單片微機原理第一章單片微機與機電一體化課件

單片微機原理及應(yīng)用聯(lián)系方式：Tel:建議教材:單片微型計算機與機電接口技術(shù)（上篇）房小翠主編國防工業(yè)出版社出版單片機實用系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)房小翠王金鳳編著國防工業(yè)出版社出版單片微型計算機原理、應(yīng)用及接口技術(shù)張迎新編著國防工業(yè)出版社出版參考書：第一章

單片微機與機電一體化

SingleChipMicrocomputerandMechetronics

1.1微處理器、微機和單片機的概念微處理器CPU:運算器與控制器集成在同一片半導(dǎo)體芯片上。本身不是計算機。CentralProcessingUnitMicroprocessor1971年1月，INTEL公司的特德·霍夫在與日本商業(yè)通訊公司合作研制臺式計算器時，將原始方案的十幾個芯片壓縮成三個集成電路芯片。其中的兩個芯片分別用于存儲程序和數(shù)據(jù)，另一芯片集成了運算器和控制器及一些寄存器，稱為微處理器（即Intel4004）微型計算機結(jié)構(gòu)圖

微處理器存儲器設(shè)備I/O數(shù)據(jù)總線地址總線控制總線微處理器、存儲器加上I/O接口電路組成微型計算機。各部分通過地址總線（AB）、數(shù)據(jù)總線（DB）和控制總線（CB）相連。微計算機系統(tǒng)概念 圖微處理器、微計算機和微計算機系統(tǒng)的關(guān)系（2）單板機將CPU芯片、存儲器芯片、I/O接口芯片和簡單的I/O設(shè)備（小鍵盤、LED顯示器）等裝配在一塊印刷電路板上，再配上監(jiān)控程序（固化在ROM中），就構(gòu)成了一臺單板微型計算機（簡稱單板機）。單板機圖片單板機的I/O設(shè)備簡單，軟件資源少，使用不方便。早期主要用于微型計算機原理的教學(xué)及簡單的測控系統(tǒng)，現(xiàn)在已很少使用。（3）單片機在一片集成電路芯片上集成微處理器、存儲器、I/O接口電路，從而構(gòu)成了單芯片微型計算機，即單片機。三種應(yīng)用形態(tài)的比較：單板機單片機系統(tǒng)機（多板機）

系統(tǒng)機（桌面應(yīng)用）屬于通用計算機，主要應(yīng)用于數(shù)據(jù)處理、辦公自動化及輔助設(shè)計。

單片機（嵌入式應(yīng)用）屬于專用計算機，主要應(yīng)用于智能儀表、智能傳感器、智能家電、智能辦公設(shè)備、汽車及軍事電子設(shè)備等應(yīng)用系統(tǒng)。單片機體積小、價格低、可靠性高，其非凡的嵌入式應(yīng)用形態(tài)對于滿足嵌入式應(yīng)用需求具有獨特的優(yōu)勢。1.2單片微機的特點與發(fā)展概況⑤單片機的系統(tǒng)擴展、系統(tǒng)配置較典型、規(guī)范，易于構(gòu)成各種規(guī)模的應(yīng)用系統(tǒng)一、特點①體積小，成本低，效益好。②具有較高的性能價格比。③系統(tǒng)不易受到干擾，可靠性高，使用方便。④控制功能強

初級階段→普及階段→發(fā)展階段

1CPU的改進2存儲器的發(fā)展(大容量、高性能)3片內(nèi)I/O接口（外圍電路內(nèi)裝化、A/D、D/A與芯片做在一起）4半導(dǎo)體工藝技術(shù)的進步（位數(shù)擴展、光科技術(shù)、高集成度）二、發(fā)展概況第一階段（76-78）第二階段78年以后第三階段82年以后5單片機開發(fā)方式的發(fā)展

SST公司推出的SST89C54和SST89C58芯片分別有20KB和30KB的SuperFLASH存儲器，利用這種存儲器可以進行高速讀/寫的特點，能夠?qū)崿F(xiàn)在系統(tǒng)編程（ISP）和在應(yīng)用編程（IAP）功能。首先在PC機上完成應(yīng)用程序的編輯、匯編（或編譯）、模擬運行，然后實現(xiàn)目標(biāo)程序的串行下載。1.3.3機電一體化設(shè)備的特點①

體積小，重量輕。②

速度快，精度高。③

可靠性提高。④柔性好。

1.4

單片微機在機電一體化中的應(yīng)用1、機電一體化設(shè)備的控制核心2、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的現(xiàn)場采集單元3、分布控制系統(tǒng)的前端控制器4、智能化儀表的機芯5、消費類電子產(chǎn)品控制6、終端及外部設(shè)備控制1.5常用單片機系列簡介單片機系列（上百個品種、幾百種系列）世界十大CPU廠商的單片機在中國均有銷售，其中主要有Intel、Motorola、ATMEL、NEC、三菱、日立、TI、Philips、松下、東芝、三星、等公司廠商。主要有兩大公司：

Intel:MCS-48系列、MCS-51系列、MCS-96/98系列

Motorola:68系列

（2）非80C51結(jié)構(gòu)單片機新品不斷推出，給用戶提供了更為廣泛的選擇空間，近年來推出的非80C51系列的主要產(chǎn)品有：﹡Intel的MCS-96系列16位單片機；﹡Microchip的PIC系列RISC單片機；﹡TI的MSP430F系列16位低功耗單片機。1.6本課程的主要內(nèi)容、特點及要求一、主要內(nèi)容：①結(jié)構(gòu)②原理③指令系統(tǒng)④程序設(shè)計方法⑤接口技術(shù)（本學(xué)期不講）二、特點軟硬件相結(jié)合培養(yǎng)兩種能力：①硬件系統(tǒng)設(shè)計能力②程序設(shè)計能力三、要求教——學(xué)——練相結(jié)合1.7存儲器（Memory）存儲器:是計算機的主要組成部分。即可用來存儲數(shù)據(jù)，也可用來存放計算機的運算程序。存儲單元：存儲器由寄存器組成，每個存儲單元相當(dāng)于一個緩沖寄存器。存儲器分類：按功能分：掩膜ROMPROM只讀存儲器(ROM)EPROME2PROM靜態(tài)RAM隨機存儲器（RAM）動態(tài)RAM1.8.1計數(shù)制日常生活中廣泛使用的數(shù)為十進制數(shù)，這是一種逢十進一的計數(shù)方法。用的數(shù)制還有二進制、八進制和十六進制等?；鶖?shù)小于10的計數(shù)制，可用十進制相應(yīng)的數(shù)碼作為它的數(shù)字符號，一個數(shù)一般由多個數(shù)碼組成。數(shù)碼在數(shù)中的位置不同，其值也不同。1.8.2二進制數(shù)（用B表示）以2為基數(shù)的數(shù)制稱為二進位計數(shù)制，它只包括0和1兩個數(shù)碼，很容易用電子元件的兩種不同的狀態(tài)來表示，例如，用高電平表示1，用低電平表示0。所以，計算機中通常采用二進制數(shù)。二進制數(shù)的計數(shù)特征：逢二進一，運算簡單。在加、減、乘、除四則運算中，乘法實質(zhì)上是做移位加法，除法則是移位減法。

1.8.4不同進制數(shù)之間的轉(zhuǎn)換1．二進制轉(zhuǎn)換為十進制基本方法：將二進制數(shù)按權(quán)展開式，利用十進制數(shù)的運算法則求和，即可得到等值的十進制數(shù)。2．十進制到二進制的轉(zhuǎn)換l

十進制整數(shù)轉(zhuǎn)換為二進制整數(shù)l

十進制小數(shù)轉(zhuǎn)換為二進制小數(shù)l

帶小數(shù)的十進制數(shù)轉(zhuǎn)換為二進制數(shù)3．二進制、十六進制之間的相互轉(zhuǎn)換將二進制數(shù)轉(zhuǎn)換為十六進制數(shù)，從低位開始，每四位一組，然后將其轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的十六進制數(shù)。如最后一組不足四位，需在左邊補0。用同樣方法可將二進制小數(shù)轉(zhuǎn)換十六進制小數(shù)。只是分組應(yīng)從小數(shù)點右邊開始分成四位一組。十六進制數(shù)轉(zhuǎn)換為二進制數(shù)，將每位十六進制數(shù)直接轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的二進制數(shù)。數(shù)的進位制表示1、進位計數(shù)制的一般表達式：ND=dn-1×an-1+dn-2×an-2+…+d0×a0+d-1×a-1+…一個a1進制的數(shù)轉(zhuǎn)換成a2進制數(shù)的方法：

先展開，然后按a2進制的運算法則求和計算。2、十六進制數(shù)轉(zhuǎn)換成十進制數(shù)1011.1010B=1×23+1×21+1×20+1×2-1+1×2-3=11.625DFC.8H=13×162+15×161+12×160+8×16-1=3580.5數(shù)和數(shù)制數(shù)和數(shù)制3、二進制與十六進制數(shù)之間的轉(zhuǎn)換 24=16，四位二進制數(shù)對應(yīng)一位十六進制數(shù)。 3AF.2H=0011

1010

1111.0010=1110101111.001B 3AF2

1111101.11B=0111

1101.1100=7D.CH

7DC

例1.39轉(zhuǎn)換成二進制數(shù)

39=100111B391（b0）2191（b1）

91（b2） 240（b3）

20（b4） 211（b5）04、十進制數(shù)轉(zhuǎn)換成二、十六進制數(shù)

（1)整數(shù)轉(zhuǎn)換法“除基取余”：十進制整數(shù)不斷除以轉(zhuǎn)換進制基數(shù)，直至商為0。每除一次取一個余數(shù)，從低位排向高位。例2.208轉(zhuǎn)換成十六進制數(shù)

208=D0H16208余01613余13=DH 0數(shù)和數(shù)制數(shù)和數(shù)制（2)小數(shù)轉(zhuǎn)換法“乘基取整”：用轉(zhuǎn)換進制的基數(shù)乘以小數(shù)部分，直至小數(shù)為0或達到轉(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。

例3.0.625轉(zhuǎn)換成二進制數(shù)

0.625

×2 1.2501(b-1)

×2

0.500(b-2)

× 2

1.01(b-3)0.625=0.101B數(shù)和數(shù)制例4.0.625轉(zhuǎn)換成十六進制數(shù)

0.625×16=10.0

0.625=0.AH例5.208.625轉(zhuǎn)換成十六進制數(shù)

208.625=D0.AH1.8.5數(shù)制書寫約定在書寫計算機程序時，一般不用基數(shù)作為下標(biāo)來區(qū)分各種進制，而是用相應(yīng)的英文字母作后綴來表示各種進制的數(shù)。例如：B（Binary）——表示二進制數(shù)。 D（Decimal）——表示十進制數(shù)，一般D可省略，即無后綴的數(shù)字為十進制數(shù)。 H（Hexadecimal）——表示十六進制數(shù)。1.8.6計算機中數(shù)的表示1．原碼、反碼和補碼l

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=01110111Bx2=－1110111B，[x2]原=11110111B數(shù)0可是＋0或－0。因此，0在原碼中形式：[＋0]原=00000000B，[－0]原=10000000Bl

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=00001101B。又如，x2=－13，[x2]原=[－13]原=10001101B，[x2]反=[－13]反=11110010B。l

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=[＋13]原=01101101B。又如，x2=－1101101B，[x2]反=10010010B，[x2]補=10010011B。在補碼表示中，“0”是唯一的