《單片機(jī)原理及應(yīng)用》緒論

第一章緒論二進(jìn)制數(shù)、十進(jìn)制數(shù)和十六進(jìn)制數(shù)之間的換算關(guān)系。二進(jìn)制數(shù)原碼、反碼和補(bǔ)碼的表示方法；BCD碼和ASCII碼的基本概念。計(jì)算機(jī)的產(chǎn)生、發(fā)展及基本結(jié)構(gòu)。單片機(jī)的發(fā)展過(guò)程及其應(yīng)用領(lǐng)域。2/3/2023廣東松山職業(yè)技術(shù)學(xué)院課件制作組本章主要內(nèi)容

1.1

數(shù)制與編碼

1.2

計(jì)算機(jī)概述

1.3單片機(jī)的發(fā)展過(guò)程與應(yīng)用領(lǐng)域

2/3/2023廣東松山職業(yè)技術(shù)學(xué)院課件制作組

數(shù)制：是進(jìn)位計(jì)數(shù)制的簡(jiǎn)稱(chēng)。

十進(jìn)制：生活中最熟悉的進(jìn)位計(jì)數(shù)制。特點(diǎn)：

每一位是0~9十個(gè)數(shù)碼中的一個(gè)數(shù)碼，基數(shù)是10

運(yùn)算規(guī)則：逢十進(jìn)一，借一當(dāng)十例如，十進(jìn)制數(shù)47.25按權(quán)展開(kāi)為：1.1.1

數(shù)制及其轉(zhuǎn)換

47.25=4×101+7×100+2×10-1+5×10-22/3/2023廣東松山職業(yè)技術(shù)學(xué)院課件制作組1.1.1

數(shù)制及其轉(zhuǎn)換

1.二進(jìn)制數(shù)及其轉(zhuǎn)換（1）二進(jìn)制數(shù)的特點(diǎn)

每一位是0、1兩個(gè)數(shù)碼中的一個(gè)數(shù)碼，基數(shù)是2

運(yùn)算規(guī)則：逢二進(jìn)一，借一當(dāng)二（2）二進(jìn)制數(shù)和十進(jìn)制數(shù)的轉(zhuǎn)換

二進(jìn)制數(shù)十進(jìn)制數(shù)：乘權(quán)求和法。

十進(jìn)制數(shù)整數(shù)二進(jìn)制數(shù)：除2取余逆排法。十進(jìn)制數(shù)小數(shù)二進(jìn)制數(shù)：乘2取整順排法。2/3/2023廣東松山職業(yè)技術(shù)學(xué)院課件制作組1.1.1

數(shù)制及其轉(zhuǎn)換

2.十六進(jìn)制數(shù)及其轉(zhuǎn)換（1）十六進(jìn)制數(shù)的特點(diǎn)

每一位是0~9、A~F中的一個(gè)數(shù)碼，基數(shù)是16

運(yùn)算規(guī)則：逢十六進(jìn)一，借一當(dāng)十六（2）十六進(jìn)制數(shù)的轉(zhuǎn)換

十六進(jìn)制數(shù)二進(jìn)制數(shù)：一拉四法。

二進(jìn)制數(shù)十六進(jìn)制數(shù)：四合一法。十六進(jìn)制數(shù)與十進(jìn)制數(shù)間的轉(zhuǎn)換類(lèi)似于二進(jìn)制數(shù)和十進(jìn)制數(shù)之間的轉(zhuǎn)換2/3/2023廣東松山職業(yè)技術(shù)學(xué)院課件制作組1.1.1

數(shù)制及其轉(zhuǎn)換其一是（N）R，R代表2、10、16等；其二是在數(shù)的結(jié)尾以一字母標(biāo)示

D（Decimal）代表十進(jìn)制（也可省略）

B（Binary）代表二進(jìn)制

O（Octal）代表八進(jìn)制

H(Hexadecimal)代表十六進(jìn)制。如：（1010）2

（100）10

101B101DEFH為了區(qū)分?jǐn)?shù)的不同進(jìn)制，有兩種不同的區(qū)分法：2/3/2023廣東松山職業(yè)技術(shù)學(xué)院課件制作組機(jī)器數(shù)：機(jī)器中以編碼形式表示的數(shù)；真值：原來(lái)一般書(shū)寫(xiě)形式表示的數(shù)。1.1.2

機(jī)器數(shù)與真值

有符號(hào)的數(shù)在數(shù)學(xué)中用“十”和“－”表示，在計(jì)算機(jī)中規(guī)定用最高位作為符號(hào)位，用“0”表示“+”，用“1”表示“－”。例：負(fù)數(shù)

-1011011B（-5BH）

1011011B1

（DBH）機(jī)器數(shù)真值2/3/2023廣東松山職業(yè)技術(shù)學(xué)院課件制作組1.1.3

原碼、反碼、補(bǔ)碼

在計(jì)算機(jī)中機(jī)器數(shù)可以用三種方法表示，即原碼、反碼和補(bǔ)碼。

原碼：最高位為符號(hào)位，其余位為數(shù)值位。

反碼：是有符號(hào)二進(jìn)制數(shù)的一種表示方法。正數(shù)的反碼與原碼相同；負(fù)數(shù)的反碼符號(hào)位為1，數(shù)值位是原碼的數(shù)值位按位取反。注：采用原碼和反碼表示時(shí)，符號(hào)位不能同數(shù)值一道參加運(yùn)算。2/3/2023廣東松山職業(yè)技術(shù)學(xué)院課件制作組1.1.3

原碼、反碼、補(bǔ)碼

例如：2/3/2023廣東松山職業(yè)技術(shù)學(xué)院課件制作組1.1.3

原碼、反碼、補(bǔ)碼

補(bǔ)碼：計(jì)算機(jī)中有符號(hào)數(shù)的常用表示方法。正數(shù)的補(bǔ)碼與原碼相同；負(fù)數(shù)的補(bǔ)碼是反碼加1。例如：2/3/2023廣東松山職業(yè)技術(shù)學(xué)院課件制作組反碼：范圍是：+127~-127；“0”有2種表示補(bǔ)碼：范圍是：+127~-128；“0”有1種表示1.1.3

原碼、反碼、補(bǔ)碼

2/3/2023廣東松山職業(yè)技術(shù)學(xué)院課件制作組1.1.3

原碼、反碼、補(bǔ)碼

三種編碼的最高位為符號(hào)位，“0”表示正，“1”

表示負(fù)。對(duì)于正數(shù)，三種編碼的表示方法相同。對(duì)于負(fù)數(shù)，三種編碼的符號(hào)位均為1，數(shù)值部分不同。8位二進(jìn)制數(shù)的原碼、反碼和補(bǔ)碼所能表示的數(shù)值范圍是不完全相同的。

結(jié)論12/3/2023廣東松山職業(yè)技術(shù)學(xué)院課件制作組1.1.3

原碼、反碼、補(bǔ)碼

補(bǔ)碼的加減運(yùn)算補(bǔ)碼運(yùn)算的幾個(gè)公式：

其中，為的每一位（包括符號(hào)位）都按位取反，再加1。上面式子中，x1、x2、（x1+x2）、（x1－x2）必須在－2n-1~2n-1范圍內(nèi)，否則機(jī)器會(huì)產(chǎn)生溢出錯(cuò)誤。2/3/2023廣東松山職業(yè)技術(shù)學(xué)院課件制作組1.1.3

原碼、反碼、補(bǔ)碼

例1-9用補(bǔ)碼進(jìn)行運(yùn)算，求x1+x2x1＝+0011101B＝+29，x

2＝－0000110B＝－600011101+1111101000010111真值為：+0010111B=+23由此可見(jiàn)，符號(hào)在參加運(yùn)算后結(jié)果是正確的。則[x1]補(bǔ)+[x2]補(bǔ)為：自然丟失1解：2/3/2023廣東松山職業(yè)技術(shù)學(xué)院課件制作組1.1.3

原碼、反碼、補(bǔ)碼

例1-10用補(bǔ)碼進(jìn)行運(yùn)算，求x1－x2

x1＝+0001000B＝+8，x

2＝+0001111B＝+1500001000+1111000111111001真值為：-0000111B=-7則[x1]補(bǔ)+[-x2]補(bǔ)為：解：2/3/2023廣東松山職業(yè)技術(shù)學(xué)院課件制作組求出參加運(yùn)算的兩個(gè)數(shù)的補(bǔ)碼。用補(bǔ)碼相加進(jìn)行加法運(yùn)算，用減數(shù)變補(bǔ)相加完成減法運(yùn)算。運(yùn)算時(shí)符號(hào)位應(yīng)當(dāng)作為數(shù)的一部分參與運(yùn)算，符號(hào)位有進(jìn)位則丟棄。運(yùn)算結(jié)果仍為補(bǔ)碼，要得到真值須再轉(zhuǎn)換。負(fù)數(shù)的補(bǔ)碼求原碼時(shí)，符號(hào)位不變，數(shù)值位按位取反后再加“1”。補(bǔ)碼運(yùn)算結(jié)果超出機(jī)器允許范圍，會(huì)產(chǎn)生“溢出”而出錯(cuò)。結(jié)論22/3/2023廣東松山職業(yè)技術(shù)學(xué)院課件制作組1.1.4BCD碼和字符的ASCII碼

計(jì)算機(jī)只能識(shí)別“0”和“1”兩個(gè)符號(hào)，而計(jì)算機(jī)處理的信息卻有多種形式，例如數(shù)字、標(biāo)點(diǎn)符號(hào)、運(yùn)算符號(hào)、各種命令、文字和圖形等。要表示這么多的信息并識(shí)別它們，必須對(duì)這些信息進(jìn)行編碼。計(jì)算機(jī)中根據(jù)信息對(duì)象不同，編碼的方式也不同。常見(jiàn)的碼制有BCD碼和ASCII碼等。

2/3/2023廣東松山職業(yè)技術(shù)學(xué)院課件制作組1.BCD碼（十進(jìn)制數(shù)的二進(jìn)制編碼）1.1.4BCD碼和字符的ASCII碼

BCD（BinaryCodedDecimal）碼也叫二—十進(jìn)制編碼，是指將十進(jìn)制數(shù)的0～9十個(gè)數(shù)字用二進(jìn)制數(shù)表示的編碼。由于十進(jìn)制數(shù)有十個(gè)不同的數(shù)碼，因此需用4位二進(jìn)制數(shù)來(lái)表示。而4位二進(jìn)制編碼有16種不同的組合，從中取出10種組合來(lái)表示0～9十個(gè)數(shù)有多種方案，所以BCD碼也有多種方案。最常用的編碼是8421碼，它是一種恒權(quán)碼，8（23）、4（22）、2（21）、1（20）分別是4位二進(jìn)制數(shù)的權(quán)值。2/3/2023廣東松山職業(yè)技術(shù)學(xué)院課件制作組1.1.4BCD碼和字符的ASCII碼

表1-2BCD（8421）碼與十進(jìn)制數(shù)對(duì)應(yīng)關(guān)系十進(jìn)制數(shù)8421BCD碼十進(jìn)制數(shù)8421BCD碼000005010110001601102001070111300118100040100910012/3/2023廣東松山職業(yè)技術(shù)學(xué)院課件制作組2.ASCII碼（字符編碼）1.1.4BCD碼和字符的ASCII碼

在計(jì)算機(jī)內(nèi)，任何信息都是用代碼表示的，字母、數(shù)字和符號(hào)也是用二進(jìn)制代碼表示的。國(guó)際上通用的是美國(guó)國(guó)家信息交換標(biāo)準(zhǔn)字符碼，即ASCII碼（AmericanStandardCodeforInformationInterchange）。ASCII碼是一種8位代碼，最高位一般用于奇偶校驗(yàn)，用7位代碼對(duì)128字符進(jìn)行編碼。其中32個(gè)是控制字符，96個(gè)是圖形字符，如下圖所示。7位ASCII碼字符表，最高位未列出，一般表示時(shí)以0來(lái)代替。列為高三位二進(jìn)制碼，行為低4位二進(jìn)制碼。2/3/2023廣東松山職業(yè)技術(shù)學(xué)院課件制作組附錄CASCII碼表2/3/2023廣東松山職業(yè)技術(shù)學(xué)院課件制作組

1946年2月15日，第一臺(tái)電子數(shù)字計(jì)算機(jī)問(wèn)世，標(biāo)志著計(jì)算機(jī)時(shí)代的到來(lái)。1.2.1

電子計(jì)算機(jī)的產(chǎn)生及發(fā)展

1.2計(jì)算機(jī)概述ENIAC奠定了電子計(jì)算機(jī)的發(fā)展基礎(chǔ)，在計(jì)算機(jī)史上具有劃時(shí)代的意義，標(biāo)志著電子計(jì)算機(jī)時(shí)代的到來(lái)。2/3/2023廣東松山職業(yè)技術(shù)學(xué)院課件制作組

計(jì)算機(jī)的發(fā)展1.2.1

電子計(jì)算機(jī)的產(chǎn)生及發(fā)展采用不同物理器件的發(fā)展歷程電子管計(jì)算機(jī)晶體管計(jì)算機(jī)中小規(guī)模集成電路計(jì)算機(jī)大、超大規(guī)模集成電路計(jì)算機(jī)機(jī)器語(yǔ)言匯編語(yǔ)言高級(jí)語(yǔ)言軟件（編程語(yǔ)言）發(fā)展2/3/2023廣東松山職業(yè)技術(shù)學(xué)院課件制作組馮·諾依曼提出的“二進(jìn)制運(yùn)算”和“程序存儲(chǔ)”的思想，構(gòu)建了計(jì)算機(jī)經(jīng)典結(jié)構(gòu)。1.2.2

計(jì)算機(jī)的基本結(jié)構(gòu)圖1-1計(jì)算機(jī)的基本結(jié)構(gòu)框圖

2/3/2023廣東松山職業(yè)技術(shù)學(xué)院課件制作組單片機(jī)定義：把CPU和一定容量的存儲(chǔ)器、中斷系統(tǒng)、一些并/串接口電路及定時(shí)/計(jì)數(shù)器電路集成在一塊芯片上。1.2.3

單片微型計(jì)算機(jī)圖1-2單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖2/3/2023廣東松山職業(yè)技術(shù)學(xué)院課件制作組單芯片微機(jī)形成階段1.3

單片機(jī)的發(fā)展過(guò)程與應(yīng)用領(lǐng)域1.3.1單片機(jī)的發(fā)展過(guò)程特點(diǎn)：體積小，價(jià)格低，存儲(chǔ)器容量小，尋址范圍小（不大于4K），無(wú)串行接口，指令系統(tǒng)功能不強(qiáng)。

1976年，Intel公司推出了MCS-48系列單片機(jī)。8位CPU、1K字節(jié)ROM、64字節(jié)RAM、27根I/O線(xiàn)和1個(gè)8位定時(shí)/計(jì)數(shù)器。2/3/2023廣東松山職業(yè)技術(shù)學(xué)院課件制作組性能完善提高階段1.3.1單片機(jī)的發(fā)展過(guò)程特點(diǎn)：雖然仍是8位機(jī)，但其結(jié)構(gòu)體系完善，性能已大大提高，品種全、兼容性強(qiáng)、軟硬件資源豐富、面向控制的特點(diǎn)進(jìn)一步突出、性能價(jià)格比高?，F(xiàn)在，MCS-51已成為公認(rèn)的單片機(jī)經(jīng)典機(jī)種。1980年，Intel公司推出了MCS-51系列單片機(jī)：8位CPU、4K字節(jié)ROM、128字節(jié)RAM、4個(gè)8位并口、1個(gè)全雙工串行口、2個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器。尋址范圍64K，并有控制功能較強(qiáng)的布爾處理器。2/3/2023廣東松山職業(yè)技術(shù)學(xué)院課件制作組微控制器化階段1.3.1單片機(jī)的發(fā)展過(guò)程特點(diǎn)：片內(nèi)面向測(cè)控系統(tǒng)電路增強(qiáng)，使之可以方便靈活地用于復(fù)雜的自動(dòng)測(cè)控系統(tǒng)及設(shè)備?！拔⒖刂破鳌钡姆Q(chēng)謂更能反應(yīng)單片機(jī)的本質(zhì)。1983年，Intel推出MCS-96系列單片機(jī)。芯片內(nèi)集成：16位CPU、8K字節(jié)ROM、232字節(jié)RAM、5個(gè)8位并口、1個(gè)全雙工串行口、2個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器。尋址范圍64K。片上還有4路或8路10位ADC、1路PWM輸出及高速I(mǎi)/O部件等。2/3/2023廣東松山職業(yè)技術(shù)學(xué)院課件制作組1.3.1單片機(jī)的發(fā)展過(guò)程微控制器的CPU核仍以CISC為主，但向RISC

演化。單片機(jī)發(fā)展趨勢(shì)提升指令執(zhí)行速度。集成大容量片上FLASH存儲(chǔ)器，實(shí)現(xiàn)ISP、IAP。普遍使用混合信號(hào)（數(shù)字、模擬相混合）集成技術(shù)。增加可聯(lián)網(wǎng)的外設(shè)接口。追求低電壓、低功耗、低價(jià)位、LPG。2/3/2023廣東松山職業(yè)技術(shù)學(xué)院課件制作組1.3.2單片機(jī)的特點(diǎn)和應(yīng)用領(lǐng)域體積小，價(jià)格低，應(yīng)用廣。1.單片機(jī)的特點(diǎn)通用性、靈活性強(qiáng)，易擴(kuò)展

?？煽啃愿?、抗干擾能力強(qiáng)

。實(shí)時(shí)控制能力強(qiáng)

。微型計(jì)算機(jī)具有運(yùn)算速度快、精度高、方便靈活、適應(yīng)范圍廣和可靠性高等特點(diǎn)。作為其分支的單片機(jī)，由于特殊的硬件結(jié)構(gòu)和指令系統(tǒng)，還具有以下突出特點(diǎn)。2/3/2023廣東松山職業(yè)技術(shù)學(xué)院課件制作組1.3.2

單片機(jī)的特點(diǎn)和應(yīng)用領(lǐng)域工業(yè)方面：各種測(cè)控系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、工業(yè)機(jī)器人、機(jī)電一體化產(chǎn)品等。2.單片機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域智能儀器儀表方面：如齒輪精度檢驗(yàn)儀類(lèi)的各種工業(yè)檢驗(yàn)、測(cè)量?jī)x器、醫(yī)療器械等。

通信方面：調(diào)制解調(diào)器、程控交換技術(shù)。

民用方面：全自動(dòng)洗衣機(jī)、智能電飯鍋、電話(huà)機(jī)、錄像機(jī)、空調(diào)機(jī)和電子玩具等。

導(dǎo)彈與控制方面：導(dǎo)彈控制、魚(yú)雷制導(dǎo)控制、智能武器裝備、航天飛機(jī)導(dǎo)航系統(tǒng)等。

2/3/2023廣東松山職業(yè)技術(shù)學(xué)院課件制作組1.3.3

MCS-51系列單片機(jī)簡(jiǎn)介MCS-51系列單片機(jī)采用HMOS（如8051）和CHMOS（如80C51）工藝。這兩種單片機(jī)完全兼容。1.Intel公司的MCS-51系列單片機(jī)MCS-51系列單片機(jī)按片內(nèi)有無(wú)程序存儲(chǔ)器及程序存儲(chǔ)器的形式分為三種基本產(chǎn)品：8031、8051和8751。它們的引腳與指令系統(tǒng)完全兼容，但在內(nèi)部結(jié)構(gòu)及應(yīng)用特性方面存在一些差異。8031內(nèi)部包括一個(gè)8位的CPU、128KB的RAM、21個(gè)特殊功能寄存器、4個(gè)8位并行I/O口、1個(gè)全雙工的串行口、2個(gè)16位的定時(shí)/計(jì)數(shù)器。但無(wú)程序存儲(chǔ)器，使用時(shí)需外擴(kuò)EPROM芯片。2/3/2023廣東松山職業(yè)技術(shù)學(xué)院課件制作組1.3.3

MCS-51系列單片機(jī)簡(jiǎn)介8051是在8031的基礎(chǔ)上，片內(nèi)集成有4KB的ROM，ROM中的程序是由單片機(jī)芯片廠(chǎng)固化的，適合大批量的生產(chǎn)。8751片內(nèi)含有4KB的EPROM，單片機(jī)應(yīng)用開(kāi)發(fā)人員可以把編寫(xiě)好的程序用開(kāi)發(fā)機(jī)或編程器寫(xiě)入其中，也可以反復(fù)修改程序。但其價(jià)格相對(duì)于8031較貴。

高檔單片機(jī)主要包括：將原來(lái)的8031/8051/8751進(jìn)行擴(kuò)展為8032/8052/8752；低功耗CHMOS工藝芯片80C31H/87C51/80C51BH；具有高級(jí)語(yǔ)言編程的芯片8052H-BASIC；高性能的8XCX52系列。2/3/2023廣東松山職業(yè)技術(shù)學(xué)院課件制作組1.3.3

MCS-51系列單片機(jī)簡(jiǎn)介Atmel公司生產(chǎn)的MCS-51系列單片機(jī)提供了豐富的外圍接口和專(zhuān)用的控制器，可用于特殊用途。例如電壓比較、USB控制、MP3解碼及CAN控制等。此外，Atmel公司還把ISP技術(shù)集成在MCS-51系列單片機(jī)中，使用戶(hù)能夠方便地改變程序代碼，從而方便地進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試。Atmel公司還提供了各種產(chǎn)品的不同封裝，以方便用戶(hù)進(jìn)行選擇。

2.Atmel公司的MCS-51系列單片機(jī)2/3/2023廣東松山職業(yè)技術(shù)學(xué)院課件制作組1.3.3

MCS-51系列單片機(jī)簡(jiǎn)介2.Atmel公司的MCS-51系列單片機(jī)表1-3AT89系列單片機(jī)常用產(chǎn)品特性一覽表型號(hào)片內(nèi)存儲(chǔ)器I/O口線(xiàn)定時(shí)/計(jì)數(shù)器模擬比較器中斷源串行口程序存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器89C10511KBFPEROM64B151個(gè)16位1個(gè)3個(gè)無(wú)89C20512KBFPEROM128B152個(gè)16位1個(gè)5個(gè)2級(jí)UART89C514KBFPEROM128B322個(gè)16位無(wú)5個(gè)2級(jí)UART89C528KBFPEROM256B323個(gè)16位無(wú)6個(gè)2級(jí)UART2/3/2023廣東松山職業(yè)技術(shù)學(xué)院課件制作組本課小結(jié)計(jì)算機(jī)中所有信息都采用二進(jìn)制表示，對(duì)于數(shù)值型數(shù)據(jù)，常采用幾種進(jìn)位計(jì)數(shù)制表示，不同數(shù)制之間可以相互轉(zhuǎn)換。對(duì)有符號(hào)數(shù)的表示有真值、機(jī)器數(shù)、原碼、反碼和補(bǔ)碼。在機(jī)器中采用補(bǔ)碼加減運(yùn)算規(guī)則做加減運(yùn)算。為了方便書(shū)寫(xiě)程序和數(shù)據(jù)，觀察處理結(jié)果，同時(shí)又能符合計(jì)算機(jī)只能識(shí)別二進(jìn)制的特點(diǎn)，對(duì)十進(jìn)制數(shù)采用BCD編碼，對(duì)常用字符編碼采用ASCII碼。單片機(jī)是把微處理器、存儲(chǔ)器、輸入輸出接口、定時(shí)/計(jì)數(shù)器以及串行通信接口等集成在一塊芯片上，它具有體積小、價(jià)格和功耗低、可靠性高等特