單片機(jī)原理及接口技術(shù)_第1章

1、單片機(jī)原理及接口技術(shù),PIC16F877 單片機(jī)構(gòu)成的電梯控制系統(tǒng),單片機(jī)PIC16F877,單片機(jī) AT89C51,有關(guān)本課程學(xué)習(xí)的幾點(diǎn)建議,本課程的先期課程是數(shù)字電路與微機(jī)原理 這方面知識掌握得不夠好的請自己補(bǔ)上 本課程是一門實(shí)踐性、應(yīng)用性很強(qiáng)的學(xué)科 僅僅聽懂還不夠,重在培養(yǎng)動(dòng)手能力 硬件/軟件同樣重要、不可偏廢 硬件是骨架，軟件是靈魂 預(yù)習(xí)、聽課、復(fù)習(xí)、作業(yè)、實(shí)驗(yàn)環(huán)環(huán)都重要 用科學(xué)的方法學(xué)習(xí),1 微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識,1946年2月15日，第一臺電子數(shù)字計(jì)算機(jī)(ENIAC)問世，這標(biāo)志著計(jì)算機(jī)時(shí)代的到來。,ENIAC是電子管計(jì)算機(jī)，時(shí)鐘頻率僅有100 KHz，但能在1秒鐘的時(shí)間內(nèi)完成500

2、0次加法運(yùn)算。,到目前為止計(jì)算機(jī)已經(jīng)歷了以下四個(gè)發(fā)展階段： 第一代電子管計(jì)算機(jī)(19461957) 第二代晶體管計(jì)算機(jī)(19581964) 第三代集成電路計(jì)算機(jī)(19651971) 第四代大規(guī)模集成電路計(jì)算機(jī)(1972現(xiàn)在) 計(jì)算機(jī)目前正朝著第五、第六代計(jì)算機(jī)發(fā)展。,1.1 微型計(jì)算機(jī)概述,1.1.1 微型計(jì)算機(jī)的基本概念,微處理器（Microprocessor），簡稱MPU，是一個(gè)由算術(shù)邏輯運(yùn)算單元、控制器單元、寄存器組及內(nèi)部系統(tǒng)總線等單元組成的大規(guī)模集成電路芯片。 微處理器加上同樣采用大規(guī)模集成電路制成的用于存儲程序和數(shù)據(jù)的存儲器以及與輸入輸出設(shè)備相連接的輸入輸出接口電路就構(gòu)成了微型計(jì)算機(jī)

3、（Microcomputer）。 以微型計(jì)算機(jī)為主體，配上輸入/輸出設(shè)備、外存儲設(shè)備、電源機(jī)箱以及基本系統(tǒng)軟件就可組成微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。,圖11 微型計(jì)算機(jī)基本組成框圖,1.1.2 微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展概況,微處理器的發(fā)展經(jīng)歷了如下幾個(gè)階段： 第一階段（1971年1973年）是4位和8位低檔微處理器 時(shí)代，通常稱為第一代。 第二階段（1974年1977年）是8位中高檔微處理器時(shí) 代，通常稱為第二代 。 第三階段（19781984年）是16微處理器時(shí)代，通常稱 為第三代。 第四階段（19851992年）是32位微處理器時(shí)代，又稱 為第四代。 第五階段（1993年以后）是64位奔騰（Pentium）系列

4、 微處理器時(shí)代，通常稱為第五代。,1.1.3 微型計(jì)算機(jī)的分類,（1）按處理器位數(shù)分類,4位機(jī),8位機(jī),16位機(jī),32位機(jī),64位機(jī),（2）按結(jié)構(gòu)分類 單片微型計(jì)算機(jī)（Single Chip Microcomputer） 將微處理器、存儲器、輸入輸出接口電路集成在一塊芯片上，稱為單片微型計(jì)算機(jī)或單片機(jī)。 單板微型計(jì)算機(jī)（Single Board Microcomputer） 將組成微型計(jì)算機(jī)的各功能部件都做在同一塊印刷電路板上，稱為單板微型計(jì)算機(jī)或單板機(jī)。 個(gè)人計(jì)算機(jī)（Personal Computer，簡稱PC機(jī)） 它是一種將一塊主機(jī)母板（內(nèi)含微處理器、內(nèi)存儲器、I/O接口等芯片）、若干I/

5、O接口卡、外部存儲器、電源等部件組裝在一個(gè)機(jī)箱內(nèi)，并配備顯示器、鍵盤、打印機(jī)等基本外部設(shè)備所組成的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。,1.2 常用的數(shù)制及編碼,1.2.1 常用的數(shù)制,（1） 十進(jìn)制數(shù) 十進(jìn)制數(shù)中有09十個(gè)數(shù)字符號，任何一個(gè)數(shù)的大小都可以用這十個(gè)數(shù)字符號的組合來表示。對于十進(jìn)制數(shù)D可用權(quán)展開式表示為,其中Di是D的第i位數(shù)碼，是09等十個(gè)數(shù)碼中的一個(gè)，基數(shù)為10，10i稱為十進(jìn)制的權(quán)。 【例11】十進(jìn)制數(shù)12.86可按權(quán)展開為 對于十進(jìn)制數(shù)12.86也可寫為12.86D或(12.86)D。,（2） 二進(jìn)制數(shù) 在二進(jìn)制數(shù)中只有0和1兩個(gè)數(shù)碼。對于二進(jìn)制數(shù)B可用權(quán)展開式表示為 其中Bi可取0或1。基數(shù)為

6、2，2i稱為二進(jìn)制的權(quán)。二進(jìn)制數(shù)的加減運(yùn)算中遵循逢二進(jìn)一、借一為二的規(guī)則。 【例12】二進(jìn)制數(shù)101.01可按權(quán)展開為 對于二進(jìn)制數(shù)101.01也可寫為101.01B或(101.01)B。,（3） 十六進(jìn)制數(shù) 在十六進(jìn)制數(shù)中，采用09、AF等十六個(gè)數(shù)碼，其中AF相應(yīng)的十進(jìn)制數(shù)為1015。對于16進(jìn)制數(shù)H可表示為 其中Hi是H的第i位數(shù)碼，是0F等16個(gè)數(shù)碼中的一個(gè)，基數(shù)為16，16i稱為十六進(jìn)制的權(quán)。 十六進(jìn)制的加減運(yùn)算中遵循逢十六進(jìn)一、借一為十六的規(guī)則。,【例13】十六進(jìn)制數(shù)2BA.7E可按權(quán)展開為 同樣對于十六進(jìn)制數(shù)(2BA.7E)16也可寫為2BA.7EH或(2BA.7E)H。 二進(jìn)制數(shù)

7、與十六進(jìn)制數(shù)之間存在有一種特殊關(guān)系，即2416，也就是說一位十六進(jìn)制數(shù)恰好可用四位二進(jìn)制數(shù)表示，且它們之間的關(guān)系是唯一的。所以，在計(jì)算機(jī)應(yīng)用中，雖然機(jī)器只能識別二進(jìn)制數(shù)，但在數(shù)字的表達(dá)上更廣泛地采用十六進(jìn)制數(shù)。,表1-2 幾種進(jìn)位制的數(shù)碼對照,1.2.2 數(shù)制之間的轉(zhuǎn)換,（1） 二進(jìn)制、十六進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù) 二進(jìn)制、十六進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制數(shù)時(shí)，只要將二進(jìn)制數(shù)、或十六進(jìn)制數(shù)按相應(yīng)的權(quán)表達(dá)式展開，再按十進(jìn)制運(yùn)算規(guī)則求和，即可得到它們對應(yīng)的十進(jìn)制數(shù)。 【例14】將二進(jìn)制數(shù)1101100.111轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制數(shù)。 解：（1101100.111）2126125123122 12-112-212-3 6

8、432840.50.250.125 （108.875）10,【例15】將十六進(jìn)制數(shù)19BC.8轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制數(shù)。 解：（19BC.8）1611639162B161C160 816-1 40962304176120.5（6588.5）10 （2） 十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制、十六進(jìn)制數(shù) 十進(jìn)制數(shù)整數(shù)和小數(shù)部分應(yīng)分別進(jìn)行轉(zhuǎn)換。整數(shù)部分的轉(zhuǎn)換采用的是除2取余法，直到商為0，余數(shù)按倒序排列，稱為“倒序法”。小數(shù)部分的轉(zhuǎn)換采用乘2取整法，直到小數(shù)部分為0，整數(shù)按順序排列，稱為“順序法”。,【例16】將十進(jìn)制數(shù)61.125轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)。 解：整數(shù)部分 小數(shù)部分 61/2=30 余數(shù)1(最低位) 0.12520.

9、25 整數(shù)0(最高位) 30/2=15 余數(shù)0 0.2520.5 整數(shù)0 15/2=7 余數(shù)1 0.521.0 整數(shù)1(最低位) 7/2=3 余數(shù)1 3/2=1 余數(shù)1 1/2=0 余數(shù)1(最高位) 即 (61.125)10=(111101.001)2,【例17】將十進(jìn)制數(shù)61.125轉(zhuǎn)換為十六進(jìn)制數(shù)。 解： 整數(shù)部分 小數(shù)部分 61/16=3 余數(shù)D(最低位) 0.125162.0 整數(shù)2(最高位) 3/16=0 余數(shù)3(最高位) 即 (61.125)10=(3D.2)16 也可將十進(jìn)制數(shù)先轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)，再轉(zhuǎn)換為十六進(jìn)制數(shù)；或先將十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為十六進(jìn)制數(shù)，再轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)。,（3） 二進(jìn)制

10、數(shù)轉(zhuǎn)換成十六進(jìn)制數(shù) 二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成十六進(jìn)制數(shù)的轉(zhuǎn)換原則是“四位合成一位”，即從小數(shù)點(diǎn)開始向左右兩邊以每四位為一組，不足四位時(shí)補(bǔ)0，然后每組改成等值的一位十六進(jìn)制數(shù)即可。 【例18】將（1011111101.1001101）2轉(zhuǎn)換成十六進(jìn)制數(shù)。 解： 001011111101.10011010 2 F D. 9 A 即（1011111101.1001101）2（2FD.9A）16,（4） 十六進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù) 十六進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)的轉(zhuǎn)換原則是“一位分成四位”，即把1位十六進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的4位二進(jìn)制數(shù)，然后按順序連接即可。 【例19】將（FB6.DA3）16轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)。 解： F B

11、 6. D A 3 111110110110.110110100011 即（FB6.DA3）16（111110110110.110110100011）2,1.2.3 微型計(jì)算機(jī)常用的編碼,計(jì)算機(jī)不僅要處理數(shù)制計(jì)算問題，還要處理大量非數(shù)值問題。由于在計(jì)算機(jī)中數(shù)是用二進(jìn)制數(shù)表示的，計(jì)算機(jī)只能識別二進(jìn)制數(shù)碼。 因此，不論是十進(jìn)制數(shù)，還是英文字母、漢字以及其它信息（如語言、符號、聲音等）必須先轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制代碼，才能讓計(jì)算機(jī)接受。這種把信息編成二進(jìn)制代碼的方法，稱為計(jì)算機(jī)的編碼。 通常計(jì)算機(jī)編碼分為數(shù)值編碼和字符編碼。,（1）BCD碼（十進(jìn)制數(shù)的二進(jìn)制編碼） BCD（Binary Coded Decim

12、al）碼是指每位十進(jìn)制數(shù)用4位二進(jìn)制數(shù)碼表示，使其既具有二進(jìn)制數(shù)的形式又具有十進(jìn)制數(shù)的特點(diǎn)。 四位二進(jìn)制數(shù)有16種狀態(tài)，但BCD碼只選用10種狀態(tài)來表示09這10個(gè)數(shù)碼，其余六個(gè)是多于的，應(yīng)該放棄不用。 常用的BCD碼有8421碼、2421碼和余3碼等，其中最常用的為8421碼。 例如十進(jìn)制數(shù)86的BCD編碼形式為10000110B，即86H。 【例110】寫出十進(jìn)數(shù)976.93D對應(yīng)的8421BCD碼。,【例111】寫出8421BCD碼101001.0110011BCD對應(yīng)的十進(jìn)制數(shù)。 解：101001.0110011BCD0010 1001.0110 0110BCD =29.66D 計(jì)算機(jī)

13、的存儲單元通常以字節(jié)（8位二進(jìn)制）為最小單位，很多操作也是以字節(jié)為單位進(jìn)行的，在一個(gè)字節(jié)中如何存放BCD碼有兩種方式。 一種方式是在一個(gè)字節(jié)中存放兩個(gè)BCD碼，這種方式稱為壓縮BCD碼表示法。 在采用壓縮BCD碼表示十進(jìn)制數(shù)時(shí)，一個(gè)字節(jié)就表示兩位十進(jìn)制數(shù)。例如10000110B表示十進(jìn)制數(shù)86。 另一種方式是一個(gè)字節(jié)存放一個(gè)BCD碼，即字節(jié)的高4位為0，低4位為十進(jìn)制數(shù)字的BCD碼，該方式稱為非壓縮BCD碼表示法。 例如對于十進(jìn)制數(shù)86的非壓縮BCD碼表示為00001000 00000110B,（2） ASCII碼 ASCII（American Standard Code for Information Interchange）碼是美國國家信息交換標(biāo)準(zhǔn)代碼。這種編碼是字符編碼，利用7位二進(jìn)制數(shù)字“0”和“1”的組合碼，對應(yīng)著128個(gè)符號。 031及127(共33個(gè))是控制字符或通訊專用字符（其余為可顯示字符），它們并沒有特定的圖形顯示，但會(huì)依不同的應(yīng)用程序，而對文本顯示有不同的影響； 32126(共95個(gè))是字符(32sp是空格，有些教材將其歸入控制字符），其中4857為0到9十個(gè)阿拉伯?dāng)?shù)字，6590為26個(gè)大寫英文字母，97122號為26個(gè)小寫英文字母，其余為一些標(biāo)點(diǎn)符號、運(yùn)算符號等。,（3）國標(biāo)碼 “國家標(biāo)準(zhǔn)信息交換用漢字編碼