第1章 单片机基础概述

主讲：彭芳办公室：明德楼829E-mail:p.rain@163.com单片机原理与接口技术中国机器人大赛认识单片机热水器控制器主板洗衣机控制板三洋空调室外板课程特点

本课程是自动化专业的专业课；是一门实践性很强的课程。本课程结合IntelMCS-51系列单片机中的8051芯片进行讲授，通过仿真软件Proteus掌握单片机系统的开发与运行过程。课程安排理论学时： 40学时实验学时： 16学时课堂表现与出勤： 15%个人作业： 10%团队作业： 15%期末考试： 60%理论课程的考核方法课堂表现与出勤：1、缺一次课扣3分，5次缺课取消该课程成绩；2、迟到一次扣1.5分，早退视同缺课；3、课堂主动回答问题一次正确加1分；若点名回答问题则正确加0.5分，错误不扣分。学习方法：动手实践Practiceisabestwaytolearning.教材与参考教材《单片机原理及应用——基于Proteus和KeilC》，林立等参考教材1、《单片机原理及接口技术》，李全利等，高等教育出版社2、《51系列单片机系统设计与应用技巧》，李刚，北京航空航天大学出版社3、《单片机原理及接口技术》段晨东，清华大学出版社特别推荐：郭天祥的《单片机十天征服你》目录第1章 单片机基础知识概述第2章MCS-51单片机结构及原理第3章单片机的汇编语言与程序设计第4章单片机的C51语言第5章单片机的中断系统第6章单片机的定时器/计数器第7章单片机的串行通信技术第8章单片机接口技术第9章单片机应用系统的设计与开发第1章单片机基础知识概述1.1单片机概述1.2单片机学习的预备知识1.3Proteus软件简介1、什么是单片机？——从微型计算机技术的两大发展分支谈起1、什么是单片机？

2、为什么要学单片机？

3、怎样学习单片机？1.1

单片机概述输入设备运算器输出设备存贮器控制器运算器+控制器输入设备输出设备存储器计算机的冯·诺依曼结构回顾微型计算机的组成微处理器+存储器+I/O接口电路CPU微处理器RAMI/OROM外设辅助电路CBUSDBUSABUS回顾

分支一：通用微型计算机系统（UniversalComputerSystem或PersonalComputer）PC主要功能部件：

CPU+存储器+显卡+声卡+网卡+显示器+鼠标+键盘…基本功能部件接口外设386486Pentium

Pentium

ProPentiumMMXPentiumⅡPentium

ⅢPentiumⅣConroeIIINTEL架构CPU的发展历程

技术要求:高速计算+海量存储

发展方向:总线速度不断提升，存储容量不断扩大

分支二：嵌入式计算机系统

（EmbeddedComputerSystem）ECS——嵌入到对象体系中，实现对象体系智能化控制的专用计算机系统。技术要求：必须满足对象体系的物理环境、电气环境以及产品成本等要求。发展方向:与对象系统密切相关的嵌入性能、控制能力与控制可靠性。PC→电气加固、机械加固，并配置各种外围接口板卡→IPC（工控机）→嵌入到大型工控系统中（实现了智能化）工业计算机（IndustrialPersonalComputer）

船舶驾驶室集中控制台自动配料控制系统电站锅炉控制系统板卡：CPU卡、存储器卡、数据采集卡、通讯卡、计数器卡…众多小型对象系统（如家电、仪器、工控单元…）无法使用IPC→需要发展一类特殊的嵌入式计算机系统。单片计算机（SingleChipMicrocomputer）SCM——将通用微计算机基本功能部件集成在一块芯片上构成的一种专用微计算机系统SCM硬件+SCM软件+少量外围电路嵌入式微机系统+被控对象应用微电脑控制产品单片机应用范例单片机的发展史第一阶段（1974~1976）：单片机的初级阶段例如：8位单片机F8特点：采用双片组成第二阶段（1976~1979）：低性能单片机阶段例如：MCS–48系列特点：小而全第三阶段（1979~1982）：高性能单片机阶段例如：MCS–51系列特点：系列化、功能强结构：MCS–518位CPURAMI/OROM串行口INTT/C第四阶段（1982~）：16、32、64位单片机阶段例如：飞思卡尔的C9S12XS12816位单片机特点：增加了内部资源、实时处理能力更强、

除了具有16位CPU和存储器外又增加了部分内部资源，如：12XS12812位A/D转换器SPI通信模块脉宽调制输出装置PWM各种字长的单片机都有自己的市场1位机4位机用于玩具、家用电器、计算器等8位机16位机工业控制器、智能仪表、计算机外设、通用测控单元、通讯设备32、64位机手机、高级机器人等单片机经历了三大阶段SCM即单片微型计算机（SingleChipMicrocomputer）阶段，主要是寻求最佳的单片形态嵌入式系统的最佳体系结构。“创新模式”获得成功，奠定了SCM与通用计算机完全不同的发展道路。MCU即微控制器（MicroControllerUnit）阶段，主要的技术发展方向是：不断扩展满足嵌入式应用时，对象系统要求的各种外围电路与接口电路，突显其对象的智能化控制能力。SoC单片机（SystemonChip）：单片机是嵌入式系统的独立发展之路，向MCU阶段发展的重要因素，就是寻求应用系统在芯片上的最大化解决；因此，专用单片机的发展自然形成了SoC化趋势。随着微电子技术、IC设计、EDA工具的发展，基于SoC的单片机应用系统设计会有较大的发展。例如美国Cygnal公司的C8051F系列SoC单片机。

单片机经过约30年的发展，已经形成有几千种型号上百种品牌的半导体产业，对电子信息技术、工业控制技术、军事技术的发展起到巨大的推动作用。目前主流的单片机：51内核的系列单片机Microchip公司的PIC系列单片机ATMEL推出的AVR系列单片机Cygnal公司的C8051F×系列单片机TexasInstrument公司的超低功耗MSP16bit系列单片机ARM内核的32bit、64bit系列单片机MCS-51系列单片机已被国内用户广泛采用例如：ATMEL公司的AT89系列Philips公司的80C51系列……宏晶科技的STC系列2.为什么要学单片机？单片机是实现机械装备、电子产品智能化的重要途径，掌握这门技术便能在高技术领域占有一席之地单片机系统是当前最有发展前途的高技术领域之一，国内外嵌入式系统的产品设计与研发人员相对短缺，具有很好的就业前景单片机与其它专业知识相结合可产生更大的创造力和发展潜力单片机已在工业过程控制、机床控制、机器人控制、汽车控制以及飞行器制导系统等方面得到广泛的应用。

各种家用电器：全自动洗衣机、热水器、电子游戏机等3、怎样学习单片机各组成部分既相对独立，又相互交叉80C51型单片机教学目标——掌握单片机原理与应用系统设计技能需要具备——单片机硬件、软件、接口三方面知识硬件系统软件系统接口系统硬件结构（RAM，IO，T/C，INT，UART）存储器输入/输出单元定时/计数器中断系统串行通信软件编程C51语言程序汇编语言程序接口系统（LED，KEY，AD，DA，IO扩展）键盘电路数码管键盘模数转换数模转换可编程接口单片机的学习方法理论教学→掌握基本原理→课堂讲解+课后实践实验教学→掌握基本技能→教学实验+实验报告→电路实验箱虚拟实验平台唯有动手才能真正学会单片机！PROTEUS单片机仿真软件

KeilC51简介

KeilC51是51单片机软件开发的C语言和汇编语言环境，可以进行纯软件仿真；也可以与Proteus软件联合进行仿真。Keil集成开发环境软件1.2

单片机学习的预备知识1、数制定义可用数码进位基数0…R-10123456789ABCDEF01234567010123456789逢R进1逢16进1逢8进1逢2进1逢10进1R168210R进制十六进制八进制二进制十进制常用数制2、数制转换R进制数转换为十进制数位权展开法【例】将下列数值转换为十进制数

(101.01)2(205.4)8(AF.8)16

解：(101.01)2=1×22＋0×21＋1×20＋0×2-1＋1×2-2=(5.25)10(205.4)8=2×82＋0×81＋5×80＋4×8–1=(133.5)10

(AF.8)16=10×161＋15×160＋8×16-1=(175.5)10

十进制数转换为R进制数

将整数部份和小数部份分开来算。整数部份：除以R取余数，直到商为0，余数从自下而上排列小数部份：以小数部分乘以R取积的整数，并将其自上而下排列，直到小数部份为0或规定精度为止【例】将(100.345)10转换为二、八、十六进制2100低位250

081000.3452250

8124×

2高位2121814

0.69026001

×223

0

1.38021

116100×2011664

0.760

高位06

×2

1.520

×2

……低位结果：

(100.345)10≈（1100100.0101)2

(100)10=(144)8=(64)163、有符号数的表示方法无符号数

机器数的所有二进制位都用来表示数值。有符号数

有符号数的符号位（最高位）用0和1来表示，一般用0表示正，用1表示负。但由于数值部分的表示方法不同，有符号数可有三种表示方法，分别叫做原码、反码和补码。4、位-字节-字位(Bit)

指一个二进制位。字节(Byte)

指相邻的8个二进制位。字(word)：

2个字节，16位，又叫双字节。另外，有时还会用到“半字节”，即4位二进制。例如：1000111011001011B=半字节

字节

字（双字节）位字节字节8ECBH5、BCD码

BCD码（BinaryCodedDecimal）——用二进制代码表示的十进制数。用一个字节表示两个十进制的数 如：10000111B表示十进制的876、ASCⅡ码字母和字符的二进制数表示——ASCⅡ码(AmericanStandardCodeforInformationInterchange——美国国家信息交换标准字符码

)。它采用7位二进制编码表示128个字符，其中包括数码0～9以及英文字母等可打印的字符。高3位低4位‘0’-‘9’→30H–39H‘A’→1000001B→41H例如：7、基本逻辑门电路

数字计算机靠基本逻辑门电路实现二进制数的运算，其中高电平和低电平分别代表1和0。单片机原理分析中需要用到一些基本逻辑门电路、逻辑关系和逻辑符