单片机原理及应用技术

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,*,单片机原理及应用技术,主讲:田亚娟,单片机原理及应用精品课程项目组制作,课程的特点：,以应用为目的，实践性强,硬件与软件紧密结合,学习方法：,课前预习，课后复习,理清概念，勤于实践,广览书刊、网络，立足实际应用,第1章 计算机应用概述,第2章 MCS-51单片机的,结构,和,原理,第3章 MCS-51单片机的,指令系统,第4章 MCS-51单片机的,程序设计,第5章 MCS-51单片机的,中断系统,及,定时/计数器,第6章 MCS-51单片机的,串行接口,第7章 MCS-51单片机的系统扩展,第8章 MCS-51单片机的测控接口,第9章 单片机应用系统设计概要,课程内容：,第1章 绪 论,1.1,数制,与,编码,的简单回顾,1.2,电子计算机,的发展概述,1.3,单片机,发展过程,及,产品近况,1.4,单片机的,特点,及,应用领域,1.5,单片机,应用系统开发,简述,本章内容：,1.1 数制与编码的简单回顾,1.1.1 数制,1.1.2 编码,1.1.3 计算机中,带符号数,的表示,数制：,是,计数,的规则,（亦称计数制）,1.1.1 数制,十进制：,生活中最熟悉的,进位,计数制。,符号,：,0，1，9,规则,：逢十进一，借一当十,二进制：,计算机中采用的计数制,符号,：,0，1,规则,：逢二进一，借一当二,特点,：便于实现，不便记忆,字节：,8,个位,MSB,LSB,D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0,位号：,字节：,有,2,8,个值（,0255,）,LSB,：,最低有效位，,D0,位,MSB：,最高有效位，,D7,位,字：,2,字节，,16,位,有,2,16,个值（,065535,）,MSB：D15,位,十六进制：,用于,代码,和,数据,的,缩写,符号,：,0，1，9，,A，B，F,规则,：逢十六进一，借一当十六,特点,：,二进制,4,位,十六进制,1,位,为了区分数的不同进制，有两种不同的区分方法，其一是（N）,R,，其二是在数的结尾以一字母标示，D、B、H分别表示十进制、二进制和十六进制数。,如,：（101）,2,（101）,10,101B 101D,EFH,展开形式：,138.38D=,11.01B=,E8.A7H=,字符的编码,-,ASCII,码,采用美国标准信息交换码（即,ASCII,码）,1.1.2 编码,十进制数的编码,-,BCD,码,用二进制表示,十进制数,的,代码,。,1个字节,表示,2位十进制数,的代码，称为,压缩的BCD码,。,例：25的压缩BCD码为25H,（注意：其十六进制,值,为19H),非压缩,BCD,码：,8,位码表示,1,位十进制数（高,4,位填,0,）的编码,2个BCD码的运算可能出现非法码，这时要对所得结果进行调整。,采用,压缩的BCD码,比采用非压缩的BCD码,节省存储空间,。,非法码：,4,位代码在,1010,B1111B,范围时,。,1.1.3 计算机中带符号数的表示,一、机器数及其真值,数,在,计算机内,的表示形式称为,机器数,这个,数本身,称为,真值,，即一般书写形式表示的数,例：正数,+100 0101B（+45H,）,100 0101B,0,（,45H,）,机器数,真值,例：负数,-101 0101B（-55H,）,101 0101B,1,（,D5H,）,机器数,真值,二、原码和反码,原码：,最高位为符号位，其余位为原,数,值,。,反码：是带符号二进制书的一种表示方,法。,正数的反码与其原码相同,负数的反码,符号,位为,1,，,数值,位为其,原码,数值位逐位,取反,采用,原码,和,反码,表示时，,符号位,不能同数值一道参加运算。,三、补码,正数的补码与其原码相同,负数的补码,为其,反码加,1,计算机中，,带符号数,的,运算,均采用补码,。,例：正数,+100 0101B（+45H,）,负数,-101 0101B（-55H,）,由补码求其真值,的方法,求补得到,原码,（,符号位,+,数值位,）,依原码求真值。如：,补码为：1010 1011B,求补得：,1,101 0101B,真值为：-55H。,补码的优点：,将,减法,运算转换为,加法,，且,数值连同符号位,可,一起参加运算,例：45H-55H=-10H,45H,补,：0100 0101,+-55H,补,：1010 1011,-10H,补,：,1,111 0000,求补,得,原码,：,1,001 0000,真值：-,001,0000（,10H,）,反码：范围是：,+127-127,；“,0,”有,2,种表示,补码：,范围是：,+127,-128,；,“,0,”有,1,种表示,1.2 计算机的发展简史,1.2.1 电子计算机的问世及其经典结构,1946年2月15日，第一台电子数字计算机问世，标志着计算机时代的到来。,ENIAC,开创了计算机科学技术的新纪元，对人类的生产和生活方式产生了巨大的影响。,冯,诺依曼,提出“,程序存储,”和“,二进制运算,”的思想，构建了计算机经典结构：,电子计算机经历了五个时代：,电子管,计算机,晶体管,计算机,集成电路,计算机,大规模集成电路,计算机,超大规模集成电路,计算机,结构,仍然没有突破冯诺依曼提出的计算机的经典结构框架,1.2.2 微型计算机的组成及其应用形态,一、微型计算机的组成,1971年1月，,INTEL,公司的特德霍夫在与日本商业通讯公司合作研制台式计算器时，将原始方案的十几个芯片压缩成,三个集成电路芯片,。其中的两个芯片分别用于存储程序和数据，另一芯片,集成了运算器和控制器及一些寄存器，称为微处理器,（即Intel 4004）。,4004微处理器,微处理器,、,存储器,加上,I/O接口电路,组成微型计算机。,二、微型计算机的应用形态,可以分为3种：,多板机,（系统机）,工业,PC,机,属于此类,单板机,单片机,:,集成了,CPU、,存储器、,I/O,接口电路的,单芯片微型计算机,。,系统机（,桌面,应用）属于,通用,计算机，主要用于数据处理、办公自动化及辅助设计。,单片机（,嵌入式,应用）属于,专用,计算机，主要用于智能仪表及传感器、智能家电、智能办公设备、汽车及军事电子设备等系统。,单片机,体积小,、,价格低,、,可靠性高,，其,非凡的嵌入式应用形态,对于满足嵌入式应用需求具有独特的优势。,1.3 单片机的发展过程及产品近况,1.3.1 单片机的发展过程,三个主要阶段：,单芯片微机形成,阶段,1976,年，,Intel,公司推出了,MCS-48,系列单片机。,8位,CPU、1K,字节,ROM、64,字节,RAM、27,根,I/O,线和,1个8,位定时,/,计数器。,特点：存储器容量小，寻址范围小（不大于4K），无串行接口，指令系统功能不强。,特点是：结构体系完善，性能已大大提高，面向控制的特点进一步突出。现在，MCS-51已成为公认的单片机经典机种。,性能完善提高,阶段,1980年，,Intel,公司推出了,MCS-51,系列单片机：,8位,CPU、4K,字节,ROM、128,字节,RAM、4,个8,位并口、,1,个全双工串行口、,2个16,位定时,/,计数器。寻址范围,64,K，,并有控制功能较强的布尔处理器。,微控制器化阶段,特点：片内面向测控系统电路增强，使之可以方便灵活地用于复杂的自动测控系统及设备。“,微控制器,”的称谓更能反应单片机的本质。,1982年，Intel推出,MCS-96,系列单片机。芯片内集成：16位CPU、8K字节ROM、232字节RAM、5个8位并口、1个全双工串行口、2个16位定时/计数器。寻址范围64K。片上还有8路10位ADC、1路PWM输出及高速I/O部件等。,1.3.2 单片机产品近况,ATMEL,公司融入,Flash,存储器技术的,AT89,系列,Philips,公司的,80,C51、80C552,系列,华邦公司的,W78C51、W77C51,高速低价系列,ADI,公司的,ADC8xx,高精度,ADC,系列,LG,公司的,GMS90/97,低压高速系列,Maxim,公司的,DS89C420,高速（,50,MIPS）,系列,Cygnal,公司的,C8051F,系列高速,SOC,单片机,80,C51,系列产品繁多，主流地位已形成，已推出的与,80,C51,兼容,的主要产品有：,非,80,C51,结构,单片机新品不断推出，给用户提供了更为广泛的选择空间，近年来推出的非,80,C51,系列的主要产品有：,Intel,的,MCS-96,系列,16,位单片机,Microchip,的,PIC,系列,RISC,单片机,TI,的,MSP430F,系列,16,位低功耗单片机。,1.4 单片机的特点及应用领域,1.4.1 单片机的特点,控制性能和可靠性高,可对,I/O,端口直接操作，位操作能力更是其它计算机无法比拟的。由于,CPU、,存储器及,I/O,接口集成在同一芯片内，数据在传送时受干扰的影响较小，且不易受环境条件的影响。,体积小、价格低、易于产品化,应用系统的印制板减小、接插件减少、安装简单方便。,1.4.2 单片机的应用领域,智能仪器仪表,机电一体化产品,实时工业控制,分布式系统的前端模块,家用电器,1.5 单片机应用系统开发简介,1.5.1 单片机应用系统的开发,单片机自身没有开发功能，必须借助开发机来完成如下任务：,排除硬件故障和软件错误,程序固化到程序存储器芯片中。,正确的,硬件,设计和良好的,软件,功能设计是一个实用的单片机应用系统的,设计目标,。完成该目标的过程称为单片机应用系统的,开发,。,指令的表示形式,指令,是让单片机执行某种操作的,命令,。指令按一定的顺序以二进制码的形式存放于程序存储器中。如：,04H,:累加器A的内容加1，难记！,INC A，记忆容易。,称为符号指令。,0000 0100B,04H,汇编或编译,将符号指令转换成机器码的过程称为,汇编,。常用的汇编方法有三种：,手工汇编,利用开发机的驻留汇编程序进行汇编,交叉汇编,独立型仿真器开发,1.5.2 单片机应用系统传统开发方式,单片机开发系统又称开发机或仿真器。,仿真目的：利用开发机的资源来模拟欲开发的单片机应用系统的CPU、存储器和I/O操作。,非独立型仿真器开发,SST,公司推出的,SST89C54,和,SST89C58,芯片有,SuperFLASH,存储器，利用这种存储器可以进行高速读写的特点，能够实现：,在系统编程（,ISP）,在应用编程（,IAP）。,1.5.3 单片机开发方式的发展,应用程序,的编辑、汇编（或编译）、模拟运行，然后实现目标程序的串行下载。,Microchip,公司推出的,PIC16F87X,中内置有在,线调试器,ICD,功能,还配置了具有,ICSP,功能的简单仿真器和烧写器。通过PC机串行电缆就可以完成对目标系统的仿真调试。,1.第一台计算机的问世有何意义？,2.计算机由哪几部分组成？,3.微型计算机由哪几部分构成？,4.微处理器与微型计算机有何区别？,5.什么叫单片机？其主要特点有哪些？,6.微型计算机有哪些应用形式？各适于什么场合？,7.当前单片机的主要产品有哪些？各有何特点？,8.简述单片机的开发过程。,9.常用的单片机应用系统开发方法有哪些？,思考题与习题,