單片機(jī)應(yīng)用技術(shù),主講教師：蘇曉龍,全校公共選修課,計(jì)算機(jī)學(xué)院信息科學(xué)系,辦公室：計(jì)A315-1,答疑地點(diǎn)：計(jì)A315-1,E-mail：,建議參考書,單片機(jī)原理及應(yīng)用 孫涵芳等編著 北京航空航天大學(xué)出版社,單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)工及程應(yīng)用雷思孝等編著 西安電子科技大學(xué)出版社,單片微型計(jì)算機(jī)原理及接口技術(shù) 楊光友等編著 中國水利水電出版社,新編單片機(jī)原理及應(yīng)用 潘永雄編著 西安電子科技大學(xué)出版社,單片機(jī)原理與應(yīng)用技術(shù)黃惟公等編著 西安電子科技大學(xué)出版社,第一章：單片微型計(jì)算機(jī)概述,主要內(nèi)容,第二章： MCS-51單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu),第四章：匯編語言程序設(shè)計(jì),第五章：定時(shí)/計(jì)數(shù)器與中斷系統(tǒng),第六章： MCS-51單片機(jī)系統(tǒng)擴(kuò)展技術(shù),第七章：串行通信及其接口,第八章： MCS-51單片機(jī)的人機(jī)界面接口技術(shù),第九章： MCS-51與D/A及A/D轉(zhuǎn)換器接口,第十章：系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)例,第三章： MCS-51單片機(jī)指令系統(tǒng),第1章 單片微型計(jì)算機(jī)概述,1.1 單片微型計(jì)算機(jī)發(fā)展概況 1.2 微計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概念 1.3 單片機(jī)的特點(diǎn) 1.4 計(jì)算機(jī)中的數(shù)和編碼,第2章 MCS-51單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu),2.1 MCS-51單片機(jī)的基本結(jié)構(gòu) 2.2 MCS-51單片機(jī)的引腳及片外總線結(jié)構(gòu) 2.3 MCS-51單片機(jī)的存儲器配置 2.4 CPU的時(shí)序及輔助電路,第3章 MCS-51單片機(jī)指令系統(tǒng),3.1 MCS-51指令系統(tǒng)的分類、格式及一般說明 3.2 尋址方式 3.3 分類指令,第4章 匯編語言程序設(shè)計(jì),4.1 匯編語言基本概念 4.2 匯編語言程序設(shè)計(jì),第5章 定時(shí)/計(jì)數(shù)器與中斷系統(tǒng),5.1 定時(shí)/計(jì)數(shù)器結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及控制 5.2 中斷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及管理 5.3 定時(shí)/計(jì)數(shù)器及中斷系統(tǒng)綜合應(yīng),第6章 MCS-51單片機(jī)系統(tǒng)擴(kuò)展技術(shù),6.1 MCS-51單片機(jī)系統(tǒng)擴(kuò)展的基本概念 6.2 程序存儲器擴(kuò)展技術(shù) 6.3 數(shù)據(jù)存儲器擴(kuò)展 6.4 輸入/輸出口擴(kuò)展技術(shù),第7章 串行通信及其接口,7.1 概述 7.2 MCS-51的串行口 7.3 串行口的控制,第8章 MCS-51單片機(jī)的人機(jī)界面接口技術(shù),8.1 鍵盤及其接口 8.2 顯示器接口 8.3 打印機(jī)接口 8.4 撥碼盤及語音接口,第9章 MCS-51與D/A及A/D轉(zhuǎn)換器接口,9.1 概述 9.2 D/A轉(zhuǎn)換器及其接口 9.3 A/D轉(zhuǎn)換器及其接口,第10章 系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)例,10.1 步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng) 10.2 紅外線感應(yīng)自動門控制系統(tǒng) 10.3 通用多點(diǎn)溫度控制系統(tǒng),第1章 單片微型計(jì)算機(jī)概述,1.1 單片微型計(jì)算機(jī)發(fā)展概況 1.2 微計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概念 1.3 單片機(jī)的特點(diǎn) 1.4 計(jì)算機(jī)中的數(shù)和編碼,1.1 單片微型計(jì)算機(jī)發(fā)展概況,通用微機(jī)和單片機(jī)是當(dāng)代微型計(jì)算機(jī)發(fā)展的兩大分支，它們有各自的應(yīng)用領(lǐng)域，不能互換。以IBM-PC機(jī)為代表的通用微機(jī)，追求高速運(yùn)行程序、增大存儲容量，采用了高速緩沖存儲(Cache)技術(shù)、虛擬存儲技術(shù)、流水線作業(yè)技術(shù)、亂序執(zhí)行技術(shù)等一系列當(dāng)代計(jì)算機(jī)新技術(shù)，數(shù)據(jù)處理的位數(shù)也達(dá)64位，從而廣泛應(yīng)用在科學(xué)計(jì)算、圖像處理、文字處理、數(shù)學(xué)建模、系統(tǒng)仿真、數(shù)據(jù)批量處理等領(lǐng)域。,返回本章首頁,以數(shù)據(jù)檢測、實(shí)時(shí)控制為目的的單片機(jī)具有體積小、功能全、功耗低、可靠性高和性價(jià)比高的特點(diǎn)， 成為智能系統(tǒng)中一個(gè)必不可少的環(huán)節(jié)。,1.1 單片微型計(jì)算機(jī)發(fā)展概況,返回本章首頁,單片機(jī)在過程控制、機(jī)電一體化產(chǎn)品、智能家用電器、機(jī)器人、智能玩具、智能檢測、智能儀器儀表中，以及在制約生產(chǎn)環(huán)節(jié)的溫度、壓力、流量測量等方面，均具有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢，其地位不能被通用微機(jī)取代。在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及通訊等方面也得到廣泛應(yīng)用。,1.1 單片微型計(jì)算機(jī)發(fā)展概況,返回本章首頁,單片機(jī)是將計(jì)算機(jī)的基本部件微型化并集成到一塊芯片上的微型計(jì)算機(jī)。通常在芯片內(nèi)含有CPU、ROM、RAM、并行I/O口、串行口、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、中斷控制系統(tǒng)、系統(tǒng)時(shí)鐘及系統(tǒng)總線等。單片機(jī)一詞來源于“Single Chip Microcomputer”(SCM)?！癝CM”一詞目前國際上已基本上不大采用，而被微控制器(MCUMicrocontroller Unit)或嵌入式控制器(Embedded Controller)所代替。,1976年問世的MCS-48系列單片機(jī)的內(nèi)部構(gòu)造過于簡單，以其典型產(chǎn)品8048為例，內(nèi)部僅由8位CPU、27條I/O線、1 KB ROM、64 B RAM和1個(gè)8位定時(shí)/計(jì)數(shù)器組成，由于沒有集成串行接口及中斷控制，它的應(yīng)用范圍日益縮小。 1980年誕生的MCS-51系列單片機(jī)，雖然也是8位機(jī)，但由于在內(nèi)部結(jié)構(gòu)上增加了通用異步接收/發(fā)送邏輯部件UART(Universal Asynchronous Receiver and Transmitter)，增強(qiáng)了定時(shí)/計(jì)數(shù)、中斷處理功能，在指令操作中又設(shè)置了大批位操作指令，與片內(nèi)位尋址空間一起構(gòu)成獨(dú)有的布爾操作系統(tǒng)，使得單片機(jī)成為名副其實(shí)的微控制器。它的使用長盛不衰，成為當(dāng)今的主流機(jī)型。,如果把MCS-48、MCS-51機(jī)型分別算作單片機(jī)發(fā)展進(jìn)程中的第一代和第二代，那么1984年由Intel公司推出的MCS-96系列就成為單片機(jī)的第三代。這一代計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)是字長16位、運(yùn)算速度快，但這一代計(jì)算機(jī)應(yīng)用范圍不廣，并沒有形成氣候。之所以16位MCS-96系列機(jī)(代表機(jī)型8098)取代不了MCS-51系列機(jī)，正是因?yàn)槲⒖刂祁I(lǐng)域多數(shù)場合下字長用不著16位，而且MCS-96系列機(jī)價(jià)格又普遍偏高。,目前在市場上較為流行的單片機(jī)品種除Intel公司的MCS-51、MCS-96系列外，還有： Motorola 公司：68HC5、68HC11系列； Zilog公司：Z86EXXXPSC系列； Texas公司：MSP430FXX系列； Micro Chip公司：PIC16C系列。 這些產(chǎn)品中，MCS-51系列所占市場份額最大。世界上許多知名生產(chǎn)廠家，如美國Intel、AMD、ATMEL、Winbond、Temic等公司，以及其它國家的Simens、Philips、NEC、LG等，都生產(chǎn)MCS-51系列單片機(jī)。生產(chǎn)該系列單片機(jī)的這些公司中，又以Intel公司的產(chǎn)品時(shí)間最長、品種最多、應(yīng)用最快。該系列機(jī)的品種已達(dá)數(shù)百個(gè)，為此，MCS-51不僅成為市場上的佼佼者，也成為高校教學(xué)的首選。,單片機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域 作為一種芯片級的計(jì)算機(jī)，單片機(jī)具有集成度高、體積小、功耗低、性價(jià)比高、可靠性高、控制功能強(qiáng)、供電電壓低等一系列優(yōu)點(diǎn)，在微控制領(lǐng)域一枝獨(dú)秀。單片機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域大體有如下幾個(gè)方面： (1) 智能控制。單片機(jī)適用于各種控制系統(tǒng)，如溫度、壓力、流量智能控制系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)可編程順序控制、程序控制、實(shí)時(shí)控制、連續(xù)控制、離散控制、自適應(yīng)控制、模糊控制等多種控制方案?？刂茖ο笊婕暗焦I(yè)、農(nóng)業(yè)、社會生活各個(gè)部門，如數(shù)控機(jī)床、加熱爐、化工生產(chǎn)裝置等。,(2) 智能儀表。在各種儀器儀表中引入單片機(jī)，讓單片機(jī)成為儀表的一部分，是單片機(jī)最為重要的用途之一，由此也產(chǎn)生了智能傳感器、智能醫(yī)療器械、智能測量儀表、數(shù)字示波器等等。 (3) 辦公自動化設(shè)備。在當(dāng)代微機(jī)的鍵盤中裝入一片單片機(jī)，能適時(shí)處理即時(shí)鍵入的字符，完成初步轉(zhuǎn)換。具備如此智能處理功能的還有眾多的辦公自動化設(shè)備，如打印機(jī)、傳真機(jī)、復(fù)印機(jī)、磁盤機(jī)、終端設(shè)備等等。 (4) 實(shí)時(shí)控制。在過程控制、過程監(jiān)測、運(yùn)動機(jī)械、遙控遙測、機(jī)器人等各種實(shí)時(shí)過程控制系統(tǒng)中，單片機(jī)能夠使系統(tǒng)保持最佳工作狀態(tài)、提高效率。例如汽車控制，從點(diǎn)火、變擋、防滑、倒車直至排氣、最佳油氣比等，都能使用單片機(jī)操縱。又如航天領(lǐng)域的導(dǎo)航、制導(dǎo)、自動尋找目標(biāo)、目標(biāo)辨識等，也能使用單片機(jī)進(jìn)行控制。,(5) 日常生活。單片機(jī)可應(yīng)用于智能建筑、洗衣機(jī)、電冰箱、微波爐、電視機(jī)、游戲機(jī)等當(dāng)中。有了單片機(jī)，人們的生活將更加舒適方便。 (6) 商務(wù)用品。單片機(jī)可應(yīng)用于商業(yè)領(lǐng)域的自動售貨機(jī)、電子秤、電子收款機(jī)、自動收款機(jī)等當(dāng)中。,*,微 處 理 器,微 型 計(jì) 算 機(jī),微 型 計(jì) 算 機(jī) 系 統(tǒng),1.2 微計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概念,返回本章首頁,微型計(jì)算機(jī)的概念結(jié)構(gòu),1.2 微計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概念,返回本章首頁,1.3 單片機(jī)的特點(diǎn),（1）體積小、重量輕、功耗低、功能強(qiáng)、性價(jià)比高。 （2）數(shù)據(jù)大都在單片機(jī)內(nèi)部傳送，運(yùn)行速度快，抗干擾能力強(qiáng)，可靠性高。 （3）結(jié)構(gòu)靈活，易于組成各種微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。 （4）應(yīng)用廣泛，既可用于工業(yè)自動控制等場合，又可用于測量儀器、醫(yī)療儀器及家用電器等領(lǐng)域。,返回本章首頁,單片機(jī)的應(yīng)用特點(diǎn) 單片機(jī)的應(yīng)用具有三個(gè)明顯的特征： (1) 由于控制對象涉及到機(jī)械動作(如機(jī)器人)或場效應(yīng)(如溫度的變化、流體的流動)，因此片面追求單片機(jī)的高速度本身沒有什么特別意義。單片機(jī)的工作頻率一般為6 MHz、12 MHz、24 MHz、33 MHz或40 MHz，遠(yuǎn)低于通用微機(jī)。頻率低有利于降低成本，取得較好的效益。,(2) 目前單片機(jī)字長有8位、16位、32位之分，數(shù)據(jù)位數(shù)選擇以夠用為原則，不是越長越好。由于8位機(jī)用于控制已能滿足大多系統(tǒng)的要求，因此8位、16位機(jī)是單片機(jī)的主流機(jī)型，今后相當(dāng)長的時(shí)間可能都不會改變。,(3) 單片機(jī)內(nèi)的存儲容量有增大的趨勢，這種增大不僅只是增加RAM、ROM的容量，而是改用一些新型的存儲器。美國ATMEL公司開發(fā)的8位AT89系列單片機(jī)就是在MCS-51內(nèi)集成了閃速存儲器(Flash Memory)。由于芯片內(nèi)帶有閃速可編程、可擦除只讀存儲器(FPEROM，F(xiàn)lash Programmable and Erasable ROM)，使得89C51和89C52單片機(jī)能在掉電后保存已寫入的數(shù)據(jù)。,根據(jù)單片機(jī)的三個(gè)應(yīng)用特點(diǎn)，決定了單片機(jī)較之通用微機(jī)有不同的發(fā)展方向： (1) 工業(yè)生產(chǎn)的環(huán)境通常比較惡劣，甚至存在有毒、有害、有腐蝕的氣、液體場合，存在高溫、高壓、強(qiáng)電、磁輻射等，這就要求單片機(jī)具有極強(qiáng)的抗干擾能力，不被外界的干擾影響輸出。 (2) 在人類不能涉足的場合工作，要求單片機(jī)具備高的可靠性和穩(wěn)定性，否則任何差錯(cuò)都不能達(dá)到滿意的控制效果。 (3) 要求單片機(jī)的指令系統(tǒng)簡單，并且I/O端口和存儲器統(tǒng)一編址。,1.4 計(jì)算機(jī)中的數(shù)和編碼,1.4.1 計(jì)數(shù)制 1.4.2 二進(jìn)制數(shù)（用B表示） 1.4.3 十六進(jìn)制數(shù)（用H表示） 1.4.4 不同進(jìn)制數(shù)之間的轉(zhuǎn)換 1.4.5 數(shù)制書寫約定 1.4.6 計(jì)算機(jī)中數(shù)的表示 1.4.7 計(jì)算機(jī)常用編碼,返回本章首頁,1.4.1 計(jì)數(shù)制,日常生活中廣泛使用的數(shù)為十進(jìn)制數(shù)，這是一種逢十進(jìn)一的計(jì)數(shù)方法。用的數(shù)制還有二進(jìn)制、八進(jìn)制和十六進(jìn)制等。 基數(shù)小于10的計(jì)數(shù)制，可用十進(jìn)制相應(yīng)的數(shù)碼作為它的數(shù)字符號，一個(gè)數(shù)一般由多個(gè)數(shù)碼組成。數(shù)碼在數(shù)中的位置不同，其值也不同。,返回本節(jié),1.4.2 二進(jìn)制數(shù)（用B表示）,以2為基數(shù)的數(shù)制稱為二進(jìn)位計(jì)數(shù)制，它只包括0和1兩個(gè)數(shù)碼，很容易用電子元件的兩種不同的狀態(tài)來表示，例如，用高電平表示1，用低電平表示0。所以，計(jì)算機(jī)中通常采用二進(jìn)制數(shù)。 二進(jìn)制數(shù)的計(jì)數(shù)特征：逢二進(jìn)一，運(yùn)算簡單。 在加、減、乘、除四則運(yùn)算中，乘法實(shí)質(zhì)上是做移位加法，除法則是移位減法。,返回本節(jié),1.4.3 十六進(jìn)制數(shù)（用H表示）,為了書寫和閱讀方便，經(jīng)常采用十六進(jìn)制數(shù)作為二進(jìn)制的縮寫形式。十進(jìn)制數(shù)、二進(jìn)制數(shù)、十六進(jìn)制數(shù)的對照表如表1-1所示。 在計(jì)數(shù)時(shí)，逢十六進(jìn)一，這樣書寫長度短，且可方便將十六進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)或?qū)⒍M(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為十六進(jìn)制數(shù)。,表1-1 十進(jìn)制數(shù)、二進(jìn)制數(shù)、十六進(jìn)制數(shù)對照表,返回本節(jié),1.4.4 不同進(jìn)制數(shù)之間的轉(zhuǎn)換,1二進(jìn)制轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制 基本方法：將二進(jìn)制數(shù)按權(quán)展開式，利用十進(jìn)制數(shù)的運(yùn)算法則求和，即可得到等值的十進(jìn)制數(shù)。,2十進(jìn)制到二進(jìn)制的轉(zhuǎn)換 十進(jìn)制整數(shù)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制整數(shù) 十進(jìn)制小數(shù)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制小數(shù) 帶小數(shù)的十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù),3二進(jìn)制、十六進(jìn)制之間的相互轉(zhuǎn)換 將二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為十六進(jìn)制數(shù)，從低位開始，每四位一組，然后將其轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的十六進(jìn)制數(shù)。如最后一組不足四位，需在左邊補(bǔ)0。 用同樣方法可將二進(jìn)制小數(shù)轉(zhuǎn)換十六進(jìn)制小數(shù)。只是分組應(yīng)從小數(shù)點(diǎn)右邊開始分成四位一組。 十六進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)，將每位十六進(jìn)制數(shù)直接轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的二進(jìn)制數(shù)。,返回本節(jié),1.4.5 數(shù)制書寫約定,在書寫計(jì)算機(jī)程序時(shí)，一般不用基數(shù)作為下標(biāo)來區(qū)分各種進(jìn)制，而是用相應(yīng)的英文字母作后綴來表示各種進(jìn)制的數(shù)。,返回本節(jié),例如：B（Binary）表示二進(jìn)制數(shù)。 D（Decimal）表示十進(jìn)制數(shù)，一般D可省略，即無后綴的數(shù)字為十進(jìn)制數(shù)。 H（Hexadecimal）表示十六進(jìn)制數(shù)。,1.4.6 計(jì)算機(jī)中數(shù)的表示,1原碼、反碼和補(bǔ)碼 原碼：在符號位中用0表示正、用1表示負(fù)的二進(jìn)制數(shù)，稱為原碼。例如， x1=1110111B， x1原=01110111B x2=1110111B， x2原=11110111B 數(shù)0可是0或0。因此，0在原碼中形式： 0原=0000 0000B， 0原=1000 0000B,反碼：正數(shù)的反碼=原碼；負(fù)數(shù)的反碼=原碼的符號位不變而數(shù)值按位取反。所謂按位取反，即將各位的1變成0，0變成1。 例如，x1=13， x1反=13原=0 0001101B 。 又如，x2=13， x2原=13原=1 0001101B， x2反=13反=1 1110010B。,補(bǔ)碼：正數(shù)的補(bǔ)碼=原碼；負(fù)數(shù)的補(bǔ)碼=反碼1。 例如，x1=1101101B， x1補(bǔ)=13原=0 1101101B 。 又如， x2=1101101B， x2反=10010010B， x2補(bǔ)=10010011B。 在補(bǔ)碼表示中，“0”是唯一的。即0補(bǔ)=00000000B,2數(shù)的小數(shù)點(diǎn)表示方法 定點(diǎn)表示法：表示小數(shù)點(diǎn)的位置是固定不變的。分為純整數(shù)和純小數(shù)兩類。,純整數(shù)表示方法