计算机基础及实践课程讲稿2014

1、计算机基础及实践课程讲稿主讲人： 聂诗良 教授单 位：信息工程学院主要研究方向：计算机控制系统电话mail：165395886 2014年1.我们为什么要学习计算机基础及实践这门课程？第一，要看我们自动化专业的学习目标是什么？第二，这门课程的学习目标是什么？第三，为什么要在大一第一学期为大家开设这门课程？2.在计算机基础及实践这门课程能学到什么？ 第一，重点学习训练掌握单片机的应用技术和 能应用单片机设计一个简单的自动控制系统。 比如：（1）采用单片机设计制作一个简易数显秒表（类似跑表）；（2）采用单片机设计制作5W直流小电机控制器(实现启停、正反转、加减速等控制)；

2、（3）采用单片机设计制作一个简易脉冲计数与脉冲周期显示器（按键输入脉冲） ；（4）采用单片机设计制作一个十字路口红绿灯切换控制器（切换时间可调）；（5）在征求任课老师同意后，学生可自选题目； 第二，重点学习训练掌握设计一个单片机自控系统的基础知识、基本技术和设计方法。 总学时56=24学时讲课+32学时实践，安排如下：（1）二进制与编码；（3学时理论）（2）常用电子器件的基本使用方法：二极管、发光二极管、七段数码管、三极管、电阻、电容、继电器。（6学时理论与6学时实践）（3）万用表和示波器的使用方法。焊接技术。（3学时实践）（4）AT89S51单片机的最小系统设计。（3学时理论与3学时实践）（

3、5） 基于AT89S51单片机的LED显示和字符LCD显示技术； （3学时理 论与3学时实践）（6）基于单片机的计时与定时技术；（6学时理论与6学时实践）（7）基于单片机的小电机驱动技术；（ 3学时理论与3学时实践）（8）课程设计制作、系统调试与答辩（8学时）3.本课程学习方法：边学习边实践，边实践边学习。直到掌握。一 、二进制与编码AT89S51单片机该引脚可输出5V直流电压，表示命令信息“1”该引脚可输出0V直流电压，表示命令信息“0”1.二进制数的定义：二进制数就是只由“1”和“0”组合成的编码信息或数据。 比如： 0001 （四位二进制数，从数字上表示十进制的“1”；也可表示1个灯亮，

4、其余灯灭。其具体含义需程序员自己定义）。一 、二进制与编码1.二进制与十进制的转换方法， 我们日常生活中习惯用十进制。 二进制如何转换成十进制？四位二进制数表示的十进制数00000000110010200113010040101501106011171000810019101010101111110012110113111014111115D7D6D5D4D3D2D1D010100011二进制转换成十进制的方法：127+026+125+024+023+022+121+120=128 +0 +32 +0 +0 +0 +2 +1=163 (十进制数)二进制转换成十进制的转换方法163281 余数1

5、240 余数1220 余数0210 余数025 余数022 余数121 余数020 余数1低位高位十进制转换成二进制的方法：不断除以2，直至商为0为止。由余数从高位到低位构成二进制数，即：十进制数163转换成二进制数为10100011十进制转换成二进制的转换方法二进制转换成十六进制的转换方法四位二进制数表示的十进制数表示的十六进制数000000000111001022001133010044010155011066011177100088100199101010A101111B110012C110113D111014E111115F二进制转换成十六进制的转换方法16位二进制数 1001 001

6、1 1011 1101 9 3 B D从低位到高位，每四位二进制表示一位十六进制转成十六进制数为:93BDH“H”代表十六进制“D”代表十进制“B”代表二进制二进制数的表达范围四位无符号二进制数的表达范围：0150000 用十进制表示为0 用十进制表示为15 即，从015共有16个整数，但最大值为15八位无符号二进制数的表达范围：02550000 0000 用十进制表示为0 1111 用十进制表示为255 即，从0255共有256个整数，但最大值为255八位二进制数也叫1个字节。二进制数的表达范围十六位无符号二进制数的表达范围：0655350000 0000 0000 0000 用十进制表示为

7、0 1111 1111 1111 用十进制表示为65535 即，从065535共有65536个整数，但最大值为65535十六位二进制数也叫1个字。二进制数的加法运算000100100010001100110101+100000101000001100000101+（1）溢出或进位（18）（35）（53）（130）（131）（261）超过255二进制数的减法运算001000100001000100010001-（34）（17）（17）34 - 17 = 34 +（-17）-17的原码为10010001-17的反码为11101110-17的补码为11101111001000101110111100

8、010001+（34）的补码（-17）的补码（17）计算机里减法运算实际上是用补码做加法运算。负数的原码、反码与补码采用右边方法计算。正数的反码、补码与原码相同。最高位为符号位。“1”表负。“0”表正。有符号二进制数的表达范围8位有符号二进制数的表达范围：-127+1271111 1111 用十进制表示为-127 0111 1111 用十进制表示为+127 即，从-127+127共有255个整数16位有符号二进制数的表达范围：-32767+327671111 1111 1111 1111用十进制表示为-32767 0111 1111 1111 1111用十进制表示为+32767 即，从-327

9、67+32767共有65535个整数计算机里与二进制数相关的两个常用称呼比如说。 （1）什么是8位单片机，即该单片机可用8位二进制数进行一次加法计算。 （2）什么是16位单片机，即该单片机可用16位二进制数进行一次加法计算。 （3）什么是32位单片机，即该单片机可用32位二进制数进行一次加法计算。比如说。 （1）1KB存储器有多大？即1K=210=1024，即1024个字节的存储空间。 （2）1MB存储器有多大？即1M=210210=10241024，即约100万个字节的存储空间。（3）1GB存储器有多大？即1G=102410241024，即约10亿个字节的存储空间。该存储空间大约可存放100

10、0张高清彩色照片。（4）1TB存储器有多大？即1T=1024102410241024，即约10000亿个字节的存储空间。用二进制数表达的常用编码 26个英文字母、10个阿拉伯数字、标点符号、希腊字母、拉丁字母、和中文汉字、俄文字母、日文假名等字符信息均需通过二进制数编码存入计算机存储表格中，并查表调用。1.BCD码：用4位二进制数表示1位十进制数字，叫BCD码。十进制数字四位二进制数（也叫BCD码，或8421码）00000100012001030011401005010160110701118100091001用二进制数表达的常用编码2.ASCII码：即美国信息交换标准码，8位二进制数。基本的

11、ASCII码有128个字符， 含26个大小写英文字符、10个数字、标点符号、控制字符等。ASCII码表 (0255)Dec Hex Char 0 0 NUL (null)1 1 SOH (start of heading)2 2 STX (start of text)3 3 ETX (end of text)4 4 EOT (end of transmission)5 5 ENQ (enquiry)6 6 ACK (acknowledge)7 7 BEL (bell)8 8 BS (backspace)9 9 TAB (horizontal tab)10 A LF (NL line feed,

12、 new_line)11 B VT (vertical tab)12 C FF (NP form feed, new page)13 D CR (carriage return)14 E SO (shift out)15 F SI (shift in)16 10 DLE (data link escape)17 11 DC1 (device control 1)18 12 DC2 (device control 2)19 13 DC3 (device control 3)20 14 DC4 (device control 4)21 15 NAK (negative acknowledge)22

13、 16 SYN (synchronous idle)23 17 ETB (end of trans. block)24 18 CAN (cancel)25 19 EM (end of medium)26 1A SUB (substitute)27 1B ESC (escape)28 1C FS (file separator)29 1D GS (group separator)30 1E RS (record separator)31 1F US (unit separator)32 20 SPACE 33 21 ! 34 22 35 23 #36 24 $ 37 25 % 38 26 & 3

14、9 27 40 28 ( 41 29 ) 42 2A * 43 2B + 44 2C , 45 2D - 46 2E . 47 2F / 48 30 0 49 31 1 50 32 2 51 33 3 52 34 4 53 35 5 54 36 6 55 37 7 56 38 8 57 39 9 58 3A : 59 3B ; 60 3C 63 3F ? 64 40 65 41 A 66 42 B 67 43 C 68 44 D 69 45 E 70 46 F 71 47 G 72 48 H 73 49 I 74 4A J 75 4B K 76 4C L 77 4D M 78 4E N 79

15、4F O 80 50 P 81 51 Q 82 52 R 83 53 S 84 54 T 85 55 U 86 56 V 87 57 W 88 58 X 89 59 Y 90 5A Z 91 5B 92 5C 93 5D 94 5E 95 5F _ 96 60 97 61 a 98 62 b 99 63 c 100 64 d 101 65 e 102 66 f 103 67 g 104 68 h 105 69 i 106 6A j 107 6B k 108 6C l 109 6D m 110 6E n 111 6F o 112 70 p 113 71 q 114 72 r 115 73 s 1

16、16 74 t 117 75 u 118 76 v 119 77 w 120 78 x 121 79 y 122 7A z 123 7B 124 7C | 125 7D 126 7E 127 7F DEL Dec Hex Char128 80 129 81 130 82 131 83 132 84 133 85 134 86 135 87 136 88 137 89 138 8A 139 8B 140 8C 141 8D 142 8E 143 8F 144 90 145 91 146 92 147 93 “148 94 ”149 95 150 96 151 97 152 98 153 99 1

17、54 9A 155 9B 156 9C 157 9D 158 9E 159 9F 160 A0 HTML空格161 A1 162 A2 163 A3 164 A4 165 A5 166 A6 167 A7 168 A8 169 A9 170 AA 171 AB 172 AC 173 AD 174 AE 175 AF 176 B0 177 B1 178 B2 179 B3 180 B4 181 B5 182 B6 183 B7 184 B8 185 B9 186 BA 187 BB 188 BC 189 BD 190 BE 191 BF 192 C0 193 C1 194 C2 195 C3 1

18、96 C4 197 C5 198 C6 199 C7 200 C8 201 C9 202 CA 203 CB 204 CC 205 CD 206 CE 207 CF 208 D0 209 D1 210 D2 211 D3 212 D4 213 D5 214 D6 215 D7 216 D8 217 D9 218 DA 219 DB 220 DC 221 DD 222 DE 223 DF 224 E0 225 E1 226 E2 227 E3 228 E4 229 E5 230 E6 231 E7 232 E8 233 E9 234 EA 235 EB 236 EC 237 ED 238 EE

19、239 EF 240 F0 241 F1 242 F2 243 F3 244 F4 245 F5 246 F6 247 F7 248 F8 249 F9 250 FA 251 FB 252 FC 253 FD 254 FE 255 FF 用二进制数表达的常用编码3.汉字信息编码：即中国国标码GB2312-80，占2个字节。 收录有26个英文字母、序号、10个阿拉伯数字、标点符号、希腊字母、拉丁字母、和中文汉字与汉语拼音、俄文字母、日文假名等字符信息编码。有7445个图形符号=6763个汉字+682个非汉字图形符号。 比如：“啊”字的国标码是3021H;“京”字的国标码是3E29H；二、常用电子

20、器件的基本用法1.晶体二极管。具有单向导电性的二端器件。 方法一：对于普通二极管，可以看管体表面，有白线的一端为负极。 方法二：对于发光二极管，引脚长的为正极，短的为负极。 方法三：如果引脚被剪得一样长了，发光二极管管体内部金属极较小的是正极，大的片状的是负极 。+方法四： 可打开万用表，将旋钮拨到通断档，将红黑表笔分别接在两个引脚。若有读数，则红表笔一端为正极；若读数为“1”，则黑表笔一端为正极。 二极管的符号普通二极管或整流二极管发光二极管光敏二极管稳压二极管发光二极管的应用电路举例直流5V电源+-电阻1K发光二极管2. 晶体三极管 （1）电流电压放大器件。（2）无触点开关器件集电极C发射

21、极E基极BNPN型集电极C发射极E基极BPNP型开关三极管S8550,PNP型开关三极管S8050,NPN型2B1E3C1E2B3C三极管开关电路的分析设计。数字电路中经常用。 三极管开关电路设计（1）要使硅三极管断开或截止。Vin0.3V（2）要使硅三极管闭合或饱和。 集电极饱和电流IC需为：ICIB基极电流IB至少为：为放大倍数30200电阻 七段数码管LED 特征：含CPU、ROM、RAM、寄存器、定时器、中断系统、接口部件（并口、串口）、A/D、D/A；优点：体积小、功耗底、功能强、价格低； 单片机是什么单片机：就是能够执行程序完成特定功能的集成电路芯片，或者叫微控制器，或者叫微处理器

22、。 micro-controller microchip单片机原理及应用课程微处理器CPUROMRAMI/O接口外设地址总线AB数据总线DB控制总线CB微型机组成框图2、51单片机的基本性能与内部结构时钟OSCCPU各种I/O定时器/计数器程序存储器ROM数据存储器RAM中断MCS-51单片机组成框图51单片机的内部结构1. 片内具有一个8位的微处理器；2. 片内有128个字节的数据存储器（RAM）；3. 4K字节片内程序存储器（ROM/EPROM），8031不具有片内存储器；4. 具有5个中断源和两个中断优先级；5. 2个片内定时/计数器；6. 1个串行口，一个全双工的串口，具有四种工作方式

23、；7. 4个并行8位I/O口；8. 共有21个特殊功能寄存器（SFR），对片内各功能部件进行管理、控制、监视；AT89S51单片机的引脚及功能P1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7RESETRXDTXDINT0INT1T0T1WRRDX2X1GND12345678910111213141516171819204039383736353433323130292827262524232221P2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0PSENALE/PEA/VPP0.0P0.1P0.2P0.3P0.4P0.5P0.6P0.7VCCP3GND918192

24、04031VCCRESETK1+-+5V10 F20KK230pF30pFC1C2foscfosc=12MHzEA/VP+5V+5VAT89S51单片机的最小系统AT89S51单片机的最小系统：即上电或者复位后可立即执行程序的系统+5V8550200200蜂鸣器51单片机 P1.0输出蜂鸣器驱动控制电路51单片机驱动控制电路实例-控制蜂鸣器课堂现场编程演示验证蜂鸣器启停控制+5V8550200200继电器51单片机 P1.0输出继电器驱动控制电路51单片机驱动控制电路实例-控制继电器J500+5VJ继电器触点发光二极管二极管课堂现场编程演示验证继电器通断控制及指示灯开关控制abcdefgh+5

25、V共阳极LEDabhHGFEDCBA段码P2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.011000000C0H(0)11111001F9H(1)AT89S51单片机最小系统应用举例-LED显示段码编码表123456EDHCG4H1211109871HAF2H3H4BGND91819204031VCCRESETK1+-+5V10 F20KK230pF30pFC1C2foscfosc=12MHzEA/VP+5V+5VabcdefghP2+5VP1.0200 AT89S51单片机最小系统应用举例-LED显示S8550位选送段码共阳极LED公共端阳极阴极课堂现场编程演示验证LED显示0

26、-9数字LED驱动、BCD段码译码静态显示芯片CD4511AT89S51单片机最小系统应用设计思考题1、用AT89S51单片机驱动蜂鸣器发声或者报警2、用AT89S51单片机驱动直流电机转动或者正反转单片机控制系统设计的基本思路： 软件控制硬件，弱电控制强电L298直流驱动电机芯片的使用方法L298直流驱动电机芯片实物图L298直流驱动电机芯片管脚图可检测电机电流输出4输出3输入4输入3使能B逻辑电源+5V逻辑电源地输入2输入1输出2输出1动力电源地B动力电源地A使能A动力电源+5V+5V动力电源L298直流驱动电机芯片内部工作原理图动力电源地A动力电源地B最大驱动电流2A最大电压46VL29

27、8直流驱动电机芯片控制逻辑表+5V+5VP1.0P1.15W直流电机P1.0 P1.1 1 0 顺时针转 0 1 逆时针转 1 停止0 0 停止8L298直流驱动电机芯片单电机典型应用电路课堂现场编程演示验证L298驱动电机启停和正反转L298直流驱动电机芯片双电机典型应用电路续流二极管51单片机的定时或延时程序设计方法有二：一是软件延时，二是硬件延时一是软件延时 MOV R0，#100 ；该指令需1个机器周期 RYS: DJNZ R0，RYS ；减1循环100次，延时200S。 ；DJNZ指令需2个机器周期。1个机器周期=1晶振频率/12举例112MHz/12=1 S10ms延时程序如何设计

28、？1秒延时程序如何设计？课堂现场编程演示验证软件定时控制蜂鸣器间隔5秒自动启停51单片机片内数据存储器结构内部RAM特殊功能寄存器00H7FH80HFFH片内数据存储器空间共容纳256个字节，分成以下两个部分。51单片机内部RAM结构1、通用寄存器区（00H-1FH），32个字节2、位寻址区（20H-2FH），16个字节3、用户RAM区（30H-7FH），80个字节特殊功能寄存器 地址表（80HFFH）,21个字节有128-21=107个暂未定义可位寻址的特殊功能寄存器有11个字节。P1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7RESETRXDTXDINT0INT1T0T1W

29、RRDX2X1GND12345678910111213141516171819204039383736353433323130292827262524232221P2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0PSENALE/PEA/VPP0.0P0.1P0.2P0.3P0.4P0.5P0.6P0.7VCCP351单片机的硬件定时器设计振荡器1/12TL0 TH0TF01+T0TR0GATEINT0C/T=0C/T=18位8位16位加法计数器片内定时/计数器的原理结构框图通过控制计时器计数初值实现所需定时1个脉冲周期=1sfosc=12MHz=1时开关闭合1MHzTF0=1表示

30、计满引脚引脚51单片机的硬件定时器设计 方法：根据定时时间T和晶振频率fosc计算定时器计数初值X计数初值X计算方法0216X初值计时开始TR0=1计时结束TF0=1比如：则：计数初值X=216-50000=65536-50000=15536=3CB0HTF0振荡器1/1211&T0TR0GATEINT0C/T=0C/T=1TL0 TH051单片机的定时/计数器片内定时/计数器的方式2结构图自动重装初值8位计数功能选择1：计数0：定时工作方式00：方式001：方式110：方式211：方式3 选通控制1：受INT1控制0：不受INT1控制GATE C/T M1 M0 GATE C/T M1 M0

31、T1T0定时/计数器 TMODM1 M00 00 11 01 1工作方式方式0，13位定时器/计数器方式1，16位定时器/计数器方式2，自动重装初值8位定时器/计数器方式3，C/T0分为两个8位定时器/计数器 C/T1在此方式无意义TF1 TR1 TF0 TR0 IE1 IT1 IE0 IT0D7D0T0运行控制（软件）1：启动0：停止T1溢出标志（硬件）1：溢出0：未溢出定时/计数器 TCON51单片机的定时/计数器举例 ORG 0000H LJMP MAIN ORG 0050HMAIN: CPL P2.3 ；蜂鸣器低电平有效 MOV R0,#20MOV TMOD,#00000001BAGA

32、IN: MOV TL0,#0B0H MOV TH0,#3CH SETB TR0WAIT1: JNB TF0,WAIT1 CLR TF0 CLR TR0 DJNZ R0,AGAIN LJMP MAIN END蜂鸣器每隔1秒响或停课堂现场编程演示验证硬件定时控制蜂鸣器间隔5秒自动启停51单片机的定时/计数器作业有关定时/计数器的设计练习1、蜂鸣器每隔5秒响或停2、发光二极管每隔5秒亮或灭3、设计测量方波周期的程序P1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7RESETRXDTXDINT0INT1T0T1WRRDX2X1GND1234567891011121314151617181

33、9204039383736353433323130292827262524232221P2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0PSENALE/PEA/VPP0.0P0.1P0.2P0.3P0.4P0.5P0.6P0.7VCC51单片机的中断系统外部中断0外部中断1串口接收中断什么是中断：即暂停当前工作，去处理其他更重要工作，其他工作处理完后， 再回到原来被暂停的工作继续。（同学们可以举例不？）即分4个阶段：中断申请，中断响应，中断处理，中断返回 个中断源：外部中断外部中断定时/计数器定时/计数器串行口特殊单元: 0003H（INT0中断入口地址） 000BH（T0中断入

34、口地址） 0013H（INT1中断入口地址） 001BH（T1中断入口地址） 0023H（串口中断地址）51单片机的中断系统51单片机的中断系统内部硬件结构D7D0D1D3D4D5D6D2EAET2 ESET1EX1ET0EX0外部中断0允许位C/T0中断允许位外部中断1允许位C/T1中断允许位串口中断允许位CPU中断允许位C/T2中断允许位IE格式如下：中断优先级选择 IP（B8H）两个中断优先级置高优先级置低优先级D7D0D1D3D4D5D6D2PT2 PSPT1PX1PT0PX0 ORG 0000H LJMP MAIN ORG 000BH LJMP INT_T0 ORG 0050HMAI

35、N: SETB EA SETB ET0 MOV TMOD,#00000001BAGAIN: MOV TL0,#0B0H MOV TH0,#3CH SETB TR0WAIT1: NOPNOPLJMP WAIT1INT_T0: CLR TF0 CLR TR0 CLR P2.3 NOP RETI END51单片机的中断程序举例51单片机的中断程序编写作业1、从INT0引脚输入连续方波，编写计方波脉冲个数的中断程序PC机单片机RXDTXDTXDRXDGNDGND32101113121075151520MAX23251单片机与PC机串行通信+5V81234567DORIREDEGNDABMAX485或者

36、SN75176远程通信TTL电平RS232电平TTL电平差分传输51单片机的串行通信+-131 F+-451 F-+2+5V1661114107131289TTL电平侧RS232电平侧1 F1 F+-+15MAX232电平转换芯片51单片机的串行通信程序设计串行异步通信数据格式:第九位停止位1位8位数据位,低位前高位后起始位TB81位起始位，8位数据位，无奇偶校验，1位停止位串行口工作方式SCON：（98H）D7D0D1D3D4D5D6D2SM0SM1SM2RENTB8RB8TIRI=1表示接收完毕=1表示发送完毕接收的第9位数据发送的第9位数据接收控制1：允许0：不允许多机通信1：允许0：不

37、允许工作方式控制51单片机的串行通信工作方式51单片机的串行通信波特率计算即计算定时计数器T1的计数初值T1工作在方式2，即自动重装8位初值比如：fosc=11.0592MHz，波特率设为9600bps，T1的计数初值X为：注：SMOD默认为0 51单片机内定时器T1工作在方式2时，可作为串口工作的波特率发生器时，定时器T1的初值自动重装，计数启动后处于连续工作状态，溢出次数达到32次，从串口发送1位0或1。即波特率=其中，SMOD=0或1.由串口初始化设置时决定0或1。 溢出率fc定义定时器每秒溢出的次数其中，Tc为定时器单次计数溢出所需时间。即其中，X为定时器计数初值。晶振频率fosc 除

38、以12表示晶振被12分频。（式1）（式2）（式3）由1、2、3式可推出定时器计数初值X计算公式，即：由波特率计算定时器计数初值X的公式推导TF0振荡器1/1211&T0TR0GATEINT0C/T=0C/T=1TL0 TH0片内定时/计数器的方式2结构图自动重装初值8位计数51单片机的A/D转换与D/A转换接口设计8P00P07ADDAADDBADDCALESTARTOEAT89C51+5VD0D7EOCP10P20P21P22P14ADC0809IN0IN1IN7500KHzCLK ADC0809与CPU的硬件连接图VCCVREF(+)GNDGNDVREF(-)+5V20K51单片机的A/D转换接口设计到0809CLKAT89C51 ALE51单片机的A/D转换接口设计1234567891020191817161514131211MAX1166D4/ D12R/CEOCAVDDAINREFADJREFHBENCSDGNDDVDD MAX1166的引脚图D5/ D13D6/ D14