可以用单片机作为控制器。单片机的实时数据处理能力和控制功能，可使系统保持在最佳的工作状态，提高系统的工作效率和产品质量。第44页，共51页，2022年，5月20日，18点0分，星期二第45页，共51页，2022年，5月20日，18点0分，星期二(4)单片机在分布式多机系统中的应用 在比较复杂的系统中，常采用分布式多机系统。多机系统一般由若干台功能各异的单片机组成，各自完成特定的任务，它们通过串行通信相互联系、协调工作。单片机在这种系统中往往作为一个终端机，安装在系统的某些节点上，对现场信息进行实时的测量和控制。单片机的高可靠性和强抗干扰能力，使它可以置于恶劣环境的前端工作。第46页，共51页，2022年，5月20日，18点0分，星期二