第1章-單片機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)ppt課件(全)

第1章單片機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)吳政江制作

貴州電子信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院貴州省人才培養(yǎng)優(yōu)秀單位1.1單片機(jī)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)

1.2單片機(jī)基礎(chǔ)1.3常用單片機(jī)系列介紹

實(shí)訓(xùn)一：單片機(jī)開發(fā)環(huán)境介紹

小結(jié)習(xí)題與思考題1.1.1數(shù)的進(jìn)制及其相互轉(zhuǎn)換(1)數(shù)的幾種常用進(jìn)制

數(shù)制是人們利用數(shù)碼符號(hào)來計(jì)數(shù)的方法。常用的有二進(jìn)制、十進(jìn)制、十六進(jìn)制或八進(jìn)制。任何一種數(shù)制都有兩個(gè)要素，即基數(shù)和權(quán)。

基數(shù)為數(shù)制中所使用的數(shù)碼符號(hào)的個(gè)數(shù)。當(dāng)基數(shù)為R時(shí)，該數(shù)制可使用的數(shù)碼為0～（R－1）。例如在二進(jìn)制中基數(shù)為2，可使用0和1兩個(gè)數(shù)碼。在進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算時(shí)按逢R進(jìn)一，借１當(dāng)R的規(guī)則進(jìn)行。

權(quán)是數(shù)制中某一數(shù)位上單位數(shù)的大小，它是一個(gè)冪，底數(shù)是基數(shù)R，指數(shù)是數(shù)碼符號(hào)的位置號(hào)。將一個(gè)數(shù)中某一位的數(shù)碼與該位的權(quán)相乘，即為該位數(shù)碼的數(shù)值。將所有數(shù)碼的數(shù)值相加就得該數(shù)的大小。其相加的算術(shù)式子就叫該數(shù)的加權(quán)系數(shù)表達(dá)式。如對于R進(jìn)制的數(shù)M，其加權(quán)系數(shù)表達(dá)式為：1.1單片機(jī)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)①十進(jìn)制（Decimal）十進(jìn)制是以10為基數(shù)，逢十進(jìn)一、借一當(dāng)十的計(jì)數(shù)體制。計(jì)數(shù)符號(hào)共有十個(gè)，分別為：0、1、2、3、4、5、6、7、8、9。計(jì)數(shù)規(guī)則是逢十進(jìn)一，借一當(dāng)十。十進(jìn)制數(shù)常用下標(biāo)D或10表示。加權(quán)系數(shù)表示：②二進(jìn)制（Binary）二進(jìn)制是以2為基數(shù)，逢二進(jìn)一、借一當(dāng)二的計(jì)數(shù)體制。計(jì)數(shù)符號(hào)共有二個(gè)，分別為：0、1。計(jì)數(shù)規(guī)則是逢二進(jìn)一、借一當(dāng)二。二進(jìn)制數(shù)常用下標(biāo)B或2表示。運(yùn)算規(guī)則：0＋0=00＋1=1＋0=11＋1=10（讀“壹零”）0×0=01×0=0×1=01×1=1加權(quán)系數(shù)表示：

位：一位二進(jìn)制信息，只能是0或1，也叫比特(bit)。字節(jié)：計(jì)算機(jī)中將8位二進(jìn)制數(shù)稱為一個(gè)字節(jié)，也叫拜特（Byte）。1KB=210Byte=1024Byte；1MB=210KB=1024KB=220Byte；1GB=210MB=1024MB=220KB=230Byte；1TB=210GB=1024GB=220MB=230KB=240Byte。字：計(jì)算機(jī)進(jìn)行一次運(yùn)算最多能處理的二進(jìn)制位數(shù)稱為一個(gè)字，也叫沃德（Word）。字是計(jì)算機(jī)中參加運(yùn)算的基本單位。由于16位微型計(jì)算機(jī)長期占據(jù)主導(dǎo)地位，所以通常認(rèn)為一個(gè)字為16位二進(jìn)制數(shù)，即1Word=2Byte。但對8位或32位微型計(jì)算機(jī)，一個(gè)字應(yīng)為8位或32位二進(jìn)制數(shù)。③八進(jìn)制（Octal）八進(jìn)制是以8為基數(shù)，逢八進(jìn)一、借一當(dāng)八的計(jì)數(shù)體制。計(jì)數(shù)符號(hào)共有八個(gè)，分別為：0、1、2、3、4、5、6、7。計(jì)數(shù)規(guī)則是逢八進(jìn)一，借一當(dāng)八。八進(jìn)制數(shù)常用下標(biāo)O或8表示。對八進(jìn)制數(shù)有一個(gè)重要特點(diǎn)，那就是每位八進(jìn)制數(shù)可用三位二進(jìn)制數(shù)表示，反之亦然。例如：(6)8=(110)2、(101)2=(5)8。加權(quán)系數(shù)表示：④十六進(jìn)制（Hexadecimal）十六進(jìn)制是以16為基數(shù)，逢十六進(jìn)一、借一當(dāng)十六的計(jì)數(shù)體制。計(jì)數(shù)符號(hào)共有十六個(gè)，分別為：0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、A、B、C、D、E、F。計(jì)數(shù)規(guī)則是逢十六進(jìn)一，借一當(dāng)十六。十六進(jìn)制數(shù)常用下標(biāo)H或16表示。對十六進(jìn)制數(shù)有一個(gè)重要特點(diǎn)，那就是每位十六進(jìn)制數(shù)可用四位二進(jìn)制數(shù)表示，反之亦然。例如：（E)16=(1110)2、(1011)2=(B)16。加權(quán)系數(shù)表示：(2)不同進(jìn)制數(shù)之間的相互轉(zhuǎn)換①任意進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)為十進(jìn)制數(shù)方法：按權(quán)展開求和。方法：對整數(shù)部分，連續(xù)除2取余反排列，直到商為0；對小數(shù)部分，連續(xù)乘2取整正排列，直到乘積的小數(shù)部分為0或滿足誤差要求。推廣：十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)為任意進(jìn)制數(shù)。整數(shù)部分，連續(xù)除基數(shù)取余反排列，直到商為0；小數(shù)部分，連續(xù)乘基數(shù)取整正排列，直到乘積的小數(shù)部分為0或滿足誤差要求。

③八進(jìn)制數(shù)與二進(jìn)制數(shù)之間的相互轉(zhuǎn)換二進(jìn)制轉(zhuǎn)為八進(jìn)制：對整數(shù)部分，從最低位開始三位三位的分組，不足三位的前面補(bǔ)零；對小數(shù)部分，則從最高位開始三位三位的分組，不足三位的后面補(bǔ)0。然后每組以其對應(yīng)的八進(jìn)制數(shù)代替，排列順序不變。八進(jìn)制轉(zhuǎn)為二進(jìn)制：將每位八進(jìn)制數(shù)寫成對應(yīng)的三位二進(jìn)制數(shù)，再按原來的順序排列起來即可。④十六進(jìn)制數(shù)與二進(jìn)制數(shù)之間的相互轉(zhuǎn)換方法：跟八進(jìn)制數(shù)與二進(jìn)制數(shù)之間的相互轉(zhuǎn)換相似，只是按四位分組即可。⑤八進(jìn)制數(shù)與十六進(jìn)制數(shù)之間的相互轉(zhuǎn)換方法：通過二進(jìn)制數(shù)作中間變量進(jìn)行變換。1.1.2帶符號(hào)數(shù)的表示方法（1）機(jī)器數(shù)與真值前面提到的二進(jìn)制數(shù)，沒有涉及到符號(hào)問題，是一種無符號(hào)數(shù)。但在實(shí)際應(yīng)用中，一個(gè)數(shù)顯然還有正、負(fù)之分，那么符號(hào)在計(jì)算機(jī)中是怎么表示的呢？計(jì)算機(jī)中采用二進(jìn)制數(shù)，對于數(shù)的符號(hào)“＋”或“－”也用二進(jìn)制數(shù)碼表示。規(guī)定用二進(jìn)制數(shù)碼的最高位表示符號(hào)(稱為符號(hào)位)。并規(guī)定：用數(shù)碼“0”表示正數(shù)的符號(hào)“＋”；用數(shù)碼“1”表示負(fù)數(shù)的符號(hào)“－”。這樣得到的數(shù)就稱為有符號(hào)數(shù)。一個(gè)數(shù)在機(jī)器中的表示形式稱為機(jī)器數(shù)，而原來的實(shí)際數(shù)本身稱為機(jī)器數(shù)的真值。（2)原碼（trueform）符號(hào)位用“0”表示正數(shù)，“1”表示負(fù)數(shù)，其余各位表示真值除符號(hào)外的尾數(shù)本身，這種表示方法稱為原碼表示法。即用0、1分別代替真值中的“＋”、“－”即得原碼。以八位機(jī)為例（下同）。①對于正數(shù)：[X]原=X【例1.11】若X1=＋1101001B，X2=＋101101B，則[X1]原=01101001B，[X2]原=00101101B（不足8位應(yīng)在符號(hào)位后補(bǔ)“0”）。②對于負(fù)數(shù)：[X]原=28-1－X【例1.12】若X1=－1101001B，X2=－101101B，則[X1]原=11101001B=10000000B+1101001B=28-1－（－1101001B）=28-1－X1[X2]原=10101101B=10000000B+101101B=28-1－（－101101B）=28-1－X2③對于0在計(jì)算機(jī)中，0可認(rèn)為它是＋0，也可認(rèn)為它是－0，故0在原碼中有兩種表示法。對八位機(jī)：[＋0]原=00000000B，[－0]原=10000000B。字長為n位的原碼表示法的一般規(guī)律：X（0≤X＜2n-1）[X]原=2n-1－X（－2n-1＜X≤0）(3)反碼（one’scomplement）①對于正數(shù)，其反碼表示法與原碼相同，即[X]反=[X]原=X?！纠?.13】若X1=＋1101001B，X2=＋101101B，則[X1]反=[X1]原=01101001B，[X2]反=[X2]原=00101101B（不足8位應(yīng)在符號(hào)位后補(bǔ)“0”）。②對于負(fù)數(shù)，反碼等于其原碼符號(hào)位不變，其余各位按位取反（即“1”換成“0”，“0”換成“1”）。也可按以下公式計(jì)算：[X]反=28－1＋X?！纠?.14】若X=－1101001B，則[X]原=11101001B，[X]反=10010110B=28－1＋（－1101001B）=28－1－1101001B。③對于0，反碼有[＋0]反和[－0]反兩種表示法。對于8位機(jī)：[＋0]反=00000000B、[－0]反=11111111B。字長為n位的反碼表示法的一般規(guī)律：X（0≤X＜2n-1）[X]反=2n－1＋X（-2n-1＜X≤0）(4)補(bǔ)碼（two’scomplement）①對于正數(shù)，其補(bǔ)碼就是該正數(shù)本身，即[X]補(bǔ)=X【例1.15】若X=＋1101001B，則[X]補(bǔ)=01101001B②對于負(fù)數(shù)，其補(bǔ)碼等于其反碼加1。即[X]補(bǔ)=[X]反＋1=2n－1＋X＋1=2n＋X(對八位機(jī)n=8)?！纠?.16】若X=－1101001B，則[X]原=11101001B，[X]反=10010110B，

[X]補(bǔ)=10010110B＋1=10010111B=28＋X=28＋（－1101001B）=28－1101001B。③對于0，[＋0]補(bǔ)=[－0]補(bǔ)=00000000B，即0的補(bǔ)碼只有一種表示法。字長為n位的補(bǔ)碼表示法的一般規(guī)律：X（0≤X＜2n-1）[X]補(bǔ)=2n＋X(-2n-1＜X≤0)綜上所述，對正數(shù)有[X]原=[X]反=[X]補(bǔ)=X；對負(fù)數(shù)，用“1”代替負(fù)號(hào)“－”就得原碼，再對原碼除符號(hào)位(最高位)外其余各位按位取反就得反碼，最后對反碼加1就得補(bǔ)碼。(5)已知機(jī)器數(shù)求真值1)先求原碼。對正數(shù)(符號(hào)位為0)，原碼、反碼、補(bǔ)碼相同，無需轉(zhuǎn)換；對負(fù)數(shù)(符號(hào)位為1)，反碼的數(shù)值位按位取反，可轉(zhuǎn)換為原碼，補(bǔ)碼的數(shù)值位按位取反后末位加1，可轉(zhuǎn)換為原碼。2)由原碼求真值。用“＋”、“－”代替原碼的符號(hào)位(“0”換為“＋”，“1”換為“－”)即可。【例1.17】若[X]補(bǔ)=10011010B，求X？[解]因符號(hào)位為1，所以X為負(fù)數(shù)。則[X]原=11100101B＋1=11100110B，X=－1100110B=（－102)10。

1.1.3溢出的判別方法(1)計(jì)算機(jī)中帶符號(hào)數(shù)的加減法運(yùn)算①補(bǔ)碼加法運(yùn)算補(bǔ)碼加法運(yùn)算的規(guī)則是：[X＋Y]補(bǔ)=[X]補(bǔ)＋[Y]補(bǔ)②補(bǔ)碼減法運(yùn)算減法運(yùn)算的規(guī)則是：[X－Y]補(bǔ)=[X＋(－Y)]補(bǔ)=[X]補(bǔ)＋[－Y]補(bǔ)，其中[－Y]補(bǔ)可由－Y求出，也可以由[Y]補(bǔ)求出。把[Y]補(bǔ)的符號(hào)位與數(shù)值位一起取反，末位加1，結(jié)果就等于[－Y]補(bǔ)。

(2)溢出的判別方法①溢出的概念計(jì)算機(jī)中所能表示的數(shù)有一定的范圍，對于絕對值太大而超過一定值的數(shù)，計(jì)算機(jī)無法表示，這時(shí)會(huì)造成數(shù)據(jù)的最高位丟失，數(shù)據(jù)產(chǎn)生錯(cuò)誤，這種情況稱為上溢出。出現(xiàn)上溢出時(shí)，應(yīng)停止運(yùn)算，進(jìn)行錯(cuò)誤處理。對于絕對值太小的數(shù)，在計(jì)算機(jī)中同樣也表示不出來，此時(shí)計(jì)算機(jī)將這個(gè)數(shù)作為0處理，數(shù)據(jù)產(chǎn)生誤差，這種情況稱為下溢出。由于下溢出所帶來的誤差很小，在允許范圍之內(nèi)，可不作錯(cuò)誤處理。所以在以后提到的溢出指的是上溢出。②溢出的判斷a．補(bǔ)碼判斷法兩個(gè)用補(bǔ)碼表示的數(shù)作加減法運(yùn)算時(shí)，如果是同號(hào)相減或異號(hào)相加，只能使數(shù)據(jù)的絕對值越來越小，運(yùn)算結(jié)果不可能產(chǎn)生溢出；如果是同號(hào)相加或異號(hào)相減，則運(yùn)算結(jié)果可能會(huì)出現(xiàn)溢出。此時(shí)，可以把運(yùn)算結(jié)果的符號(hào)與參與運(yùn)算的數(shù)據(jù)符號(hào)相比較，如果出現(xiàn)正數(shù)加正數(shù)得負(fù)數(shù)或負(fù)數(shù)加負(fù)數(shù)得正數(shù)的情況，則可以斷定運(yùn)算結(jié)果出現(xiàn)了溢出。b．變形補(bǔ)碼判斷法變形補(bǔ)碼是采用雙符號(hào)位表示的補(bǔ)碼，用00表示正數(shù)，用11表示負(fù)數(shù)。用變形補(bǔ)碼判斷運(yùn)算結(jié)果是否有溢出時(shí)，只需要判斷結(jié)果的雙符號(hào)位是否相同即可。如果雙符號(hào)位相同，運(yùn)算結(jié)果沒有溢出，否則運(yùn)算結(jié)果有溢出。c．進(jìn)位或借位判斷法（以八位機(jī)為例）在進(jìn)行補(bǔ)碼加減運(yùn)算時(shí)如果最高位（即第七位）與次高位（即第六位）所產(chǎn)生的進(jìn)位或借位相同，則運(yùn)算結(jié)果沒有溢出，否則運(yùn)算結(jié)果有溢出。用公式表示為：1.1.4ASCII碼和BCD碼(1)二進(jìn)制代碼由0和1組成的二進(jìn)制數(shù)碼不僅可以表示數(shù)值的大小，而且可以用來表示特定的信息。這種具有特定含義的二進(jìn)制數(shù)碼稱為二進(jìn)制代碼。

(2)二-十進(jìn)制碼(BCD碼)①8421碼②2421碼和5211碼③余3碼(3)邏輯數(shù)據(jù)(邏輯代碼)(4)美國標(biāo)準(zhǔn)信息交換碼(ASCII碼)ASCII碼，用一個(gè)字節(jié)(8位二進(jìn)制數(shù))來表示一個(gè)特定的字符，其中低7位為字符的ASCII碼值，最高位一般用作校驗(yàn)位。即實(shí)際上采用7位二進(jìn)制數(shù)，可表示27=128個(gè)符號(hào)。這128個(gè)符號(hào)共分為兩類：一類是圖形字符，共96個(gè)；另一類是控制字符，共32個(gè)。1.2.1計(jì)算機(jī)的經(jīng)典組成(1)計(jì)算機(jī)的經(jīng)典組成1.2單片機(jī)基礎(chǔ)運(yùn)算器控制器存儲(chǔ)器輸出設(shè)備輸入設(shè)備圖1-1計(jì)算機(jī)的經(jīng)典結(jié)構(gòu)

(2)計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)①半導(dǎo)體存儲(chǔ)器a．結(jié)構(gòu)與地址概念。b．類型。（a）隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（RAM，RandomAccessMemory)。存儲(chǔ)器CPU程序存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器CPU(a)哈佛結(jié)構(gòu)(b)普林斯頓結(jié)構(gòu)圖1-3微機(jī)的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)（b）只讀存儲(chǔ)器（ROM，ReadOnlyMemory）。ⅰ、MaskROM。MaskROM也叫掩膜型只讀存儲(chǔ)器，簡稱為掩膜ROM。ⅱ、OTPROM。OTP（OneTimeProgramable）ROM為一次性可編程只讀存儲(chǔ)器。iii、EPROM（ErasablePROM）。EPROM為紫外線擦除的只讀存儲(chǔ)器。ⅲ、EEPROM（也叫E2PROM，ElectrocallyErasableProgrammableReadOnlyMemory）。ⅳ、EEPROM（也叫E2PROM，ElectrocallyErasableProgrammableReadOnlyMemory）。ⅴ、FlashROM。FlashROM也叫閃速存儲(chǔ)器（簡稱為閃存）。c．技術(shù)指標(biāo)。如存儲(chǔ)容量、存取時(shí)間、存儲(chǔ)可靠性以及性價(jià)比等等。②計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)至今為止，微型計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)器有兩種結(jié)構(gòu)形式。一種是將程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器采取統(tǒng)一的地址編碼結(jié)構(gòu)，即傳統(tǒng)微型計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)，稱為馮?諾依曼結(jié)構(gòu)，也叫普林斯頓結(jié)構(gòu)。另一種是將程序存儲(chǔ)器與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器分開的地址編碼結(jié)構(gòu)，稱為哈佛結(jié)構(gòu)。見圖1-3所示。單片機(jī)通常采用哈佛結(jié)構(gòu)，但也有采用普林斯頓結(jié)構(gòu)的。如Intel公司的MCS-48系列單片機(jī)與MCS-51系列單片機(jī)以及Microchip公司的PIC系列單片機(jī)均采用哈佛結(jié)構(gòu)，而MCS-96系列單片機(jī)則采用普林斯頓結(jié)構(gòu)。1.2.2單片機(jī)的概念(1)單片機(jī)的概念單片機(jī)就是將計(jì)算機(jī)的中央處理器(CPU)、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)、只讀存儲(chǔ)器(ROM)、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器和多種輸入/輸出接口(I/O)以及相互連接的總線(BUS)等集成在一塊芯片上，形成了芯片級(jí)的計(jì)算機(jī)。又叫單片微型計(jì)算機(jī)（singlechipmicrocomputer）或微控制器(microcontroller)，縮寫為MCU(microcontrollerUnit)。(2)單片機(jī)的特點(diǎn)①具有優(yōu)異的性能價(jià)格比②集成度高、體積小、可靠性高③控制功能強(qiáng)④低電壓、低功耗(3)單片機(jī)的分類①按生產(chǎn)廠家分②按字長分a．4位單片機(jī)。b．8位單片機(jī)。c．16位單片機(jī)。d．32位單片機(jī)。

③按制造工藝分a．HMOS工藝。高密度短溝道MOS工藝，具有高速度、高密度的特點(diǎn)。b．CHMOS(或HCMOS)工藝?；パa(bǔ)的金屬氧化物的HMOS工藝，是CMOS和HMOS的結(jié)合，具有高密度、高速度、低功耗的特點(diǎn)。④按使用范圍分a．通用單片機(jī)。通用單片機(jī)把開發(fā)資源(如ROM、I/O口等)全部提供給用戶使用，其適應(yīng)性較強(qiáng)，應(yīng)用非常廣泛。b．專用單片機(jī)。專用單片機(jī)是針對各種特殊需要而專門設(shè)計(jì)的芯片。如電視機(jī)、空調(diào)、洗衣機(jī)等家用電器通常使用專用單片機(jī)。1.2.3單片機(jī)的應(yīng)用范圍(1)在智能儀器儀表中的應(yīng)用(2)在機(jī)電一體化中的應(yīng)用(3)在實(shí)時(shí)過程控制中的應(yīng)用(4)在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和通信領(lǐng)域中的應(yīng)用(5)在家用電器中的應(yīng)用(6)在汽車設(shè)備領(lǐng)域中的應(yīng)用(7)在醫(yī)用設(shè)備領(lǐng)域中的應(yīng)用(8)在其它方面的應(yīng)用除以上應(yīng)用領(lǐng)域之外，單片機(jī)還廣泛用于辦公自動(dòng)化、商業(yè)營銷、國防、現(xiàn)代戰(zhàn)爭、航空航天、計(jì)算機(jī)外設(shè)、模糊控制等各種領(lǐng)域中。單片機(jī)的發(fā)展自從1974年美國仙童(Fairchild)公司的第一臺(tái)單片機(jī)問世以來，單片機(jī)的發(fā)展特別迅速，各種新、高性能單片機(jī)不斷推陳出新沖向市場。迄今為止已有近40年的歷史，經(jīng)歷了五個(gè)發(fā)展階段。第一階段(1971～1974)：單片機(jī)萌芽階段。第二階段(1974～1978)：初級(jí)單片機(jī)階段。第三階段(1978～1983)：高性能單片機(jī)階段。第四階段（1983～）：8位單片機(jī)鞏固發(fā)展及16位單片機(jī)推出階段?！，F(xiàn)階段：32位單片微機(jī)系列。1.2.5單片機(jī)系統(tǒng)(1)微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成①硬件系統(tǒng)(hardwaresystem)②軟件系統(tǒng)(softwaresystem)

a．系統(tǒng)軟件（a）監(jiān)控程序和操作系統(tǒng)。（b）語言處理程序。（c）數(shù)據(jù)庫和數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)DBMS。（d）診斷程序(DiagnosticProgram)。b．應(yīng)用軟件應(yīng)用軟件是專門為解決某個(gè)領(lǐng)域里的具體任務(wù)而編制的程序，具有明顯的針對性、專業(yè)性和專用性。應(yīng)用軟件通常包括：各類生產(chǎn)過程的控制軟件，為各類數(shù)據(jù)處理而編制的軟件程序，儀器儀表中的監(jiān)測控制程序，等等。這類軟件是大量的，常常由各應(yīng)用領(lǐng)域的工程技術(shù)人員組織編寫。③硬件和軟件的關(guān)系對整個(gè)系統(tǒng)來說，硬件是基礎(chǔ)，是軟件賴以工作的基礎(chǔ)，沒有這個(gè)基礎(chǔ)最好的軟件也沒有用處；軟件是關(guān)鍵，是關(guān)系到系統(tǒng)質(zhì)量和功能的根本因素，沒有軟件的硬件稱為“裸機(jī)”，這時(shí)它只是金屬、半導(dǎo)體芯片和塑料的堆集，沒有任何作用，即“硬件是基礎(chǔ)，軟件是靈魂”。(2)單片機(jī)系統(tǒng)單片機(jī)系統(tǒng)與微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)一樣，也由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩部分組成。其硬件系統(tǒng)主要由單片機(jī)芯片配上少量的外圍元件以及被控對象組成。其軟件系統(tǒng)通常只包括用匯編語言或C語言編寫的監(jiān)控程序（主程序）以及若干個(gè)完成某一特定功能的子程序。并且，通常是在PC機(jī)上編制，然后通過交叉匯編方法得到二進(jìn)制目標(biāo)碼，最后再送入單片機(jī)系統(tǒng)的。1.2.6單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)

1、嵌入式系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)是1970年左右出現(xiàn)的概念。它是面向測控對象，嵌入到實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)中的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的統(tǒng)稱。實(shí)時(shí)性是其主要特征，另外在可靠性、物理尺寸、重啟動(dòng)和故障恢復(fù)方面也有特殊要求，因而相對于通常的計(jì)算機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì)更為復(fù)雜，涉及面也更為廣泛。

2、單片機(jī)是典型的嵌入式系統(tǒng)。單片機(jī)從體系結(jié)構(gòu)到指令系統(tǒng)都是按照嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用特點(diǎn)專門設(shè)計(jì)的，在其基本結(jié)構(gòu)上，衍生出了能滿足各種應(yīng)用要求的兼容系統(tǒng)，它能很好地滿足應(yīng)用系統(tǒng)的嵌入、面向測控對象、現(xiàn)場可靠運(yùn)行及控制品質(zhì)等方面的要求，因此單片機(jī)構(gòu)成的系統(tǒng)，是發(fā)展最快、品種最多、數(shù)量最大、應(yīng)用最廣的嵌入式系統(tǒng)。1.3.1MCS-51系列8031/8051/8751是Intel公司于1980年推出的高性能8位單片機(jī)。應(yīng)用得早，影響很大，已成為世界上的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。后來很多芯片廠商以各種方式與Intel公司合作，也推出了同類型的單片機(jī)。人們統(tǒng)稱這些與8051內(nèi)核相同的單片機(jī)為“MCS-51系列單片機(jī)”。1.3.2MC68系列(Motorola公司的8位單片機(jī))

(1)MC6805系列MC6805系列是低檔8位單片機(jī)，其指令系統(tǒng)是MC6800的子集，它的價(jià)格比較便宜，使用于家用電器、測量儀器、計(jì)算機(jī)外圍設(shè)備等領(lǐng)域，但它的內(nèi)部總線不對外開放。主要產(chǎn)品的功能如表1-4所示。(2)MC68HC05系列MC68HC05的基本結(jié)構(gòu)與MC6805相似，采用HCMOS技術(shù)制造，指令系統(tǒng)功能比MC6805強(qiáng)。許多產(chǎn)品不能在外部擴(kuò)展存儲(chǔ)器和I/O口，有一些產(chǎn)品可通過串行口SPI進(jìn)行系統(tǒng)擴(kuò)展。1.3常用單片機(jī)系列介紹

1.3.3PIC16系列美國Microchip公司生產(chǎn)的PIC系列單片機(jī)具有價(jià)格低、體積小、速度高、功耗低、大電流LCD驅(qū)動(dòng)能力、C語言編程、程序保密性強(qiáng)、品種多和開發(fā)方便等特點(diǎn)，并率先采用精簡指令系統(tǒng)計(jì)算機(jī)（RISC，ReducedInstructionSetComputer）技術(shù)。1.3.4MSP430系列MSP430系列是是TI(德州儀器)公司推出的新型高性能單片機(jī)。具有以下特點(diǎn)：（1）16位精簡指令結(jié)構(gòu)，核心指令只有27條；（2）內(nèi)含F(xiàn)LASHROM多致60K字節(jié)，RAM多致2K字節(jié)；（3）內(nèi)含10，12，14位快速ADC/SLOPADC；（4）片內(nèi)資源豐富，有ADC，PWM，若干TIME，串行口，WATCHDOG，比較器，模擬信號(hào)；（5）有多種省電模式，功耗特別低，一顆鈕扣電池可工作10年，在液晶顯示時(shí)也能達(dá)到0.8μA低電源消耗；（6）ESD保護(hù)，抗干擾能力特別強(qiáng)；（7）開發(fā)簡單，仿真器價(jià)格低廉，不需昂貴的編程器。1.3.5AVR系列

（1）AVR系列單片機(jī)的優(yōu)勢及特點(diǎn)①AVR單片機(jī)易于入手、便于升級(jí)、費(fèi)用低廉。②高速、低耗、保密。③I/O口功能強(qiáng)，具有A/D轉(zhuǎn)換等電路。④有功能強(qiáng)大的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器及通迅接口。（2）AVR8-BitMCU的最大特點(diǎn)①哈佛結(jié)構(gòu)，具備1MHz的高速運(yùn)行處理能力。②超功能精簡指令集（RISC），具有32個(gè)通用工作寄存器，克服了如8051MCU采用單一ACC進(jìn)行處理造成的瓶頸現(xiàn)象。③快速的存取寄存器組、單周期指令系統(tǒng)，大大優(yōu)化了目標(biāo)代碼的大小、執(zhí)行效率高。部分型Flash非常大，特別適用于使用高級(jí)語言進(jìn)行開發(fā)。④作輸出時(shí)與PIC的HL/LOW相同，可輸出40mA，作輸入時(shí)可設(shè)置為三態(tài)高阻抗輸入或帶上拉電阻輸入，具備10mA～40mA灌電流的能力。⑤片內(nèi)集成多種頻率的RC振蕩器、上電自動(dòng)復(fù)位、看門狗、啟動(dòng)延時(shí)等功能，外圍電路更加簡單，系統(tǒng)更加穩(wěn)定可靠。⑥大部分AVR單片機(jī)片上資源豐富：帶E2PROM，PWM，RTC，SPI，UART，TWI，ISP，AD，WDT，AnalogComparator等。⑦大部分AVR單片機(jī)除有ISP功能外，還有IAP功能，方便升級(jí)或銷毀應(yīng)用程序。

1.3.6STC12C5A60S2系列（1）功能簡介 STC12C5A60S2/AD/PWM單片機(jī)是宏晶科技公司生產(chǎn)的單時(shí)鐘/機(jī)器周期(1T)的單片機(jī)，是高速度/低功耗/超強(qiáng)抗干擾的新一代8051單片機(jī)，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051，但速度比傳統(tǒng)8051快8-12倍。內(nèi)部集成MAX810專用復(fù)位電路，硬件看門狗，2路PWM，2路通用全雙工異步串行口(UART)，8路高速10位A/D轉(zhuǎn)換(250K/S，即25萬次/秒)。同時(shí)，具有ISP（在系統(tǒng)可編程）/IAP（在應(yīng)用可編程）功能，無需專用編程器，無需專用仿真器就可通過串口（P3.0/P3.1）直接下載用戶程序，數(shù)秒鐘即可完成一片。適用于電機(jī)控制，強(qiáng)干擾場合。（2）常用系列比較①STC12C5A60S2系列。C表示供電電壓為5.5V～3.5V，A表示有A/D轉(zhuǎn)換器，有PWM/PCA功能，60表示60KB程序存儲(chǔ)器，S2表示有第二串口，有內(nèi)部EEPROM。②STC12LE5A60S2系列。LE表示供電電壓為3.6V～2.2V，A表示有A/D轉(zhuǎn)換器，有PWM/PCA功能，60表示60KB程序存儲(chǔ)器，S2表示有第二串口，有內(nèi)部EEPROM。③STC12C5A60AD系列。C表示供電電壓為5.5V～3.5V，A表示有A/D轉(zhuǎn)換器，有PWM/PCA功能，60表示60KB程序存儲(chǔ)器，無第二串口，有內(nèi)部EEPROM。④STC12C5A60PWM/CCP系列。無A/D轉(zhuǎn)換器，無第二串口，有PWM/PCA功能，有內(nèi)部EEPROM。1．實(shí)訓(xùn)目的通過本次實(shí)訓(xùn)，能對單片機(jī)及其開發(fā)系統(tǒng)有一個(gè)初步的認(rèn)識(shí)。2．知識(shí)要點(diǎn)（1）DICE-5208K開發(fā)型單片機(jī)綜合實(shí)驗(yàn)儀概述1）結(jié)構(gòu)①A區(qū)。②B區(qū)。③C區(qū)。④D區(qū)。⑤E區(qū)。⑥F區(qū)。實(shí)訓(xùn)一：單片機(jī)開發(fā)環(huán)境介紹

圖1-5DICE-5208K開發(fā)型單片機(jī)綜合實(shí)驗(yàn)儀的外形圖2）系統(tǒng)開關(guān)設(shè)置（F1區(qū)）①SW1（EA端）：程序空間選擇開關(guān)，SW1—>IP（即接電源Vcc），選擇CPU內(nèi)部SW1—>UP（即接地，這是出廠模式），選擇CPU外部，此時(shí)可脫機(jī)運(yùn)行EPROM中固化的程序，也可用仿真器進(jìn)行聯(lián)機(jī)實(shí)驗(yàn)。②SW3、SW4、SW5：為鍵盤/顯示選擇開關(guān)，開關(guān)置ON（出廠模式），鍵盤/顯示控制選擇系統(tǒng)配置的8155接口芯片，反之（即開關(guān)置OFF），由用戶選擇自定義的I/O接口芯片控制。③KB1開關(guān)：KB1開關(guān)有兩種工作模式，平時(shí)都工作在“一般模式”，當(dāng)要用到單片機(jī)ISP在線編程功能時(shí)，將KB1開關(guān)打在“編程模式”。④KB2開關(guān)（用短路塊實(shí)現(xiàn)）：為“MCS-51系統(tǒng)”與“C8051F系統(tǒng)”讀寫信號(hào)切換開關(guān)。當(dāng)使用“MCS-51系統(tǒng)”時(shí)，將兩個(gè)短路塊插在‘1’和‘2’位置，當(dāng)使用“C8051F系統(tǒng)”時(shí)，將兩個(gè)短路塊插在‘2’和‘3’位置。⑤仿真器所接實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的JF_1(IDC34)口為系統(tǒng)通訊口，用于程序的仿真、連接、裝載。而實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的CZ11口為用戶實(shí)驗(yàn)通訊口，用于實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)與PC機(jī)之間的串行口通訊實(shí)驗(yàn)。3）使用方法①與PC機(jī)聯(lián)機(jī)使用。②脫機(jī)使用。4）DICE-5208K（MCS-51單片機(jī)）使用注意事項(xiàng)①脫機(jī)實(shí)驗(yàn)時(shí)，從矩陣鍵盤模塊輸入相應(yīng)實(shí)驗(yàn)序號(hào)（如實(shí)驗(yàn)一，輸入“01”），再按執(zhí)行鍵F0/EX即可運(yùn)行該實(shí)驗(yàn)程序。②聯(lián)機(jī)實(shí)驗(yàn)時(shí)，首先關(guān)閉電源，將仿真器的34芯扁平線與JF_1（F1區(qū)）34芯插座相連，然后打開電源，打開“DICE-51仿真開發(fā)系統(tǒng)”。③進(jìn)入DICE-51仿真開發(fā)系統(tǒng)后，點(diǎn)擊菜單“設(shè)置”－》“仿真模式”－》CPU：選8031/8032；RAM：選用戶RAM；ROM：選系統(tǒng)ROM。④注意在DICE-51仿真開發(fā)系統(tǒng)中，新建和調(diào)用的“源程序的文件名”不能含有中文字符，且英文字符不能超過8個(gè)字符?！霸闯绦颉彼诘穆窂街型瑯右膊荒芎兄形淖址?，且不能超過8個(gè)字符。⑤“SW1”開關(guān)不管在脫機(jī)實(shí)驗(yàn)狀態(tài)還是在仿真器聯(lián)機(jī)實(shí)驗(yàn)狀態(tài)時(shí)都應(yīng)打在‘UP’位置。（2）DICE-3000高級(jí)仿真器MCS-51單片機(jī)配有DICE-3000高級(jí)仿真器，該仿真器是美國享德克電子公司研制經(jīng)技術(shù)引進(jìn)，深入中國科技領(lǐng)域應(yīng)用的產(chǎn)品，windows軟件平臺(tái)，8位和16位兼容的通用單片機(jī)開發(fā)系統(tǒng)。仿真器采用世界上高技術(shù)硬軟件設(shè)計(jì)集成工藝，具有體積小、集成度高、可靠性高，雙CPU結(jié)構(gòu)且抗干擾性強(qiáng)等特點(diǎn)。其軟件安裝啟動(dòng)方法是：運(yùn)行隨機(jī)光盤上“DICE-51仿真開發(fā)系統(tǒng)”安裝文件，根據(jù)提示完成軟件安裝，然后雙擊桌面上“DICE-51仿真開發(fā)系統(tǒng)”銀環(huán)快捷圖標(biāo)，即可運(yùn)行DICE-51仿真軟件。其硬件連接方法：詳見“4.實(shí)訓(xùn)內(nèi)容及步驟（4）”。3．實(shí)訓(xùn)器材（1）DICE-5208K開發(fā)型單片機(jī)綜合實(shí)驗(yàn)儀1套。（2）PC機(jī)1臺(tái)。（3）DICE-3000仿真器1臺(tái)。（4）帶插針的導(dǎo)線若干。4．實(shí)訓(xùn)內(nèi)容及步驟（1）認(rèn)識(shí)DICE-5208K開發(fā)型單片機(jī)綜合實(shí)驗(yàn)儀。打開DICE-5208K開發(fā)型單片機(jī)綜合實(shí)驗(yàn)儀，對照圖1-5找出其A、B、C、D、E、F各個(gè)區(qū)域及其子區(qū)域。記錄每個(gè)區(qū)域的核心元件，如集成電路等。（2）用導(dǎo)線將8只開關(guān)K1～K8的邏輯電平輸出端接8只LED發(fā)光二極管L1～L8的驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸入端，然后通電并扳動(dòng)8只開關(guān)K1～K8觀察8只LED發(fā)光二極管L1～L8的顯示情況。（3）認(rèn)識(shí)并啟動(dòng)“DICE-51仿真開發(fā)系統(tǒng)”。雙擊PC機(jī)桌面上“DICE-51仿真開發(fā)系統(tǒng)”銀環(huán)快捷圖標(biāo)，運(yùn)行DICE-51仿真軟件。仔細(xì)觀察其窗口及菜單結(jié)構(gòu)。（4）將DICE-5208K開發(fā)型單片機(jī)綜合實(shí)驗(yàn)儀通過DICE-3000高級(jí)仿真器與PC機(jī)相連接。5．思考題（1）寫出DICE-5208K開發(fā)型單片機(jī)綜合實(shí)驗(yàn)儀上各集成電路的型號(hào)，并自行查找出其主要功能。（2）寫出DICE-51仿真軟件的菜單及其子菜單項(xiàng)。（3）本次實(shí)訓(xùn)有哪些注意事項(xiàng)？小結(jié)本章主要介紹了單片機(jī)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)以及單片機(jī)基礎(chǔ)，并列舉了MCS-51、MC68、PIC16、MSP430、AVR等各系列單片機(jī)。該章是學(xué)習(xí)后續(xù)各章的基礎(chǔ)。通過學(xué)習(xí)，應(yīng)重點(diǎn)掌握以下知識(shí)：第一，二、十、八、十六進(jìn)制數(shù)的概念及其相互轉(zhuǎn)換；第二，原碼、反碼、補(bǔ)碼的概念及其相互轉(zhuǎn)換；第三，帶符號(hào)數(shù)的運(yùn)算及溢出的判別方法；第四，單片機(jī)的概念、特點(diǎn)、應(yīng)用領(lǐng)域以及分類。習(xí)題與思考題一、填空題1．(100.25)10=()2=()8=()16。2．已知X=（－124）10，則在8位計(jì)算機(jī)中[X]原=___________________B，[X]反=___________________B，[X]補(bǔ)=_______________________B。3．單片機(jī)就是把

、_______________、____________、

_______________、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器以及_____________電路等主要部件集成在一塊集成電路芯片上的微型計(jì)算機(jī)。按其字長可分四種類型，即______機(jī)、________機(jī)、_________機(jī)以及________機(jī)。4．微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)由______________和______________兩大部分組成。5.半導(dǎo)體存儲(chǔ)器按其存取方式可分為兩大類，即________________和_______________。二、選擇題1．在家用電器中使用單片機(jī)應(yīng)屬于計(jì)算機(jī)的（）。A．?dāng)?shù)據(jù)處理應(yīng)用B．控制應(yīng)用C．?dāng)?shù)值計(jì)算應(yīng)用D．輔助工程應(yīng)用2．Intel公司的單片機(jī)80C51采用的半導(dǎo)體工藝是（）。A．CMOSB．HMOSC．CHMOSD．NMOS3．在8位計(jì)算機(jī)中，－3的補(bǔ)碼是（）。A．10000011B．11111100C．11111110D．111111014．CPU主要的組成部分為