片机原理及应用设计单片机系统课件

单片机原理及应用设计

胡辉主编王晓戴永成副主编中国水利水电出版社ISBN7-5084-2910-921世纪高等院校规划教材单片机原理及应用设计胡辉主编中国水利水电出版社21世纪高等1一、课程的性质和目的

单片机是微型计算机应用技术的一个重要分支，近年来在工业智能仪器仪表、光机电设备、自动检测、信息处理、家电等的得到广泛应用和迅速发展。一、课程的性质和目的单片机是微型计算机应用技术的一个重要分2

《单片机原理及应用设计》是为电子信息工程、测控技术类专业及计算机应用专业学生开设的专业基础必修课或专业基础选修课，本课程的教学目的是通过理论教学与实验环节，使学生正确理解单片机的基本概念、基本原理，掌握单片机程序设计和微机接口应用的基本方法，并能综合运用单片机的软、硬件技术分析实际问题，为工业生产、科学研究和实验设备等领域的单片机应用和开发打下良好的基础，也是进一步学习计算机原理和有关接口知识重要环节。《单片机原理及应用设计》是为电子信息工程、测控技术类专业及3二、课程教学内容本课程以理论教学为主要环节，以学生课堂实验为辅，同时使用计算机辅助教学，44学时理论课和28学时实验课，具体安排如下:二、课程教学内容本课程以理论教学为主要环节，以学生课堂实验41.计算机基础（4学时）（1）单片机的基本概念

主要介绍单片机的发展概况（现状、未来的发展）、特点、应用和当前单片机的系列产品。

（2）单片机的数制表示法

主要介绍数制的转换、原码、反码、补码

及计算机中常用的编码。

（3）单片机常用逻辑电路简介

包括基本门电路、触发器、寄存器、计数器、三态门与缓冲器、译码器。1.计算机基础（4学时）（1）单片机的基本概念

主要介绍单片5

2.单片机的内部结构及工作原理（4学时）主要内容：掌握MCS-51单片机的内部结构及基本工作原理；单片机并行I/O口的结构特点；单片机最小系统的设计方法；单片机存储器的扩展方法。2.单片机的内部结构及工作原理主要内容：掌握MCS-5163.单片机的指令系统（4学时）主要内容：MCS-51单片机指令的格式、分类和寻址方式；汇编语言的各种指令类型；伪指令的使用及汇编语言程序的完整格式。

3.单片机的指令系统主要内容：MCS-51单片机指令的格式7４.程序设计(共8学时，4学时讲授，4学时实验)主要内容：MCS-51单片机汇编语言程序设计的步骤；循环程序、分支程序、延时程序、查表程序的结构及使用方法；数制的转换原理；定点数、浮点数运算程序。４.程序设计主要内容：MCS-51单片机汇编语言程序设计的步85.单片机的中断系统（共6学时，4学时讲授，2学时实验）主要内容：MCS-51单片机中断源的种类及工作方式；外部中断的结构及原理中断控制寄存器IE、中断优先级寄存器IP及定时器/计数器及外部中断控制寄存器TCON的使用方法；

5.单片机的中断系统主要内容：MCS-51单片机中断源的96.单片机的定时器/计数器(共6学时，4学时讲授，2学时实验）

主要内容：单片机定时器/计数器的结构、原理、工作方式及使用方法。6.单片机的定时器/计数器主要内容：单片机定时器/计数器的结107.单片机的串行通信（共6学时，4学时讲授，2学时实验）主要内容：单片机串行通信I/O接口的结构及工作方式；串行通信控制寄存器的使用方法；MCS-51单片机串行通信波特率的设置方法；MCS-51单片机的双机通信和多机通信的基本原理。7.单片机的串行通信主要内容：单片机串行通信I/O接口的结118.单片机C51程序设计（共14学时，6学时讲授，8学时实验）

主要内容：C51的结构及特点；C51的的数据类型；C51的常量与变量、C51的运算符及程序的格式；C51的基本语句及C51的程序设计方法。

8.单片机C51程序设计主要内容：C51的结构及特点；C5129.并行I/O口的应用与扩展（共8学时，2学时讲授，6学时实验）

MCS-51单片机基本I/O口的应用与扩展；键盘与显示器的扩展原理及方法；常用外围电路接口芯片8255、8155、8279的性能特点及使用方法；存储器的扩展原理与方法。9.并行I/O口的应用与扩展

MCS-51单片机基本I/O1310.A/D、D/A转换器的应用（共6学时，4学时讲授，2学时实验）

主要内容：MCS-51单片机与8位A/D和D/A转换的原理；MCS-51单片机与12位A/D转换器的串、并行接口技术；MCS-51单片机与具有总线接口芯片PCF8591的使用方法。10.A/D、D/A转换器的应用主要内容：MCS-51单1411.单片机的应用实例（共6学时，4学时讲授，2学时实验）主要内容：MCS-51单片机在步进电机控制系统中的应用；数据采集系统的设计；单片机在温度控制系统中的应用；IC卡读写器的设计。11.单片机的应用实例主要内容：MCS-51单片机在步15单片机原理及应用课程特点①知识点既分散又连贯，结构和指令系统是基础；②与电子线路尤其是数字电子线路关系密切；学习方法①预习、复习；②多动手（硬件、软件实验）；③多看参考书(包括利用网上资料)；④其它（上课、作业、答疑）。单片机原理及应用课程特点16第1章单片机系统基础知识

1.1概述1.1.1单片机的基本概念1.微处理器的概念MPU是微处理器的缩写（Microprocessor），简称为MP。MPU是集成在同一块芯片上的具有运算和控制功能逻辑的中央处理器。微处理器不仅是构成微型计算机、单片微型计算机系统、嵌入式系统的核心部件，而且也是构成多微处理器系统和现代并行结构计算机的基础。第1章单片机系统基础知识1.1概述171.1.1单片机的基本概念2．微型计算机的概念微型计算机（microcomputer）是指由微处理器加上采用大规模集成电路制成的程序存储器和数据存储器，以及与输入/输出设备相连接的I/O接口电路，微型计算机简称MC。1.1.1单片机的基本概念2．微型计算机的概念181.1.1单片机的基本概念3．单片机的基本概念单片机SCMC(SingleChipMicroComputer)—属于微型机的一种—具有一般微机的基本组成和功能其它名称：微控制器MCU（MicroControllerUnit）

嵌入式微控制器（embeddedmicrocontroller）单片机是单片微型计算机的简称，也就是把微处理器（CPU）、一定容量的程序存储器（ROM）和数据存储器（RAM）、输入/输出接口（I/O）、时钟及其它一些计算机外围电路，通过总线连接在一起并集成在一个芯片上，构成的微型计算机系统。1.1.1单片机的基本概念3．单片机的基本概念191.1.1单片机的基本概念4．嵌入式系统的基本概念

嵌入式系统泛指嵌入于宿主设备的系统中，嵌入的目的主要是用智能化提升宿主设备的功能。嵌入式系统是以应用技术产品为核心，以计算机技术为基础，以通信技术为载体，以消费类产品为对象，引入各类传感器加入，进入Internet网络技术的连接，而适应应用环境的产品。特点：

（1）嵌入式微处理器对实时多任务有很强的支持能力；（2）嵌入式微处理器具有功能很强的存储区保护功能。（3）嵌入式微处理器功耗很低，1.1.1单片机的基本概念4．嵌入式系统的基本概念201.1.1单片机的基本概念5．SOC的基本概念SOC是片上系统的简称。所谓SOC是一种高度集成化、固件化的系统集成技术。使用SOC技术设计系统的核心思想，就是要把整个应用电子系统全部集成在一个芯片中。在使用SOC技术设计应用系统时，除了那些无法集成的外部电路或机械部分以外，其他所有的系统电路全部集成在一起。

1.1.1单片机的基本概念5．SOC的基本概念211.1.2单片机的发展概况1．单片机的发展阶段（1）单片机的初级阶段（2）单片机的中级（成熟）阶段（3）单片机的高级（发展）阶段1.1.2单片机的发展概况1．单片机的发展阶段221.1.2单片机的发展概况2．单片机技术的发展方向

（1）内部结构（2）功耗和电源电压方面（3）工艺的进步及抗干扰能力的提高（4）存储能力和Internet连接1.1.2单片机的发展概况2．单片机技术的发展方向231.1.3单片机的特点和应用

1.单片机的特点（1）体积小、使用灵活、成本低、易于产业化。（2）可靠性好，适应温度范围宽。（3）易扩展，很容易构成各种规模的应用系统、控制功能强。（4）系统内无监控或系统管理程序。1.1.3单片机的特点和应用1.单片机的特点242．单片机的应用

（1）测控系统（2）智能仪器仪表（3）通讯产品（4）民用产品（5）军用产品（6）计算机外部设备2．单片机的应用（1）测控系统251.1.4单片机的系列产品介绍

1．8051类单片机2．Motorola单片机3．Microchip单片机4．华邦单片机5．Epson单片机6．Epson单片机7．NS单片机8．其它单片机9.AT89系列1.1.4单片机的系列产品介绍1．8051类单片机261.2单片机的数制表示法

1.2.1二进制、十进制与十六进制1．二进制以2为基数的数制叫二进制，它只包括“0”和“1”两个符号二进制数以B作为标识符。

一个含有n位整数，m位小数的二进制数可表示为：N=Xn－1×2n-1＋Xn－2×2n－2＋…＋X0×20＋X－1×2-1＋X－2×2-2＋…＋X－m×2-m

或：1.2单片机的数制表示法1.2.1二进制、十进制与27举例例如：二进制数101.101B等于十进制的5.625其各位数码代表的数值为：1×22＋0×21＋1×20＋1×2－1＋0×2－2＋1×2－3

=5.625举例例如：二进制数101.101B等于十进制的5.625282．十进制

以10为基数的数制叫十进制，十进制用0、1、2、3、4、5、6、7、8、9等10个符号来表示。进位规则是“逢十进一”。十进制数以D作为标识符。一个含有n位整数，m位小数的十进制数可表示为：N=Xn－1×10n-1＋Xn－2×10n－2＋…＋X0×100＋X－1×10-1＋X－2×10-2＋…＋X－m×10-m或：2．十进制以10为基数的数制叫十进制，十进制用0、1、2、293．十六进制

以16为基数的数制叫十六进制，进位规则是“逢十六进一”。十六进制数以H作为标识符。一个含有n位整数，m位小数的十六进制数可表示为：N=Xn－1×16n-1＋Xn－2×16n－2＋…＋X0×160＋X－1×16-1＋X－2×16-2＋…＋X－m×16-m

或：3．十六进制以16为基数的数制叫十六进制，进位规则是“301.2.2数制的转换

1．二进制→十进制的转换例如：

1101.11B=1×23＋1×22＋0×21＋1×20＋1×2－1＋1×2－2=13.752．十六进制→十进制的转换例如：

3BH=3×161＋11×160=591A6CH=1×163＋10×162＋6×161＋12×160=67641.2.2数制的转换1．二进制→十进制的转换313．十进制→二进制的转换

把一个十进制整数依次除以2，并记下每次所得的余数（1或0），最后所得的余数的组合即为转换的十进制数。第一位余数为最低位（LSB），最后一个余数为最高位（MSB）。例如：

126=1111110B3．十进制→二进制的转换把一个十进制整数依次除以2，并记下32例如：213=11010101B

例如：213=11010101B33十进制数转换成二进制例如：0.318=010100010…B十进制数转换成二进制例如：0.318=010100010…B344．十六进制→二进制的转换

将每位十六进制数转换成相应的四位二进制数即可。5．二进制→十六进制的转换只需从二进制数的最低位算起，每四位一个数，到最高位不够四位填0，即可按位转换成十六进制数。

4．十六进制→二进制的转换将每位十六进制数转换成相应的四位356．十进制→十六进制的转换

十进制转换成十六进制与十进制转换成二进制方法一样，只是除数为16而不是2。而余数是0～F中的任一个数。

例如：9168=23D0H

6．十进制→十六进制的转换十进制转换成十六进制与十进制转换361.2.3原码、反码与补码

在计算机中，为了运算的方便，数的最高位用来表示正、负数。最高位为“0”表示正数，最高位为“1”表示负数。为了区别原来的数与它在计算机中的表示形式，我们将已经数码化了的带符号数称为机器数。而把原来的数称为机器数的真值。

1.2.3原码、反码与补码在计算机中，为了运算的方便，37机器数有三种表示方法：原码、反码、补码。1．原码在符号位用0表示正数，在符号位用l表示负数，而数值位保持原样的数，这样的机器数称为原码。8位二进制原码表示的数的范围为：－127～＋127。

（1）正数

正数的原码与原来的数相同。

（2）负数

负数的原码为符号位置1，而数值位不变。

（3）0的原码表示0的原码表示法有两种，即正0和负0。

[+0]原＝00000000

[-0]原＝10000000

机器数有三种表示方法：原码、反码、补码。382．反码8位二进制反码表示的数的范围为：－127～＋127（1）正数正数的反码与正数的原码相同。（2）负数负数的反码为数值位的值按位求反后，符号位取“1”。(3）0的反码表示0在反码中也有两种表示法，正0和负0。[+0]反＝00000000[-0]反＝11111111

2．反码393．补码

8位二进制补码表示的数的范围为：－128～＋127。补码概念举例：3．补码40（1）正数

正数的补码与正数的原码相同。（2）负数负数的补码由它的绝对值求反加1后得到。（3）0的补码表示0的补码表示只有一种，其表达式为：[+0]补=[-0]补＝00000000B补码的加法规则是：[X＋Y]补=[X]补＋[Y]补

补码的减法规则是：[X－Y]补=[X]补＋[-Y]补

（1）正数正数的补码与正数的原码相同。41补码运算举例1：求十进制数76－28的运算76的2进制是0100110028的2进制是00011100-28的补码是00011100补码运算举例1：求十进制数76－28的运算42补码运算举例2：求十进制数36－52的运算[-16]补=11110000补码运算举例2：43总结：

对于正数：[x]原＝[x]反＝[x]补

对于负数：[x]反＝[x]原数值位取反，符号位不变。[x]补=[x]反＋1采取求补运算，可以将计算机中的减法运算转换成加法运算，从而节约了计算机的硬件成本。总结：441.2.4计算机中常用的编码1．BCD（8421）码

采用二进制数对每一位十进制数字编码，这种编码方式称为BCD码（BinarycodedDecimalCode）。表1-2十进制与二进制的对照1.2.4计算机中常用的编码1．BCD（8421）码45（2）BCD码的换算

（3）BCD码加法：“逢十进一”，若各位的和均在0～9之间，则其加法运算规则完全同二进制数加法的规则一样；若相加后的低4位（或高4位）二进制数大于9，或大于15（即低4位或高4位的最高位有进位），则应对低4位（或高4位）加6修正。

例如：BCD码X=59，Y=78，求X+YX=01011001，Y=01111000（2）BCD码的换算46（4）BCD码减法BCD码进行减法时，也会出现需要修正的现象，BCD码减法修正的条件和方法是：低4位向高4位借位，或低4位出现非法码，低4位减6修正；高4位出现非法码，或高4位向更高的借位，高4位减6修正。例如：BCD码X=55，Y=38，求X-Y

X=01010101，Y=00111000

（4）BCD码减法BCD码进行减法时，也会出现需要修正的472．ASCⅡ码ASCⅡ编码表（AmericanstandardCodeforinformationinterchange美国信息交换标准代码）

ASCⅡ码用7位二进制数表示，可表达128个字符，其中包括数码0～9，英文大小写字母，标点符号和控制字符。7位ASCⅡ码分成二组：高3位一组，低4位一组，分别表示这些符号的列序和行序，ASCⅡ码的分组如图1-3所示。

2．ASCⅡ码48常用的与门电路有2输入与门、3输入与门、4输入与门。常用的TTL电路的与门芯片有74LS08（四2输入正与门）、74LS09（四2输入正与门）、74LS11（三3输入正与门）、74LS21（二4输入正与门）等。1.3单片机常用逻辑电路简介

1.3.1基本门电路1．与门电路

电路符号：常用的与门电路有2输入与门、3输入与门、4输入与门。49或门电路的形式也有许多种，常用的或门电路有2输入或门。TTL电路的或门芯片有74LS32（四2输入正或门）。1.3单片机常用逻辑电路简介

1.3.1基本门电路2．或门电路电路符号：或门电路的形式也有许多种，常用的或门电路有2输入或门50TTL电路的非门芯片有74LS04（六反相器）、74LS05（集电极开路型六反相器）。1.3单片机常用逻辑电路简介

1.3.1基本门电路3．非门电路

电路符号：TTL电路的非门芯片有74LS04（六反相器）、7451常用的TTL电路的与非门芯片有74LS00（四2输入正与非门）、74LS10（三3输入正与非门）、74LS20（二4输入正与非门）、74LS30（8输入正与非门）、74LS01/03（集电极开路型四2输入正与非门）。或非门芯片有74LS02（四2输入正或非门）、74LS27（三3输入正或非门）、74LS25（带选通端二4输入正或非门）。

4．与非门和或非门电路

电路符号：常用的TTL电路的与非门芯片有74LS00（四2输入正与52RS触发器的工作状态1.3.2触发器1．基本RS触发器电路图RS触发器的工作状态1.3.2触发器电路图53

D触发器真值表

2．D触发器

内部结构D触发器真值表2．D触发器54JK触发器真值表

3．JK触发器内部结构常用的TTL电路JK触发器有74LS70（带预置和清除端的正边沿触发器）、74LS72（带预置和清除端的JK主从触发器）、74LS73（带清除端的双JK触发器）、74LS76（带预置和清除端的双JK触发器）

JK触发器真值表3．JK触发器常用的TTL电路JK触发器有552．移位寄存器

1.3.3寄存器

1．简单的寄存器常用的这类寄存器有74LS75、74LS175、CC4076等。常用的这类移位寄存器有74LS194、74LS195、74LS164、74LS165、74LS166等。

2．移位寄存器1.3.3寄存器常用的这类移位寄存器561.3.4计数器1．同步计数器

4位同步二进制计数器有74161，用T´触发器构成的同步十六进制加法计数器有CC4520，单时钟同步十六进制加/减计数器有74LS191和74LS193。

1.3.4计数器1．同步计数器57同步十进制加法计数器

同步十进制加法计数器582．异步计数器异步十进制计数器有74LS290、74LS90、异步二进制计数器有74LS293、74LS197与

二进制计数器十进制计数器2．异步计数器二进制计数器十进制计数器591.3.5三态门与缓冲器三态输出门电路可以加到寄存器的输出端上，这样的寄存器就称为三态（缓冲）寄存器。使用三态输出门电路，计算机就可以通过数据总线与一组寄存器接通，而断开另外一组寄存器，从而与任意多个寄存器交换信息。1.3.5三态门与缓冲器601.3.6译码器3×8译码器1.3.6译码器613．补码

83．补码623．补码

83．补码63单片机原理及应用设计

胡辉主编王晓戴永成副主编中国水利水电出版社ISBN7-5084-2910-921世纪高等院校规划教材单片机原理及应用设计胡辉主编中国水利水电出版社21世纪高等64一、课程的性质和目的

单片机是微型计算机应用技术的一个重要分支，近年来在工业智能仪器仪表、光机电设备、自动检测、信息处理、家电等的得到广泛应用和迅速发展。一、课程的性质和目的单片机是微型计算机应用技术的一个重要分65

《单片机原理及应用设计》是为电子信息工程、测控技术类专业及计算机应用专业学生开设的专业基础必修课或专业基础选修课，本课程的教学目的是通过理论教学与实验环节，使学生正确理解单片机的基本概念、基本原理，掌握单片机程序设计和微机接口应用的基本方法，并能综合运用单片机的软、硬件技术分析实际问题，为工业生产、科学研究和实验设备等领域的单片机应用和开发打下良好的基础，也是进一步学习计算机原理和有关接口知识重要环节。《单片机原理及应用设计》是为电子信息工程、测控技术类专业及66二、课程教学内容本课程以理论教学为主要环节，以学生课堂实验为辅，同时使用计算机辅助教学，44学时理论课和28学时实验课，具体安排如下:二、课程教学内容本课程以理论教学为主要环节，以学生课堂实验671.计算机基础（4学时）（1）单片机的基本概念

主要介绍单片机的发展概况（现状、未来的发展）、特点、应用和当前单片机的系列产品。

（2）单片机的数制表示法

主要介绍数制的转换、原码、反码、补码

及计算机中常用的编码。

（3）单片机常用逻辑电路简介

包括基本门电路、触发器、寄存器、计数器、三态门与缓冲器、译码器。1.计算机基础（4学时）（1）单片机的基本概念

主要介绍单片68

2.单片机的内部结构及工作原理（4学时）主要内容：掌握MCS-51单片机的内部结构及基本工作原理；单片机并行I/O口的结构特点；单片机最小系统的设计方法；单片机存储器的扩展方法。2.单片机的内部结构及工作原理主要内容：掌握MCS-51693.单片机的指令系统（4学时）主要内容：MCS-51单片机指令的格式、分类和寻址方式；汇编语言的各种指令类型；伪指令的使用及汇编语言程序的完整格式。

3.单片机的指令系统主要内容：MCS-51单片机指令的格式70４.程序设计(共8学时，4学时讲授，4学时实验)主要内容：MCS-51单片机汇编语言程序设计的步骤；循环程序、分支程序、延时程序、查表程序的结构及使用方法；数制的转换原理；定点数、浮点数运算程序。４.程序设计主要内容：MCS-51单片机汇编语言程序设计的步715.单片机的中断系统（共6学时，4学时讲授，2学时实验）主要内容：MCS-51单片机中断源的种类及工作方式；外部中断的结构及原理中断控制寄存器IE、中断优先级寄存器IP及定时器/计数器及外部中断控制寄存器TCON的使用方法；

5.单片机的中断系统主要内容：MCS-51单片机中断源的726.单片机的定时器/计数器(共6学时，4学时讲授，2学时实验）

主要内容：单片机定时器/计数器的结构、原理、工作方式及使用方法。6.单片机的定时器/计数器主要内容：单片机定时器/计数器的结737.单片机的串行通信（共6学时，4学时讲授，2学时实验）主要内容：单片机串行通信I/O接口的结构及工作方式；串行通信控制寄存器的使用方法；MCS-51单片机串行通信波特率的设置方法；MCS-51单片机的双机通信和多机通信的基本原理。7.单片机的串行通信主要内容：单片机串行通信I/O接口的结748.单片机C51程序设计（共14学时，6学时讲授，8学时实验）

主要内容：C51的结构及特点；C51的的数据类型；C51的常量与变量、C51的运算符及程序的格式；C51的基本语句及C51的程序设计方法。

8.单片机C51程序设计主要内容：C51的结构及特点；C5759.并行I/O口的应用与扩展（共8学时，2学时讲授，6学时实验）

MCS-51单片机基本I/O口的应用与扩展；键盘与显示器的扩展原理及方法；常用外围电路接口芯片8255、8155、8279的性能特点及使用方法；存储器的扩展原理与方法。9.并行I/O口的应用与扩展

MCS-51单片机基本I/O7610.A/D、D/A转换器的应用（共6学时，4学时讲授，2学时实验）

主要内容：MCS-51单片机与8位A/D和D/A转换的原理；MCS-51单片机与12位A/D转换器的串、并行接口技术；MCS-51单片机与具有总线接口芯片PCF8591的使用方法。10.A/D、D/A转换器的应用主要内容：MCS-51单7711.单片机的应用实例（共6学时，4学时讲授，2学时实验）主要内容：MCS-51单片机在步进电机控制系统中的应用；数据采集系统的设计；单片机在温度控制系统中的应用；IC卡读写器的设计。11.单片机的应用实例主要内容：MCS-51单片机在步78单片机原理及应用课程特点①知识点既分散又连贯，结构和指令系统是基础；②与电子线路尤其是数字电子线路关系密切；学习方法①预习、复习；②多动手（硬件、软件实验）；③多看参考书(包括利用网上资料)；④其它（上课、作业、答疑）。单片机原理及应用课程特点79第1章单片机系统基础知识

1.1概述1.1.1单片机的基本概念1.微处理器的概念MPU是微处理器的缩写（Microprocessor），简称为MP。MPU是集成在同一块芯片上的具有运算和控制功能逻辑的中央处理器。微处理器不仅是构成微型计算机、单片微型计算机系统、嵌入式系统的核心部件，而且也是构成多微处理器系统和现代并行结构计算机的基础。第1章单片机系统基础知识1.1概述801.1.1单片机的基本概念2．微型计算机的概念微型计算机（microcomputer）是指由微处理器加上采用大规模集成电路制成的程序存储器和数据存储器，以及与输入/输出设备相连接的I/O接口电路，微型计算机简称MC。1.1.1单片机的基本概念2．微型计算机的概念811.1.1单片机的基本概念3．单片机的基本概念单片机SCMC(SingleChipMicroComputer)—属于微型机的一种—具有一般微机的基本组成和功能其它名称：微控制器MCU（MicroControllerUnit）

嵌入式微控制器（embeddedmicrocontroller）单片机是单片微型计算机的简称，也就是把微处理器（CPU）、一定容量的程序存储器（ROM）和数据存储器（RAM）、输入/输出接口（I/O）、时钟及其它一些计算机外围电路，通过总线连接在一起并集成在一个芯片上，构成的微型计算机系统。1.1.1单片机的基本概念3．单片机的基本概念821.1.1单片机的基本概念4．嵌入式系统的基本概念

嵌入式系统泛指嵌入于宿主设备的系统中，嵌入的目的主要是用智能化提升宿主设备的功能。嵌入式系统是以应用技术产品为核心，以计算机技术为基础，以通信技术为载体，以消费类产品为对象，引入各类传感器加入，进入Internet网络技术的连接，而适应应用环境的产品。特点：

（1）嵌入式微处理器对实时多任务有很强的支持能力；（2）嵌入式微处理器具有功能很强的存储区保护功能。（3）嵌入式微处理器功耗很低，1.1.1单片机的基本概念4．嵌入式系统的基本概念831.1.1单片机的基本概念5．SOC的基本概念SOC是片上系统的简称。所谓SOC是一种高度集成化、固件化的系统集成技术。使用SOC技术设计系统的核心思想，就是要把整个应用电子系统全部集成在一个芯片中。在使用SOC技术设计应用系统时，除了那些无法集成的外部电路或机械部分以外，其他所有的系统电路全部集成在一起。

1.1.1单片机的基本概念5．SOC的基本概念841.1.2单片机的发展概况1．单片机的发展阶段（1）单片机的初级阶段（2）单片机的中级（成熟）阶段（3）单片机的高级（发展）阶段1.1.2单片机的发展概况1．单片机的发展阶段851.1.2单片机的发展概况2．单片机技术的发展方向

（1）内部结构（2）功耗和电源电压方面（3）工艺的进步及抗干扰能力的提高（4）存储能力和Internet连接1.1.2单片机的发展概况2．单片机技术的发展方向861.1.3单片机的特点和应用

1.单片机的特点（1）体积小、使用灵活、成本低、易于产业化。（2）可靠性好，适应温度范围宽。（3）易扩展，很容易构成各种规模的应用系统、控制功能强。（4）系统内无监控或系统管理程序。1.1.3单片机的特点和应用1.单片机的特点872．单片机的应用

（1）测控系统（2）智能仪器仪表（3）通讯产品（4）民用产品（5）军用产品（6）计算机外部设备2．单片机的应用（1）测控系统881.1.4单片机的系列产品介绍

1．8051类单片机2．Motorola单片机3．Microchip单片机4．华邦单片机5．Epson单片机6．Epson单片机7．NS单片机8．其它单片机9.AT89系列1.1.4单片机的系列产品介绍1．8051类单片机891.2单片机的数制表示法

1.2.1二进制、十进制与十六进制1．二进制以2为基数的数制叫二进制，它只包括“0”和“1”两个符号二进制数以B作为标识符。

一个含有n位整数，m位小数的二进制数可表示为：N=Xn－1×2n-1＋Xn－2×2n－2＋…＋X0×20＋X－1×2-1＋X－2×2-2＋…＋X－m×2-m

或：1.2单片机的数制表示法1.2.1二进制、十进制与90举例例如：二进制数101.101B等于十进制的5.625其各位数码代表的数值为：1×22＋0×21＋1×20＋1×2－1＋0×2－2＋1×2－3

=5.625举例例如：二进制数101.101B等于十进制的5.625912．十进制

以10为基数的数制叫十进制，十进制用0、1、2、3、4、5、6、7、8、9等10个符号来表示。进位规则是“逢十进一”。十进制数以D作为标识符。一个含有n位整数，m位小数的十进制数可表示为：N=Xn－1×10n-1＋Xn－2×10n－2＋…＋X0×100＋X－1×10-1＋X－2×10-2＋…＋X－m×10-m或：2．十进制以10为基数的数制叫十进制，十进制用0、1、2、923．十六进制

以16为基数的数制叫十六进制，进位规则是“逢十六进一”。十六进制数以H作为标识符。一个含有n位整数，m位小数的十六进制数可表示为：N=Xn－1×16n-1＋Xn－2×16n－2＋…＋X0×160＋X－1×16-1＋X－2×16-2＋…＋X－m×16-m

或：3．十六进制以16为基数的数制叫十六进制，进位规则是“931.2.2数制的转换

1．二进制→十进制的转换例如：

1101.11B=1×23＋1×22＋0×21＋1×20＋1×2－1＋1×2－2=13.752．十六进制→十进制的转换例如：

3BH=3×161＋11×160=591A6CH=1×163＋10×162＋6×161＋12×160=67641.2.2数制的转换1．二进制→十进制的转换943．十进制→二进制的转换

把一个十进制整数依次除以2，并记下每次所得的余数（1或0），最后所得的余数的组合即为转换的十进制数。第一位余数为最低位（LSB），最后一个余数为最高位（MSB）。例如：

126=1111110B3．十进制→二进制的转换把一个十进制整数依次除以2，并记下95例如：213=11010101B

例如：213=11010101B96十进制数转换成二进制例如：0.318=010100010…B十进制数转换成二进制例如：0.318=010100010…B974．十六进制→二进制的转换

将每位十六进制数转换成相应的四位二进制数即可。5．二进制→十六进制的转换只需从二进制数的最低位算起，每四位一个数，到最高位不够四位填0，即可按位转换成十六进制数。

4．十六进制→二进制的转换将每位十六进制数转换成相应的四位986．十进制→十六进制的转换

十进制转换成十六进制与十进制转换成二进制方法一样，只是除数为16而不是2。而余数是0～F中的任一个数。

例如：9168=23D0H

6．十进制→十六进制的转换十进制转换成十六进制与十进制转换991.2.3原码、反码与补码

在计算机中，为了运算的方便，数的最高位用来表示正、负数。最高位为“0”表示正数，最高位为“1”表示负数。为了区别原来的数与它在计算机中的表示形式，我们将已经数码化了的带符号数称为机器数。而把原来的数称为机器数的真值。

1.2.3原码、反码与补码在计算机中，为了运算的方便，100机器数有三种表示方法：原码、反码、补码。1．原码在符号位用0表示正数，在符号位用l表示负数，而数值位保持原样的数，这样的机器数称为原码。8位二进制原码表示的数的范围为：－127～＋127。

（1）正数

正数的原码与原来的数相同。

（2）负数

负数的原码为符号位置1，而数值位不变。

（3）0的原码表示0的原码表示法有两种，即正0和负0。

[+0]原＝00000000

[-0]原＝10000000

机器数有三种表示方法：原码、反码、补码。1012．反码8位二进制反码表示的数的范围为：－127～＋127（1）正数正数的反码与正数的原码相同。（2）负数负数的反码为数值位的值按位求反后，符号位取“1”。(3）0的反码表示0在反码中也有两种表示法，正0和负0。[+0]反＝00000000[-0]反＝11111111

2．反码1023．补码

8位二进制补码表示的数的范围为：－128～＋127。补码概念举例：3．补码103（1）正数

正数的补码与正数的原码相同。（2）负数负数的补码由它的绝对值求反加1后得到。（3）0的补码表示0的补码表示只有一种，其表达式为：[+0]补=[-0]补＝00000000B补码的加法规则是：[X＋Y]补=[X]补＋[Y]补

补码的减法规则是：[X－Y]补=[X]补＋[-Y]补

（1）正数正数的补码与正数的原码相同。104补码运算举例1：求十进制数76－28的运算76的2进制是0100110028的2进制是00011100-28的补码是00011100补码运算举例1：求十进制数76－28的运算105补码运算举例2：求十进制数36－52的运算[-16]补=11110000补码运算举例2：106总结：

对于正数：[x]原＝[x]反＝[x]补

对于负数：[x]反＝[x]原数值位取反，符号位不变。[x]补=[x]反＋1采取求补运算，可以将计算机中的减法运算转换成加法运算，从而节约了计算机的硬件成本。总结：1071.2.4计算机中常用的编码1．BCD（8421）码

采用二进制数对每一位十进制数字编码，这种编码方式称为BCD码（BinarycodedDecimalCode）。表1-2十进制与二进制的对照1.2.4计算机中常用的编码1．BCD（8421）码108（2）BCD码的换算

（3）BCD码加法：“逢十进一”，若各位的和均在0～9之间，则其加法运算规则完全同二进制数加法的规则一样；若相加后的低4位（或高4位）二进制数大于9，或大于15（即低4位或高4位的最高位有进位），则应对低4位（或高4位）加6修正。

例如：BCD码X=59，Y=78，求X+YX=01011001，Y=01111000（2）BCD码的换算109（4）BCD码减法BCD码进行减法时，也会出现需要修正的现象，BCD码减法修正的条件和方法是：低4位向高4位借位，或低4位出现非法码，低4位减6修正；高4位出现非法码，或高4位向更高的借位，高4位减6修正。例如：BCD码X=55，Y=38，求X-Y

X=01010101，Y=00111000

（4）BCD码减法BCD码进行减法时，也会出现需要修正的1102．A