第1章-单片机基础知识(课件)

第

章

单

片

机

基础知识

本章内容SingleChipMicrocomputer什么是单片机？数制和码制单片机分类计算机发展概述2/50计算机发展概况

●

世界上第1台计算机电子管●名称：ENIAC(ElectronicNumericalIntegratorandComputer)●目的：用于第2次世界大战后期的弹道计算●诞生时间：1946年2月15日●诞生地：美国宾夕法尼亚大学ENIAC计算机●使用18000只电子管●占地面积100m2●重量30吨●耗电量140千瓦教学进程3/50微型计算机发展概况

●约翰·冯·诺依曼●姓名：JohnVonNeumann●诞生时间：

1903年12月28日●逝世日期：

1957年2月8日●国籍：美籍匈牙利人简单的来说他的精髓贡献是以下几点：●进制思想电子元件双稳工作的特点，提出在电子计算机中采用二进制●程序内存思想●存储程序通用电子计算机方案运算器、逻辑控制装置、存储器、输入和输出设备教学进程4/50

阶段CPU(中央处理器)第一代 Intel4004/8008第二代 Intel8080第三代 Intel8085第四代Intel8086/8088/80486第五代 Pentium586 PentiumⅡ PentiumⅢ PentiumⅣ1971年第1台微型计算机诞生微型计算机的发展1.1.1平板电脑老式电脑IBM-PC586电脑Pentium多媒体电脑笔记本电脑教学进程5/50●Intel8080●出产年份：

1974年4月●频率：2MHz教学进程●它是英特尔公司继4004芯片推出的第三代微处理器，8080比4004快十倍而且数据宽度也从4位扩展到8位，被广泛应用与各种控制系统和嵌入式系统中。6/50教学进程7/50●IntelMCS-48●出产年份：

1976年●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。教学进程●1976年intel公司研制出MCS-48系列8位的单片机，这也是单片机的问世。8/50●IntelMCS-51●出产年份：

1980年教学进程●1980年intel公司研制出MCS-51系列8位的单片机。

●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。。微型计算机硬件结构——运算器控制器CPU存储器输入接口电路输入设备输出设备输出接口电路硬件系统内部结构CPU(CentralProcessingUnit)硬件系统——构成微机的实体和装置软件系统——微机系统所使用的各种程序的总称软件系统与硬件系统共同构成实用的微机系统，两者是相辅相成、缺一不可的。

软件系统+微型计算机系统运算器控制器CPU存储器输入接口电路输入设备输出设备输出接口电路硬件系统微型计算机系统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。内存容量：内存存储单元数 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。内存存取周期：内存读写速度

50nS、70nS、200nS。单片机即单片微型计算机，是将计算机主机(CPU、 内存和I/O接口)集成在一小块硅片上的微型机。单片机为工业测控而设计，又称微控制器。具有三高优势(集成度高、可靠性高、性价比高)。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。单片微型计算机单片机的特点及应用1.单片机的特点体积小，重量轻电源单一，功耗低功能强，价格低运行速度快，抗干扰能力强，可靠性高可以嵌入到电子产品中——嵌入式应用系统2.单片机应用

工业方面民用方面仪表方面电讯方面数据处理方面汽车方面单片机发展概况1976-1978初级8位单片机IntelMCS-48系列1978-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89C2051/10511983-16位单片机IntelMCS-96系列8098/8096、80C198/80C19632位单片机80960◆目前8位单片机仍是单片机的主流机型；◆生产厂商：◆单片机的发展经历了由4位机到8位机,再到16位机的发展过程美国微芯片公司:PIC16C××系列、PIC17C××系列、PIC1400系列，美国英特尔公司的MCS-48和MCS-51系列，美国摩托罗拉公司的MC68HC05系列和MC68HC11系列，美国齐洛格公司的Z8系列，日本电气公司的μPD78××系列，美国莫斯特克公司和仙童公司合作生产的F8（3870）系列等。

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。在开创嵌入式系统独立发展道路上，Intel公司功不可没单片机技术发展的三个阶段SCM即单片微型计算机（SingleChipMicrocomputer）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。它所涉及的领域都与对象系统相关，因此，发展MCU的重任不可避免地落在电气、电子技术厂家。从这一角度来看，Intel逐渐淡出MCU的发展也有其客观因素。在发展MCU方面，最著名的厂家当数Philips公司。单片机技术发展的三个阶段MCU即微控制器（MicroControllerUnit）阶段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。因此，对单片机的理解可以从单片微型计算机、单片微控制器延伸到单片应用系统。单片机技术发展的三个阶段SoC单片机(SystemOnChip)单片机内部结构示意图

CPU

存储器定时器/计数器

中断系统P0-P3TxDRxD

TINT并行I/O口串行I/O口单片机应用系统

单片机应用系统单片机＋接口电路及外设等＋软件硬件单片机应用系统:由硬件系统和软件系统组成硬件是应用系统的基础软件是在硬件的基础上对其资源进行合理调配和使用，从而完成应用系统所要求的任务，二者相互依赖，缺一不可注：本课程的重点1.掌握单片机应用系统硬件原理的分析方法。2.掌握软件设计与调试的基本技能。22/50●姓名：

周立功●诞生时间：

1964年3月出生●毕业院校：东华大学●国籍：中国

广州周立功单片机发展有限公司

广州致远电子有限公司●我依然保持每天学习到深夜的习惯，但我只学习有用的知识，每天学以致用在实践中验证和提高●我在三十多岁的时候就胡子全白了，每天工作16小时。教学进程23/50所谓数制是指按进位的方法来进行计数计算机基础数制、编码（一）数制●二进制数(mod.2)000000010010001101000101(1101)2●八进制(mod.8)1234567

10

11...1720...2730

(57)8●

十进制(mod.10)12345678910111213...1920(22)10●十六进制(mod.16)1...9ABCDEF1011...1F20(2E6)1610111213141524/50一个数值，可以用不同进制的数表示。通常用数字后面跟一个英文字母来表示该数的数制。十进制数：

DDecimalD可以省略不用.二进制数：

BBinary八进制数：

OOctal十六进制数：HHexadecimal.例：1001B=09H=9D1-2 计算机运算基础*基数：数制所使用的数码的个数*权：数制中每一位所具有的值.

对于十进制来说，10称为十进制数的基数。两个基本概念进制数数学表达形式一.

十进制ND有十个数码：0～9，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称为基数，各位系数为0～9。 一般表达式：ND=dn-1×10n-1+dn-2×10n-2+…+d0×100+d-1×10-1+…二.

二进制NB两个数码：0、1,逢二进一。 例1101.101=1×23+1×22+0×21+1×20+1×2-1+1×2-3

加权展开式以2为基数，各位系数为0、1。 一般表达式：

NB=bn-1×2n-1+bn-2×2n-2+…+b0×20+b-1×2-1+…进制数数学表达形式进制数数学表达形式三.十六进制NH十六个数码0～9、A～F，逢十六进一。 例：DFC.8=13×162+15×161+12×160+8×16-1

展开式以十六为基数，各位系数为0～9，A～F。 一般表达式：

NH=hn-1×16n-1+hn-2×16n-2+…+h0×160+h-1×16-1+…29/50数的进制转换各种进制间的对应关系

1●数制的换算禁止四舍五入！教学进程二进制八进制十进制十六进制00000000001111001022200113330100444010155501106660111777100010881001119910101210A10111311B11001412C11011513D11101614E11111715F1000020161010001211711不同进制数换算方法230/50●mod2-mod10换算mod.10mod.227.25mod.2mod.1011011.011101101个位×24×23×22×21×20×2-1×2-2++++++[例](11011.01)2=10010.11mod.10mod.2[例](18.8125)10=整数部分(除2取余法)小数部分(乘2取整法)218......余092......余142......余022......余01......余1100100.8125×21.625......整数部分=1×21.25......整数部分=1×20.5......整数部分=0110教学进程31/50●mod16-mod10换算mod.10mod.16788.07031mod.16mod.10314.1231412个位×162×161×160×16-1×16-2++++[例](314.12)16=13A.4Fmod.10mod.16[例](314.31)10=整数部分(除16取余法)小数部分(乘16取整法)16314......余10→A1916......余31......余113A0.31×164.96......整数部分=4×1615.36......整数部分=15→F4F教学进程32/50●mod2-mod16换算mod.16mod.2(3D.5C)16[例](111101.010111)2=(1001011.01100001)2mod.16mod.2[例](4B.61)16=●规则：4位并1位计数方向：左←.→右位数不足补0mod.200111101.01011100mod.163D.5C●规则：1位拆4位

mod.164B.61mod.201001011.01100001教学进程例题例1：将237D化为二进制数。例2：0.6875D化为二进制数。例3：237D化为十六进制数例4：将0.5429D为十六进制数例5：将3D7BH化为十进制数34/50计算机中有符号数的表示2常用的编码方案：原码、反码、补码。1、原码原码：用最高位表示符号，其中：0----正、1----负，其它位表示数值的绝对值。【例】有符号数的原码表示。X=45=00101101B[X]原=00101101BX=-45,[X]原=10101101B原码表示简单易懂，但若是两个异号数相加（或两个同号数相减）,就要做减法。为了把减法运算转换为加法运算就引进了反码和补码。

教学进程35/50

教学进程0的表示形式（8位）[+0]原=00000000[-0]原=10000000特点A、原码与真值的对应关系简单。B、0的编码不唯一，处理运算不方便。C、8位二进制数，原码可表示的范围：+127D~-127D36/502、反码正数的反码与原码相同，符号位用0表示，数值位值不变。负数的反码符号位用1表示,数值位由原码数值位按位取反形成，即0变1、1变0。【例】有符号数的反码表示。X=45=00101101B,[X]反=00101101BX=-45,[X]反=11010010B教学进程反码的特点：“0”有+0和-0之分。[+0]反=00000000[-0]反=111111111

(2)8位二进制反码所能表示的数值范围为+127～–127，

一般地，对于n位字长的计算机来说，其反码表示

的数值范围为+2n-1–1～–2n-1+1。

(3)8位带符号数用反码表示时，若最高位为“0”（正数）

则后面的7位即为数值；若最高位为“1”（负数），

则后面7位表示的不是此负数的数值，必须把它们按

位取反，才是该负数的二进制值。如：一个数的反码为10010100B（反）其实际表示值为-107D

例如:

一个8位二进制反码表示的数10010100B。它是一个负数；但它并不等于－20D，而应先将其数字位按位取反，然后才能得出此二进制数反码所表示的真值:

－1101011＝－（1×26＋1×25＋1×23＋1×21＋1）

＝－（64＋32＋8＋3）

＝－107D39/502023/7/29393、补码正数的补码和原码相同。负数的补码=反码+1。【例1.3】有符号数的补码表示。X=45=00101101B[X]补=00101101BX=-45[X]补=11010011B【例1.4】求±127和±0的三种编码表示。 [+127]原=01111111[+0]原=00000000 [-127]反=10000000[-0]反=11111111 [-127]补=10000001[-0]补=00000000注：A、[0]补=[+0]补=[-0]补=00000000B、8位二进制数表示的数值范围是：+127~-128C、知道补码求原码：[[X]补]补=[X]原教学进程40/502023/7/29404、补码的计算正数补码等于它本身，只有负数才有求补码的问题，补码的计算可以有以下方法：利用原码求

[X]补=[X]反+1直接求补法 从最低位起，到出现第一个1以前原码中的数字不变，以后逐位取反，但符号位不变。例：求补码:X1=-1010111B，X2=-1110000B[X1]原=11010111B[X2]原=11110000B->[X1]补=10101001B[X2]补=10010000B41/502023/7/2941补码的加法可以证明：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+Y]补=[X]补+[Y]补

例：用补码进行下列运算

1）、（+18）+（-15）2）、（-18）+（-11）42/502023/7/2942解

1）、00010010B[+18]补

+11110001B[-15]补

100000011B[+3]补符号位的进位，舍弃 2)、11101110B[-18]补

+11110101B[-11]补

111100011B[-29