單片機(jī)的基礎(chǔ)知識演示文稿第1頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一參考科目：《單片機(jī)初級教程－單片機(jī)基礎(chǔ)－》主編：何立民出版社：北京航空航天大學(xué)出版社《單片機(jī)微型計算機(jī)原理及應(yīng)用》張毅坤陳善久編著西安電子科技大學(xué)出版社教材：《

MCS-51系列單片機(jī)系統(tǒng)及其應(yīng)用》主編：蔡美琴課程情況(1-10周，15-17周)教學(xué)：40學(xué)時；實驗：8學(xué)時考試：實驗10%，出勤10%，期末考試80%第2頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一第一章緒論課程涉及內(nèi)容第二章MCS-51單片機(jī)結(jié)構(gòu)第三章MCS-51指令系統(tǒng)第四章MCS-51匯編語言程序設(shè)計第五章MCS-51系統(tǒng)擴(kuò)展技術(shù)第3頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一多看課外書擴(kuò)充知識面；多看程序，多理解程序；多看一些應(yīng)用實例，結(jié)合程序分析電路，來幫助自己更好的理解單片機(jī)在實際當(dāng)中的應(yīng)用。通過實驗課更好的理解課本的基礎(chǔ)知識。第4頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一第1章緒論1.1單片機(jī)的基本概念1.2單片機(jī)的發(fā)展概況1.3單片機(jī)的特點及應(yīng)用1.4常用單片機(jī)系列介紹第5頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一1.1單片機(jī)的基本概念一、單片機(jī)？單片機(jī)全稱單片微型計算機(jī)（SingleChipMicrocomputer）。又稱MCU。它是將CPU、RAM、ROM、定時/計數(shù)器和多種接口都集成到一塊集成電路芯片上的微型計算機(jī)。圖1.1單片機(jī)組成框圖

CPU

時鐘ROMRAM定時器/計數(shù)器I/O外設(shè)接口用于產(chǎn)生單片機(jī)工作所需要的時鐘信號。

單片機(jī)的核心，完成運算和控制功能。

第6頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一

外圍設(shè)備系統(tǒng)軟件存儲器（ROM、RAM）輸入/輸出接口系統(tǒng)總線算術(shù)邏輯部件累加器、寄存器組控制部件內(nèi)部總線微型計算機(jī)系統(tǒng)微型計算機(jī)微處理器微處理器、微型計算機(jī)和微型計算機(jī)系統(tǒng)三者的關(guān)系第7頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一目前流行的微處理器第8頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一AT89S51單片機(jī)(1)4KBFLASHROM；(2)128B內(nèi)部RAM；(3)32根I/O口線；(4)看門狗功能；(5)一個全雙工串行通信口；(6)5個中斷源、2個優(yōu)先級中斷等；(7)片內(nèi)振蕩器及時鐘電路。第9頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一二、存儲器分類(3)可改寫的只讀存儲器EPROM(ErasableProgramableReadOnlyMemory):前兩種ROM只能進(jìn)行一次性寫入，因而用戶較少使用。用紫外線擦除器進(jìn)行擦除，可改寫幾十次。1、只讀存儲器ROM（ReadOnlyMemory）：只能讀出而不能寫入，斷電后信息不丟失，常用于存放固定的程序和數(shù)據(jù)。(1)掩膜ROM：由廠家編好程序?qū)懭隦OM(稱固化)供用戶使用，用戶不能更改它。(2)可編程只讀存儲器PROM(ProgramableReadOnlyMemory)：它的內(nèi)容可由用戶根據(jù)自己所編程序一次性寫入，一旦寫入，只能讀出，不能更改。也稱為OTP（OnlyTimeProgrammable）第10頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一(4)可電改寫只讀存儲器E2PROM(ElectricallyErasableProgrammableReadOnlyMemory)：通過加電寫入或清除內(nèi)容，每塊芯片可擦寫1000次以上。(2)動態(tài)DRAM(DynamicRAM)：寫入的信息只能保持若干毫秒，因此每隔一段時間必須重新寫入，以保持原來的信息不變。常見的有2164。(1)靜態(tài)SRAM(StaticRAM)：只要有電源加于存儲器，數(shù)據(jù)就能長期保留。常見的有6116(2K)和6264(8K)。2、隨機(jī)存儲器RAM(RandomAccessMemory)：它不僅能讀取存放在存儲單元中的數(shù)據(jù)，還能隨時寫入新的數(shù)據(jù)，寫入后原來的數(shù)據(jù)會丟失。斷電后信息全部丟失。常用于存放中間運算結(jié)果。第11頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一3、可現(xiàn)場改寫的非易失存儲器：從原理上看屬于ROM型。但從功能上它又可以隨時改寫信息，相當(dāng)于RAM。(1)快擦寫存儲器FLASH：讀寫速度較快，可重新編程上萬次。(2)鐵電存儲器FRAM：利用鐵電材料極化方向來存儲數(shù)據(jù)，讀寫速度更快，可重新編程100億次。第12頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一三、數(shù)制常用數(shù)制：十進(jìn)制——符合人們的習(xí)慣二進(jìn)制——便于物理實現(xiàn)十六進(jìn)制——便于識別、書寫八進(jìn)制重點掌握二進(jìn)制、十進(jìn)制與十六進(jìn)制轉(zhuǎn)換第13頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一2、二進(jìn)制數(shù)(binarysystem)

只有0和1兩個符號；計算規(guī)則是“逢二進(jìn)一，借一當(dāng)二”。1011.1（B）

=1*23+0*22+1*21+1*20+1*2-1

=11.5(D)例：二進(jìn)制數(shù)1011.1意義如下：1、十進(jìn)制數(shù)(decimalsystem)

以十為底，逢十進(jìn)一；共有0-9十個。第14頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一二進(jìn)制運算規(guī)則：加法運算：0+0=00+1=11+0=11+1=10（逢二進(jìn)一）減法運算：0-0=00-1=1（借位）

1-0=11-1=0乘法運算：0*0=00*1=01*0=01*1=1除法運算0/1=01/1=1第15頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一例1：D（H）＝1101（B）例2：56D.3（H）

=

5*162+6*161+13*160+3*16-13、十六進(jìn)制數(shù)(hexadecimalsystem)

十六進(jìn)制數(shù)是基數(shù)為十六的計數(shù)制。十六進(jìn)制數(shù)主要采用0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,A,B,C,D,E,F這十六個字符。各位的權(quán)值為16i

。

十六進(jìn)制數(shù)的運算規(guī)則為“逢十六進(jìn)一，借一當(dāng)十六”。1位十六進(jìn)制數(shù)用4位二進(jìn)制來表示，轉(zhuǎn)換方便。十六進(jìn)制數(shù)如是字母打頭，則在使用匯編指令時前面須加一個0。MOVP1,#0FFH第16頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一4、數(shù)制轉(zhuǎn)換進(jìn)制的表示符號二進(jìn)制

B(binary),

十六進(jìn)制H(hexadecimal),八進(jìn)制O(octave),

十進(jìn)制D(decimal)。例：100D100B表示四;100H表示二百五十六表示一百;第17頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一例如，將13轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)：（1）二、十六進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制數(shù)根據(jù)定義，只需將二、十六進(jìn)制數(shù)按權(quán)展開后相加即可。1×23+0×22+1×21+1×20＝8+0+2+1＝11例：1011B＝10×161+4×160=164A4H=（2）十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成二、十六進(jìn)制數(shù)

一個十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)時，通常采用“除二取余”法，即用二連續(xù)除十進(jìn)制數(shù)，直至商為零，逆序排列余數(shù)即可得到。第18頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一

21326??????1低位

23??????021??????10??????1高位結(jié)果：13＝1101B同理，將十進(jìn)制數(shù)“除十六取余”即可得到十六進(jìn)制數(shù)。例如，將236轉(zhuǎn)換成十六進(jìn)制數(shù)：

162361614??????C（12）

0??????E（14）結(jié)果：236＝ECH第19頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一

3→0011

A→1010

2→0010

F→1111

即3A2FH=0011101000101111B（3）將十六進(jìn)制數(shù)3A2FH轉(zhuǎn)為二進(jìn)制形式。（4）將二進(jìn)制110011011B轉(zhuǎn)化成十六進(jìn)制形式。1011→B

1001→9

0001→1

即110011011B=19BH第20頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一四、計算機(jī)中的編碼1、有符號數(shù)的編碼數(shù)學(xué)上有符號數(shù)的正負(fù)號分別用“＋”和“－”來表示。在計算機(jī)中由于采用二進(jìn)制，只有“1”和“0”兩個數(shù)字。一般規(guī)定最高位是符號位，最高位為“0”表示正數(shù)，為“1”表示負(fù)數(shù)。因在單片機(jī)中多數(shù)情況以8位二進(jìn)制數(shù)(-128～+127)為單位表示數(shù)字，因而下面所舉例子均是8位二進(jìn)制數(shù)。計算機(jī)中的帶符號數(shù)有三種表示方法：即原碼、反碼和補(bǔ)碼。第21頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一(1)原碼正數(shù)的符號位用“0”表示，負(fù)數(shù)的符號位用“1”表示，這種表示法稱為原碼。例如：X1＝＋1010101[X1]原=01010101X2＝－1010101[X2]原=11010101左邊數(shù)稱為真值,即為某數(shù)的實際有效值。右邊為用原碼表示的數(shù)，兩者的最高位分別用“0”和“1”代替了“＋”和“－”。第22頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一(2)反碼一個數(shù)的反碼很容易由原碼取得。如果是正數(shù)，則其反碼與原碼相同；如果是負(fù)數(shù)，則其反碼除符號位為1外，其他各數(shù)位均將1轉(zhuǎn)換為0，0轉(zhuǎn)換為1。例如：X1＝＋1010101[X1]反=01010101X2＝－1010101[X2]反=10101010第23頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一(3)補(bǔ)碼一個數(shù)的補(bǔ)碼很容易由反碼求得。如果是正數(shù)，則其補(bǔ)碼與原碼、反碼相同；如果是負(fù)數(shù)，則其補(bǔ)碼為反碼加1。例如：X1＝＋1010101[X1]補(bǔ)=01010101X2＝－1010101[X2]補(bǔ)=10101011

總結(jié)：③補(bǔ)碼表示法規(guī)定：正數(shù)的補(bǔ)碼和原碼相同，負(fù)數(shù)的補(bǔ)碼是在其反碼的最后一位加1。①數(shù)的原碼指最高位為數(shù)符位，“0”表示正，“1”表示負(fù)，數(shù)值部分是原數(shù)的絕對值。②數(shù)的反碼表示法規(guī)定：正數(shù)的反碼和原碼相同，負(fù)數(shù)的反碼是對其原碼除符號位外各位求反(0變1，1變0)。第24頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一例題：二進(jìn)制數(shù)的減法運算。求24（D）－23（D）=?+24的8位原碼為00011000B+24的8位補(bǔ)碼為00011000B+24的8位反碼為00011000B-

23的8位原碼為10010111B-

23的8位反碼為11101000B-

23的8位補(bǔ)碼為11101001B+24-

23=00011000B+

11101001B

100000001B減法運算加法運算第25頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一二－十進(jìn)制稱為二進(jìn)制編碼的十進(jìn)制數(shù)，簡稱BCD（BinaryCodedDecimal)碼。在BCD碼中是用四位二進(jìn)制數(shù)給0～9這10個數(shù)字編碼。2、二－十進(jìn)制編碼例如，十進(jìn)制數(shù)94用BCD碼表示即為10010100

。第26頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一表1各數(shù)制對照表000101011111F150111011177000101001110E140110011066000100111101D130101010155000100101100C120100010044000100011011B110011001133000100001010A1000100010221001100199000100011110001000880000000000二－十二十六十二－十二十六十第27頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一3、ASCII碼：美國國家信息交換標(biāo)準(zhǔn)碼，其中數(shù)字0～9的ASCII碼分別為30H～39H,英文大寫字母A～Z的ASCII編碼為41H～5AH等等。第28頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一1.2單片機(jī)的發(fā)展概況

第一階段（1974~1978年）：單片機(jī)的初級階段。以Intel公司的MCS-48為代表，在一塊芯片內(nèi)含有一個8位CPU、一個8位并行I/O口、一個8位定時/計數(shù)器，片內(nèi)RAM、ROM容量較小。尋址范圍不大于4KB，無串行口。

第二階段（1978~1982年）：單片機(jī)的高性能階段，這一類單片機(jī)帶有串行接口、16位定時器/計數(shù)器和多級中斷控制系統(tǒng)、片內(nèi)RAM、ROM容量也都有增加，尋址的范圍達(dá)到64KB。這類單片機(jī)以Intel公司的MCS-51系列單片機(jī)為主流。第29頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一第三階段（1982~至今）：8位單片機(jī)鞏固發(fā)展和16位、32位單片機(jī)的推出階段。16位單片機(jī)除CPU為16位外，片內(nèi)RAM和ROM容量進(jìn)一步增大，實時處理能力更強(qiáng)，體現(xiàn)了微控制器的特征。例如Intel公司的MCS-96/196系列、TI公司的MSP430系列等為主。有的單片機(jī)還集成了A/D、D/A、看門狗、脈沖寬度調(diào)制(PWM)輸出等功能。32位單片機(jī)是未來單片機(jī)發(fā)展的趨勢，但應(yīng)用并不多。8位單片機(jī)在中、小規(guī)模應(yīng)用場合仍占主流地位，16位單片機(jī)在比較復(fù)雜的控制系統(tǒng)中才有應(yīng)用。

第30頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一總結(jié)：單片機(jī)性能不斷提高，主要表現(xiàn)在以下幾個方面CPU處理數(shù)據(jù)和運算速度增快（8、16、32位）；片內(nèi)存儲器容量增大，技術(shù)更先進(jìn)；（新型單片機(jī)的RAM容量在256B以上，ROM多達(dá)128KB以上）第31頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一沒有ROM4KB掩膜ROM4KBEPROM51系列

8031805187518951片內(nèi)RAM128B；2×16位定時器/計數(shù)器；4×8位I/O口；1個串口；5個中斷源、2個優(yōu)先級中斷，采用HMOS工藝(功耗高)

沒有ROM8KB掩膜ROM8KBEPROM52系列

80328052875289528KBFLASH片內(nèi)RAM256B；3×16位定時器/計數(shù)器；6個中斷源；80C51采用CHMOS工藝，功耗低。如8051功耗約為630mW，而80C51的功耗只有120mW。4KBFLASH第32頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一單片機(jī)接口從類型和數(shù)量上都有發(fā)展(A/D、D/A、看門狗功能、脈寬調(diào)制電路等)；單片機(jī)集成度高、功耗低、工作電壓范圍加寬；P3頁對于DIP封裝，最好在電路板上安裝電路插座，以便于調(diào)試時的拔插和更換。外型封裝多樣化（PDIP、PQFP、PLCC等）；第33頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一常用單片機(jī)封裝PDIP

(8031、8051、8751)塑料雙列直插式封裝

PQFP

(MSP430F449)塑料方塊平面封裝PLCC

(P89LPC932)帶引線的塑料芯片載體第34頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一封裝形式為PQFP100第35頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一封裝形式為PLCC第36頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一第37頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一

ISP及IAP：通過計算機(jī)的并口或串口對單片機(jī)進(jìn)行程序下載編程。P293頁抗干擾技術(shù)增強(qiáng)（看門狗功能、EFT）；第38頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一具有ISP和IAP功能的單片機(jī)編程主要有以下三種方法：(1)使用傳統(tǒng)的商用編程器進(jìn)行并行編程的方法：需要使用仿真器和燒錄器進(jìn)行程序的開發(fā)和燒錄，使用不方便。第39頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一(2)通過計算機(jī)通信口對單片機(jī)進(jìn)行系統(tǒng)內(nèi)編程(ISP)：指電路板上已有器件，直接進(jìn)行擦除或再編程。適合大規(guī)模生產(chǎn)。(3)在運行中的應(yīng)用程序控制下的應(yīng)用內(nèi)的編程(IAP)：指系統(tǒng)在運行當(dāng)中，測試到新數(shù)據(jù)，產(chǎn)生新代碼時需要對FLASHROM的原代碼進(jìn)行擦除，重新編程等操作。自診斷、自修復(fù)、自適應(yīng)能力。第40頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一一、應(yīng)用單片機(jī)的應(yīng)用范圍十分廣泛，主要的應(yīng)用領(lǐng)域有：(1)單片機(jī)在智能儀表中的應(yīng)用單片機(jī)廣泛的應(yīng)用于各種儀器儀表，使儀器儀表智能化，并可以提高測量的自動化程度和精度，簡化儀器儀表的硬件結(jié)構(gòu)，提高其性價比。比如智能轉(zhuǎn)速表、計時器等。1.3單片機(jī)的特點及應(yīng)用第41頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一智能轉(zhuǎn)速表

適用于轉(zhuǎn)速、線速、頻率、長度等物理量的精確測量及控制。第42頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一(2)單片機(jī)在機(jī)電一體化中的應(yīng)用

機(jī)電一體化是機(jī)械工業(yè)發(fā)展的方向，機(jī)械一體化產(chǎn)品是指集機(jī)械技術(shù)、微電子技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)于一體，具有智能化特征的機(jī)電產(chǎn)品，例如微機(jī)控制的車床、鉆床等。單片機(jī)作為產(chǎn)品中的控制器，能充分發(fā)揮它的體積小、可靠性高、功能強(qiáng)大等優(yōu)點，可大大提高機(jī)器的自動化、智能化程度。比如說數(shù)控機(jī)床、電鍍生產(chǎn)線自動控制等。第43頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一(3)單片機(jī)在實時控制中的應(yīng)用單片機(jī)廣泛的應(yīng)用于各種實時控制系統(tǒng)中。例如，在工業(yè)測控、航空航天、尖端武器、機(jī)器人等各種實時控制系統(tǒng)中，都可以用單片機(jī)作為控制器。單片機(jī)的實時數(shù)據(jù)處理能力和控制功能，可使系統(tǒng)保持在最佳的工作狀態(tài)，提高系統(tǒng)的工作效率和產(chǎn)品質(zhì)量。

第44頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一第45頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一(4)單片機(jī)在分布式多機(jī)系統(tǒng)中的應(yīng)用在比較復(fù)雜的系統(tǒng)中，常采用分布式多機(jī)系統(tǒng)。多機(jī)系統(tǒng)一般由若干臺功能各異的單片機(jī)組成，各自完成特定的任務(wù)，它們通過串行通信相互聯(lián)系、協(xié)調(diào)工作。單片機(jī)在這種系統(tǒng)中往往作為一個終端機(jī)，安裝在系統(tǒng)的某些節(jié)點上，對現(xiàn)場信息進(jìn)行實時的