单片机基础知识.ppt

1、,第一章 单片机基础知识, 1.1 单片机概述, 1.2 微型计算机中数的表示方法, 1.3 二进制数的运算, 1.4 微机的码制和编码,第一章 单片机基础知识,习题与思考题,第一章 单片机基础知识,1.1 单片机概述,1.1.1微处理器、微型计算机和单片机的概念,微处理器（MP）就是传统计算机的CPU，是集成在同一块芯片上的具有运算和控制功能的中央处理器，简称MP，它是构成微型计算机系统的核心部件。,4004微处理器,第一章 单片机基础知识,微型计算机（MC）是以微处理器为核心，再配上存储器、I/O接口和中断系统等构成的整体。它们可以集中装在同一块或数块印刷电路板上。,第一章 单片机基础知识

2、, 微型计算机系统（MCS）是指以微型计算机为核心，配上外围设备、电源和软件等，能独立工作的完整计算机系统。,第一章 单片机基础知识,单片微型计算机(Single Chip Microcomputer)是将微处理器、处理器、I/O接口和中断系统集成在同一块芯片上，具有完整功能的微型计算机。软件程序存放在片内或片外扩展的只读存储器内。,CF745 单片机,第一章 单片机基础知识,1.1.2 单片机的发展状况,单片机自1974年美国仙童公司研制出世界上第一台微型计算机F8开始，其发展过程大致可以分为以下几个阶段：,第一代单片机（19741976年）：制造工艺落后，集成度较低，而且采用双片形式，典型

3、代表产品Fairchild公司的F8系列机和Intel公司的3870系列机。,第一章 单片机基础知识,第二代单片机（19761978年）：单块芯片，但性能低、品种少、寻址范围有限、应用范围也不广。典型Intel 公司的MCS-48系列机。,第三代单片机（19791982年）：8位单片机的成熟阶段。存储容量大、寻址范围广，而且中断源、并行I/O口、定时器/计数器的个数都有了不同程度的增加，集成了全双工串行通信接口电路，指令系统反面增设了乘除法和比较指令。典型代表有Intel公司的MCS-51系列机。,第一章 单片机基础知识,第四代单片机（1983年以后）：8位单片机向高性能方面发展，出现了工艺先

4、进、集成度高、内部功能更强和运算速度更快的16位单片机（可以使用C语言）。典型代表有Intel公司的MCS-96系列机和NC公司的HPC16040系列机。,最近几年的单片机发展处于8位机和16位机并行发展的状态，它们都在向高性能、高运算速度、增加自身存储能力方向发展。,第一章 单片机基础知识,1.1.3 ATMEL89系列单片机简介,ATMEL89系列（AT89）单片机是美国ATMEL公司生产的8位高性能单片机，主要技术优势是内部含有可编程Flash存储器，用户可以很方便的进行程序的擦写操作，在嵌入式控制领域中被广泛的应用。AT89系列单片机与工业标准MCS-51系列单片机的指令组和引脚是兼容

5、的，因而可替代MCS-51系列单片机使用。AT89系列单片机可分为标准型、低档型和高档型三种类型。,AT89C52,表1-1 AT89系列单片机概况,第一章 单片机基础知识,1.2 微机中数的表示方法及数制间的转换,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”。,按进位原则进行计数的方法, 称为进位计数制,第一章 单片机基础知识,1.2.1 微型计算机中的常用数制,十进制数,十进制数有两个主要特点:

6、 （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”。,例如：543.21可表示为： 543.21=5102+4101+3100+210-1+110-2,式中的10称为十进制的基数, 10、101、100、10-1称为各数位的权。,第一章 单片机基础知识,二进制,二进制数有两个主要特点：,（1）在二进制数中, 只有两个不同数码: 0和1,基数是2。,（2）进位规律为“逢二进一”，一般在数后面用符号B表 示是二进制数。,例如, 二进制数 1011.01 可表示为 (1011.01)2=123+022+121+120+02-1+12-2,第

7、一章 单片机基础知识,十六进制数,十六进制数有两个主要特点：,（1）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，基数是16。,（2）进位方法是“逢十六进一”。一般在数的后边加一个字母H表示是 十六进制数。 ,例如, （3A8.0D）16可表示为： （3A8.0D)16=3162+10161+8160+016-1+ 316-2,第一章 单片机基础知识,1.2.2 数制间的转换,进位计数制的一般表达式：Nr= an-1rn-1+an-2rn-2+ +a1r1a0r0a-1r-1a-mr-m 一个r1进制的数转换成r2进制数的方法：先展开，然后按r2进制的运

8、算法则求和计算。,二进制数与十六进制数的转换,例如：3AF.2H = 0011 1010 1111.0010 = 1110101111.001B 3 A F 2 1111101.11B = 0111 1101.1100 = 7D.CH 7 D C,24=16 ，四位二进制数对应一位十六进制数。,第一章 单片机基础知识,二进制数与十进制数间的转换,1011.1010B=123+121+120+12-1+12-3=11.625,1、二进制 十进制 例如：,（先展开，然后按照十进制运算法则求和。）,39转换成二进制数 39 =100111B 2 39 1 （ b0） 2 19 1 （ b1） 2 9

9、 1 （ b2） 2 4 0 （ b3） 2 2 0 （ b4） 2 1 1 （ b5） 0,“除基取余”：十进制整数不断除以转换进制基数，直至商为0。每除一次取一个余数，从低位排向高位。, 整数转换法,第一章 单片机基础知识,小数转换法,“乘基取整”：用转换进制的基数乘以小数部分，直至小数为0或达到转换精度要求的位数。每乘一次取一次整数，从最高位排到最低位。,1. 0.625转换成二进制数 0.625 2 1.250 1 (b-1) 2 0.5 0 0 (b-2) 2 1.0 1 (b-3) 0.625 = 0.101B,第一章 单片机基础知识,十六进制数与十进制数间的转换,（先展开，然后按

10、照十进制运算法则求和）,1、十六进制 十进制,DFC.8H =13162+15161+12160+816-1 = 3580.5,2、十进制 十六进制, 整数转换法,“除基取余”：十进制整数不断除以转换进制基数，直至商为0。每除一次取一个余数，从低位排向高位。,208转换成十六进制数 208 = D0H 16 208 余 0 16 13 余 13 = DH 0,第一章 单片机基础知识,小数转换法,“乘基取整”：用转换进制的基数乘以小数部分，直至小数为0或达到转换精度要求的位数。每乘一次取一次整数，从最高位排到最低位。,0.625转换成十六进制数 0.625 16 = 10.0 0.625 = 0

11、.AH,第一章 单片机基础知识,1.3 二进制数的运算,1.3.1 算术运算,二进制数只有 0和1两个数字,其算术运算较为简单,加、 减法遵循“逢二进一”、“借一当二”的原则。,1. 加法运算 规则: 0+0=0; 0+1=1; 1+0=1; 1+1=10(有进位),第一章 单片机基础知识,例 ： 求 1001B+1011B。,第一章 单片机基础知识,2. 减法运算 规则: 0-0=0; 1-1=0; 1-0=1; 0-1=1(有借位),例 ： 求1100B-111B。,第一章 单片机基础知识,3. 乘法运算 规则: 00=0; 01=10=0; 11=1 例 ： 求1011B1101B。,第

12、一章 单片机基础知识,4. 除法运算 规则: 0/1=0; 1/1=1 例 ： 求10100101B/1111B,第一章 单片机基础知识,1.3.2 逻辑运算,1. 逻辑与运算 “与”运算是实现“必须都有,否则就没有”这种逻辑关系的一种运算。 运算符为“ ”, 其运算规则如下: 00=0, 01=10=0, 11=1 例 若X=1011B, Y=1001B, 求XY。,即 XY=1001B,.,第一章 单片机基础知识,2. 逻辑或运算 “或”运算是实现“只要其中之一有,就有”这种逻辑关系的一种运算, 其运算符为“+”。 “或”运算规则如下: 0+0=0, 0+1=1+0=1, 1+1=1 例

13、若X=10101B, Y=01101B, 求X+Y。,10101 01101 11101,+,即 X+Y=11101B,第一章 单片机基础知识,3. 逻辑非运算 “非”运算是实现“求反”这种逻辑的一种运算，如变量A的“非”运算记作 。 其运算规则如下:,例 若A=10101B, 求 。,第一章 单片机基础知识,4. 逻辑异或运算 “异或”运算是实现“必须不同, 否则就没有”这种逻辑的一种运算, 运算符为“”。其运算规则是:,例 若X=1010B, Y=0110B, 求XY。,1010 0110 1100,即 XY=1100B,第一章 单片机基础知识,1.4 微机的码制和编码,1.4.1 原码、

14、反码和补码,原码 当正数的符号位用0表示, 负数的符号位用1表示, 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, 用X原表示, 设X为整数。 若X=+Xn-2Xn-3X1X0, 则X原=0Xn-2Xn-3X1X0=X; 若X=-Xn-2Xn-3X1X0,则X原=1Xn-2Xn-3X1X0=2n-1-X。 其中, X为n-1位二进制数, Xn-2、Xn-3、 、X1、X0为二进制数0或1。例如+115和-115在计算机中（设机器数的位数是8）其原码可分别表示为 +115原= 01110011B; -115原= 11110011B,第一章 单片机基础知识,可见, 真值X与原码X原的关系为,

15、值得注意的是, 由于+0原=00000000B, 而-0原=10000000B, 所以数 0的原码不唯一。 8位二进制原码能表示的范围是: -127+127。,第一章 单片机基础知识,反码 一个正数的反码, 等于该数的原码; 一个负数的反码, 由它的正数的原码按位取反形成。反码用X反表示。 若X=-Xn-2Xn-3X1X0, 则X反=1Xn-2Xn-3X1X0。例如: X=+103, 则X反=X原=01100111B; X=-103, X原=11100111B, 则X反=10011000B。,第一章 单片机基础知识,补码 “模”是指一个计量系统的计数量程。如, 时钟的模为12。任何有模的计量器

16、, 均可化减法为加法运算。仍以时钟为例, 设当前时钟指向11点, 而准确时间为7点, 调整时间的方法有两种, 一种是时钟倒拨4小时, 即11-4=7; 另一种是时钟正拨8小时, 即11+8=12+7=7。 由此可见, 在以12为模的系统中, 加8和减4的效果是一样的, 即 -4=+8（mod 12） 对于n位计算机来说, 数X的补码定义为 ：,第一章 单片机基础知识,即正数的补码就是它本身, 负数的补码是真值与模数相加而得。 例如, n=8时, +75补=01001001B -73补=10000000 B- 01001001B=10110111B 0补=+0补=-0补=00000000B 可见

17、, 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。,第一章 单片机基础知识,1.4.2 微型机中常用的编码, BCD 码,BCD码(Binary Coded Decimal)二进制代码表示的十进制数。,第一章 单片机基础知识,BCD码的运算,十进制调整：计算机实际按二进制法则计算，加入十进制调整操作，可

18、计算BCD码。 十进制调整方法：当计算结果有非BCD码或产生进位或借位，进行加6或减6调整。,第一章 单片机基础知识,例：计算BCD码 78+69=？ 0111 1000 78BCD + 0110 1001 + 69BCD 1110 0001产生非BCD码和半进位 + 0110 0110 +66H调整 1 0100 0111 带进位结果：147,例：计算BCD码 38-29=？ 0011 1000 38BCD + 1101 0111 - 29BCD 1 0000 1111 产生非BCD + 1111 1010 -06调整 1 0000 1001 结果无借位：9,第一章 单片机基础知识,ASCII码,ASCII码（American Standard Coded Iformation Interchange）是“美国信息交换标准代码”的简称，它由7位二进制数码构成，可表达27=128个字符，其中包括96个图形字符和32个控制字符，,第一章 单片机基础知识,附表,第一章 单片机基础知识,习题与思考题,1.1 什么是单片微型计算机？它与微处理器、微型计算机系统有何区别？ 答：单片机是将微处理器、存储器、I/O(Input/Output)接口和中断系统集成在同一块芯片上，具有完整功能的微型计算机，这块芯片就是其硬件。 微型计算机系统指以微型计算机