单片机的基础知识演示文稿

单片机的基础知识演示文稿第一页，共五十一页，2022年，8月28日参考科目：《单片机初级教程－单片机基础－》主编：何立民出版社：北京航空航天大学出版社《单片机微型计算机原理及应用》张毅坤陈善久编著西安电子科技大学出版社教材：《

MCS-51系列单片机系统及其应用》主编：蔡美琴课程情况(1-10周，15-17周)教学：40学时；实验：8学时考试：实验10%，出勤10%，期末考试80%第二页，共五十一页，2022年，8月28日第一章绪论课程涉及内容第二章MCS-51单片机结构第三章MCS-51指令系统第四章MCS-51汇编语言程序设计第五章MCS-51系统扩展技术第三页，共五十一页，2022年，8月28日多看课外书扩充知识面；多看程序，多理解程序；多看一些应用实例，结合程序分析电路，来帮助自己更好的理解单片机在实际当中的应用。通过实验课更好的理解课本的基础知识。第四页，共五十一页，2022年，8月28日第1章绪论1.1单片机的基本概念1.2单片机的发展概况1.3单片机的特点及应用1.4常用单片机系列介绍第五页，共五十一页，2022年，8月28日1.1单片机的基本概念一、单片机？单片机全称单片微型计算机（SingleChipMicrocomputer）。又称MCU。它是将CPU、RAM、ROM、定时/计数器和多种接口都集成到一块集成电路芯片上的微型计算机。图1.1单片机组成框图

CPU

时钟ROMRAM定时器/计数器I/O外设接口用于产生单片机工作所需要的时钟信号。

单片机的核心，完成运算和控制功能。

第六页，共五十一页，2022年，8月28日

外围设备系统软件存储器（ROM、RAM）输入/输出接口系统总线算术逻辑部件累加器、寄存器组控制部件内部总线微型计算机系统微型计算机微处理器微处理器、微型计算机和微型计算机系统三者的关系第七页，共五十一页，2022年，8月28日目前流行的微处理器第八页，共五十一页，2022年，8月28日AT89S51单片机(1)4KBFLASHROM；(2)128B内部RAM；(3)32根I/O口线；(4)看门狗功能；(5)一个全双工串行通信口；(6)5个中断源、2个优先级中断等；(7)片内振荡器及时钟电路。第九页，共五十一页，2022年，8月28日二、存储器分类(3)可改写的只读存储器EPROM(ErasableProgramableReadOnlyMemory):前两种ROM只能进行一次性写入，因而用户较少使用。用紫外线擦除器进行擦除，可改写几十次。1、只读存储器ROM（ReadOnlyMemory）：只能读出而不能写入，断电后信息不丢失，常用于存放固定的程序和数据。(1)掩膜ROM：由厂家编好程序写入ROM(称固化)供用户使用，用户不能更改它。(2)可编程只读存储器PROM(ProgramableReadOnlyMemory)：它的内容可由用户根据自己所编程序一次性写入，一旦写入，只能读出，不能更改。也称为OTP（OnlyTimeProgrammable）第十页，共五十一页，2022年，8月28日(4)可电改写只读存储器E2PROM(ElectricallyErasableProgrammableReadOnlyMemory)：通过加电写入或清除内容，每块芯片可擦写1000次以上。(2)动态DRAM(DynamicRAM)：写入的信息只能保持若干毫秒，因此每隔一段时间必须重新写入，以保持原来的信息不变。常见的有2164。(1)静态SRAM(StaticRAM)：只要有电源加于存储器，数据就能长期保留。常见的有6116(2K)和6264(8K)。2、随机存储器RAM(RandomAccessMemory)：它不仅能读取存放在存储单元中的数据，还能随时写入新的数据，写入后原来的数据会丢失。断电后信息全部丢失。常用于存放中间运算结果。第十一页，共五十一页，2022年，8月28日3、可现场改写的非易失存储器：从原理上看属于ROM型。但从功能上它又可以随时改写信息，相当于RAM。(1)快擦写存储器FLASH：读写速度较快，可重新编程上万次。(2)铁电存储器FRAM：利用铁电材料极化方向来存储数据，读写速度更快，可重新编程100亿次。第十二页，共五十一页，2022年，8月28日三、数制常用数制：十进制——符合人们的习惯二进制——便于物理实现十六进制——便于识别、书写八进制重点掌握二进制、十进制与十六进制转换第十三页，共五十一页，2022年，8月28日2、二进制数(binarysystem)

只有0和1两个符号；计算规则是“逢二进一，借一当二”。1011.1（B）

=1*23+0*22+1*21+1*20+1*2-1

=11.5(D)例：二进制数1011.1意义如下：1、十进制数(decimalsystem)

以十为底，逢十进一；共有0-9十个。第十四页，共五十一页，2022年，8月28日二进制运算规则：加法运算：0+0=00+1=11+0=11+1=10（逢二进一）减法运算：0-0=00-1=1（借位）

1-0=11-1=0乘法运算：0*0=00*1=01*0=01*1=1除法运算0/1=01/1=1第十五页，共五十一页，2022年，8月28日例1：D（H）＝1101（B）例2：56D.3（H）

=

5*162+6*161+13*160+3*16-13、十六进制数(hexadecimalsystem)

十六进制数是基数为十六的计数制。十六进制数主要采用0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,A,B,C,D,E,F这十六个字符。各位的权值为16i

。

十六进制数的运算规则为“逢十六进一，借一当十六”。1位十六进制数用4位二进制来表示，转换方便。十六进制数如是字母打头，则在使用汇编指令时前面须加一个0。MOVP1,#0FFH第十六页，共五十一页，2022年，8月28日4、数制转换进制的表示符号二进制

B(binary),

十六进制H(hexadecimal),八进制O(octave),

十进制D(decimal)。例：100D100B表示四;100H表示二百五十六表示一百;第十七页，共五十一页，2022年，8月28日例如，将13转换成二进制数：（1）二、十六进制数转换成十进制数根据定义，只需将二、十六进制数按权展开后相加即可。1×23+0×22+1×21+1×20＝8+0+2+1＝11例：1011B＝10×161+4×160=164A4H=（2）十进制数转换成二、十六进制数

一个十进制数转换成二进制数时，通常采用“除二取余”法，即用二连续除十进制数，直至商为零，逆序排列余数即可得到。第十八页，共五十一页，2022年，8月28日

21326••••••1低位

23••••••021••••••10••••••1高位结果：13＝1101B同理，将十进制数“除十六取余”即可得到十六进制数。例如，将236转换成十六进制数：

162361614••••••C（12）

0••••••E（14）结果：236＝ECH第十九页，共五十一页，2022年，8月28日

3→0011

A→1010

2→0010

F→1111

即（3）将十六进制数3A2FH转为二进制形式。（4）将二进制110011011B转化成十六进制形式。1011→B

1001→9

0001→1

即110011011B=19BH第二十页，共五十一页，2022年，8月28日四、计算机中的编码1、有符号数的编码数学上有符号数的正负号分别用“＋”和“－”来表示。在计算机中由于采用二进制，只有“1”和“0”两个数字。一般规定最高位是符号位，最高位为“0”表示正数，为“1”表示负数。因在单片机中多数情况以8位二进制数(-128～+127)为单位表示数字，因而下面所举例子均是8位二进制数。计算机中的带符号数有三种表示方法：即原码、反码和补码。第二十一页，共五十一页，2022年，8月28日(1)原码正数的符号位用“0”表示，负数的符号位用“1”表示，这种表示法称为原码。例如：X1＝＋1010101[X1]原=01010101X2＝－1010101[X2]原=11010101左边数称为真值,即为某数的实际有效值。右边为用原码表示的数，两者的最高位分别用“0”和“1”代替了“＋”和“－”。第二十二页，共五十一页，2022年，8月28日(2)反码一个数的反码很容易由原码取得。如果是正数，则其反码与原码相同；如果是负数，则其反码除符号位为1外，其他各数位均将1转换为0，0转换为1。例如：X1＝＋1010101[X1]反=01010101X2＝－1010101[X2]反=10101010第二十三页，共五十一页，2022年，8月28日(3)补码一个数的补码很容易由反码求得。如果是正数，则其补码与原码、反码相同；如果是负数，则其补码为反码加1。例如：X1＝＋1010101[X1]补=01010101X2＝－1010101[X2]补=10101011

总结：③补码表示法规定：正数的补码和原码相同，负数的补码是在其反码的最后一位加1。①数的原码指最高位为数符位，“0”表示正，“1”表示负，数值部分是原数的绝对值。②数的反码表示法规定：正数的反码和原码相同，负数的反码是对其原码除符号位外各位求反(0变1，1变0)。第二十四页，共五十一页，2022年，8月28日例题：二进制数的减法运算。求24（D）－23（D）=?+24的8位原码为00011000B+24的8位补码为00011000B+24的8位反码为00011000B-

23的8位原码为10010111B-

23的8位反码为11101000B-

23的8位补码为11101001B+24-

23=00011000B+

11101001B

100000001B减法运算加法运算第二十五页，共五十一页，2022年，8月28日二－十进制称为二进制编码的十进制数，简称BCD（BinaryCodedDecimal)码。在BCD码中是用四位二进制数给0～9这10个数字编码。2、二－十进制编码例如，十进制数94用BCD码表示即为10010100

。第二十六页，共五十一页，2022年，8月28日表1各数制对照表000101011111F150111011177000101001110E140110011066000100111101D130101010155000100101100C120100010044000100011011B110011001133000100001010A1000100010221001100199000100011110001000880000000000二－十二十六十二－十二十六十第二十七页，共五十一页，2022年，8月28日3、ASCII码：美国国家信息交换标准码，其中数字0～9的ASCII码分别为30H～39H,英文大写字母A～Z的ASCII编码为41H～5AH等等。第二十八页，共五十一页，2022年，8月28日1.2单片机的发展概况

第一阶段（1974~1978年）：单片机的初级阶段。以Intel公司的MCS-48为代表，在一块芯片内含有一个8位CPU、一个8位并行I/O口、一个8位定时/计数器，片内RAM、ROM容量较小。寻址范围不大于4KB，无串行口。

第二阶段（1978~1982年）：单片机的高性能阶段，这一类单片机带有串行接口、16位定时器/计数器和多级中断控制系统、片内RAM、ROM容量也都有增加，寻址的范围达到64KB。这类单片机以Intel公司的MCS-51系列单片机为主流。第二十九页，共五十一页，2022年，8月28日第三阶段（1982~至今）：8位单片机巩固发展和16位、32位单片机的推出阶段。16位单片机除CPU为16位外，片内RAM和ROM容量进一步增大，实时处理能力更强，体现了微控制器的特征。例如Intel公司的MCS-96/196系列、TI公司的MSP430系列等为主。有的单片机还集成了A/D、D/A、看门狗、脉冲宽度调制(PWM)输出等功能。32位单片机是未来单片机发展的趋势，但应用并不多。8位单片机在中、小规模应用场合仍占主流地位，16位单片机在比较复杂的控制系统中才有应用。

第三十页，共五十一页，2022年，8月28日总结：单片机性能不断提高，主要表现在以下几个方面CPU处理数据和运算速度增快（8、16、32位）；片内存储器容量增大，技术更先进；（新型单片机的RAM容量在256B以上，ROM多达128KB以上）第三十一页，共五十一页，2022年，8月28日没有ROM4KB掩膜ROM4KBEPROM51系列

8031805187518951片内RAM128B；2×16位定时器/计数器；4×8位I/O口；1个串口；5个中断源、2个优先级中断，采用HMOS工艺(功耗高)

没有ROM8KB掩膜ROM8KBEPROM52系列

80328052875289528KBFLASH片内RAM256B；3×16位定时器/计数器；6个中断源；80C51采用CHMOS工艺，功耗低。如8051功耗约为630mW，而80C51的功耗只有120mW。4KBFLASH第三十二页，共五十一页，2022年，8月28日单片机接口从类型和数量上都有发展(A/D、D/A、看门狗功能、脉宽调制电路等)；单片机集成度高、功耗低、工作电压范围加宽；P3页对于DIP封装，最好在电路板上安装电路插座，以便于调试时的拔插和更换。外型封装多样化（PDIP、PQFP、PLCC等）；第三十三页，共五十一页，2022年，8月28日常用单片机封装PDIP

(8031、8051、8751)塑料双列直插式封装

PQFP

(MSP430F449)塑料方块平面封装PLCC

(P89LPC932)带引线的塑料芯片载体第三十四页，共五十一页，2022年，8月28日封装形式为PQFP100第三十五页，共五十一页，2022年，8月28日封装形式为PLCC第三十六页，共五十一页，2022年，8月28日第三十七页，共五十一页，2022年，8月28日

ISP及IAP：通过计算机的并口或串口对单片机进行程序下载编程。P293页抗干扰技术增强（看门狗功能、EFT）；第三十八页，共五十一页，2022年，8月28日具有ISP和IAP功能的单片机编程主要有以下三种方法：(1)使用传统的商用编程器进行并行编程的方法：需要使用仿真器和烧录器进行程序的开发和烧录，使用不方便。第三十九页，共五十一页，2022年，8月28日(2)通过计算机通信口对单片机进行系统内编程(ISP)：指电路板上已有器件，直接进行擦除或再编程。适合大规模生产。(3)在运行中的应用程序控制下的应用内的编程(IAP)：指系统在运行当中，测试到新数据，产生新代码时需要对FLASHROM的原代码进行擦除，重新编程等操作。自诊断、自修复、自适应能力。第四十页，共五十一页，2022年，8月28日一、应用单片机的应用范围十分广泛，主要的应用领域有：(1)单片机在智能仪表中的应用单片机广泛的应用于各种仪器仪表，使仪器仪表智能化，并可以提高测量的自动化程度和精度，简化仪器仪表的硬件结构，提高其性价比。比如智能转速表、计时器等。1.3单片机的特点及应用第四十一页，共五十一页，2022年，8月28日智能转速表

适用于转速、线速、频率、长度等物理量的精确测量及控制。第四十二页，共五十一页，2022年，8月28日(2)单片机在机电一体化中的应用

机电一体化是机械工业发展的方向，机械一体化产品是指集机械技术、微电子技术、计算机技术于一体，具有智能化特征的机电产品，例如微机控制的车床、钻床等。单片机作为产品中的控制器，能充分发挥它的体积小、可靠性高、功能强大等优点，可大大提高机器的自动化、智能化程度。比如说数控机床、电镀生产线自动控制等。第四十三页，共五十一页，2022年，8月28日(3)单片机在实时控制中的应用单片机广泛的应用于各种实时控制系统中。例如，在工业测控、航空航天、尖端武器、机器人等各种实时控制系统中，都可以用单片机作为控制器。单片机的实时数据处理能力和控制功能，可使系统保持在最佳的工作状态，提高系统的工作效率和产品质量。

第四十四页，共五十一页，2022年，8月28日第四十五页，共五十一页，2022年，8月28日(4)单片机在分布式多机系统中的应用在比较复杂的系统中，常采用分布式多机系统。多机系统一般由若干台功能各异的单片机组成，各自完成特定的任务，它们通过串行通信相互联系、协调工作。单片机在这种系统中往往作为一个终端机，安装在系统的某些节点上，对现场信息进行实时的测量