单片机基础知识概要课件

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,*,第,1,章 单片机基础知识,单片机原理与应用,第,1,章 单片机基础知识,引入 学习单片机的方法,1.1,单片机基本概念,1.2,数制及转换,第1章 单片机基础知识引入 学习单片机的方法1.1,1,、工业控制,数控车床,数控线切割机床,用单片机可以构成形式多样的控制系统、数据采集系统。例如工厂流水线的智能化管理，电梯智能化控制、各种报警系统，与计算机联网构成二级控制系统等。,单片机能作什么？,1.1,单片机基本概念,1、工业控制数控车床数控线切割机床 用单片机可以,2,、智能仪器仪表上,数字式测角仪,交直流电压电流表,位移传感器,单片机具有体积小、功耗低、控制功能强、扩展灵活、微型化和使用方便等优点，广泛应用于仪器仪表中，结合不同类型的传感器，可实现诸如电压、功率、频率、湿度、温度、流量、速度、厚度、角度、长度、硬度、元素、压力等物理量的测量。采用单片机控制使得仪器仪表数字化、智能化、微型化，且功能比起采用电子或数字电路更加强大。例如精密的测量设备（功率计，示波器，各种分析仪）。,2、智能仪器仪表上数字式测角仪交直流电压电流表位移传感器单片,3,、家用电器,1.,智能冰箱,2,智能饭煲,3,智能食品配料机,可以这样说，现在的家用,电器基本上都采用了单片,机控制，从电饭褒、洗衣,机、电冰箱、空调机、彩,电、其他音响视频器材、,再到电子秤量设备，五花,八门，无所不在。,3、家用电器1. 智能冰箱 2智能饭煲 3智能食品,4,、计算机网络和通信领域,现代的单片机普遍具备,通信接口，可以很方便地与,计算机进行数据通信，为在,计算机网络和通信设备间的,应用提供了极好的物质条,件，现在的通信设备基本上,都实现了单片机智能控制。,手机,电话机,程控交换机,楼宇自动通信呼叫系统,列车无线通信,日常工作中随处可见的移动电话,集群移动通信,无线电对讲机等。,4、计算机网络和通信领域 现代的单片机普遍具备,5,、医用设备,医用呼吸机,各种分析仪,监护仪,超声诊断设备,病床呼叫系统等等,电池分析仪,医用呼吸机,麻醉信息管理系统,5、医用设备医用呼吸机电池分析仪 医用呼吸机麻醉信息管理系,单片微型计算机简称,单片机。由于它的结构及功能均按工业控制要求设计，所以又称,单片微控制器（,single chip Microcontroller,）。,它是将组成微型计算机机所必须的部件（,中央处理器,CPU,、程序存贮器（,ROM),、数据存贮器（,RAM),、输入,/,输出（,I/O),接口、定时,/,计数器、串行口、系统总线等,）集成在一个超大规模集成电路芯片上。,单片机应用系统,是指为实现特定的功能，由单片机、外围接口电路及合适的软件等构成的应用系统。,1.1.1,单片机及其应用系统概念,单片微型计算机简称单片机。由于它的结构及功能均按工业控制要求,1,、单片机诞生于,20,世纪,70,年代。,1946:,第一台电子计算机诞生,单片机仍处在初级的发展阶段，元件集成规模还比较小，功能比较简单，一般均把,CPU,、,RAM,有的还包括了一些简单的,I/O,口集成到芯片上，象,Farichild,公司就属于这一类型，它还需配上外围的其他处理电路方才构成完整的计算系统。类似的单片机还有,Zilog,公司的,Z80,微处理器。,1973: TI,公司注册了世界上第一个单片机专利,1.1.2,单片机的发展历史,1、单片机诞生于20世纪70年代。1946: 第一台电子计算,2,、单片机的发展、应用里程碑,。,TI,公司推出,TMS1000,单片机,TI,公司高速反雷达导航器,INTEL,公司推出了,MCS-48,单片机，起到,8,位机的引领和带头作用，,Zilog,公司的,Z8,系列在其带领下产生的。,2、单片机的发展、应用里程碑 。TI 公司推出 TMS100,DALLAS (June 11, 1978),一种新的单片集成电路电子语音合成器由,Texas Instruments,开发,.,DALLAS (June 11, 1978) 一种,3,、,80,年代初，单片机发展高性能阶段。,1982,年以后，,16,位单片机问世，代表产品是,INTEL,公司的,MCS-96,系列，,16,位单片机比起,8,位机，数据宽度增加了一倍，实时处理能力更强，主频更高，集成度达到了,12,万只晶体管，,RAM,增加到了,232,字节，,ROM,则达到了,8kB,，并且有,8,个中断源，同时配置了多路的,A/D,转换通道，高速的,I/O,处理单元，适用于更复杂的控制系统。,3、80年代初，单片机发展高性能阶段。1982年以后，16位,4,、九十年代以后，单片机获得了飞速的发展,世界各大半导体公司相继开发了功能更为强大的单片机。美国,Microchip,公司发布了一种完全不兼容,MCS-51,的新一代,PIC,系列单片机，引起了业界的广泛关注，特别它的产品只有,33,条精简指令集吸引了不少用户，使人们从,INTEL,的,111,条复杂指令集中走出来。,PIC,单片机获得了快速的发展，在业界中占有一席之地。,4、九十年代以后，单片机获得了飞速的发展,1.1.3,单片机的发展趋势,1,、低功耗,CMOS,化,MCS-51,系列的,8031,推出时的功耗达,630mW,，而现在的单片机普遍都在,100mW,左右，随着对单片机功耗要求越来越低，现在的各个单片机制造商基本都采用了,CMOS(,互补金属氧化物半导体工艺,),。,象,80C51,就采用了,HMOS(,即高密度金属氧化物半导体工艺,),和,CHMOS(,互补高密度金属氧化物半导体工艺,),。,CMOS,虽然功耗较低，但由于其物理特征决定其工作速度不够高，而,CHMOS,则具备了高速和低功耗的特点，这些特征，更适合于在要求低功耗象电池供电的应用场合。所以这种工艺将是今后一段时期单片机发展的主要途径。,1.1.3 单片机的发展趋势1、低功耗CMOS化,2,、微型单片化,现在常规的单片机普遍都是将中央处理器,(CPU),、随机存取数据存储,(RAM),、只读程序存储器,(ROM),、并行和串行通信接口，中断系统、定时电路、时钟电路集成在一块单一的芯片上，增强型的单片机集成了如,A/D,转换器、,PMW(,脉宽调制电路,),、,WDT(,看门狗,),、有些单片机将,LCD(,液晶,),驱动电路都集成在单一的芯片上，这样单片机包含的单元电路就更多，功能就越强大。,单片机厂商可以根据用户的要求量身定做，制造出具有自己特色的单片机芯片。,现在的产品普遍要求体积小、重量轻，这就要求单片机除了功能强和功耗低外，还要求其体积要小。,现在的许多单片机都具有多种封装形式，其中,SMD(,表面封装,),越来越受欢迎，使得由单片机构成的系统正朝微型化方向发展。,2、微型单片化,3,、主流与多品种共存,现在虽然单片机的品种繁多，各具特色，但仍以,80C51,为核心的单片机占主流，兼容其结构和指令系统的有,PHILIPS,公司的产品，,ATMEL,公司的产品和中国台湾的,Winbond,系列单片机。所以,C8051,为核心的单片机占据了半壁江山。而,Microchip,公司的,PIC,精简指令集,(RISC),也有着强劲的发展势头，中国台湾的,HOLTEK,公司近年的单片机产量与日俱增，与其低价质优的优势，占据一定的市场分额。此外还有,MOTOROLA,公司的产品，日本几大公司的专用单片机。在一定的时期内，这种情形将得以延续，将不存在某个单片机一统天下的垄断局面，走的是依存互补，相辅相成、共同发展的道路。,3、主流与多品种共存,1.1.4,常用,单片机的选型,1 MCS-51,单片机的主要产品,型 号,制造技术,片内程序存储器,片内数据存储器,8051AH,H MOS,ROM (4k),128,字节,8031AH,AH MOS,无,128,字节,8751H,H MOS,EPROM,（,4K,）,128,字节,80C31,CHMOS,无,128,字节,80C32,CHMOS,无,256,字节,8051,H MOS,ROM,（,8K,）,256,字节,8032,H MOS,无,256,字节,1.1.4 常用单片机的选型1 MCS-51单片机的,表中列出了,Intel,公司,MCS-51,单片机系列的芯片型号以及它们的技术性能指标，使我们对它们的基本情况有了一个概括的了解。,MCS-51,系列又分为,51,和,52,两个子系列，并以芯片型号的最末位数字作为标志。其中，,51,子系列是基本型，而,52,子系列则属增强型。,52,子系列功能增强的具体方面可查阅有关资料。,表中列出了Intel公司MCS-51,ATMEL,公司,AT89,系列和,AVR,系列,Philips,公司各系列单片机,PIC,（,MICROCHIP,公司,）系列单片机,ST,公司系列单片机,TI,公司（德州仪器）系列单片机,Motorola,单片机,2,其它常用单片机系列,点击单片机型号链接到选型表,ATMEL公司AT89系列和AVR系列2 其它常用单片机系,1.,单片机应用系统的硬件组成,1.1.5,单片机应用系统,1. 单片机应用系统的硬件组成1.1.5 单片机应用系统,应用实例：,印刷机串墨辊和墨斗辊温度自动控制系统,单片机,AT89S51,温度采集和模数转换,输入控制,晶体振荡、,复位电路,输出显示,输出控制,应用实例：印刷机串墨辊和墨斗辊温度自动控制系统 单片机AT,2.,单片机应用系统的程序设计,1,、单片机编程语言,机器语言、汇编语言、高级语言（,C51,）,2,、单片机应用程序设计,用单片机编程语言设计满足系统要求的应用程序。,3,、单片机应用程序的调试,采用软件仿真和硬件仿真方法，检查应用程序是否有逻辑错误，是否满足系统要求。,2. 单片机应用系统的程序设计1、单片机编程语言机器语言、汇,3.,学习单片机技术的方法,软件准备,集成开发软件：,伟福软件,WAV6000,，,Keil uVision2,等。,仿真软件：,Proteus, DBG8051,等。,其它工具软件：,ISP,下载，串口调试，,PCB,设计等。,学习条件和学习环境,硬件准备,计算机：,普通计算机一台。安装,WINDOWS,操作系统。,实验板：,进行单片机开发设计实践，能完成的项目较多为好。,仿真器：,用来调试单片机。方便实用，但价高。,3. 学习单片机技术的方法软件准备学习条件和学习环境 硬件,知识准备,C,语言（或其它基础语言）：,打好编程基础。,电子技术：,特别是数字电子技术，是必备的电路基础。,计算机基础：,对计算机基础知识有较好的准备。,初学者推荐的软件硬件准备,计算机一台：,无特殊要求，可选用经济型电脑。能上网最佳。,开发实验板一块：,可由学校统一提供，可完成多个实用课题。,ISP,下载线一条：,用于对单片机进行编程下载，可自制。,相关软件：,开发软件、仿真软件、,ISP,下载软件等。,工具书：,教材一本，较祥细的手册类书一本。,其它资料：,器件资料、应用文档、实例等，主要由网络收集。,U,盘：,用于保存资料（选购）。,知识准备,单片机学习方法,熟悉和了解单片机的内部资源,；,熟悉和了解单片机的指令系统；,坚持手、脑并用的原则；,学好相关硬件电路知识，软件与硬件设计结合，理论与实践结合；,看、练、做结合，多参加工程实践。,单片机学习方法 熟悉和了解单片机的内部资源；,1.2,数制及转换,十进制,N,D,有十个数码,:0,9,逢十进一。,二进制,N,B,两个数码,:0,、,1,逢二进一。,十六进制,N,H,十六个数码,:0,9,、,A,F,逢十,六进一。,不同进位制数以下标或后缀区别,十进制数可不带下标或后缀。,如,:101,、,101D,、,101B,、,101H,1.2.1,微型计算机常用数制的特点,1.2 数制及转换十进制ND 有十个数码:0,单片机基础知识概要课件,1,、十进制,N,D,符号集：,0,9,规则：逢十进一。,例：,138.38=110,2,+310,1,+810,0,+310,1,+810,-2,加权展开式以,10,为基数，各位系数为,0,9,。,一般表达式：,1、十进制ND,2,、二进制,N,B,符号集：,0,、,1,规则：逢二进一,。,例：,1011.011B=12,3,+02,2,+12,1,+12,0,+02,-1,+12,-2,+12,-3,加权展开式以,2,为基数，各位系数为,0,、,1,。,一般表达式：,2、二进制NB,3,、十六进制,N,H,符号集：,0,9,、,A,F,规则：逢十六进一。,例：,70F.B1H=716,2,+016,1,+1516,0,+1116,-1,+116,-1,展开式以十六为基数，各位系数为,0,9,，,A,F,。,一般表达式：,3、十六进制NH,1.2.2,常用,数制间的转换,1,、二进制和十进制数间的转换, 二进制数转换十进制数：,把二进制数按权展开后求和。例如：,11011.01B=12,4,+12,3,+12,1,+12,0,+12,-2,=27.25,1.2.2 常用数制间的转换 1、二进制和十进制,(2),十进制数转换成二进制数,整数转换法,“除基取余”：十进制整数不断除以转换进制基数,2,，直至商为,0,。每除一次取一个余数，从低位排向高位。,举例：,52,转换成二进制数,52 =110100B,2 52 0,（,b,0,）,2 26 0,（,b,1,）,2 13 1,（,b,2,）,2 6 0,（,b,3,）,2 3 1,（,b,4,）,2 1 1,（,b,5,）,0,(2) 十进制数转换成二进制数52转换成二进制数,小数转换法,“乘基取整”：用转换进制的基数,2,乘以小数部分，直至小数为,0,或达到转换精度要求的位数。每乘一次取一次整数，从最高位排到最低位。,举例：,0.625,转换成二进制数,1),0.625, 2,2),1.250 1 (b,-, 2,3),0.5 0 0 (b,-, 2,1.0 1 (b,-,0.625 = 0.101B,小数转换法0.625转换成二进制数,2,、十六进制和十进制数间的转换,（,1,） 十六进制数转换十进制数：,把十六进制数按权展开后求和。例如：,3FEBH=316,3,+1516,2,+1416,1,+1116,0,=16363,（,2,）十进制数转换十六进制数：,十进制整数转换成十六进制数和十进制数转换成二进制整数类似，十进制整数转换成十六进制数可以采用,“除,16,取余法”,。十进制小数转换成十六进制数可以采用,“乘,16,取整法”,。,2、十六进制和十进制数间的转换（2）十进制数转换,3,、二进制与十六进制数之间的转换,2,4,=16,，四位二进制数对应一位十六进制数。,举例：,3AF.2,H,=,0011,1010,1111,.,0010,= 1110101111.001,B,3 A F 2,1111101.11,B,=,0111,1101,.,1100,= 7D.C,H,7 D C,注意：,从小数点开始，往两边依次取,4,位,二进制数对应一位十六进制数。,3、二进制与十六进制数之间的转换注意：从小数点开始，往两边依,1.3 微型计算机中数的表示方法,机器中，数的符号用“,0”,、“,1”,表示。最高位作符号位，“,0”,表示“,+,”,，“,1”,表示“,-”,。,1,、机器数与真值,机器数：,机器中数的表示形式，其位数通常为,8,的倍数,真值：,机器数所代表的实际数值。,举例,:,一个,8,位机器数与它的真值对应关系如下：,真值：,X1=+84=+1010100,B,X2=-84= -1010100,B,机器数：,X1,机,= 01010100 X2,机,= 11010100,1.3 微型计算机中数的表示方法 机器中，数的符号用,2,、原码、反码、补码,1,） 原码,最高位为符号位，,0,表示 “,+”,，,1,表示“”。,数值位与真值数值位相同。,例,:,8,位原码机器数：,真值：,x,1,= +1010B,x,2,=,1010B,机器数：,x,1,原,= 00001010,x,2,原,=,1,0001010,原码表示简单直观,但,0,的表示不唯一，加减运算复杂。,2、原码、反码、补码,2,）反码,最高位为符号位，,0,表示 “,+”,，,1,表示“”。,正数数值位与真值数值位相同，负数数值位与真值数值位相反。,例,:,8,位反码机器数：,真值：,x,1,= +1101101B,x,2,=,0110110B,机器数：,x,1,反,= 01101101,x,2,反,=,1,1001001,反码主要用于求取后面的补码。,2）反码,3,）补码,正数的补码表示与原码相同。负数补码的符号位,为,1,，数值位等于求反加,1,。,例：,求,8,位补码机器数：,x=+1101101B x,补,= 01101101,x=-0110110B x,反,=,1,1001001 x,补,=,1,1001010,补码表示的优点：,0,的表示唯一，加减运算方便。,3）补码 正数的补码表示与原码相同。负数补码的符号,数的补码与“模”有关，,“模”即计数系统的量程。,当,X0,，,X,补,=,模,-,X,。,8,位二进制数的模为：,2,8,= 256,当,X0,，,X,补,= 2,8,-,X,= 256 -,X,= 255 -,X,+1 = X,反,+ 1,规则：求反加,1,，符号位不变。,如：,1000 1101B,其补码：,1111 0010,规定：,0000 0000B,为,0 1000 0000B,不是,0,，而是,128,数的补码与“模”有关，“模”即计数系统的量程。,8,位机器数表示的真值,8位机器数表示的真值,3,、,二,十进制编码,BCD,码,BCD,码,(,Binary Coded Decimal),二进制代码表示的十进制数。,一、,8421 BCD,码,例：,求十进制数,876,的,BCD,码,876,BCD,= 1000 0111 0110,876 = 36CH= 11 0110 1100B,3、 二十进制编码BCD码,4,、,字符编码,美国标准信息交换码,ASCII,码，用于计算机与计算机及外设之间传递信息。,4、字符编码 美国标准信息交换码ASCII码，用于计算,回到系列目录,回到系列目录,回到系列目录,回到系列目录,回到系列目录,回到系列目录,回到系列目录,回到系列目录,回到系列目录,回到系列目录,回到系列目录,回到系列目录,回到系列目录,回到系列目录,