單片機基礎精品課件

1、單片機基礎第1頁，共36頁，2022年，5月20日，2點42分，星期二1.1概述計算機發(fā)展概況1. 計算機的誕生 1945年底，世界上第一臺使用電子管制造的電子數(shù)字計算機在美國賓夕法尼亞大學莫爾學院研制成功，并在1946年2月15日舉行了計算機的正式揭幕典禮。2. 計算機的發(fā)展第一代計算機是電子管計算機（19451954年）。第二代計算機是晶體管計算機（19551964年）。第三代計算機是集成電路計算機（19651971年）。第四代計算機是大規(guī)模集成電路計算機。第五代計算機（可能）應用生物技術、納米技術和量子技術。第2頁，共36頁，2022年，5月20日，2點42分，星期二 使用了18000個

2、電子管，1500個繼電器，總體積約90立方米，重達30噸，占地150平方米，需要用一間30多米長的大房間才能存放。 第3頁，共36頁，2022年，5月20日，2點42分，星期二計算機分類計算機可分為模擬計算機和數(shù)字計算機兩大類。 數(shù)字計算機按用途又可分為專用計算機和通用計算機。通用機按規(guī)模分為巨型機、大中小型機、微型機及單片機。 1.1.3單片機的特點及主要應用領域 單片機，是指在一塊芯片上集成了中央處理器CPU、隨機存儲器RAM、程序存儲器ROM、EPROM、EEPROM、定時/計數(shù)器、中斷控制器以及串行口，并行I/O接口等部件，構成的一個完整的微型計算機系統(tǒng) 。第4頁，共36頁，2022年

3、，5月20日，2點42分，星期二第5頁，共36頁，2022年，5月20日，2點42分，星期二第6頁，共36頁，2022年，5月20日，2點42分，星期二 1. 單片機的特點 從結構上看，單片機不但與通用微型計算機一樣，是一個有效的數(shù)據(jù)處理機，而且是一個功能很強的過程控制機。從某種意義上講，一塊單片機就具有一臺微型計算機的功能，只需要加上所需要的輸入/輸出設備，就可以構成一個完整的系統(tǒng)，從而滿足各應用領域的需要。 單片機與通用微機的相同功能部分在具體構造中存在許多不同。正因如此，單片機與通用微機是兩個不同的發(fā)展分支。 第7頁，共36頁，2022年，5月20日，2點42分，星期二 通用微機的CPU

4、主要面向數(shù)據(jù)處理，其發(fā)展主要圍繞數(shù)據(jù)處理功能、計算速度和精度的進一步提高。單片機主要面向控制，因為控制中的數(shù)據(jù)類型和數(shù)據(jù)處理相對簡單，所以單片機的數(shù)據(jù)處理功能比通用微機相對要弱一些，計算速度和精度也要相對低一些。 通用微機中存儲器組織結構主要是針對增大存儲容量和CPU對數(shù)據(jù)的存取速度。單片機中存儲器的組織結構比較簡單，存儲器芯片直接掛接在單片機的總線上，CPU對存儲器的讀寫直接用物理地址來尋址存儲單元，存儲器的尋址空間一般都為64KB。 通用微機中I/O接口主要考慮標準外設（如CRT、標準鍵盤、鼠標、打印機、硬盤、光盤等）。用戶通過標準總線連接外設，達到即插即用。但單片機應用系統(tǒng)的外設都是非標

5、準的，且千差萬別，種類很多。第8頁，共36頁，2022年，5月20日，2點42分，星期二2. 單片機的主要應用領域 因單片機具有體積小、重量輕、價格便宜、功耗低、控制功能強及運算速度快等特點，故在國民建設、軍事及家用電器等領域均得到廣泛的應用。單機應用： 測控系統(tǒng)：溫室控制、生產(chǎn)線控制。 智能儀表：生產(chǎn)自動化、樓宇自動化。 機電一體化：數(shù)控機床、電腦雕刻機、醫(yī)療器械。 智能接口：數(shù)據(jù)處理。 智能民用產(chǎn)品：家用電器、玩具、收銀機。多機應用： 智能路燈控制系統(tǒng)。第9頁，共36頁，2022年，5月20日，2點42分，星期二1.2單片機的發(fā)展歷史及典型機型單片機的發(fā)展歷史 自1971年美國Intel公

6、司制造出第一塊4位處理器以來，在短短的20余年間，單片機技術已發(fā)展成為計算機技術中一個非常有活力的分支，它有自己的技術特征、規(guī)范、發(fā)展道路和應用環(huán)境。其發(fā)展十分迅猛，到目前為止，大致可分為以下幾個階段。 4位單片機 8位單片機 16位單片機 32位單片機第10頁，共36頁，2022年，5月20日，2點42分，星期二1. 4位單片機 1971年11月，Intel公司設計了集成度為2000只晶體管/片的4位微型處理器Intel4004，并配有RAM、ROM和移位寄存器，構成第一臺4位微處理器。這種微處理器雖僅用于簡單控制，但價格便宜，至今仍不斷有多功能的4位機問世。4位單片機主要用于家用電器、電子

7、玩具等。 2. 8位單片機 1976年9月，美國Intel公司首先推出了MCS-48系列8位單片機以后，單片機發(fā)展進入了一個新階段，8位單片機紛紛應運而生。隨著集成電路工藝水平的提高，在1978年到1983年期間集成度提高到幾萬只管/片，因而一些高性能的8為單片機相繼問世，例如MCS-51系列8位單片機。因此，把這類單片機稱為高檔8為單片機。第11頁，共36頁，2022年，5月20日，2點42分，星期二3. 16位單片機 Intel公司于1983年推出16位單片機8096，其它公司也相繼推出了同檔次的產(chǎn)品。由于16位單片機采用了最新的制造工藝，其計算速度和控制功能也大幅度提高，具有很強的實時處

8、理能力。4. 32位單片機 近年來，各個計算機生產(chǎn)廠家已經(jīng)進入更高性能的32位單片機研制、生產(chǎn)階段。由于控制領域?qū)?2位單片機需求并不十分迫切，所以32位單片機的應用并不是很多。 單片機的發(fā)展并沒有出現(xiàn)推陳出新、以新代舊的局面。4位、8位、16位單片機仍各有應用領域，4位單片機在一些簡單家用電器、高檔玩具中仍有應用；8位單片機在中、小規(guī)模應用場合仍占主流地位；16位單片機在比較復雜的控制系統(tǒng)應用。第12頁，共36頁，2022年，5月20日，2點42分，星期二常用單片機的機型 目前單片機產(chǎn)品多達50個系列，300多種型號。國內(nèi)單片機應用中常見的有Intel公司的MCS系列，ATMEL公司的89系

9、列和AVR系列，Philips公司的80C51系列，MicroChip公司的PIC16系列，臺灣凌陽61系列，和國內(nèi)STC等，其中對Intel公司的MCS系列產(chǎn)品做如下簡要介紹。 MCS系列單片機是Intel公司生產(chǎn)的單片機的總稱。Intel公司是生產(chǎn)單片機的創(chuàng)始者，其產(chǎn)品在單片機的各個發(fā)展階段具有代表性。Intel公司生產(chǎn)的單片機大體上可分為三大系列：MCS-48系列、MCS-51系列、MCS-96系列。三大系列產(chǎn)品如表1-1所示。第13頁，共36頁，2022年，5月20日，2點42分，星期二表1-1 MCS系列單片機主要機型系列型號片 內(nèi) 存 儲 器（字節(jié)）片外存儲器直接尋址（字節(jié)）I/O

10、口線中 斷源定時器/計數(shù)器（個位）ROM/EPROMRAMRAMEPROM并行串行MCS48（8位）8048874880358049874980391K/1K2K/2K6464641281281282562562562562562564K4K4K4K4K4K272727272727222222181818181818MCS51（8位）80518751803180528752803280C5180C3187C514K/4K8K/8K4K/4K12812812825625625612812812864K64K64K64K64K64K64K64K64K64K64K64K64K64K64K64K64K

11、64K323232323232323232UARTUARTUARTUARTUARTUARTUARTUARTUART555666555216216216316316316216216216MCS96（16位）809480958096809723223223223264K64K64K64K64K64K64K64K32324848UARTUARTUARTUART8888416416416416第14頁，共36頁，2022年，5月20日，2點42分，星期二1.3計算機中的數(shù)制及相互轉換 計算機中的數(shù)的表示方法 在日常生活中人們最熟悉的是十進制數(shù)，但在計算機中，采用二進制數(shù)“0”和“1”可以很方便地表示

12、機內(nèi)的數(shù)據(jù)與信息。在編程時，為了便于閱讀和書寫，人們還常用八進制數(shù)或十六進制數(shù)來表示二進制數(shù)。第15頁，共36頁，2022年，5月20日，2點42分，星期二 1. BCD碼的定義及運算 人們習慣使用十進制數(shù)，為使計算機能識別、存儲十進制數(shù)，并能直接識別十進制數(shù)進行運算，需要對十進制數(shù)進行編碼。將十進制數(shù)表示為二進制編碼的形式，稱為二十進制編碼，即BCD(Binary Coded Decimal)碼。 1位十進制數(shù)有09共10個不同的數(shù)碼，至少需要4位二進制數(shù)表示。4位二進制數(shù)有16種組合，取其中10種組合代表10個十進制數(shù)碼。最常用的方法是8421BCD碼，其中8、4、2、1分別為4位二進制數(shù)

13、的位權值。表1-3給出了十進制和8421BCD碼的對應關系。第16頁，共36頁，2022年，5月20日，2點42分，星期二表1-2 8421BCD編碼表十進制數(shù)8421BCD碼十進制數(shù)8421BCD碼00000501011000160110200107011130011810004010091001 例如寫出69.25的BCD碼： 根據(jù)表 1-3, 可直接寫出相應的BCD碼: 69.25 =（01101001.00100101）BCD 第17頁，共36頁，2022年，5月20日，2點42分，星期二 2. ASCII碼 目前國際上比較通用的是1963年美國標準會ANSI制訂的美國國家信息交換標準

14、字符碼(American Standard Code for Information Interchange),簡稱ASCII碼，它的編碼如表 1-3所示，從表中可見，ASCII 碼采用二進制編碼，它包括26個大寫英文字母；26個小寫英文字母；10個數(shù)字09；32個通用控制符號；34個專用符號，共128個字符。第18頁，共36頁，2022年，5月20日，2點42分，星期二表 1-3 ASCII 碼 表第19頁，共36頁，2022年，5月20日，2點42分，星期二 3. 原碼、反碼和補碼 原碼：在符號位中用0表示正、用1表示負的二進制數(shù)，稱為原碼。例如， x1=1110111B， x1原=011

15、10111B x2=1110111B， x2原=11110111B數(shù)0可是0或0。因此，0在原碼中形式： 0原=0000 0000B， 0原=1000 0000B第20頁，共36頁，2022年，5月20日，2點42分，星期二反碼：正數(shù)的反碼=原碼；負數(shù)的反碼=原碼的符號位不變而數(shù)值按位取反。所謂按位取反，即將各位的1變成0，0變成1。例如，x1=13， x1反=13原=0 0001101B 。又如，x2=13， x2原=13原=1 0001101B， x2反=13反=1 1110010B。補碼：正數(shù)的補碼=原碼；負數(shù)的補碼=反碼1。例如，x1=1101101B， x1補=0 1101101B

16、。又如， x2=1101101B， x2反=1 0010010B， x2補=10010011B。在補碼表示中，“0”是唯一的。即0補=00000000B第21頁，共36頁，2022年，5月20日，2點42分，星期二1.3.2進位計數(shù)制 按進位原則進行計數(shù)的方法，稱為進位計數(shù)制。1.十進制 有10個不同的數(shù)字符號：0、1、2、9； 低位向高位進位的規(guī)律是“逢十進一”。2. 二進制數(shù) 在二進制數(shù)中，只有兩個不同數(shù)碼：0和1，進位規(guī)律為“逢二進一”。3. 八進制數(shù) 八進制數(shù)有0、1、2、7共8個不同的數(shù)碼，采用“逢八進一”的原則進行計數(shù)。4. 十六進制 十六進制中有0、1、2、9、A、B、C、D、E

17、、F共16個不同的數(shù)碼，進位方法是“逢十六進一”。第22頁，共36頁，2022年，5月20日，2點42分，星期二表1-4各種進位之間的關系十進制二進制八進制十六進制十進制二進制八進制十六進制000091001119111110101012A2102211101113B3113312110014C41004413110115D51015514111016E61106615111117F7111771610000201081000108第23頁，共36頁，2022年，5月20日，2點42分，星期二進位計數(shù)制之間的轉換. 二、八、十六進制數(shù)轉化成十進制數(shù) 根據(jù)各進制的定義表示方式，按權展開相加，即可

18、將二進制數(shù)、八進制數(shù)、十六進制數(shù)轉化成十進制數(shù)?！纠?-1】將數(shù) (10.101), (46.12), (2D.A4) 轉換為十進制數(shù)。2. 十進制數(shù)轉化成二、八、十六進制數(shù) 任意十進制數(shù)N轉化成R進制數(shù)，需將整數(shù)部分和小數(shù)部分分開，采用不同的方法分別進行轉換，然后用小數(shù)點將兩個部分連接起來。第24頁，共36頁，2022年，5月20日，2點42分，星期二(1)整數(shù)部分：除基取余法。 分別用基數(shù)R不斷的去除N的整數(shù)，直到商為零為止，每次所得的余數(shù)依次排列即為相應進制的數(shù)碼。最初得到的為最低有效數(shù)字，最后得到的位最高有效數(shù)字。【例1-2】將(168)轉換成二、八、十六進制數(shù)。第25頁，共36頁，2

19、022年，5月20日，2點42分，星期二(2) 小數(shù)部分：乘基取整法。 分別用基數(shù)R（R=2、8或16）不斷得去乘N的小數(shù)，直到積的小數(shù)部分為零（或直到所要求的位數(shù)）為止，每次乘得的整數(shù)依次排列即為相應進制的數(shù)碼。最初得到的為最高有效數(shù)字，最后得到的為最低有效數(shù)字。 【例1-3】將(0.645)轉換成二、八、十六進制數(shù)（用小數(shù)點后五位表示）第26頁，共36頁，2022年，5月20日，2點42分，星期二第27頁，共36頁，2022年，5月20日，2點42分，星期二3. 二進制與八進制之間的相互轉換 4. 二進制數(shù)與十六進制數(shù)之間的轉換 由于2X2X2X2=16，故可采用“合四為一”的原則，每位十

20、六進制數(shù)分別向左、右兩邊各以4位為一組進行二十六換算；若不足4位以0補足，即可將二進制數(shù)轉換為十六進制數(shù)。反之，采用“一分為四”的原則，將每位十六進制數(shù)用四位二進制數(shù)表示，便可將十六進制數(shù)轉化為二進制數(shù)。 在程序設計中，為了區(qū)分不同進制的數(shù)，通常在數(shù)的后面加字母作為標注。其中，字母B表示二進制數(shù)；字母D或不加字母表示十進制數(shù)；字母H表示十六進制數(shù)。如1101B、57Q、512D、3AH等。第28頁，共36頁，2022年，5月20日，2點42分，星期二第29頁，共36頁，2022年，5月20日，2點42分，星期二1.4二進制數(shù)的運算 二進制數(shù)只有 0和1兩個數(shù)字，其算術運算較為簡單，加、減法遵循“逢二進一”、“借一當二”的原則。1.4.1二進制數(shù)的加法規(guī)則: 0+0=0; 0+1=1; 1+0=1; 1+1=10(有進位) 即 1001B+1011B=10100