【單片機知識】第1章 概述

微機原理及應(yīng)用編輯ppt

第1章概述

1.1數(shù)制與編碼在計算機中，任何命令和信息都是以二進制數(shù)據(jù)的形式存儲的。計算機所執(zhí)行的全部操作都歸結(jié)為對數(shù)據(jù)的處理和加工。編輯ppt1.二進制數(shù)二進制數(shù)只有兩個數(shù)字符號：0和1。計數(shù)時按“逢二進一”的原則進行計數(shù)。也稱其基數(shù)為二。

根據(jù)位權(quán)表示法，每一位二進制數(shù)在其不同位置表示不同的值。對于任何二進制數(shù)，可按位權(quán)求和展開。編輯ppt對于8位二進制數(shù)（D0~D7）,各位所對應(yīng)的值為：二進制小數(shù)：2726252423222120D7D6D5D4D3D2D1D01286432168421.2-1.2-2.2-3.2-4.2-5.2-6.2-7.2-80.50.250.1250.06250.03125……編輯ppt十進制：0123456789二進制：01101110010111011110001001進1(由1位變成2位)進1(由2位變成3位)進1(由3位變成4位)二進制數(shù)按位權(quán)求和展開：0×201×201×21＋0×201×21＋1×201×22＋0×21＋0×201×22＋0×21＋1×201×22＋1×21＋0×201×22＋1×21＋1×201×23＋0×22＋0×21＋0×201×23＋0×22＋0×21＋1×20編輯ppt在計算機中，二進制數(shù)的每一位是數(shù)據(jù)存儲的最小單位。將8位二進制數(shù)稱為一個字節(jié)（B），數(shù)據(jù)在計算機中都是按字節(jié)來儲存的。字節(jié)（B）是計算機存儲信息的基本數(shù)據(jù)單位。編輯ppt2.十六進制數(shù)計算機在輸入輸出或書寫時，可采用十六進制數(shù)表示相應(yīng)的二進制數(shù)。十六進制數(shù)有十六個數(shù)字符號：0123456789

ABCDEF計數(shù)原則是逢“十六進一”，也稱其基數(shù)為十六。

例:(11)16=

(17)10

(1BE)16=1×162+11×161+14×160=(446)10編輯ppt3.不同數(shù)制之間的轉(zhuǎn)換計算機中的數(shù)只能用二進制表示，十六進制數(shù)適合讀寫方便的需要，日常生活中使用的是十進制數(shù)，計算機根據(jù)需要對各種進制數(shù)據(jù)進行轉(zhuǎn)換。為了區(qū)別不同的進制，采用如下表示方法：二進制：用“B”表示。如(11001)2=00011001B十進制：用“D”表示。如(25)10=25D十六進制：用“H”表示。如(25)16=25H,(4F)16=4FH編輯ppt二進制十進制按權(quán)值展開。例：10111.011B=1×24+0×23+1×22+1×21+1×20+0×2-1+1×2-2+1×2-3

=23+0.375=23.375D編輯ppt十進制二進制將十進制與二進制的各位權(quán)值從高到低進行比較，若十進制數(shù)大于或等于二進制的某位，則該位取“1”，否則取“0”。例：234.625D整數(shù)部分：∵28≥234≥27∴27該位取1余數(shù)為234－128＝106

∵27≥106≥26∴26該位取1余數(shù)為106－64＝42又26≥42≥25∴25該位取1余數(shù)為42－32＝10……同理推至余數(shù)為0即止∴整數(shù)部分為：27＋

26＋25＋

23＋

21＝11101010B編輯ppt小數(shù)部分與整數(shù)部分類似：

∵0.625≥2-1∴2-1該位取1余數(shù)為0.625－0.5＝0.125

∵0.125≥2-3∴2-3該位取1余數(shù)為0

∴小數(shù)部分為：2-1＋

2-3＝.101B

∴234.625D=11101010.101B編輯ppt二進制十六進制因為24＝16，所以4位二進制數(shù)相當于一位十六進制數(shù)，所以，轉(zhuǎn)換方法如下，例：101001.01101B整數(shù)部分：101001B=0010,1001B=29H小數(shù)部分：.01101B=.0110,1000B=.68H所以101001.01101B=29.68H十六進制轉(zhuǎn)換成二進制與該過程相反。編輯ppt十進制十六進制先將十進制或十六進制轉(zhuǎn)換成二進制，以二進制作為過渡，再進行相互轉(zhuǎn)換。編輯ppt1.2編碼

計算機內(nèi)部所有數(shù)據(jù)均用二進制代碼的形式表示。計算機通過輸入設(shè)備（如鍵盤）輸入信息和通過輸出設(shè)備輸出信息也是多種形式的，即有數(shù)字、字母，也有各種控制符號及漢字等。為此，需要對常用的數(shù)據(jù)及符號等進行編碼，以表示不同形式的信息。這種以編碼形式所表示的信息既便于存儲，也便于由輸入設(shè)備輸入信息、輸出設(shè)備輸出相應(yīng)的信息。編輯ppt1.二進制數(shù)的編碼（1）機器數(shù)與真值機器數(shù)：一個數(shù)在計算機中的表現(xiàn)形式。在機器數(shù)中，用“0”表示正（＋），用“1”表示負數(shù)（－）。真值：這個數(shù)本身。例：(+36)10＝25＋22(-36)10真值為+0100100B真值為-0100100B機器數(shù)為00100100B機器數(shù)為10100100B編輯ppt（2）原碼、反碼與補碼原碼:正數(shù)的符號用“0”表示，負數(shù)的符號用“1”表示。由于計算機只能做加法運算，因此，在進行減法時必須引進反碼和補碼。反碼：對于正數(shù)，原碼、反碼和補碼相同。對于負數(shù)，反碼為：符號位不變，其數(shù)值部分按位取反。負數(shù)的補碼：符號位不變，數(shù)值部分按位取反后加1。(反碼加1)注意：計算機中，任何有符號的數(shù)都是以補碼的形式存儲的。編輯ppt例(1)：X=36D,用8位數(shù)的最高位表示符號位，則：[X]原＝[X]反＝[X]補＝00100100B例(2)：X=-36D,用8位數(shù)的最高位表示符號位，則：[X]原＝10100100B[X]反＝11011011B[X]補＝[X]反＋1＝

11011100B編輯ppt加減運算規(guī)則：符號位與數(shù)值位一樣參與運算。1.[X+Y]補=

[X]補+

[Y]補2.[X-Y]補=[X+(-Y)]補3.已知一個負數(shù)的補碼,那么[[X]補]補＝[X]原（前提：X是負數(shù)）編輯ppt總結(jié)：1、正數(shù)的原碼反碼補碼都相同，負數(shù)的反碼是除符號位為1外，其他位全取反；補碼就是反碼+12、-128沒有相對應(yīng)的原碼和反碼,補碼規(guī)定為(10000000)補3、計算機中的數(shù)據(jù)是以補碼形式存儲的編輯ppt二——十進制編碼（8421碼）該編碼用4位二進制代碼代表1位十進制數(shù)。

例1：(57)10=(01010111)8421BCD5701010111

例2：(145)10=(000101000101)8421BCD

145000101000101編輯ppt1.2.1單片機簡介單片微型計算機簡稱單片機。由于它的結(jié)構(gòu)及功能均按工業(yè)控制要求設(shè)計，所以又稱單片微控制器（singlechipMicrocontroller）。它是將組成微型計算機機所必須的部件（中央處理器CPU、程序存貯器（ROM)、數(shù)據(jù)存貯器（RAM)、輸入/輸出（I/O)接口、定時/計數(shù)器、串行口、系統(tǒng)總線等）集成在一個超大規(guī)模集成電路芯片上。因此，一塊芯片就構(gòu)成了一臺計算機。只要外加少許電子零件便可以構(gòu)成一套簡易的計算機控制系統(tǒng)，故又稱單片微型計算機（singlechipMicrocomputer）1.2單片機與嵌入式系統(tǒng)組成編輯ppt1、單片機誕生于20世紀70年代。1946:第一臺電子計算機誕生單片機仍處在初級的發(fā)展階段，元件集成規(guī)模還比較小，功能比較簡單，一般均把CPU、RAM有的還包括了一些簡單的I/O口集成到芯片上，象Farichild公司就屬于這一類型，它還需配上外圍的其他處理電路方才構(gòu)成完整的計算系統(tǒng)。類似的單片機還有Zilog公司的Z80微處理器。

1973:

TI公司注冊了世界上第一個單片機專利1.2.2單片機的發(fā)展概述編輯ppt2、單片機的發(fā)展、應(yīng)用里程碑。TI公司推出TMS1000單片機TI公司高速反雷達導(dǎo)航器INTEL公司推出了MCS-48單片機，起到8位機的引領(lǐng)和帶頭作用，Zilog公司的Z8系列在其帶領(lǐng)下產(chǎn)生的。編輯ppt

DALLAS(June11,1978)一種新的單片集成電路電子語音合成器由TexasInstruments開發(fā).編輯ppt3、80年代初，單片機發(fā)展高性能階段。1982年以后，16位單片機問世，代表產(chǎn)品是INTEL公司的MCS-96系列，16位單片機比起8位機，數(shù)據(jù)寬度增加了一倍，實時處理能力更強，主頻更高，集成度達到了12萬只晶體管，RAM增加到了232字節(jié)，ROM則達到了8kB，并且有8個中斷源，同時配置了多路的A/D轉(zhuǎn)換通道，高速的I/O處理單元，適用于更復(fù)雜的控制系統(tǒng)。

編輯ppt4、九十年代以后，單片機獲得了飛速的發(fā)展

世界各大半導(dǎo)體公司相繼開發(fā)了功能更為強大的單片機。美國Microchip公司發(fā)布了一種完全不兼容MCS-51的新一代PIC系列單片機，引起了業(yè)界的廣泛關(guān)注，特別它的產(chǎn)品只有33條精簡指令集吸引了不少用戶，使人們從INTEL的111條復(fù)雜指令集中走出來。PIC單片機獲得了快速的發(fā)展，在業(yè)界中占有一席之地。

編輯ppt1、智能儀器儀表上數(shù)字式測角儀交直流電壓電流表位移傳感器單片機具有體積小、功耗低、控制功能強、擴展靈活、微型化和使用方便等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于儀器儀表中，結(jié)合不同類型的傳感器，可實現(xiàn)諸如電壓、功率、頻率、濕度、溫度、流量、速度、厚度、角度、長度、硬度、元素、壓力等物理量的測量。采用單片機控制使得儀器儀表數(shù)字化、智能化、微型化，且功能比起采用電子或數(shù)字電路更加強大。例如精密的測量設(shè)備（功率計，示波器，各種分析儀）。1.2.3單片機的應(yīng)用領(lǐng)域編輯ppt

2、工業(yè)控制數(shù)控車床數(shù)控線切割機床用單片機可以構(gòu)成形式多樣的控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。例如工廠流水線的智能化管理，電梯智能化控制、各種報警系統(tǒng)，與計算機聯(lián)網(wǎng)構(gòu)成二級控制系統(tǒng)等。

編輯ppt

3、家用電器1.智能冰箱

2．智能飯煲

3．智能食品配料機

可以這樣說，現(xiàn)在的家用電器基本上都采用了單片機控制，從電飯褒、洗衣機、電冰箱、空調(diào)機、彩電、其他音響視頻器材、再到電子秤量設(shè)備，五花八門，無所不在。

編輯ppt

4、計算機網(wǎng)絡(luò)和通信領(lǐng)域現(xiàn)代的單片機普遍具備通信接口，可以很方便地與計算機進行數(shù)據(jù)通信，為在計算機網(wǎng)絡(luò)和通信設(shè)備間的應(yīng)用提供了極好的物質(zhì)條件，現(xiàn)在的通信設(shè)備基本上都實現(xiàn)了單片機智能控制。手機電話機程控交換機樓宇自動通信呼叫系統(tǒng)列車無線通信日常工作中隨處可見的移動電話集群移動通信，無線電對講機等。編輯ppt

5、醫(yī)用設(shè)備醫(yī)用呼吸機各種分析儀監(jiān)護儀超聲診斷設(shè)備病床呼叫系統(tǒng)等等電池分析儀

醫(yī)用呼吸機麻醉信息管理系統(tǒng)1.2.4單片機的應(yīng)用領(lǐng)域編輯ppt工業(yè)控制中智能家用電器、智能儀器設(shè)備、數(shù)控機床、自動生產(chǎn)線、智能玩具、相關(guān)的數(shù)據(jù)采集處理顯示等等。日常生活中常見的霓虹燈顯示、比賽搶答器、報警器、電子時鐘、點陣和液晶顯示屏等等。應(yīng)用實例編輯ppt1.2.5單片機的發(fā)展趨勢1、低功耗CMOS化MCS-51系列的8031推出時的功耗達630mW，而現(xiàn)在的單片機普遍都在100mW左右，隨著對單片機功耗要求越來越低，現(xiàn)在的各個單片機制造商基本都采用了CMOS(互補金屬氧化物半導(dǎo)體工藝)。象80C51就采用了HMOS(即高密度金屬氧化物半導(dǎo)體工藝)和CHMOS(互補高密度金屬氧化物半導(dǎo)體工藝)。CMOS雖然功耗較低，但由于其物理特征決定其工作速度不夠高，而CHMOS則具備了高速和低功耗的特點，這些特征，更適合于在要求低功耗象電池供電的應(yīng)用場合。所以這種工藝將是今后一段時期單片機發(fā)展的主要途徑。編輯ppt2、微型單片化現(xiàn)在常規(guī)的單片機普遍都是將中央處理器(CPU)、隨機存取數(shù)據(jù)存儲(RAM)、只讀程序存儲器(ROM)、并行和串行通信接口，中斷系統(tǒng)、定時電路、時鐘電路集成在一塊單一的芯片上，增強型的單片機集成了如A/D轉(zhuǎn)換器、PMW(脈寬調(diào)制電路)、WDT(看門狗)、有些單片機將LCD(液晶)驅(qū)動電路都集成在單一的芯片上，這樣單片機包含的單元電路就更多，功能就越強大。甚至單片機廠商還可以根據(jù)用戶的要求量身定做，制造出具有自己特色的單片機芯片。

現(xiàn)在的產(chǎn)品普遍要求體積小、重量輕，這就要求單片機除了功能強和功耗低外，還要求其體積要小?，F(xiàn)在的許多單片機都具有多種封裝形式，其中SMD(表面封裝)越來越受歡迎，使得由單片機構(gòu)成的系統(tǒng)正朝微型化方向發(fā)展。編輯ppt3、主流與多品種共存現(xiàn)在雖然單片機的品種繁多，各具特色，但仍以80C51為核心的單片機占主流，兼容其結(jié)構(gòu)和指令系統(tǒng)的有PHILIPS公司的產(chǎn)品，ATMEL公司的產(chǎn)品和中國臺灣的