单片机第一章概述

单片机第一章概述第一页，共四十六页，编辑于2023年，星期日理论课教材：《单片机基础》李广弟编著，北京航空航天大学出版社参考教材：《单片机基础》李广弟编著（第二版）《单片机原理、接口技术及应用》宋培义中国广播电视出版社考核:平时、实验占20％，期中占20％，期末占60％课程简介第二页，共四十六页，编辑于2023年，星期日实验课教材：《单片机原理与应用》实验指导书石东新、温淑鸿编写参考教材：《单片机系统的PROTEUS设计与仿真》张靖武、周灵彬编著电子工业出版社《基于PROTEUS的电路及单片机系统设计与方针》周润景、张丽娜等编北京航空航天大学出版社课程简介第三页，共四十六页，编辑于2023年，星期日

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搜索《单片机原理》课程负责人：柴剑平网络资源第四页，共四十六页，编辑于2023年，星期日

点击课程名进入《单片机原理》网络教学综合平台1.电子教案网络资源第五页，共四十六页，编辑于2023年，星期日

2.实验教学网络资源第六页，共四十六页，编辑于2023年，星期日

3.习题作业网络资源第七页，共四十六页，编辑于2023年，星期日课程位置基础课：高数、大物、英语、概率论等专业基础课：电路分析、（非）线性电子线路、信号与系统、数字逻辑电路、单片机原理等专业课：嵌入式系统、EDA、DSP、有线电视技术等实验课：各类相关实验课程。第八页，共四十六页，编辑于2023年，星期日学习方法触类旁通，对比记忆： 单片机是微计算机的一个分支。勤思多练，做好实验：

实验可以巩固所学，并增添学习乐趣。把握重点，掌握精髓：单片机原理，是硬件工程师的必修。学以致用，前途无限：

专业课的学习，为的是以后的开发应用。第九页，共四十六页，编辑于2023年，星期日第一章单片机概述第一节、单片机的概述第二节、单片机的应用第三节、常用单片机系列第四节、单片机的开发过程第十页，共四十六页，编辑于2023年，星期日第一节、单片机概述

1.1微型计算机的组成CPU速度快2GHz内存RAM掉电丢失速度快256M字节硬盘程序掉电不丢失速度慢80G字节串行口RS232USB等并行扩展口LPT1PCI

定时器中断处理等其他各种资源人机界面显示器键盘鼠标等总线扩展数据总线DB地址总线AB控制总线CB32/64位第十一页，共四十六页，编辑于2023年，星期日

1.1.1微型计算机的发展1946-1958第一代电子管计算机。磁鼓存储器，机器语言、汇编语言编程，世界上第一台数字计算机。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。第十二页，共四十六页，编辑于2023年，星期日1946年由美国宾夕法尼亚大学研制的世界第一台电子计算机ENIAC（ElectronicNumericalIntegratorAndcalculator），运算速度5000次/秒，功耗150kw，占地170m2

，重达30吨，造价100万美元。

第十三页，共四十六页，编辑于2023年，星期日1.1.2计算机发展趋势微型化─便携式、低功耗，如单片机、掌上电脑。巨型化─尖端科技领域的信息处理，需要超大容量、高速度，如1000亿次的超大型机。智能化─模拟人类大脑思维和交流方式，多种处理能力，如蛋白质记忆体。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，如IPV6第十四页，共四十六页，编辑于2023年，星期日1.1.3计算机主要技术指标字长------CPU并行处理二进制的数据位数,8位机、16位机、32

位机和64位机等。内存容量---内存存储单元数,容量单位：1KB=210B=1024B，1MB=210KB=1024KB=1KKB,8K、64K、16M、64M、128M、256M。运算速度---CPU处理速度,时钟频率、主频、每秒运算次数100MHz、300MHz、1GHz、2GHz。内存存取周期--内存读写速度50nS、70nS、200nS。第十五页，共四十六页，编辑于2023年，星期日1.2单片机的组成总线扩展数据总线DB地址总线AB控制总线CB4/8/16位CPU速度慢20MHz内存RAM掉电丢失256字节程序ROM掉电不丢失64K字节串行口RS232USB等并行口如4X8=32

定时器2个中断处理5个等等芯片内第十六页，共四十六页，编辑于2023年，星期日1.2.1单片机的名称单片机因将其主要部分集中在一块芯片上而得名，具体说就是把中央处理器CPU、随机存储器、只读存储器、中断系统、定时器/计数器以及I/O电路等主要微型机部件，集成在一块芯片上。所以称为单片微型计算机，简称单片机SCMC(SingleChipMicroComputer）。或称为微控制器MCU（MicroControllerUnit）。或称嵌入式控制器EMCU(EmbeddedController)

第十七页，共四十六页，编辑于2023年，星期日1.2.2单片机与单片机系统单片机只是一个芯片；单片机系统是在单片机芯片的基础上扩展其他电路或芯片构成的具有一定应用功能的计算机系统。1.2.3单片机应用系统与单片机开发系统单片机应用系统是为控制应用而设计的；单片机开发系统是单片机系统开发调试的工具1.2.4单片机程序设计语言和软件单片机开发系统中可使用机器语言、汇编语言和高级语言第十八页，共四十六页，编辑于2023年，星期日计算机单片机第十九页，共四十六页，编辑于2023年，星期日1.3单片机的特点：补充1)集成度高体积小：在一个芯片内包含了全部功能，体积在米粒和火柴盒大小之间，适合做各种微型化产品，与被控体融为一体。2)功能强大应用面广：内含运算器、内存RAM、程序存储ROM、定时器、中断管理、串行/并行IO口等等，在一些特殊场合还包含AD/DA、DSP、USB、LAN等等，可以说无处不在。3)功耗低适合便携：CMOS低功耗工艺、提供睡眠/待机/运行多种模式，耗电量在几uA到一两百mA之间，非常适合便携。4)开发方便价位很低：形成几大系列，提供完备的开发环境，如软件开发环境、常用例程、编程器等；开发环境在百元至万元之间，芯片在几元到百元之间，为科研开发提供了很好的环境。第二十页，共四十六页，编辑于2023年，星期日1.4学习单片机原理的方法：1)软件编程与硬件调试相结合既用到软件编程，又用到电子线路、数字电路知识，要把软件与硬件融会贯通。2)理论学习和实践动手相结合：本课程有极强的实践特点，只有通过大量的动手实验、增强感性认识，才能学好本课程。3)分析实际产品培养兴趣和科研能力：必须学以致用，为综合课程设计、毕业设计、考研和就业面试打下坚实基础。第二十一页，共四十六页，编辑于2023年，星期日1）工业自动化方面2）仪器仪表方面3）家用电器方面4）玩具方面5）信息和通信产品方面6）军事装备方面第二节、单片机的应用第二十二页，共四十六页，编辑于2023年，星期日单片机的应用举例——电视机及遥控单片机红外发射红外接收单片机换台控制音量控制亮度控制色度控制第二十三页，共四十六页，编辑于2023年，星期日单片机的应用举例——儿童玩具单片机转圈传感按键1识别按键2识别依靠8个LED可以显示转速\英文字母和复杂的图案,并且在转速变化的情况下,显示依然稳定第二十四页，共四十六页，编辑于2023年，星期日第三节、常用单片机系列（51系列单片机产品）

•根据器件的存储器的类型无ROM型:8031ROM型:8051专用型单片机通用型单片机EPROM:8751EEPROM型:8951FLASH型第二十五页，共四十六页，编辑于2023年，星期日MCS-51单片机系列产品CHMOS8KB8KB4KB4KB片内ROM容量614X83X162X64KB256B89C5287C5280C5280C32614X83X162X64KB256B895287528052803252子系列514X82X162X64KB128B89C5187C5180C5180C31514X82X162X64KB128B895187518051803151子系列串行口并行口计数器E2PROMEPROMROM无中断源I/O特性寻址范围片内RAM容量片内ROM形式子系列制造工艺HMOSHMOSCHMOS注：1、MCS-51系列分为51和52两个子系列，其中51是基本型，52是增强型。2、HMOS工艺有高速度和高密度的特点，CHMOS工艺采用CMOS和HMOS结合的，除保持HMOS的特点之外，还有CMOS低功耗的特点，第二十六页，共四十六页，编辑于2023年，星期日第四节、单片机的开发过程设计硬件源代码烧入单片机软件编程软件仿真调试插入单片机脱机工作模数电路/单片机硬件MCS51汇编语言/C计算机/MEDWIN环境计算机/烧写器整机调试/测试第二十七页，共四十六页，编辑于2023年，星期日设计硬件用模电/数电知识，布电路板，用示波器调试仿真仪有各种外形，根据单片机封装形式有多种头第二十八页，共四十六页，编辑于2023年，星期日仿真调试仿真仪插入目标板中软件调试在计算机上安装MEDWIN调试环境第二十九页，共四十六页，编辑于2023年，星期日烧写器不同型号的单片机用不同的软件和插座图示40脚单片机20脚单片机第三十页，共四十六页，编辑于2023年，星期日脱机工作目标板中插入烧写好的单片机脱开计算机工作烧写芯片把调试好的程序代码烧入单片机中第三十一页，共四十六页，编辑于2023年，星期日补充知识：计算机运算基础★必须掌握不同数制之间的转换第三十二页，共四十六页，编辑于2023年，星期日一、进制转换（1）二进制转十进制10110.11B=（2）十六进制转十进制70F.B1H=

1*24+0*23+1*22+1*21+0*20+1*2-1+1*2-2=22.757*162+F*160+B*16-1+1*16-2=1807.6941D第三十三页，共四十六页，编辑于2023年，星期日（3）十进制转二进制整数：除二取余法215D小数：乘2取整法0.3758221510.375821071*225310.751602260*221311.503212600.5032231*2111.00641215D=11010111B0.3758D≈0.011B

高位低位高位低位215.3758D≈11010111.011B注：任何十进制整数可以精确转换成一个二进制整数，但十进制小数不一定可以精确转换成二进制小数。第三十四页，共四十六页，编辑于2023年，星期日（4）十进制转十六进制整数：除16取余法3901小数：乘16取整法0.7617187516390113D低位0.761718751624333*16高位1515F高位12.187512C0.1875*163.000033低位3901D＝F3DH0.76171875=0.C3H3901.76171875D=F3D.C3H注：整数部分一直除到商数<16为止，小数部分乘16一直到乘积的小数部分为0或到达所需精度为止。第三十五页，共四十六页，编辑于2023年，星期日（5）二进制转十六进制四位合一法，不足四位用0补齐1101111100011.100101B

000

（6）十六进制转二进制3AB.7A5H3AB.7A5001110101011.0111101001011101111100011.10010100B1BE3.94[……]B=1BE3.94H第三十六页，共四十六页，编辑于2023年，星期日二、机器数及其表示方法计算机中使用的二进制数称为机器数。符号数：（符号数用最高位表示符号位）二进制数最高位“0”代表正号“＋”01111111二进制数最高位“1”代表负号“－”11110000无符号数：是逻辑数，就是一串二进制代码，如存储器地址，字符ASCALL码。机器数有三种表示方法：原码、反码、补码第三十七页，共四十六页，编辑于2023年，星期日原码，反码和补码(1)原码是带符号二进制机器数的原始表示，正数的符号位用0表示，负数的符号位用1表示，其余位表示数值。

例：x=+1010B[x]原＝1010By=-1010B[y]原＝1010B（2）正数的反码和原码相同负数的反码符号位为负即“1”，数值位则是原码按位取反例：x=+1101101B[x]原＝[x]反＝01101101By=-0110110B[y]原＝10110110B[y]反＝0000000111001001原码表示数的范围与字长有关，范围是-（2n-1-1）~（2n-1-1）反码表示的数字范围同原码数字‘0’也有2个编码表示(+0)10=(00000000)2，(-0)10=(11111111)2

第三十八页，共四十六页，编辑于2023年，星期日（3）正数的补码和原码相同负数的补码是反码加1例：x=+1010B[x]原＝[x]反＝[x]补＝00001010By=-01010B[y]原＝10001010B[y]反＝11110101B

[y]补＝11110101＋1＝11110110B负数的补码再求补就得到原码第三十九页，共四十六页，编辑于2023年，星期日在不发生溢出的情况下，定点补码加减运算规则是：两个补码形式的数（无论正负）相加，只要按二进制运算规则运算，得到的结果就是其和的补码。即有：[X]补+[Y]补=[X+Y]补

可推出：[X]补-

[Y]补=[X-Y]补

[X-Y]补=[X+(-Y)]补=[X]补+[-Y]补

这样可以将减法运算转化为加法，使加减法统一。补码运算规则第四十页，共四十六页，编辑于2023年，星期日溢出的概念在微机中只要数的绝对值超过机器所能表示的最大值，就会发生溢出，造成运算错误。目前对带符号数常采用两种方法判断溢出。1、双进位判溢出2、单符号位判溢出D6CY⊕D7CY=0，无溢出D6CY⊕D7CY=1，有溢出两个符号相反的数相加不会产生溢出；两个数符号位相同时，如果正数相加，和的符号位为负，则为正溢出；如果负数相加，和的符号位为正，则为负溢出。第四十一页，共四十六页，编辑于202