单片机基础知识

单片机基础知识第一章 单片机基础知识学习目标：1．掌握数制及其转换方法。2．了解数据表示方法及其编码。3．了解单片机基础知识。2023/2/22一、什么是单片机？单片机就是单片微型计算机,是将计算机的中央处理器(CPU)、存储器（ROM,RAM）、输入/输出（I/O）接口等集成在一小块硅片上的微型机。1.1 单片机的发展及特点2023/2/23单片机组成框图RAMI/O接口电路CPU时钟定时器/计数器ROM2023/2/24二、单片机发展史单片机属于微型机，微型计算机的发展形成两大分支：1、独立使用式微机（PC机）：PC机系统全力实现海量高速数据处理，兼顾控制功能。2、嵌入式微机单片机：单片机系统全力满足测控对象的测控功能，兼顾数据处理能力。单片机作为工业控制和数据处理的计算机，它的结构与指令功能都是按照工业控制要求设计的,也被称为“微控制器”、“微处理器”（Micro-controller,Micro-processor）。主要有：4位、8位、16位、32位等2023/2/25单片机发展概况1976-1978初级8位单片机IntelMCS-48系列1978-1983高档8位单片机IntelMCS-51系列：-51子系列：8031/8051/8751-52子系列：8032/8052/8752低功耗型80C31高性能型80C252廉价型89C2051/10511983-90年代初16位单片机IntelMCS-96系列8098/8096、80C198/80C19690年代初-至今16位单片机高档32位单片机2023/2/26三、单片机的特点及应用突出特点——存储器结构

计算机有两种存储结构：哈佛结构：程序存储器和数据存储器分开。普林斯顿结构：程序存储器和数据存储器合并。单片机采用哈佛结构体系2023/2/27采用哈佛体系结构采用面向控制的指令系统引脚功能服用片内RAM作寄存器类型齐全功能通用具有三高优势(集成度高、可靠性高、性价比高)。三、单片机的特点及应用2023/2/28三、单片机的特点及应用单片机主要应用于工业检测与控制、计算机外设、智能仪器仪表、通讯设备、家用电器等。特别适合于嵌入式微型机应用系统。单片机开发系统有单片单板机和仿真器。实现单片机应用系统的硬、软件开发。2023/2/291946-1958第一代电子管计算机。磁鼓存储器，机器语言、汇编语言编程。1958-1964第二代晶体管计算机。磁芯作主存储器,磁盘作外存储器，开始使用高级语言编程。1964-1971第三代集成电路计算机。使用半导体存储器，出现多终端计算机和计算机网络。1971-第四代大规模集成电路计算机。出现微型计算机、单片微型计算机，外部设备多样化。1981-第五代人工智能计算机。模拟人的智能和交流方式。一、发展概况1.2 计算机基础知识2023/2/210二、计算机发展趋势微型化─便携式、低功耗巨型化─尖端科技领域的信息处理，需要超大容量、高速度智能化─模拟人类大脑思维和交流方式，多种处理能力系列化、标准化─便于各种计算机硬、软件兼容和升级网络化─网络计算机和信息高速公路多机系统─大型设备、生产流水线集中管理(独立控制、故障分散、资源共享)2023/2/211三、微型计算机系统组成微型计算机系统硬件微型计算机（主机）微处理器(CPU)软件外围设备运算器控制器存储器(内存)RAMROM外部设备辅助设备输入设备(键盘、扫描仪、语音识别仪…)输出设备(显示器、打印机、绘图仪、…)辅助存储器(磁带、磁盘、光盘)输入/输出接口(PIO、SIO、CTC、ADC、DAC…)(I/O接口)总线(AB、DB、CB)系统软件(操作系统，编辑、编译程序，故障诊断,监控程序…)应用软件(科学计算，工业控制，数据处理…)程序设计语言(机器语言、汇编语言、高级语言)电源电路时钟电路2023/2/212三、微型计算机系统组成2023/2/213四、微型计算机组成中央处理器CPU运算器和控制器集成在一个芯片上运算器：实现算术运算或逻辑运算包括：算术逻辑单元ALU、累加器A、暂存寄存器TR、标志寄存器F或PSW、通用寄存器GR控制器：中枢部件，控制计算机中的各个部件工作包括：指令寄存器IR、指令译码器ID、程序计数器PC、定时与控制电路2023/2/214存储器：记忆，由存储单元组成。包括：ROM、RAM总线BUS：在微型计算机各个芯片之间或芯片内部之间传输信息的一组公共通信线。包括：数据总线DB：双向，宽度决定了微机的位数。地址总线AB：单向，决定CPU的寻址范围。控制总线CB：单向I/O接口：数据输入输出。包括：输入接口、

输出接口2023/2/215五、计算机主要技术指标字长： CPU能并行处理二进制的数据位数 8位机、16位机、32位机和64位机。内存容量：存储单元能容纳的二进制数的位数 容量单位：1K=210=1024，1M=220=1KK

8K、64K、16M、64M。运算速度：CPU处理速度 时钟频率、主频、每秒运算次数 6MHz、12MHz、24MHz、100MHz、300MHz。内存存取时间：内存读写速度

50nS、70nS、200nS。2023/2/216一、进位计数制使用有限个基本数码来表示数据，按进位的方法进行计数称为进位计数制。

包含两大要素：基数和位权基数：用来表示数据基本数码的个数J，≧此数后必须进位。位权：数码在表示数据时所处的数位所具有的固定值Ji。简称“权”。1.3 数制及其转换2023/2/2171、十进制D符号集：0～9规则：逢十进一。 例1234.5=1×103+2×102+3×101+4×100+5×10-1加权展开式以10为基数，各位系数为0～9。10310210110010-1位权 一般表达式：ND=dn-1×10n-1+dn-2×10n-2+…+d0×100+d-1×10-1+…2、二进制B符号集：0、1规则：逢二进一。

3、十六进制H符号集：0～9、A～F规则：逢十六进一。 2023/2/2181、十进制用于计算机输入输出，人机交互。二进制为机器中的数据形式。十六进制用于表示二进制数。2、不同进位制数以下标或后缀区别,十进制数可不带下标。如:101、101D、101B、101H、101H二、进位计数制的说明2023/2/2191、十进制数转换成二、十六进制数整数转换法“除基取余”：十进制整数不断除以转换进制基数，直至商为0。每除一次取一个余数，从低位排向高位。1. 39转换成二进制数

39=100111B 2 391（b0） 2 191（b1）291（b2） 240（b3） 220（b4） 211（b5） 02.208转换成十六进制数

208=D0H16208余01613余13=DH 0三、不同进位计数制之间的转换2023/2/220十进制数转换成二、十六进制数小数转换法“乘基取整”：用转换进制的基数乘以小数部分，直至小数为0或达到转换精度要求的位数。每乘一次取一次整数，从最高位排到最低位。举例： 2.0.625转换成十六进制数0.625×16=10.0

0.625=0.AH3.208.625转换成十六进制数208.625=1.0.625转换成二进制数

0.625 ×2 1.2501(b-1) ×2 0.500(b-2) × 2 1.0 1(b-3)0.625=0.101B2023/2/221先展开，然后按照十进制运算法则求和。 举例：B=1×23+1×21+1×20+1×2-1

+1×2-3H=13×162+15×161+12×160+8×16-1

2、其他进制数转换成十进制数2023/2/222最高位为符号位，0表示“+”，1表示“－”。 数值位与真值数值位相同。原码表示简单直观,但0的表示不唯一，加减运算复杂。2、反码正数的反码与原码相同负数的反码符号不变，数值按位取反有符号数通常使用三种表示方法：1、原码

机器中，数的符号用“0”、“1”表示。

最高位作符号位

“0”表示“+”，“1”表示“-”。1.4 带符号数的表示方法2023/2/2233、补码正数的补码表示与原码相同。 负数补码的符号位为1，数值位等于反码加1。补码表示的优点： 0的表示唯一，加减运算方便。

Y-X=Y+[-X]补

计算机中的数均采用补码表示！2023/2/224例：求十进制数876的BCD码[876]BCD=100001110110

1、BCD码

二进制代码表示的十进制数。8421BCD码1.5 编码2023/2/2252、美国标准信息交换码ASCII码，用于计算机与计算机、计算机与外设之间传递信息。2023/2/226位：Bit数据最小单位字节：Byte8位二进制数定义为一字节字长：组成计算机一个字的位数

8位机其一个存储单元表