單片機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)

單片機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)第一章 單片機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)學(xué)習(xí)目標(biāo)：1．掌握數(shù)制及其轉(zhuǎn)換方法。2．了解數(shù)據(jù)表示方法及其編碼。3．了解單片機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)。2023/2/22一、什么是單片機(jī)？單片機(jī)就是單片微型計(jì)算機(jī),是將計(jì)算機(jī)的中央處理器(CPU)、存儲(chǔ)器（ROM,RAM）、輸入/輸出（I/O）接口等集成在一小塊硅片上的微型機(jī)。1.1 單片機(jī)的發(fā)展及特點(diǎn)2023/2/23單片機(jī)組成框圖RAMI/O接口電路CPU時(shí)鐘定時(shí)器/計(jì)數(shù)器ROM2023/2/24二、單片機(jī)發(fā)展史單片機(jī)屬于微型機(jī)，微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展形成兩大分支：1、獨(dú)立使用式微機(jī)（PC機(jī)）：PC機(jī)系統(tǒng)全力實(shí)現(xiàn)海量高速數(shù)據(jù)處理，兼顧控制功能。2、嵌入式微機(jī)單片機(jī)：單片機(jī)系統(tǒng)全力滿足測控對象的測控功能，兼顧數(shù)據(jù)處理能力。單片機(jī)作為工業(yè)控制和數(shù)據(jù)處理的計(jì)算機(jī)，它的結(jié)構(gòu)與指令功能都是按照工業(yè)控制要求設(shè)計(jì)的,也被稱為“微控制器”、“微處理器”（Micro-controller,Micro-processor）。主要有：4位、8位、16位、32位等2023/2/25單片機(jī)發(fā)展概況1976-1978初級(jí)8位單片機(jī)IntelMCS-48系列1978-1983高檔8位單片機(jī)IntelMCS-51系列：-51子系列：8031/8051/8751-52子系列：8032/8052/8752低功耗型80C31高性能型80C252廉價(jià)型89C2051/10511983-90年代初16位單片機(jī)IntelMCS-96系列8098/8096、80C198/80C19690年代初-至今16位單片機(jī)高檔32位單片機(jī)2023/2/26三、單片機(jī)的特點(diǎn)及應(yīng)用突出特點(diǎn)——存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)

計(jì)算機(jī)有兩種存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)：哈佛結(jié)構(gòu)：程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器分開。普林斯頓結(jié)構(gòu)：程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器合并。單片機(jī)采用哈佛結(jié)構(gòu)體系2023/2/27采用哈佛體系結(jié)構(gòu)采用面向控制的指令系統(tǒng)引腳功能服用片內(nèi)RAM作寄存器類型齊全功能通用具有三高優(yōu)勢(集成度高、可靠性高、性價(jià)比高)。三、單片機(jī)的特點(diǎn)及應(yīng)用2023/2/28三、單片機(jī)的特點(diǎn)及應(yīng)用單片機(jī)主要應(yīng)用于工業(yè)檢測與控制、計(jì)算機(jī)外設(shè)、智能儀器儀表、通訊設(shè)備、家用電器等。特別適合于嵌入式微型機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。單片機(jī)開發(fā)系統(tǒng)有單片單板機(jī)和仿真器。實(shí)現(xiàn)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的硬、軟件開發(fā)。2023/2/291946-1958第一代電子管計(jì)算機(jī)。磁鼓存儲(chǔ)器，機(jī)器語言、匯編語言編程。1958-1964第二代晶體管計(jì)算機(jī)。磁芯作主存儲(chǔ)器,磁盤作外存儲(chǔ)器，開始使用高級(jí)語言編程。1964-1971第三代集成電路計(jì)算機(jī)。使用半導(dǎo)體存儲(chǔ)器，出現(xiàn)多終端計(jì)算機(jī)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。1971-第四代大規(guī)模集成電路計(jì)算機(jī)。出現(xiàn)微型計(jì)算機(jī)、單片微型計(jì)算機(jī)，外部設(shè)備多樣化。1981-第五代人工智能計(jì)算機(jī)。模擬人的智能和交流方式。一、發(fā)展概況1.2 計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)2023/2/210二、計(jì)算機(jī)發(fā)展趨勢微型化─便攜式、低功耗巨型化─尖端科技領(lǐng)域的信息處理，需要超大容量、高速度智能化─模擬人類大腦思維和交流方式，多種處理能力系列化、標(biāo)準(zhǔn)化─便于各種計(jì)算機(jī)硬、軟件兼容和升級(jí)網(wǎng)絡(luò)化─網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)和信息高速公路多機(jī)系統(tǒng)─大型設(shè)備、生產(chǎn)流水線集中管理(獨(dú)立控制、故障分散、資源共享)2023/2/211三、微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)硬件微型計(jì)算機(jī)（主機(jī)）微處理器(CPU)軟件外圍設(shè)備運(yùn)算器控制器存儲(chǔ)器(內(nèi)存)RAMROM外部設(shè)備輔助設(shè)備輸入設(shè)備(鍵盤、掃描儀、語音識(shí)別儀…)輸出設(shè)備(顯示器、打印機(jī)、繪圖儀、…)輔助存儲(chǔ)器(磁帶、磁盤、光盤)輸入/輸出接口(PIO、SIO、CTC、ADC、DAC…)(I/O接口)總線(AB、DB、CB)系統(tǒng)軟件(操作系統(tǒng)，編輯、編譯程序，故障診斷,監(jiān)控程序…)應(yīng)用軟件(科學(xué)計(jì)算，工業(yè)控制，數(shù)據(jù)處理…)程序設(shè)計(jì)語言(機(jī)器語言、匯編語言、高級(jí)語言)電源電路時(shí)鐘電路2023/2/212三、微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成2023/2/213四、微型計(jì)算機(jī)組成中央處理器CPU運(yùn)算器和控制器集成在一個(gè)芯片上運(yùn)算器：實(shí)現(xiàn)算術(shù)運(yùn)算或邏輯運(yùn)算包括：算術(shù)邏輯單元ALU、累加器A、暫存寄存器TR、標(biāo)志寄存器F或PSW、通用寄存器GR控制器：中樞部件，控制計(jì)算機(jī)中的各個(gè)部件工作包括：指令寄存器IR、指令譯碼器ID、程序計(jì)數(shù)器PC、定時(shí)與控制電路2023/2/214存儲(chǔ)器：記憶，由存儲(chǔ)單元組成。包括：ROM、RAM總線BUS：在微型計(jì)算機(jī)各個(gè)芯片之間或芯片內(nèi)部之間傳輸信息的一組公共通信線。包括：數(shù)據(jù)總線DB：雙向，寬度決定了微機(jī)的位數(shù)。地址總線AB：單向，決定CPU的尋址范圍?？刂瓶偩€CB：單向I/O接口：數(shù)據(jù)輸入輸出。包括：輸入接口、

輸出接口2023/2/215五、計(jì)算機(jī)主要技術(shù)指標(biāo)字長： CPU能并行處理二進(jìn)制的數(shù)據(jù)位數(shù) 8位機(jī)、16位機(jī)、32位機(jī)和64位機(jī)。內(nèi)存容量：存儲(chǔ)單元能容納的二進(jìn)制數(shù)的位數(shù) 容量單位：1K=210=1024，1M=220=1KK

8K、64K、16M、64M。運(yùn)算速度：CPU處理速度 時(shí)鐘頻率、主頻、每秒運(yùn)算次數(shù) 6MHz、12MHz、24MHz、100MHz、300MHz。內(nèi)存存取時(shí)間：內(nèi)存讀寫速度

50nS、70nS、200nS。2023/2/216一、進(jìn)位計(jì)數(shù)制使用有限個(gè)基本數(shù)碼來表示數(shù)據(jù)，按進(jìn)位的方法進(jìn)行計(jì)數(shù)稱為進(jìn)位計(jì)數(shù)制。

包含兩大要素：基數(shù)和位權(quán)基數(shù)：用來表示數(shù)據(jù)基本數(shù)碼的個(gè)數(shù)J，≧此數(shù)后必須進(jìn)位。位權(quán)：數(shù)碼在表示數(shù)據(jù)時(shí)所處的數(shù)位所具有的固定值Ji。簡稱“權(quán)”。1.3 數(shù)制及其轉(zhuǎn)換2023/2/2171、十進(jìn)制D符號(hào)集：0～9規(guī)則：逢十進(jìn)一。 例1234.5=1×103+2×102+3×101+4×100+5×10-1加權(quán)展開式以10為基數(shù)，各位系數(shù)為0～9。10310210110010-1位權(quán) 一般表達(dá)式：ND=dn-1×10n-1+dn-2×10n-2+…+d0×100+d-1×10-1+…2、二進(jìn)制B符號(hào)集：0、1規(guī)則：逢二進(jìn)一。

3、十六進(jìn)制H符號(hào)集：0～9、A～F規(guī)則：逢十六進(jìn)一。 2023/2/2181、十進(jìn)制用于計(jì)算機(jī)輸入輸出，人機(jī)交互。二進(jìn)制為機(jī)器中的數(shù)據(jù)形式。十六進(jìn)制用于表示二進(jìn)制數(shù)。2、不同進(jìn)位制數(shù)以下標(biāo)或后綴區(qū)別,十進(jìn)制數(shù)可不帶下標(biāo)。如:101、101D、101B、101H、101H二、進(jìn)位計(jì)數(shù)制的說明2023/2/2191、十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成二、十六進(jìn)制數(shù)整數(shù)轉(zhuǎn)換法“除基取余”：十進(jìn)制整數(shù)不斷除以轉(zhuǎn)換進(jìn)制基數(shù)，直至商為0。每除一次取一個(gè)余數(shù)，從低位排向高位。1. 39轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)

39=100111B 2 391（b0） 2 191（b1）291（b2） 240（b3） 220（b4） 211（b5） 02.208轉(zhuǎn)換成十六進(jìn)制數(shù)

208=D0H16208余01613余13=DH 0三、不同進(jìn)位計(jì)數(shù)制之間的轉(zhuǎn)換2023/2/220十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成二、十六進(jìn)制數(shù)小數(shù)轉(zhuǎn)換法“乘基取整”：用轉(zhuǎn)換進(jìn)制的基數(shù)乘以小數(shù)部分，直至小數(shù)為0或達(dá)到轉(zhuǎn)換精度要求的位數(shù)。每乘一次取一次整數(shù)，從最高位排到最低位。舉例： 2.0.625轉(zhuǎn)換成十六進(jìn)制數(shù)0.625×16=10.0

0.625=0.AH3.208.625轉(zhuǎn)換成十六進(jìn)制數(shù)208.625=1.0.625轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)

0.625 ×2 1.2501(b-1) ×2 0.500(b-2) × 2 1.0 1(b-3)0.625=0.101B2023/2/221先展開，然后按照十進(jìn)制運(yùn)算法則求和。 舉例：B=1×23+1×21+1×20+1×2-1

+1×2-3H=13×162+15×161+12×160+8×16-1

2、其他進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制數(shù)2023/2/222最高位為符號(hào)位，0表示“+”，1表示“－”。 數(shù)值位與真值數(shù)值位相同。原碼表示簡單直觀,但0的表示不唯一，加減運(yùn)算復(fù)雜。2、反碼正數(shù)的反碼與原碼相同負(fù)數(shù)的反碼符號(hào)不變，數(shù)值按位取反有符號(hào)數(shù)通常使用三種表示方法：1、原碼

機(jī)器中，數(shù)的符號(hào)用“0”、“1”表示。

最高位作符號(hào)位

“0”表示“+”，“1”表示“-”。1.4 帶符號(hào)數(shù)的表示方法2023/2/2233、補(bǔ)碼正數(shù)的補(bǔ)碼表示與原碼相同。 負(fù)數(shù)補(bǔ)碼的符號(hào)位為1，數(shù)值位等于反碼加1。補(bǔ)碼表示的優(yōu)點(diǎn)： 0的表示唯一，加減運(yùn)算方便。

Y-X=Y+[-X]補(bǔ)

計(jì)算機(jī)中的數(shù)均采用補(bǔ)碼表示！2023/2/224例：求十進(jìn)制數(shù)876的BCD碼[876]BCD=100001110110

1、BCD碼

二進(jìn)制代碼表示的十進(jìn)制數(shù)。8421BCD碼1.5 編碼2023/2/2252、美國標(biāo)準(zhǔn)信息交換碼ASCII碼，用于計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)、計(jì)算機(jī)與外設(shè)之間傳遞信息。2023/2/226位：Bit數(shù)據(jù)最小單位字節(jié)：Byte8位二進(jìn)制數(shù)定義為一字節(jié)字長：組成計(jì)算機(jī)一個(gè)字的位數(shù)

8位機(jī)其一個(gè)存儲(chǔ)單元表