单片机原理与应用技术(第2版)电子课件

单击此处编辑母版标题样式,单片机原理与应用技术（第,2,版）清华大学出版社,单片机原理与应用技术（第2版）,1.1,单片机的发展概述,1.2,单片机的特点及分类,1.3,单片机的应用领域,小结,第,1,章 单片机基础知识,单片机,在一片集成电路芯片上集成微处理器、存储器、,I/O,接口电路等，从而构成了,单芯片微型计算机，即单片机,。,三种应用形态的比较,：,单板机,单片机,系统机（多板机）,1.1,单片机的发展概述,单片机的发展，主要经历了四个阶段：,第一阶段（,19741978,年）：初级单片机阶段。,第二阶段（,19781982,年）：高性能,8,位机阶段。,第三阶段（,19821990,）：,16,位单片机推出阶段。,第四阶段,（,1990,到现在）：单片机全面发展阶段。,1.1.1,单片机的发展过程,1.,高性能化,2.,存储大容量化,3.,外围电路内装化,4.,片内,I/O,口的改进,5.,低功耗化、宽电压,1.1.2,单片机的发展趋势,1.1,单片机的发展概述,控制性能和可靠性高,实时控制功能特别强，其,CPU,可以对,I/O,端口直接进行操作，,位操作能力,更是其它计算机无法比拟的。另外，由于,CPU,、,存储器及,I/O,接口,集成在同一芯片内,，各部件间的连接紧凑，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，所以单片机的,可靠性非常高,。,1,、单片机的特点,1.2,单片机的特点及分类,体积小、价格低、易于产品化,单片机芯片即是一台完整的微型计算机,，对于批量大的专用场合，一方面可以在众多的单片机品种间进行匹配选择；同时还可以专门进行芯片设计，使芯片的功能与应用具有良好的对应关系；在单片机产品的引脚封装方面，有的单片机引脚已减少到,8,个或更少。,从而使应用系统的,印制板减小、接插件减少、安装简单方便。,按,CPU,处理字的长度分,就,CPU,处理字的长度而言，有,4,位、,8,位、,32,位单片机,按使用范围分,可分为通用单片机和专用单片机两大类,2,、,单片机的分类,1.2,单片机的特点及分类,3.,主要产品系列,智能仪器仪表,单片机用于各种仪器仪表，一方面提高了仪器仪表的使用功能和精度，使仪器仪表智能化，同时还简化了仪器仪表的硬件结构，从而可以方便地完成仪器仪表产品的升级换代。如,各种智能电气测量仪表、智能传感器,等。,1.3,单片机的应用领域,实时工业控制,单片机还可以用于各种物理量的采集与控制。电流、电压、温度、液位、流量等物理参数的采集和控制均可以利用单片机方便地实现。在这类系统中，利用单片机作为系统控制器，可以根据被控对象的不同特征采用不同的智能算法，实现期望的控制指标，从而提高生产效率和产品质量。典型应用如,电机转速控制、温度控制、自动生产线,等。,机电一体化产品,机电一体化产品是集机械技术、微电子技术、自动化技术和计算机技术于一体，具有智能化特征的各种机电产品。单片机在机电一体化产品的开发中可以发挥巨大的作用。,典型产品如机器人、数控机床、自动包装机、点钞机、医疗设备、打印机、传真机、复印机,等。,家用电器,家用电器是单片机的又一重要应用领域，前景十分广阔。如空调器、电冰箱、洗衣机、电饭煲、高档洗浴设备、高档玩具等。,另外，在交通领域中，汽车、火车、飞机、航天器等均有单片机的广泛应用。如汽车自动驾驶系统、航天测控系统、黑匣子等。,1.3,计算机运算基础,1.3.1,数制,1.3.2,有符号二进制数的编码,1.3.3,二进制编码,1.3.1,数制,数制,是指数的制式，是人们利用符号进行计数的科学方法。,数制有很多种，在计算机中常用的数制有,十进制,、,二进制,和,十六进制,。,1.,十进制,十进制中共使用,0,9,十个数字符号,(,称为,数码,),，数码的个数称为,基数,。十进制的基数为,10,，任何一个十进制数都可用这十个数码的组合来表示。,十进制数一般有以下特点：,有,0,9,十个数字符号，基数为,10,，各位的权为,10,n,(,n,为整数,),。,运算规则是加法,逢十进一,、减法,借一为十,。,用后缀,D,(Decimal,),表示十进制数，通常对十进制数可不加后缀。,1.,十进制,任一个数中每一位的值可用该位的数字乘以基数的幂次来表示，基数的幂次称为,权,。,十进制数各位的权是以,10,为底的幂，任何一个十进制数都可用权展开式来表示。,例如：,十进制数,1986.129,可如下式展开：,1986.129=110,3,+910,2,+810,1,+610,0,+110,-1,+210,-2,+910,-3,上式中,10,0,、,10,1,、,10,2,、,10,3,分别称为,0,权位,、,1,权位,、,2,权位,、,3,权位,。,2.,二进制,二进制中共使用,0,、,1,两个数字符号。,二进制数一般有以下特点：,有,0,、,1,两个数字符号，基数为,2,，各位的权为,2,n,(,n,为整数,),。,运算规则是加法,逢二进一,、减法,借一为二,。,用后缀,B,(Binary,),表示二进制数。,2.,二进制,二进制数各位的权是以,2,为底的幂，任何一个二进制数都可用权展开式来表示。,例如：,二进制数,1011.11,可如下式展开：,1011.11B=12,3,+02,2,+12,1,+12,0,+12,-1,+12,-2,=11.75,由上式可知，二进制数,1011.11B,相当于十进制数,11.75,。,3.,十六进制,十六进制中共使用,0,9,及,A,F,十六个数字符号，其中,A,F,相当于十进制数的,10,15,。,十六进制数一般有以下特点：,有,0,9,及,A,F,十六个数字符号，基数为,16,，各位的权为,16,n,(,n,为整数,),。,运算规则是加法,逢十六进一,、减法,借一为十六,。,用后缀,H,(Hexadecimal,),表示十六进制数。,3.,十六进制,十六进制数各位的权是以,16,为底的幂，任何一个十六进制数都可用权展开式来表示。,例如：,十六进制数,5D6E.4,可如下式展开：,5D6E.4H=516,3,+1316,2,+616,1,+1416,0,+416,-1,=23918.25,由上式可知，十六进制数,5D6E.4,相当于十进制数,23918.25,。,十进制数、二进制数和十六进制数对照表,十进制数,二进制数,十六进制数,十进制数,二进制数,十六进制数,0,0000,0,8,1000,8,1,0001,1,9,1001,9,2,0010,2,10,1010,A,3,0011,3,11,1011,B,4,0100,4,12,1100,C,5,0101,5,13,1101,D,6,0110,6,14,1110,E,7,0111,7,15,1111,F,4.,不同数制之间的转换,二进制数转换成十六进制数,采用“,四位合一位,”法,十六进制数转换成二进制数,采用“,一位分四位,”法,二进制数转换成十进制数,按,权展开后相加,十六进制数转换成十进制数,按,权展开后相加,十进制整数转换成二进制整数,采用“,除以,2,取余,”法,十进制整数转换成十六进制整数,采用“,除以,16,取余,”法,十进制小数转换成二进制小数,采用“,乘,2,取整,”法,十进制小数转换成十六进制小数,采用“,乘,16,取整,”法,4.,不同数制之间的转换,【,例,1】,将十进制整数,100,转换成二进制整数。,解：用,2,连续除,100,，直至商小于,2,，算式如下：,运算结果：,100=1100100B,。,1.3.3,二进制编码,在计算机中对,数字,、,字母,和,字符,用二进制代码进行编码的方法很多，二进制数的位数越长，所能编码的数字、字母和字符就越多。,常用的二进制编码有,BCD,码,、,ASCII,码,等。,1.BCD,码,用二进制编码表示的十进制数称为,二,-,十进制数,，简称,BCD(Binary,Coded Decimal),码。,BCD,码保留了十进制的权，用四位二进制数给,0,9,这,10,个数字编码。,BCD,码种类较多，如有,8421,码,、,2421,码,和,余,3,码,等。,最常用的是,8421BCD,码,(,以后简称,BCD,码,),，组成它的,4,位二进制数码的权分别是,8,、,4,、,2,、,1,。,8421BCD,码与十进制数的对应关系表,十进制数,8421,码,十进制数,8421,码,十进制数,8421,码,0,0000,6,0110,12,00010010,1,0001,7,0111,13,00010011,2,0010,8,1000,14,00010100,3,0011,9,1001,15,00010101,4,0100,10,00010000,16,00010110,5,0101,11,00010001,17,00010111,1.BCD,码,BCD,码的加减法运算与十进制运算规则相同，加法为,逢十进一,、减法为,借一为十,。,BCD,码加法运算的修正原则：,若和的低,4,位大于,9,或低,4,位向高,4,位有进位，则低,4,位加,6,；若高,4,位大于,9,或高,4,位向最高位有进位，则高,4,位加,6,。,BCD,码减法运算的修正原则：,若差的低,4,位大于,9,或低,4,位向高,4,位有借位，则低,4,位减,6,；若高,4,位大于,9,或高,4,位向最高位有借位，则高,4,位减,6,。,2.ASCII,码,ASCII,码,(,Ameriacan,Standard Coded for Information Interchange),是“,美国信息交换标准代码,”的简称，已成为国际通用的标准编码。,ASCII,码采用,7,位二进制编码，可为,128,个字符编码，这,128,个字符分为两类。,图形字符,包括,10,个十进制数符、,52,个大小写英文字母和,34,个其它字符，共计,96,个。图形字符具有特定的形状，可以在显示器上显示。,控制字符,包括回车、换行、退格等，共,32,个。控制字符没有特定的形状但有一定的控制作用，不能在显示器上显示。,ASCII,码字符表,字 高,低 符 位,位,0,1,2,3,4,5,6,7,000,001,010,011,100,101,110,111,0,0000,NUL,DLE,SP,0,P,、,p,1,0001,SOH,DC1,!,1,A,Q,a,q,2,0010,STX,DC2,“,2,B,R,b,r,3,0011,ETX,DC3,#,3,C,S,c,s,4,0100,EOT,DC4,4,D,T,d,t,5,0101,ENQ,NAK,%,5,E,U,e,u,6,0110,ACK,SYN,&,6,F,V,f,v,7,0111,BEL,ETB,7,G,W,g,w,8,1000,BS,CAN,(,8,H,X,h,x,9,1001,HT,EM,),9,I,Y,j,y,A,1010,LF,SUB,*,：,J,Z,j,z,B,1011,VT,ESC,+,；,K,k,C,1100,FF,FS,，,L,l,|,D,1101,CR,GS,-,=,M,m,E,1110,SO,RS,.,N,n,F,1111,SI,US,/,?,O,o,DEL,1.,4,微型计算机的结构与原理,1.4.1,微型计算机的基本结构,1.4.2,微型计算机的工作原理,1.4.1,微型计算机的基本结构,微型计算机由,硬件系统,和,软件系统,两大部分组成，一般把二者构成的系统称为微型计算机系统。,微型计算机的硬件主要是由,CPU,(,运算器和控制器,),、,存储器,、,I/O,接口,和,I/O,设备,组成，各组成部分之间通过地址总线,AB,(Address Bus),、数据总线,DB,(Data Bus),、控制总线,CB,(Control Bus),联系在一起。,微型计算机的软件包括,系统软件,和,应用软件,两大类。软件与硬件相辅相成，共同构成微型计算机系统，缺一不可。,微型计算机的系统结构框图,微型计算机系统采用,总线结构,