《Proteus仿真平台单片机项目式教程》课件 项目0.单片机基础概述

单片机技术《Proteus平台单片机项目式教程》单片机技术教师：手机：QQ：邮箱：@163.com欢迎大家相互交流学习！！！师生联系方式课程地位、考核与评分说明课程地位：专业核心课。成绩百分制录入：平时成绩为：40%考试成绩为：60%平时成绩考核标准：40分。期末考核方式：考试/考查。课程要求：掌握单片机的工作原理及其应用设计基本方法。考核内容分值说明出勤10缺勤每次扣2分，迟到或早退每次扣1分。平时作业20布置作业6次，认真完成所有作业得20分，少一次扣4分，作业马虎、抄袭、质量差每次扣4分，扣完为止。学习态度5高质量完成上机任务加1分，加满为止。课堂表现5积极回答教师提问每次加1分，加满即止。课程特点与学习方法课程特点：实践性强，旨在应用硬件、软件结合紧密学习方法：课前预习，课后复习软硬兼顾，上机实践广阅书刊，用好网络前期课程：数字电路、微机原理几点建议：实践性、应用性很强，仅仅听懂还不够，关键在于动手能力。硬件/软件同样重要。预习、听课、复习、作业、实验都很重要！！！第一讲：单片机基础概述什么是单片机？有什么用？

1单片机发展概况与典型介绍

2单片机中的数制3单片机最小系统-点亮LED

41、什么是单片机？有什么用？一、什么是单片机？（1）、微型计算机硬件结构

——常见的微机台式机嵌入式终端笔记本微型计算机硬件结构——微机硬件组成显示器主机键盘鼠标微型计算机硬件结构——内部结构硬件系统——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+微型计算机系统微型计算机系统(2)、单片微型计算机单片微型计算机是指集成在一个芯片上的微型计算机，简称单片机——单片机实质上就是一个芯片。软件系统+微型计算机系统输入接口设备输出接口设备运算器控制器存储器单片微型计算机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口单片微型计算机内部结构：主要由中央处理器（CPU）、存储器（ROM、RAM）、中断系统、定时/计数器、并行I/O接口和串行I/O接口等部分组成。2024/10/2212二、单片机有什么用？在工业、农业、军事、保安、金融、仪器仪表、航空航天、医疗、通讯、办公设备、娱乐休闲、健身、体育竞赛、服务领域……,大量单片机-嵌入式技术已经无处不在。正迅速改变着人们传统的生产和生活方式。请稍微留心一下我们的周围，看看身边到底发生了什么变化？可以嵌入到电子产品中——嵌入式应用系统单片机已经应用到生活的各个领域。单片机应用领域2、单片机发展概况与典型介绍1971年1月，Intel公司首先研制出集成度为2000只晶体管片的4位微处理器Intel4004，它的成功推出拉开了单片机时代的大幕。在过去的30多年里，单片机从最初的4位单片机已经发展成为32位，类型也已经发展成为上百种系列的近千个品种。一、发展概况单片机的发展时期大致可以分为以下几个阶段：1971～1976年为单片机的萌芽发展时期。功能相对简单的4位单片机主要用作计算器中的控制部件。1976～1979年为8位单片机的初始发展阶段：1976年，Intel推出MCS-48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。此时的单片机相对早期的4位机在性能上有很大提高，另外，也因其体积小、价格低的优点得到了广泛的应用，书写了单片机发展史上重要的一页。1979～1983年为8位单片机的完善发展阶段。1980年Intel公司在MCS-48基础之上推出了高性能8位单片机MCS-51系列：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。不仅单片机的存储容量和中断能力大大增强，并且开始配备串行通信接口。此时单片机发展到一个全新的阶段，应用领域变得更加广泛，MCS-51系列单片机后来成为8位单片机的典范，一直在经典延用。一、发展概况性能提高阶段：1983～1990年为单片机向微控制器（MCU）发展的阶段。

Intel在1983年推出的MCS-96系列16位单片机，将数模转换器（A/D）、程序运行监视器（PWM）、脉宽调制器（WDT）等用于测控系统的部件纳入其中，体现了微控制器特性。之后Intel公司逐渐淡出MCU的开发，Philips公司以其在嵌入应用方面的优势，在MCU发展方面走在前列。与此同时，各大公司的32位单片机也竞相问世，并且开始应用到一些高端领域。一、发展概况多样化发展阶段：1990年至今，单片机的发展趋向多元化，各大厂商在推出16位和32位高端单片机的同时，对8位单片机进行功能上的扩展，衍生出很多新型的单片机，以满足各行业不同层次的需求。如SiliconLabs公司推出的单片机C8051F120:8位高速CPU(100MIPS);128K字节FLASH;5个16位定时计数器;2个UART，另有SMBus和SPI总线接口;20个中断源;8路12位ADC,2路12位DAC;片内看门狗定时器等。控制性能优异、种类繁多。“微控制器”的称谓更能反映单片机的本质。一、发展概况二、典型单片机介绍1．Intel公司 Intel公司是单片机的领跑者，MCS-51系列单片机是该公司系列单片机的总称，8031、8051、8751、8032、8052和8752等都属于该系列，8051是其中的典型代表，其他单片机只是在其基础上进行了一些调整，所以人们习惯上以8051来称呼MCS-51系列单片机。另外，在Intel公司将MCS-51核心技术授权给多家公司后，与8051兼容的各具特色的单片机陆续出现。2．Ｍotorola公司Motorola公司是世界上最大的单片机厂商，在单片机生产上多采用内部倍频技术或锁相环技术，从而使得相同时钟频率下单片机内部总线速度大大提高。M6805、M68HC05、M68HC11、M68HC12是Motorola公司8位单片机的典型代表。倍频（overtune）：倍频是使获得频率为原频率整数倍的一种方法。利用非线性器件从原频率产生多次谐波，通过滤波器选出所需倍数的那次谐波。倍频技术能够使CPU内部工作频率变为外部频率的倍数，并使外部设备可以工作在一个较低外频上。锁相环技术（Phase-LockedLoop，PLL）：PLL是实现相位自动控制的负反馈系统，它使振荡器的相位和频率与输入信号的相位和频率同步。二、典型单片机介绍3．ATMEL公司ATMEL公司的8位单片机有AT89、AT90两个系列，AT89系列与8051系列单片机相兼容，具有8KB的闪速存储器（FlashMemory），采用静态时钟模式。AT90系列单片机采用增强精简指令集（RISC）结构，大多数指令仅需要1个晶振周期，运行速度快；因为最初两位研发人员的名字分别以A和V开头，所以此类单片机又被称为AVR单片机。精简指令集计算机（ReducedInstructionSetComputer，RISC）：RISC是和CISC（ComplexInstructionSetComputer，复杂指令集计算机）相对的一种CPU架构，它把较长的指令分拆成若干条长度相同的单一指令，可使CPU的工作变得单纯、速度更快，设计和开发也更简单。二、典型单片机介绍4．Microchip公司 Microchip公司推出的8位PIC系列单片机采用RISC结构，PIC16C5X属于其中的低端产品，价位低，适用于家电产品。PIC12C6XX是PIC系列的中级产品，产品性能相对较高，内部带有EEPROM数据存储器（电擦写数据存储器）、A/D转换器、PWM输出等。PIC17CXX属于这一系列的高端产品，运算速度非常快，可以外接扩展存储RAM或者EPROM，并且具有丰富的I/O控制功能，适用于偏高档的设备。5．EMC公司 台湾义隆电子（EMC公司）制造的大部分单片机产品与Microchip公司的PIC系列单片机兼容。其中，8位EM78系列单片机因采用数据总线和指令总线分离的设计结构，故以其优良的性能得到广泛应用。二、典型单片机介绍另外，还有很多企业在单片机生产和发展中扮演着重要的角色，如ARM（AdvancedRISCMachines）公司是RISC处理器方面的知名企业，美国德州仪器公司（TI）在生产数字信号处理器（DSP）方面拥有领先技术。如图所示显示了单片机发展过程中几种典型的单片机。今天，单片机的世界玲琅满目，给用户提供了很大的选择空间，我们在工作中可以根据实际需要进行选择。（a）Intel公司4004和8008（b）ATMEL公司AT系列（c）Microchip公司的PIC系列二、典型单片机介绍单片机产品近况80C51兼容产品:80C51主流地位已形成，与其兼容的典型产品有:ATMEL的AT89S5X系列(ISP，在系统编程).宏晶的STC89、STC90系列(RS232口编程，方便实用,国产).SiliconLabs的C8051F系列(SOC，片内功能模块丰富)非80C51结构产品:给用户提供了更为广泛选择空间，典型产品有:Microchip公司的PIC系列(品种多便于选型，汽车产品)TI公司的MSP430系列(16位，低功耗，电池供电产品)ATMEL公司的AVR和Mega系列(不易解密，军工产品)ST公司M3\M4系列(32位，高性能，智能化产品)从单片机结构上看，整体的发展趋势是朝着小容量、低价格和大容量、高性能两个方向发展。另外，将需要的外围电路纳入芯片之中，形成系统级芯片（SystemonaChip，SoC）是单片机发展的一个热点。与计算机的CPU芯片的飞速发展不同，单片机的发展并不是完全推陈出新，低、中、高不同档次的单片机都有自己的应用市场。4位单片机在未来一段时间内不会退出历史舞台，对于简单的电子小商品来说，4位单片机完全满足需求并且价格低廉；8位单片机仍将是单片机市场的主流产品；16位和32位单片机随着技术发展和开发成本的下降，会在更多科技产品中大显身手。发展趋势3、单片机中的数制一、进位计数制按进位原则进行计数的方法,称为进位计数制。十进制数有两个主要特点:

（1）有10个不同的数字符号:0、1、2、…、9;

（2）低位向高位进位的规律是“逢十进一”。因此,同一个数字符号在不同的数位所代表的数值是不同的。如555.5中4个5分别代表500、50、5和0.5,这个数可以写成555.5=5×102+5×101+5×100+5×10-1

式中的10称为十进制的基数,10２、101、100、10-1称为各数位的权。一般而言,对于用R进制表示的数N,可以按权展开为：

式中,ai

是0、1、…、（R-1）中的任一个,m、n是正整数,R是基数。在R进制中,每个数字所表示的值是该数字与它相应的权Ri的乘积,计数原则是“逢R进一”。进制通式

当R=2时,称为二进位计数制,简称二进制。在二进制数中,只有两个不同数码:0和1,进位规律为“逢二进一”。任何一个数N,可用二进制表示为：

例如,二进制数1011.01可表示为：(1011.01)2=1×23+0×22+1×21+1×20+0×2-1+1×2-2

1.二进制数当R=16时,称为十六进制。在十六进制中,有0、1、2、…、9、A、B、C、D、E、F共16个不同的数码,进位方法是“逢十六进一”。例如,（3A8.0D）16可表示为：（3A8.0D)16=3×162+10×161+8×160+0×16-1+13×16-2

2.十六进制二、不同进制间的相互转换1.二、八、十六进制转换成十进制例1：

将数(10.101)2,(46.12)8,(2D.A4)16转换为十进制。（10.101)2=1×21+0×20+1×2-1+0×2-2+1×2-3=2.625(46.12)8=4×81+6×80+1×8-1+2×8-2=38.15625(2D.A4)16=2×161+13×160+10×16-1+4×16-2=45.64062

(1)整数部分:除基取余法。例2：

将（168.645)10转换成二、八、十六进制数。2.十进制数转换成二、八、十六进制数

(2)小数部分:乘基取整法。例2：

将（168.645)10转换成二、八、十六进制数。2.十进制数转换成二、八、十六进制数故：(0.645)10=(0.10100)2=(0.51217)8=(0.A51EB)16

2024/10/2233因此：

将（168.645)10

转换成二、八、十六进制数。168.645)10=(10101000.10100)2=(250.51217)8=(A8.A51EB)163.将二进制换成十六进制例6将（110101.011)2转换为十六进制数。00110101.011035

.6即：（110101.011)2=(35.6)16

34三、带符号数的表示1.机器数及真值

计算机正负符号如何表示呢？规定最高位为符号位：“0”表示正,“1”表示负。

例如,X=-1101010B,Y=+1101010B,则X表示为:11101010B,Y表示为01101010B。

2.原码

当符号位不变,数值部分用真值的绝对值来表示的二进制机器数称为原码。例如+115和-115的8位原码可分别表示为：［+115］原=01110011B;［-115］原=11110011B352.反码

正数的反码等于原码;负数的反码,由它的正数的原码按位取反形成。例如:X=+103,则［X］反=［X］原=01100111B;

X=-103,［X］原=11100111B,则［X］反=10011000B。3.补码对于n位计算机来说,数X的补码定义为：即正数的补码就是它本身,负数补码是真值与模数相加而得。

36例如,n=8时：

［+75］补=01001001B

［-73］补=100000000B-01001001B=10110111B

［0］补=［+0］补=［-0］补=00000000B

可见,数0的补码表示是唯一的。在用补码定义求负数补码的过程中,由于做减法不方便,一般该法不用。负数补码的求法:用原码求反码,再在数值末位加1,即:［X］补=［X］反+1。例如:［-30］补=［-30］反+1=［+30］原+1=11100001+1=11100010B。8位二进制补码能表示的范围为:-128~+127,若超过此范围,则为溢出。