單片機(jī) 基礎(chǔ)知識(shí)

單片機(jī)課件基礎(chǔ)知識(shí)1第一頁(yè)，共五十五頁(yè)，編輯于2023年，星期日第1章基礎(chǔ)知識(shí)本章內(nèi)容：本章主要介紹單片機(jī)的概念、單片機(jī)的發(fā)展、基本的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)、單片機(jī)的應(yīng)用模式和領(lǐng)域以及MCS-51單片機(jī)等。2第二頁(yè)，共五十五頁(yè)，編輯于2023年，星期日1.1計(jì)算機(jī)的一些概念計(jì)算機(jī)由運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備五個(gè)部分組成。計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu)（馮.諾伊曼）3第三頁(yè)，共五十五頁(yè)，編輯于2023年，星期日什么是單片機(jī)？隨著微電子技術(shù)的發(fā)展和近代超大規(guī)模集成電路的出現(xiàn)，微處理器及相關(guān)的外圍芯片又有了飛速的發(fā)展，其最新進(jìn)展之一是將微處理器和外圍芯片，如可編程只讀存儲(chǔ)器（EPROM）、隨機(jī)存儲(chǔ)器（RAM）、并行I/O端口（PIO）、串行I/O端口（SIO）、定時(shí)/計(jì)數(shù)（CTC）、中斷控制器（ICU）、模/數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）、數(shù)/模轉(zhuǎn)換器（DAC）、監(jiān)控定時(shí)器（WDT）、通訊控制器（CCU）、脈寬調(diào)制器（PWM）、數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）等等部件集成在一塊芯片之中，制成了單片微型計(jì)算機(jī)（SingleChipMicroComputer），簡(jiǎn)稱單片機(jī)。它的另外一個(gè)名字，叫微控制器（Micro-Controller簡(jiǎn)記為MCU）。由于它通常以嵌入某個(gè)電路或設(shè)備中的面目出現(xiàn)的，故也被稱為嵌入式控制器（EmbeddedController）。

單片機(jī)與微處理器（cpu）、微機(jī)概念不同。4第四頁(yè)，共五十五頁(yè)，編輯于2023年，星期日集中指令集（CISC）和精簡(jiǎn)指令集（RISC）采用CISC結(jié)構(gòu)的單片機(jī)數(shù)據(jù)線和指令線分時(shí)復(fù)用，即所謂馮·諾伊曼結(jié)構(gòu)。它的指令豐富，功能較強(qiáng)，但取指令和取數(shù)據(jù)不能同時(shí)進(jìn)行，速度受限，價(jià)格亦高。采用RISC結(jié)構(gòu)的單片機(jī)數(shù)據(jù)線和指令線分離，即所謂哈佛結(jié)構(gòu)。這使得取指令和取數(shù)據(jù)可同時(shí)進(jìn)行，且由于一般指令線寬于數(shù)據(jù)線，使其指令較同類CISC單片機(jī)指令包含更多的處理信息，執(zhí)行效率更高，速度亦更快。同時(shí)，這種單片機(jī)指令多為單字節(jié)，程序存儲(chǔ)器的空間利用率大大提高，有利于實(shí)現(xiàn)超小型化。屬于CISC結(jié)構(gòu)的單片機(jī)有Intel8051系列、Motorola的M68HC系列、Atmel的AT89系列、臺(tái)灣Winbond(華邦)W78系列、荷蘭Pilips的PCF80C51系列等；屬于RISC結(jié)構(gòu)的有Microchip公司的PIC系列、Zilog的Z86系列、Atmel的AT90S系列、韓國(guó)三星公司的KS57C系列4位單片機(jī)、臺(tái)灣義隆的EM-78系列等。一般來(lái)說(shuō)，控制關(guān)系較簡(jiǎn)單的小家電，可以采用RISC型單片機(jī)；控制關(guān)系較復(fù)雜的場(chǎng)合，如通訊產(chǎn)品、工業(yè)控制系統(tǒng)應(yīng)采用CISC單片機(jī)。不過(guò)，RISC單片機(jī)的迅速完善，使其佼佼者在控制關(guān)系復(fù)雜的場(chǎng)合也毫不遜色。5第五頁(yè)，共五十五頁(yè)，編輯于2023年，星期日1）主機(jī)運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器合稱主機(jī)。2）CPU運(yùn)算器、控制器合稱為中央處理單元3）MPU若將這兩部分集成在同一塊集成電路硅片上，則稱為微處理器。4）單板微型計(jì)算機(jī)將五大部件集中在一塊印刷電路板（含MPU)的計(jì)算機(jī)稱為單板微型計(jì)算機(jī)。5）單片機(jī)將五大部件集中在一塊集成電路硅片上的計(jì)算機(jī)稱為單片機(jī)。6）微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)這五大部件加上對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件等合稱為微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)6第六頁(yè)，共五十五頁(yè)，編輯于2023年，星期日MCS-51和8051概念MCS是Intel公司單片機(jī)的系列符號(hào)。Intel推出有MCS-48、MCS-51、MCS-96系列單片機(jī)。

MCS-51系列單既包括三個(gè)基本型8031、8051、8751，以及對(duì)應(yīng)的低功耗型號(hào)80C31、8051、87C51，因而MCS-51特指Intel的這幾種型號(hào)。

在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域，系列機(jī)是指同一廠家生產(chǎn)的具有相同系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的機(jī)器。20世紀(jì)80年代中期以后，Intel以專利轉(zhuǎn)讓的形式把8051內(nèi)核給了許多半導(dǎo)體廠家，如AMTEL、PHILIPS、ANANOGDEVICES、DALLAS等。這些廠家生產(chǎn)的芯片是MCS-51系列的兼容產(chǎn)品，準(zhǔn)確地說(shuō)是與MCS-51指令系統(tǒng)兼容的單片機(jī)。這些單片機(jī)與8051的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)（只要是指令系統(tǒng)）相同，采用CMOS工藝，因而常用80C51系列來(lái)稱呼所有具有8051指令系統(tǒng)的單片機(jī)。他們對(duì)8051一般都作了一些擴(kuò)充，更有特點(diǎn)、功能更強(qiáng)、市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力更強(qiáng)，不應(yīng)該把他們稱為MCS-51系列單片機(jī)。MCS只是Intel公司專用的。

7第七頁(yè)，共五十五頁(yè)，編輯于2023年，星期日1970年微型計(jì)算機(jī)研制成功之后，隨著大規(guī)模集成電路的發(fā)展又出現(xiàn)了單片微機(jī)，并且按照不同的發(fā)展要求，形成了二個(gè)獨(dú)立發(fā)展的分支。美國(guó)Intel公司1971年生產(chǎn)的4位單片微機(jī)4004和1972年生產(chǎn)的雛型8位單片微機(jī)8008，特別是1976年MCS-48單片微機(jī)問(wèn)世以來(lái)，在短短的二十幾年間，經(jīng)歷了四次更新?lián)Q代，其發(fā)展速度大約每二三年要更新一代、集成度增加一倍、功能翻一番。發(fā)展速度之快、應(yīng)用范圍之廣，已達(dá)到了驚人的地步。它已滲透到生產(chǎn)和生活的諸領(lǐng)域，可謂“無(wú)孔不入”。 1976年Intel公司首先推出MCS－48系列單片微型計(jì)算機(jī)。它已包括計(jì)算機(jī)的三個(gè)基本單元，已成為真正意義的單片微機(jī)，贏得了廣泛的應(yīng)用，為單片微機(jī)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)，成為單片微機(jī)發(fā)展進(jìn)程中的一個(gè)重要階段。8第八頁(yè)，共五十五頁(yè)，編輯于2023年，星期日

在MCS－48單片微機(jī)成功的刺激下，許多半導(dǎo)體公司和計(jì)算機(jī)公司爭(zhēng)相研制和發(fā)展自己的單片微機(jī)系列，有Motorola公司的6801、6802，Zilog公司的Z－8系列，Rockwell公司的6501、6502等，此外，日本的NEC公司、日立公司及EPSON公司等，也都相繼推出了各具特色的單片微機(jī)品種。 對(duì)工業(yè)控制、智能儀表等諸多較高層次的應(yīng)用領(lǐng)域，8位單片微機(jī)系列在性能、價(jià)格兩方面有較好的兼顧。 盡管目前單片微機(jī)的品種很多，但其中最具典型性的當(dāng)屬Intel公司的MCS－51系列單片微機(jī)。此外，它還具有品種全、兼容性強(qiáng)、軟硬件資料豐富等特點(diǎn)。直到現(xiàn)在MCS－51仍不失為單片微機(jī)中的主流機(jī)型。由于8位單片微機(jī)的高性能價(jià)格比，估計(jì)近十年內(nèi)，8位單片微機(jī)將仍是單片微機(jī)中的主流機(jī)型。9第九頁(yè)，共五十五頁(yè)，編輯于2023年，星期日

在8位單片微機(jī)之后，16位單片微機(jī)也有很大發(fā)展。例如，1983年Intel公司推出的MCS－96系列單片微機(jī)。與MCS－51相比，MCS－96不但字長(zhǎng)增加一倍，而且還具有4路或8路的10位A/D轉(zhuǎn)換功能，此外，在其它性能方面也有一定的提高。飛利浦公司推出了與80C51在源碼級(jí)兼容性的16位單片微機(jī)，即80C51XA(每一條80C51指令可以1∶1地被翻譯成一條XA指令，僅XCHD指令除外)，用戶不需投入很大的軟件開(kāi)銷和人員就能較大的提高產(chǎn)品性能。80C51XA具有的高性能包括：執(zhí)行速度快、支持高級(jí)語(yǔ)言(比如C語(yǔ)言)、支持實(shí)時(shí)多任務(wù)執(zhí)行、易于形成派生系列產(chǎn)品、地址寬度可變(用戶可以方便地將外部地址線寬度選定為12位、16位、20位、24位等等。在工業(yè)控制產(chǎn)品、高檔智能儀表、彩色復(fù)印機(jī)、錄像機(jī)等應(yīng)用領(lǐng)域，10第十頁(yè)，共五十五頁(yè)，編輯于2023年，星期日

單片微機(jī)正朝多功能、多選擇、高速度、低功耗、低價(jià)格、擴(kuò)大存儲(chǔ)容量和加強(qiáng)I/O功能及結(jié)構(gòu)兼容方向發(fā)展。 今后的發(fā)展趨勢(shì)不外乎在以下幾個(gè)方面： ⑴多功能 在單片微機(jī)中盡可能多的把應(yīng)用系統(tǒng)中所需要的存儲(chǔ)器、各種功能的I/O口都集成在一塊芯片內(nèi)，即外圍器件內(nèi)裝化，如把LED、LCD或VFD顯示驅(qū)動(dòng)器集成在8位單片微機(jī)中，如把A/D、D/A、乃至多路模擬開(kāi)關(guān)和采樣/保持器也集成在單片微機(jī)芯片中，從而成為名副其實(shí)的單片微機(jī)。 ⑵高性能 為了提高速度和執(zhí)行效率，在單片微機(jī)中開(kāi)始使用RISC體系結(jié)構(gòu)、并行流水線操作和DSP等的設(shè)計(jì)技術(shù)，使單片微機(jī)的指令運(yùn)行速度得到大大提高，其電磁兼容等性能明顯地優(yōu)于同類型的微處理器。11第十一頁(yè)，共五十五頁(yè)，編輯于2023年，星期日⑶全盤(pán)CMOS化趨勢(shì) 單片微機(jī)采用二種半導(dǎo)體工藝生產(chǎn)，HMOS工藝即高密度短溝道MOS工藝，具有高速度和高密度；CHMOS工藝即互補(bǔ)金屬氧化物的HMOS工藝，除具有HMOS的優(yōu)點(diǎn)外，還具有CMOS工藝的低功耗特點(diǎn)。如8051的功耗為630mw，而80C51的功耗僅120mw。 從第三代單片微機(jī)起開(kāi)始淘汰非CMOS工藝。目前，數(shù)字邏輯電路和外圍器件等都已普遍CMOS化。 ⑷推行串行擴(kuò)展總線 推行串行擴(kuò)展總線可以顯著減少引腳數(shù)量，簡(jiǎn)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。隨著外圍器件串行接口的發(fā)展，單片微機(jī)的串行接口的普遍化、高速化，使得并行擴(kuò)展接口技術(shù)日漸衰退。12第十二頁(yè)，共五十五頁(yè)，編輯于2023年，星期日

許多公司都推出了刪去了并行總線的非總線單片微機(jī)，需要外擴(kuò)器件(存儲(chǔ)器、I/O等)時(shí)，采用串行擴(kuò)展總線，甚至用軟件虛擬串行總線來(lái)實(shí)現(xiàn)。 由于集成度的進(jìn)一步提高，有的單片微機(jī)的尋址能力已突破64KB的限制，8位、16位的單片微機(jī)有的尋址能力已達(dá)到IMB和16MB。片內(nèi)ROM的容量可達(dá)62KB，RAM的容量可達(dá)2KB。13第十三頁(yè)，共五十五頁(yè)，編輯于2023年，星期日

8051單片微機(jī)是美INTEL公司在1980年推出的MCS-51系列單片微機(jī)的第一個(gè)成員，MCS是INTEL公司的注冊(cè)商標(biāo)。凡INTEL公司生產(chǎn)的以8051為核心單元的其它派生單片微機(jī)都可稱為MCS-51系列，有時(shí)簡(jiǎn)稱為51系列。其它公司生產(chǎn)的以8051為核心單元的其它派生單片微機(jī)卻不能稱為MCS-51系列，只能稱為8051系列。8051系列泛指所有公司（也包括INTEL公司）生產(chǎn)的以8051為核心單元的所有單片微機(jī)。 80C51系列單片微機(jī)包括Intel公司的MCS-51單片微機(jī)，又包括了以8051為核心單元的世界許多公司生產(chǎn)的單片微機(jī)，比如PHILIPS(飛利浦公司)的83C552及51LPC系列等、SIEMENS(西門子公司)的SAB80512等、AMD(先進(jìn)微器件公司)的8053等、OKI(日本沖電氣公司)的MSM80C154等、14第十四頁(yè)，共五十五頁(yè)，編輯于2023年，星期日ATMEL公司的Flash單片微機(jī)89C51等、DALLAS公司的DS5000/DS5001等、華邦公司的W78C51及W77C51等。 從MCS－48單片微機(jī)發(fā)展到如今的新一代單片微機(jī)，大致經(jīng)歷了三代。如以Intel8位單片微機(jī)為例，這三代的劃分大致如下。 第一代：以MCS－48系列單片微機(jī)為代表。屬于低性能單片微機(jī)階段。 第二代：以MCS－5l系列的8051、8052單片微機(jī)為代表。可以看出，這一代單片微機(jī)主要的技術(shù)特征是為單片微機(jī)配置了完善的外部并行總線（AB、DB、CB）和具有多機(jī)識(shí)別功能的串行通信接口（UART），規(guī)范了功能單元的特殊功能寄存器（SFR）控制模式及適應(yīng)控制器特點(diǎn)的布爾處理系統(tǒng)和指令系統(tǒng)，為發(fā)展具有良好兼容性的新一代單片微機(jī)奠定了良好的基礎(chǔ)。15第十五頁(yè)，共五十五頁(yè)，編輯于2023年，星期日

第三代：以80C51系列單片微機(jī)為代表。 它包括了Intel公司發(fā)展MCS－51系列的新一代產(chǎn)品，如8XC152、80C51FA/FB、80C5lGA/GB石XC451、8XC452，還包括了Phlips、Siemens、ADM、Fujutsu、OKI、ATMEL等公司以80C51為核心推出的大量各具特色、與MCS－51兼容的單片微機(jī)。 80C51系列單片微機(jī)是在MCS－51的HMOS基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，它們具有CHMOS結(jié)構(gòu)。部分廠家所生產(chǎn)的80C51系列或與之相兼容的單片微機(jī)的特點(diǎn)列于表1－l、表1一2及表1一3中。 從表中可以看出，80C51系列單片微機(jī)保留了MCS－51單片微機(jī)的所有特性，內(nèi)部組成基本相同。80C51系列單片微機(jī)增設(shè)了兩種可以用軟件進(jìn)行選擇的低功耗工作方式：空閑方式和掉電方式。

16第十六頁(yè)，共五十五頁(yè)，編輯于2023年，星期日表1—1（PHILIPS)17第十七頁(yè)，共五十五頁(yè)，編輯于2023年，星期日表—2(ATMEL)18第十八頁(yè)，共五十五頁(yè)，編輯于2023年，星期日表1—3(華邦公司)19第十九頁(yè)，共五十五頁(yè)，編輯于2023年，星期日單片機(jī)存儲(chǔ)器的組織結(jié)構(gòu)8051單片機(jī)在物理上有四個(gè)存貯空間：（四大物理空間）片內(nèi)程序存貯器和片外程序存貯器、片內(nèi)數(shù)據(jù)存貯器和片外數(shù)據(jù)存貯器。8051片內(nèi)有256B數(shù)據(jù)存貯器RAM和4KB的程序存貯器ROM。除此以外，還可以在片外擴(kuò)展RAM和ROM，并且各有64KB的尋址范圍。程序存貯空間（MP)與數(shù)據(jù)存貯空間（MD)從物理上分開(kāi)（稱為哈佛結(jié)構(gòu)）對(duì)于用戶來(lái)說(shuō)，8051存儲(chǔ)器地址空間分為三類：（三大邏輯空間）片內(nèi)、片外統(tǒng)一編址0000H～FFFFH的64KB程序存儲(chǔ)器地址空間（用16位地址）。64K片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器地址空間，地址也從0000H～FFFFH編址（用16位地址）。256B數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器地址空間（用8位地址）。20第二十頁(yè)，共五十五頁(yè)，編輯于2023年，星期日21第二十一頁(yè)，共五十五頁(yè)，編輯于2023年，星期日1.1計(jì)算機(jī)的一些概念8位計(jì)算機(jī)每個(gè)單元可存放一個(gè)8位二進(jìn)制數(shù)，即一個(gè)字節(jié)，每一位的狀態(tài)是0或1。存儲(chǔ)單元保存的8位二進(jìn)制數(shù)稱為單元的內(nèi)容。存儲(chǔ)單元示意圖如圖地址為0110單元的內(nèi)容為10101001，表示為（06H）=A9H。22第二十二頁(yè)，共五十五頁(yè)，編輯于2023年，星期日1.2單片機(jī)

單片機(jī)即單片機(jī)微型計(jì)算機(jī)，就是將CPU、RAM、ROM、定時(shí)/計(jì)數(shù)器和多種接口都集成到一塊集成電路芯片上的微型計(jì)算機(jī)。

單片機(jī)也稱為微控制器（Microcontrollerunit，MCU），嵌入式控制器（EmbeddedMicrocontrollerunit，EMCU）1.2.1單片機(jī)的概念及特點(diǎn)單片機(jī)分為通用型和專用型，通用型單片機(jī)把可開(kāi)發(fā)的內(nèi)部資源全部提供給用戶。內(nèi)部資源豐富、性能全面、適應(yīng)性強(qiáng)。專用型單片機(jī)針對(duì)某些產(chǎn)品的特定用途而制作的單片機(jī)，是MCU發(fā)展的一個(gè)趨勢(shì)。23第二十三頁(yè)，共五十五頁(yè)，編輯于2023年，星期日1.2單片機(jī)單片機(jī)有以下特點(diǎn)： （1）集成度高，功能強(qiáng)。單片機(jī)在一塊芯片上集成了CPU、RAM、ROM、I/O接口等資源，在芯片上還包含了中斷系統(tǒng)、串行通信接口、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器等功能部件，芯片功能強(qiáng)、體積小、集成度高。 （2）具有較高的性能價(jià)格比。單片機(jī)盡可能地把應(yīng)用所需的各種資源集成在一塊芯片內(nèi)，性能高，但是價(jià)格卻相對(duì)較低廉。 （3）抗干擾能力強(qiáng)。單片機(jī)是面向工業(yè)檢測(cè)控制環(huán)境設(shè)計(jì)的，因此，抗噪聲干擾能力較強(qiáng)。程序固化在ROM類型的存儲(chǔ)器中不易被破壞；許多資源集成在一個(gè)芯片，可靠性高。1.2.1單片機(jī)的概念及特點(diǎn)24第二十四頁(yè)，共五十五頁(yè)，編輯于2023年，星期日第1階段（1971~1976）：?jiǎn)纹瑱C(jī)萌芽階段。第2階段（1976~1980）：初級(jí)單片機(jī)階段。第3階段（1980~1983）：高性能單片機(jī)階段。第4階段（1983~1990）：8位單片機(jī)鞏固發(fā)展及16位單片機(jī)推出階段。第5階段（1990~）：?jiǎn)纹瑱C(jī)在集成度、功能、速度、可靠性、應(yīng)用領(lǐng)域等方面全方位地向更高水平發(fā)展。1.2單片機(jī)1.2.2單片機(jī)的發(fā)展25第二十五頁(yè)，共五十五頁(yè)，編輯于2023年，星期日計(jì)算機(jī)的發(fā)展歷史1）用電子管實(shí)現(xiàn)這五大部件的計(jì)算機(jī)稱為第一代電子計(jì)算機(jī)。2）用晶體管實(shí)現(xiàn)這五大部件的計(jì)算機(jī)稱為第二代電子計(jì)算機(jī)。3）用中小規(guī)模集成電路實(shí)現(xiàn)這五大部件的計(jì)算機(jī)稱為第三代電子計(jì)算機(jī)。4）用大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路實(shí)現(xiàn)這五大部件的計(jì)算機(jī)稱為第四代電子計(jì)算機(jī)。26第二十六頁(yè)，共五十五頁(yè)，編輯于2023年，星期日（１）MCS-51單片機(jī)的第一代產(chǎn)品：

IntelMCS-518031/8051/8751（２）第二代產(chǎn)品系列采用了CMOS技術(shù)制造而成，集成度高，速度快，功耗低：

ATMELMCS-51兼容系列89C51/89C52、89C2051/89C2052；（３）第三代80C51產(chǎn)品的單片機(jī)內(nèi)核SoC（SystemOnChip,SoC）化。CYGNALC8051Fxxxx（SilabC8051F）

1.2單片機(jī)1.2.3MCS-51系列單片機(jī)及其兼容單片機(jī)27第二十七頁(yè)，共五十五頁(yè)，編輯于2023年，星期日1.2單片機(jī) （1）家用電器 （2）辦公自動(dòng)化 （3）商業(yè)領(lǐng)域 （4）工業(yè)領(lǐng)域 （5）汽車電子 （6）航空航天與軍事 單片機(jī)應(yīng)用從根本上改變了傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想和設(shè)計(jì)方法。以前必須由硬件（模擬電路或數(shù)字電路）實(shí)現(xiàn)的控制功能，現(xiàn)在可以用單片機(jī)的軟件方法實(shí)現(xiàn)，這種以軟件取代硬件并能提高系統(tǒng)性能的控制技術(shù)，稱之為微控制技術(shù)。隨著單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)的推廣普及，微控制技術(shù)將發(fā)揮將越來(lái)越重要的作用。1.2.4單片機(jī)的應(yīng)用28第二十八頁(yè)，共五十五頁(yè)，編輯于2023年，星期日

按照所使用單片微機(jī)的類型不同，單片微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)結(jié)構(gòu)可分成總線方式和非總線方式。 在總線方式的應(yīng)用系統(tǒng)中，單片微機(jī)都具有完善的外部擴(kuò)展總線，如并行總線（AB、DB、CB）、串行通信總線（如UART），通過(guò)這些總線可方便地?cái)U(kuò)展外圍單元、外設(shè)接口等。采用總線方式的應(yīng)用系統(tǒng)多屬較復(fù)雜的工控系統(tǒng)、智能儀表、監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，或滿足這些應(yīng)用而構(gòu)成的多機(jī)與網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。總線方式的單片微機(jī)在不使用外部并行總線時(shí)，外部并行總線引腳可作為I/O口用。在掩膜用戶程序時(shí)，還可要求將這些I/O口改造成具有各種驅(qū)動(dòng)能力的I/O口。 非總線方式的應(yīng)用系統(tǒng)（如80C51系列中的83C751、87C751，83C752、WC752，Motorola的MC68HC05系列中的許多產(chǎn)品）省去了外部并行總線，可構(gòu)成各種小封裝芯片，有限的引腳可提供更多的用戶I/O口，以使應(yīng)用系統(tǒng)的芯片數(shù)量最少。29第二十九頁(yè)，共五十五頁(yè)，編輯于2023年，星期日 采用非總線方式的應(yīng)用系統(tǒng)多屬小型控制器、測(cè)控單元、單元儀表等。 以下大致介紹一些典型的應(yīng)用領(lǐng)域和應(yīng)用特點(diǎn)。l．家用電器領(lǐng)域國(guó)內(nèi)各種家用電器已普遍采用單片微機(jī)控制取代傳統(tǒng)的控制電路，做成單片微機(jī)控制系統(tǒng)，如洗衣機(jī)、電冰箱、空調(diào)機(jī)、微波爐、電飯堡、電視機(jī)、錄像機(jī)及其它視頻音像設(shè)備的控制器。2．辦公自動(dòng)化領(lǐng)域 比如一臺(tái)PC機(jī)可能嵌入了10個(gè)單片微機(jī)，如控制鍵盤(pán)、鼠標(biāo)、顯示器、CD-ROM、聲卡、打印機(jī)、軟/硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器、調(diào)制解調(diào)器等。

30第三十頁(yè)，共五十五頁(yè)，編輯于2023年，星期日

現(xiàn)代辦公室中所使用的大量通信、信息產(chǎn)品，如繪圖儀、復(fù)印機(jī)、電話、傳真機(jī)等，多數(shù)都采用了單片微機(jī)。 3．工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域的在線應(yīng)用 如工業(yè)過(guò)程控制、過(guò)程監(jiān)測(cè)、工業(yè)控制器及機(jī)電一體化控制系統(tǒng)等，許多都是以單片微機(jī)為核心的單機(jī)或多機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。如工業(yè)機(jī)器人的控制系統(tǒng)是由中央控制器、感覺(jué)系統(tǒng)、行走系統(tǒng)、擒拿系統(tǒng)等節(jié)點(diǎn)構(gòu)成的多機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。而其中每一個(gè)小系統(tǒng)都是由單片微機(jī)進(jìn)行控制的。4.智能儀器儀表與集成智能傳感器領(lǐng)域 應(yīng)用單片微機(jī)來(lái)對(duì)傳統(tǒng)的儀器儀表行業(yè)的產(chǎn)品進(jìn)行“更新?lián)Q代”，提供了非常理想的的條件。目前各種變送器、電氣測(cè)量?jī)x表普遍采用單片微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)替代傳統(tǒng)的測(cè)量系統(tǒng)，使測(cè)量系統(tǒng)具有各種智能化功能，如存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)處理、查找、判斷、聯(lián)網(wǎng)和語(yǔ)音功能等。31第三十一頁(yè)，共五十五頁(yè)，編輯于2023年，星期日5．汽車電子與航空航天電子系統(tǒng)

通常在這些電子系統(tǒng)中的集中顯示系統(tǒng)、動(dòng)力監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)、自動(dòng)駕馭系統(tǒng)、通信系統(tǒng)以及運(yùn)行監(jiān)視器（黑匣子）等，都要構(gòu)成冗余的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。比如一臺(tái)RMW-7系列寶馬轎車就用了63個(gè)單片微機(jī)，大部分還是16位單片微機(jī)。 單片微機(jī)的應(yīng)用正從根本上改變著傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想和設(shè)計(jì)方法。從前必須由模擬電路或數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)的大部分控制功能，現(xiàn)在已能使用單片微機(jī)通過(guò)軟件方法實(shí)現(xiàn)了。這種以軟件取代硬件，并能提高系統(tǒng)性能的控制技術(shù)，稱之為微控制技術(shù)。這標(biāo)志著一種全新概念的建立。32第三十二頁(yè)，共五十五頁(yè)，編輯于2023年，星期日33第三十三頁(yè)，共五十五頁(yè)，編輯于2023年，星期日1.3計(jì)算機(jī)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)(1)十進(jìn)制十個(gè)數(shù)符：0～9，逢十進(jìn)一。加權(quán)展開(kāi)式以10稱為基數(shù)，各位系數(shù)為0～9。 一般表達(dá)式：ND=dn-1×10n-1+dn-2×10n-2+…+d0×100+d-1×10-１+…1234.5=1×103+2×102+3×101+4×100+5×10－11.3.1數(shù)制及轉(zhuǎn)換一.數(shù)制34第三十四頁(yè)，共五十五頁(yè)，編輯于2023年，星期日(2)二進(jìn)制兩個(gè)數(shù)符：0、1,逢二進(jìn)一。加權(quán)展開(kāi)式以2為基數(shù)，各位系數(shù)為0、1。 一般表達(dá)式：

NB=dn-1×2n-1+dn-2×2n-2+…+d0×20+d-1×2-1+…1101.101=1×23+1×22+0×21+1×20+1×2-1+1×2-3

1.3.1數(shù)制及轉(zhuǎn)換一.數(shù)制1.3計(jì)算機(jī)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)35第三十五頁(yè)，共五十五頁(yè)，編輯于2023年，星期日 (3)十六進(jìn)制十六個(gè)數(shù)符0～9、A～F，逢十六進(jìn)一。展開(kāi)式以十六為基數(shù)，各位系數(shù)為0～9，A～F。 一般表達(dá)式： NH=hn-1×16n-1+hn-2×16n-2+…+h0×160+h-1×16-1+…DFC.8=13×162+15×161+12×160+8×16-11.3.1數(shù)制及轉(zhuǎn)換1.3計(jì)算機(jī)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)一.數(shù)制36第三十六頁(yè)，共五十五頁(yè)，編輯于2023年，星期日 進(jìn)位計(jì)數(shù)制的一般表達(dá)式：

N=an-1×Rn-1+an-2×Rn-2+…+a1×R1＋a0×R0＋a-1×R-1…＋a-mR-m

一種進(jìn)制的數(shù)轉(zhuǎn)換成另一種進(jìn)制數(shù)的方法：

按權(quán)展開(kāi)，求和計(jì)算。1.3.1數(shù)制及轉(zhuǎn)換1.3計(jì)算機(jī)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)二.數(shù)制之間的轉(zhuǎn)換37第三十七頁(yè)，共五十五頁(yè)，編輯于2023年，星期日（一）十六進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制數(shù)按權(quán)展開(kāi)，然后按照十進(jìn)制運(yùn)算法則求和。舉例： 1011.1010B=1×23+1×21+1×20+1×2-1+1×2-3=11.625 DFC.8H=13×162+15×161+12×160+8×16-1=3580.51.3.1數(shù)制及轉(zhuǎn)換1.3計(jì)算機(jī)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)38第三十八頁(yè)，共五十五頁(yè)，編輯于2023年，星期日（二）二進(jìn)制與十六進(jìn)制數(shù)之間的轉(zhuǎn)換 24=16，四位二進(jìn)制數(shù)對(duì)應(yīng)一位十六進(jìn)制數(shù)。3AF.2H

=0011

1010

1111.0010=1110101111.001B 3AF2

1111101.11B

=0111

1101.1100=7D.CH

7DC1.3.1數(shù)制及轉(zhuǎn)換1.3計(jì)算機(jī)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)39第三十九頁(yè)，共五十五頁(yè)，編輯于2023年，星期日

（三）十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成二、十六進(jìn)制數(shù)整數(shù)、小數(shù)分別轉(zhuǎn)換1.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。1.3.1數(shù)制及轉(zhuǎn)換1.3計(jì)算機(jī)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)40第四十頁(yè)，共五十五頁(yè)，編輯于2023年，星期日2. 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。1.3.1數(shù)制及轉(zhuǎn)換1.3計(jì)算機(jī)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)41第四十一頁(yè)，共五十五頁(yè)，編輯于2023年，星期日1.3.2計(jì)算機(jī)中數(shù)的表示方法

機(jī)器數(shù)：機(jī)器中數(shù)的表示形式，其位數(shù)通常為8的倍數(shù) 真值：機(jī)器數(shù)所代表的實(shí)際數(shù)值。 一個(gè)8位機(jī)器數(shù)+84和-84與它們的真值對(duì)應(yīng)關(guān)系

真值：X1=+84=+1010100BX2=-84=-1010100B機(jī)器數(shù)：[X1]機(jī)=01010100[X2]機(jī)=11010100機(jī)器中，數(shù)的最高位作符號(hào)位，“0”表示“+”，“1”表示“-”。機(jī)器數(shù)與真值一.

帶符號(hào)數(shù)的表示1.3計(jì)算機(jī)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)42第四十二頁(yè)，共五十五頁(yè)，編輯于2023年，星期日 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。

x1=+1010100B [x1]原=01010100x2=－1010100B

[x2]原=11010100在計(jì)算機(jī)中，0可表示為+0和－0，故0在原碼中有兩種表示法： [+0]原=00000000B [－0]原=10000000B。 帶符號(hào)數(shù)通常有三種表示方法：原碼、反碼、補(bǔ)碼（1）原碼1.3.2計(jì)算機(jī)中數(shù)的表示方法1.3計(jì)算機(jī)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)43第四十三頁(yè)，共五十五頁(yè)，編輯于2023年，星期日 正數(shù)的反碼與原碼表示相同。 負(fù)數(shù)反碼符號(hào)位為1，數(shù)值位為原碼數(shù)值各位取反。 （2）反碼1.3.2計(jì)算機(jī)中數(shù)的表示方法1.3計(jì)算機(jī)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)x=+4[x]原=00000100 [x]反=00000100x=-4[x]原=10000100[x]反=11111011負(fù)數(shù)的反碼44第四十四頁(yè)，共五十五頁(yè)，編輯于2023年，星期日（3）補(bǔ)碼 正數(shù)的補(bǔ)碼表示與原碼相同。負(fù)數(shù)的補(bǔ)碼等于其反碼加1。

x=+4，[x]原=[x]反=[x]補(bǔ)=00000100 x=-4 [x]原=10000100 [x]反=11111011 [x]補(bǔ)=11111100補(bǔ)碼表示的優(yōu)點(diǎn)：0的表示唯一。1.3.2計(jì)算機(jī)中數(shù)的表示方法1.3計(jì)算機(jī)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)負(fù)數(shù)的補(bǔ)碼45第四十五頁(yè)，共五十五頁(yè)，編輯于2023年，星期日（4）真值與機(jī)器數(shù)之間的轉(zhuǎn)換1.3.2計(jì)算機(jī)中數(shù)的表示方法1.3計(jì)算機(jī)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)1）正數(shù)的原碼、反碼、補(bǔ)碼相同，無(wú)需轉(zhuǎn)換；

2）負(fù)數(shù)原碼的最高位為符號(hào)位，其余位為數(shù)值位，由數(shù)值位可以獲取真值；

負(fù)數(shù)反碼的數(shù)值位按位取反，可轉(zhuǎn)換為原碼，即一個(gè)負(fù)數(shù)反碼的反碼為該負(fù)數(shù)的原碼；

負(fù)數(shù)補(bǔ)碼的數(shù)值位按位取反后，末位再加1，可轉(zhuǎn)換為原碼，即一個(gè)負(fù)數(shù)補(bǔ)碼的補(bǔ)碼為原碼。

3）由原碼求真值。用“＋”、“－”代替原碼的符號(hào)位0和1。

推論：一個(gè)數(shù)的絕對(duì)值等于原碼的符號(hào)位清0。46第四十六頁(yè)，共五十五頁(yè)，編輯于2023年，星期日X1=+127，X2=-127，求[X]原、[X]補(bǔ)[X1]原=[X1]補(bǔ)=01111111=7FH [X