《单片机原理及应用》绪论

第一章绪论二进制数、十进制数和十六进制数之间的换算关系。二进制数原码、反码和补码的表示方法；BCD码和ASCII码的基本概念。计算机的产生、发展及基本结构。单片机的发展过程及其应用领域。2/3/2023广东松山职业技术学院课件制作组本章主要内容

1.1

数制与编码

1.2

计算机概述

1.3单片机的发展过程与应用领域

2/3/2023广东松山职业技术学院课件制作组

数制：是进位计数制的简称。

十进制：生活中最熟悉的进位计数制。特点：

每一位是0~9十个数码中的一个数码，基数是10

运算规则：逢十进一，借一当十例如，十进制数47.25按权展开为：1.1.1

数制及其转换

47.25=4×101+7×100+2×10-1+5×10-22/3/2023广东松山职业技术学院课件制作组1.1.1

数制及其转换

1.二进制数及其转换（1）二进制数的特点

每一位是0、1两个数码中的一个数码，基数是2

运算规则：逢二进一，借一当二（2）二进制数和十进制数的转换

二进制数十进制数：乘权求和法。

十进制数整数二进制数：除2取余逆排法。十进制数小数二进制数：乘2取整顺排法。2/3/2023广东松山职业技术学院课件制作组1.1.1

数制及其转换

2.十六进制数及其转换（1）十六进制数的特点

每一位是0~9、A~F中的一个数码，基数是16

运算规则：逢十六进一，借一当十六（2）十六进制数的转换

十六进制数二进制数：一拉四法。

二进制数十六进制数：四合一法。十六进制数与十进制数间的转换类似于二进制数和十进制数之间的转换2/3/2023广东松山职业技术学院课件制作组1.1.1

数制及其转换其一是（N）R，R代表2、10、16等；其二是在数的结尾以一字母标示

D（Decimal）代表十进制（也可省略）

B（Binary）代表二进制

O（Octal）代表八进制

H(Hexadecimal)代表十六进制。如：（1010）2

（100）10

101B101DEFH为了区分数的不同进制，有两种不同的区分法：2/3/2023广东松山职业技术学院课件制作组机器数：机器中以编码形式表示的数；真值：原来一般书写形式表示的数。1.1.2

机器数与真值

有符号的数在数学中用“十”和“－”表示，在计算机中规定用最高位作为符号位，用“0”表示“+”，用“1”表示“－”。例：负数

-1011011B（-5BH）

1011011B1

（DBH）机器数真值2/3/2023广东松山职业技术学院课件制作组1.1.3

原码、反码、补码

在计算机中机器数可以用三种方法表示，即原码、反码和补码。

原码：最高位为符号位，其余位为数值位。

反码：是有符号二进制数的一种表示方法。正数的反码与原码相同；负数的反码符号位为1，数值位是原码的数值位按位取反。注：采用原码和反码表示时，符号位不能同数值一道参加运算。2/3/2023广东松山职业技术学院课件制作组1.1.3

原码、反码、补码

例如：2/3/2023广东松山职业技术学院课件制作组1.1.3

原码、反码、补码

补码：计算机中有符号数的常用表示方法。正数的补码与原码相同；负数的补码是反码加1。例如：2/3/2023广东松山职业技术学院课件制作组反码：范围是：+127~-127；“0”有2种表示补码：范围是：+127~-128；“0”有1种表示1.1.3

原码、反码、补码

2/3/2023广东松山职业技术学院课件制作组1.1.3

原码、反码、补码

三种编码的最高位为符号位，“0”表示正，“1”

表示负。对于正数，三种编码的表示方法相同。对于负数，三种编码的符号位均为1，数值部分不同。8位二进制数的原码、反码和补码所能表示的数值范围是不完全相同的。

结论12/3/2023广东松山职业技术学院课件制作组1.1.3

原码、反码、补码

补码的加减运算补码运算的几个公式：

其中，为的每一位（包括符号位）都按位取反，再加1。上面式子中，x1、x2、（x1+x2）、（x1－x2）必须在－2n-1~2n-1范围内，否则机器会产生溢出错误。2/3/2023广东松山职业技术学院课件制作组1.1.3

原码、反码、补码

例1-9用补码进行运算，求x1+x2x1＝+0011101B＝+29，x

2＝－0000110B＝－600011101+1111101000010111真值为：+0010111B=+23由此可见，符号在参加运算后结果是正确的。则[x1]补+[x2]补为：自然丢失1解：2/3/2023广东松山职业技术学院课件制作组1.1.3

原码、反码、补码

例1-10用补码进行运算，求x1－x2

x1＝+0001000B＝+8，x

2＝+0001111B＝+1500001000+1111000111111001真值为：-0000111B=-7则[x1]补+[-x2]补为：解：2/3/2023广东松山职业技术学院课件制作组求出参加运算的两个数的补码。用补码相加进行加法运算，用减数变补相加完成减法运算。运算时符号位应当作为数的一部分参与运算，符号位有进位则丢弃。运算结果仍为补码，要得到真值须再转换。负数的补码求原码时，符号位不变，数值位按位取反后再加“1”。补码运算结果超出机器允许范围，会产生“溢出”而出错。结论22/3/2023广东松山职业技术学院课件制作组1.1.4BCD码和字符的ASCII码

计算机只能识别“0”和“1”两个符号，而计算机处理的信息却有多种形式，例如数字、标点符号、运算符号、各种命令、文字和图形等。要表示这么多的信息并识别它们，必须对这些信息进行编码。计算机中根据信息对象不同，编码的方式也不同。常见的码制有BCD码和ASCII码等。

2/3/2023广东松山职业技术学院课件制作组1.BCD码（十进制数的二进制编码）1.1.4BCD码和字符的ASCII码

BCD（BinaryCodedDecimal）码也叫二—十进制编码，是指将十进制数的0～9十个数字用二进制数表示的编码。由于十进制数有十个不同的数码，因此需用4位二进制数来表示。而4位二进制编码有16种不同的组合，从中取出10种组合来表示0～9十个数有多种方案，所以BCD码也有多种方案。最常用的编码是8421码，它是一种恒权码，8（23）、4（22）、2（21）、1（20）分别是4位二进制数的权值。2/3/2023广东松山职业技术学院课件制作组1.1.4BCD码和字符的ASCII码

表1-2BCD（8421）码与十进制数对应关系十进制数8421BCD码十进制数8421BCD码000005010110001601102001070111300118100040100910012/3/2023广东松山职业技术学院课件制作组2.ASCII码（字符编码）1.1.4BCD码和字符的ASCII码

在计算机内，任何信息都是用代码表示的，字母、数字和符号也是用二进制代码表示的。国际上通用的是美国国家信息交换标准字符码，即ASCII码（AmericanStandardCodeforInformationInterchange）。ASCII码是一种8位代码，最高位一般用于奇偶校验，用7位代码对128字符进行编码。其中32个是控制字符，96个是图形字符，如下图所示。7位ASCII码字符表，最高位未列出，一般表示时以0来代替。列为高三位二进制码，行为低4位二进制码。2/3/2023广东松山职业技术学院课件制作组附录CASCII码表2/3/2023广东松山职业技术学院课件制作组

1946年2月15日，第一台电子数字计算机问世，标志着计算机时代的到来。1.2.1

电子计算机的产生及发展

1.2计算机概述ENIAC奠定了电子计算机的发展基础，在计算机史上具有划时代的意义，标志着电子计算机时代的到来。2/3/2023广东松山职业技术学院课件制作组

计算机的发展1.2.1

电子计算机的产生及发展采用不同物理器件的发展历程电子管计算机晶体管计算机中小规模集成电路计算机大、超大规模集成电路计算机机器语言汇编语言高级语言软件（编程语言）发展2/3/2023广东松山职业技术学院课件制作组冯·诺依曼提出的“二进制运算”和“程序存储”的思想，构建了计算机经典结构。1.2.2

计算机的基本结构图1-1计算机的基本结构框图

2/3/2023广东松山职业技术学院课件制作组单片机定义：把CPU和一定容量的存储器、中断系统、一些并/串接口电路及定时/计数器电路集成在一块芯片上。1.2.3

单片微型计算机图1-2单片机内部结构示意图2/3/2023广东松山职业技术学院课件制作组单芯片微机形成阶段1.3

单片机的发展过程与应用领域1.3.1单片机的发展过程特点：体积小，价格低，存储器容量小，寻址范围小（不大于4K），无串行接口，指令系统功能不强。

1976年，Intel公司推出了MCS-48系列单片机。8位CPU、1K字节ROM、64字节RAM、27根I/O线和1个8位定时/计数器。2/3/2023广东松山职业技术学院课件制作组性能完善提高阶段1.3.1单片机的发展过程特点：虽然仍是8位机，但其结构体系完善，性能已大大提高，品种全、兼容性强、软硬件资源丰富、面向控制的特点进一步突出、性能价格比高。现在，MCS-51已成为公认的单片机经典机种。1980年，Intel公司推出了MCS-51系列单片机：8位CPU、4K字节ROM、128字节RAM、4个8位并口、1个全双工串行口、2个16位定时/计数器。寻址范围64K，并有控制功能较强的布尔处理器。2/3/2023广东松山职业技术学院课件制作组微控制器化阶段1.3.1单片机的发展过程特点：片内面向测控系统电路增强，使之可以方便灵活地用于复杂的自动测控系统及设备。“微控制器”的称谓更能反应单片机的本质。1983年，Intel推出MCS-96系列单片机。芯片内集成：16位CPU、8K字节ROM、232字节RAM、5个8位并口、1个全双工串行口、2个16位定时/计数器。寻址范围64K。片上还有4路或8路10位ADC、1路PWM输出及高速I/O部件等。2/3/2023广东松山职业技术学院课件制作组1.3.1单片机的发展过程微控制器的CPU核仍以CISC为主，但向RISC

演化。单片机发展趋势提升指令执行速度。集成大容量片上FLASH存储器，实现ISP、IAP。普遍使用混合信号（数字、模拟相混合）集成技术。增加可联网的外设接口。追求低电压、低功耗、低价位、LPG。2/3/2023广东松山职业技术学院课件制作组1.3.2单片机的特点和应用领域体积小，价格低，应用广。1.单片机的特点通用性、灵活性强，易扩展

。可靠性高、抗干扰能力强

。实时控制能力强

。微型计算机具有运算速度快、精度高、方便灵活、适应范围广和可靠性高等特点。作为其分支的单片机，由于特殊的硬件结构和指令系统，还具有以下突出特点。2/3/2023广东松山职业技术学院课件制作组1.3.2

单片机的特点和应用领域工业方面：各种测控系统、数据采集系统、工业机器人、机电一体化产品等。2.单片机的应用领域智能仪器仪表方面：如齿轮精度检验仪类的各种工业检验、测量仪器、医疗器械等。

通信方面：调制解调器、程控交换技术。

民用方面：全自动洗衣机、智能电饭锅、电话机、录像机、空调机和电子玩具等。

导弹与控制方面：导弹控制、鱼雷制导控制、智能武器装备、航天飞机导航系统等。

2/3/2023广东松山职业技术学院课件制作组1.3.3

MCS-51系列单片机简介MCS-51系列单片机采用HMOS（如8051）和CHMOS（如80C51）工艺。这两种单片机完全兼容。1.Intel公司的MCS-51系列单片机MCS-51系列单片机按片内有无程序存储器及程序存储器的形式分为三种基本产品：8031、8051和8751。它们的引脚与指令系统完全兼容，但在内部结构及应用特性方面存在一些差异。8031内部包括一个8位的CPU、128KB的RAM、21个特殊功能寄存器、4个8位并行I/O口、1个全双工的串行口、2个16位的定时/计数器。但无程序存储器，使用时需外扩EPROM芯片。2/3/2023广东松山职业技术学院课件制作组1.3.3

MCS-51系列单片机简介8051是在8031的基础上，片内集成有4KB的ROM，ROM中的程序是由单片机芯片厂固化的，适合大批量的生产。8751片内含有4KB的EPROM，单片机应用开发人员可以把编写好的程序用开发机或编程器写入其中，也可以反复修改程序。但其价格相对于8031较贵。

高档单片机主要包括：将原来的8031/8051/8751进行扩展为8032/8052/8752；低功耗CHMOS工艺芯片80C31H/87C51/80C51BH；具有高级语言编程的芯片8052H-BASIC；高性能的8XCX52系列。2/3/2023广东松山职业技术学院课件制作组1.3.3

MCS-51系列单片机简介Atmel公司生产的MCS-51系列单片机提供了丰富的外围接口和专用的控制器，可用于特殊用途。例如电压比较、USB控制、MP3解码及CAN控制等。此外，Atmel公司还把ISP技术集成在MCS-51系列单片机中，使用户能够方便地改变程序代码，从而方便地进行系统调试。Atmel公司还提供了各种产品的不同封装，以方便用户进行选择。

2.Atmel公司的MCS-51系列单片机2/3/2023广东松山职业技术学院课件制作组1.3.3

MCS-51系列单片机简介2.Atmel公司的MCS-51系列单片机表1-3AT89系列单片机常用产品特性一览表型号片内存储器I/O口线定时/计数器模拟比较器中断源串行口程序存储器数据存储器89C10511KBFPEROM64B151个16位1个3个无89C20512KBFPEROM128B152个16位1个5个2级UART89C514KBFPEROM128B322个16位无5个2级UART89C528KBFPEROM256B323个16位无6个2级UART2/3/2023广东松山职业技术学院课件制作组本课小结计算机中所有信息都采用二进制表示，对于数值型数据，常采用几种进位计数制表示，不同数制之间可以相互转换。对有符号数的表示有真值、机器数、原码、反码和补码。在机器中采用补码加减运算规则做加减运算。为了方便书写程序和数据，观察处理结果，同时又能符合计算机只能识别二进制的特点，对十进制数采用BCD编码，对常用字符编码采用ASCII码。单片机是把微处理器、存储器、输入输出接口、定时/计数器以及串行通信接口等集成在一块芯片上，它具有体积小、价格和功耗低、可靠性高等特