单片机控制技术

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单片机控制技术,任课教师：张春芝,机电工程系机电教研室,第,1,章单片机概述,本章内容,什么是单片机？,单片机的应用和发展,单片机应用系统,单片机特点及分类,单片机中的数制和码制,一、什么是单片机,1,、微型计算机硬件结构,常见的微机外形,台式微机,便携式微机,立式微机,微型计算机硬件结构,运 算 器,控 制 器,CPU,存 储 器,输,入,接,口,电路,输,入,设,备,输,出,设,备,输,出,接,口,电路,硬件系统,内部结构,硬件系统,构成微机的实体和装置,软件系统,微机系统所使用的各种程序的总称,软件系统与硬件系统共同构成实用的微机系统，两者是,相辅相成、缺一不可,的。,软,件,系,统,+,微型计算机系统,运 算 器,控 制 器,CPU,存 储 器,输,入,接,口,电路,输,入,设,备,输,出,设,备,输,出,接,口,电路,硬件系统,微型计算机系统,CPU,输,入,设,备,输,出,设,备,软,件,系,统,+,微型计算机系统,硬件系统,输,入,接,口,设,备,输,出,接,口,设,备,运 算 器,控 制 器,存 储 器,单片微型计算机,将中央处理器,CPU,、随机存取存储器,RAM,、只读存储器,ROM,、并行,I/O,接口、定时器,/,计数器及串行通信接口等集成在一块芯片上，构成一个完整的微型计算机，简称单片机。单片机实质上就是一个,芯片。,2,、单片微型计算机,通用型和专用型单片机,通用型单片机,把可开发的内部资源，如,RAM,、,ROM,、,I/O,等功能部件全部提供给用户。用户可以根据需要，利用单片机的内部资源，设计一个以通用单片机芯片为核心，再配以外部接口电路及其它外围设备，来满足各种不同需要的测控系统。,专用型单片机,为特定产品或某种测控应用而专门进行设计的。在设计中，已经对系统结构的最简化、可靠性和成本的最佳化等方面都作了全面的考虑，综合优势明显，是今后单片机发展的一个重要方向。,二、单片机应用系统,单片机应用系统,单片机,接口电路及外设等,软件,硬件,单片机应用系统由,硬件,和,软件,组成,硬件是,应用系统的基础。,软件是在硬件的基础上,对其资源进行合理调配和使用,，从而完成应用系统所要求的任务。,单片机程序设计语言：,机器语言,汇编语言,高级语言,注：本课程的重点,1.,掌握单片机应用系统硬件原理的分析方法。,2.,掌握软件设计与调试的基本技能。,单片机应用技术,是指以单片机技术为核心构成的智能型电子测控技术。,单片机应用十分广泛，随着技术和应用的进步，单片机应用技术已发展成为当今的嵌入式系统应用技术。,嵌入式系统,是指将单片机嵌入到某种具体设备中去，实现该设备要求的具体测控任务的应用系统。国家级期刊,单片机与嵌入式系统应用,，比较集中的反应了国内这个技术学科发展的现状。,三、单片机的特点及分类,1.,单片机的特点,体积小，重量轻,电源单一，功耗低,功能强，价格低,运行速度快，抗干扰能力强，可靠性高,2,、单片机分类,CPU,处理字的长度：,4,位机、,8,位机、,16,位机和,32,位机。,目前,8,位单片机仍是单片机的主流机型。,从使用的范围分：通用的单片机和专用的单片机。按所能适应的环境温度分为：民用级、工业级和军用级。,主要的产品：,美国微芯片公司,:PIC16C,系列、,PIC17C,系列、,PIC1400,系列；,美国英特尔公司的,MCS-48,和,MCS-51,系列；,美国摩托罗拉公司的,MC68HC05,系列和,MC68HC11,系列；,美国齐洛格公司的,Z8,系列；,日本,NEC,公司的,PD78,系列,。,1.,单片机应用,工业方面,民用方面,仪表方面,电讯方面,数据处理方面,汽车方面,四、单片机的应用和发展,第一阶段（,1974,1978,）：初级单片机阶段。以,Intel,公司制造的,MCS-48,系列单片机为代表。这个系列的单片机在片内集成了,8,位,CPU,、并行,I/O,口、,8,位定时器,/,计数器、,RAM,等，无串行,I/O,口，寻址范围不大于,4KB,。,第二阶段（,1978,一,1983,）：高性能单片机阶段。,Intel,公司的,MCS-51,系列，,Motorola,公司的,6800,系列和,Zilog,公司的,Z8,等。这个阶段的单片机均带有串行,I/O,口，具有多级中断处理系统，定时器,/,计数器为,16,位，片内,RAM,和,ROM,容量相对增大，且寻址范围可达,64KB,。,单片机的发展经历了由,4,位机,到,8,位机,再到,16,位机,和,32,位机,。,2,、单片机的发展,单片机的发展,第三阶段（,1983,一,1988,）：,8,位单片机的巩固发展及,16,位单片机推出阶段。,16,位单片机除了,CPU,为,16,位外，片内,RAM,增加为,232B,，片内,ROM,增加为,8KB,，且带有高速输入,/,输出部件、多通道,10,位,A/D,转换器，具有,8,级中断等。允许用户采用面向工业控制的专用语言。,第四阶段（,1988,一现在）：,32,位单片机推出阶段。,32,位单片微机系列。具有极高的集成度，内部采用新颖的,RISC,（精减指令系统计算机）结构，,CPU,可与其他微控制器兼容，主频频率可达,32MHz,以上，指令系统进一步优化，运算速度可动态改变，设有高级语言编译器，具有性能强大的中断控制系统、定时,/,事件控制系统、同步,/,异步通信控制系统。,单片机的发展趋势,1,、,CPU,的改进。采用双,CPU,和提高频率改进,CPU,的处理能力；增加数据总线宽度；采用流水线结构；采用串行总线结构。,2,、存储器的发展。,ROM,容量由,4K,、,8K,到,32K,、,64K,，,RAM,容量由,256B,到,1K,或,4K,；,内部,ROM,由无,ROM,EPROMEEPROM FLASH ROM,。,3,、,外围电路内装化。可以把众多的外围电路集成在片内，像,A/D,转换器、,D/A,转换器、电压比较器、,DMA,控制器、,PWM,发生器等。,4,、低功耗、宽电压、高可靠性。不断采用的新工艺使得单片机的功耗由毫瓦降到微瓦；工作电压,2,6V,都可以正常运行。,五、单片机中的数制和码制,数制：,是利用符号来计数的科学方法。数制有很多种，但在计算机的设计与使用上常使用的则为,十进制,、,二进制,和,十六进制,。,（一）数制的基与权,数制所使用的数码的个数称为基，数制每一位所具有的值称为权。,1,、十进制,十进制的基为,“,十,”,，即它所使用的数码为,0,到,9,共十个数字。,十进制中，每个（位）数字的值都是以该个（位）数字乘以基数的幕次来表示，通常将基数的幂次称为权，即以,10,为底的,0,幂、,1,幂、,2,幂等。,举例,435=4,10,2,3,10,1,5,10,0,2,、二进制,二进制的基为,“,二,”,，即其使用的数码为,0,、,1,，共二个。二进制各位的权是以,2,为底的幂，例如数,1011,，它相当于十进制的数是：,1,2,3,0,2,2,1,2,1,1,2,0,=11,由此可知，二进制中各位的权是：,2,3,2,2,2,1,2,0,8 4 2 1,3,、十六进制,十六进制的基为,“,十六,”,，即其数码共有,16,个：,0,、,1,、,2,、,3,、,4,、,5,、,6,、,7,、,8,、,9,、,A,、,B,、,C,、,D,、,E,、,F,，,其中,A,F,相当于十进制数的,10,15,。十六进制的权是以,16,为底的幂。,4,、二一十进制,二一十进制数称为二进制编码的十进制数（,Binary Coded Decimal,），,简称,BCD,码。,在,BCD,码中是用四位二进制数给,0,9,这十个数字编码。例如，十进制数,94,用,BCD,码表示即为,10010100,。,注意：,为了区别以上四种数制，在数的后面加写英文字母来区别，例如：,1011B,、,324D,、,7AH,、,l00l0l00BCD,分别表示为二进制数（,Binary,）、,十进制数（,Decimal,）、,十六进制数（,Hexad,e,cimal,）,二一十进制数。,通常对十进制可不加标志。十六进制数如是字母打头，则前面需加一个,0,。,（二）数制的转换,1,、二、十六进制转换成十进制数,根据定义，只需将二、十六进制数按权展开后相加即可。,例：,1111B,1,2,3,1,2,2,1,2,1,1,2,0,=15,0A4H,10,16,1,4,16,0,=164,3,、,BCD,码与十进制的相互转换,按照,BCD,的十位编码与十进制的关系，进行转换。,例如：,0100 1001 0111 BCD=497,2,、,十进制数转换成二、十六进制数,十进制数转换成二进制数：除,2,取余。,十进制数转换成十六进制数：除,16,取余。,例,1,：试求十进制数,215,的二进制数。,例,2,：试求十进制数,45678,所对应的十六进制数。,三）计算机中常用的编码,1,、,BCD,码,BCD,码（十进制数的二进制编码）,BCD,码,(Binary Coded Decimal),是一种具有十进制权的二进制编码，即它是一种既能为计算机所接受，又基本上符合人们的十进制数运算习惯的二进制编码。,BCD,码的种类较多，常用的有,8421,码、,2421,码、余,3,码和格雷码等，其中最为常用的是,8421 BCD,编码。因十进制数有,10,个不同的数码,0,9,，必须要有,4,位二进制数来表示，而,4,位二进制数可以有,16,种状态，因此它实际上是取了,4,位二进制数顺序编码的前,10,种，即,0000B-1001B,为,8421,码的基本代码，,1010B,1111B,未被使用，称为非法码或冗余码。,8421 BCD,编码表如表所示。,例如：,583,167,表示成,8421 BCD,码的形式为,（,010110000011.000101100111,）,BCD,2,、,ASCII,编码,ASCII,码诞生于,1963,年，是一种比较完整的字符编码，现已成为国际通用的标准编码，已广泛用于微型计算机与外设的通信。在微型计算机与,ASCII,码制的键盘、打印机、,CRT,等连用时，均以,ASCII,码形式进行数据传输。,ASCII,码,(American Standard Coded for Information Interchange),是,“,美国信息交换标准代码,”,的简称。它是用七位二进制数码来表示的，七位二进制数码共有,128,种组合状态，包括图形字符,96,个和控制字符,32,个。,96,个图形字符包括十进制数字符,10,个、大小写英文字母,52,个和其他字符,34,个，这类字符有特定形状，可以显示在,CRT,上和打印在打印纸上。,32,个控制字符包括回车符、换行符、退格符、设备控制符和信息分隔符等，这类字符没有特定形状，字符本身不能在,CRT,上显示和打印机上打印。,Intel,公司,8051,系列产品,