1、單片機(jī)原理及應(yīng)用,廣西電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院,電子與信息工程系,課程的特點(diǎn)：,以應(yīng)用為目的，實(shí)踐性強(qiáng),學(xué)習(xí)方法：,課前預(yù)習(xí)，課后復(fù)習(xí),廣覽書刊、網(wǎng)絡(luò)，立足實(shí)際應(yīng)用,理清概念，勤于實(shí)踐,硬件與軟件緊密結(jié)合,第1章 單片機(jī)基礎(chǔ)知識 第2章 MSC-51單片機(jī)結(jié)構(gòu)原理 第3章 MSC-51單片機(jī)指令系統(tǒng)及匯編語言 第4章 MSC-51單片機(jī)的片內(nèi)接口 第5章 MSC-51單片機(jī)系統(tǒng)擴(kuò)展技術(shù),課程內(nèi)容：,第1章 單片機(jī)基礎(chǔ)知識,1.1 電子計(jì)算機(jī)的發(fā)展概述 1.2 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)簡述 1.3 單片機(jī)發(fā)展過程及產(chǎn)品近況 1.4 單片機(jī)的特點(diǎn)及應(yīng)用領(lǐng)域 1.5 數(shù)制與編碼的簡單回顧,本章內(nèi)容：,1.1 電子

2、計(jì)算機(jī)的發(fā)展概述,1.1.1 電子計(jì)算機(jī)的問世及其經(jīng)典結(jié)構(gòu),1946年2月15日，第一臺電子數(shù)字計(jì)算機(jī)問世，標(biāo)志著計(jì)算機(jī)時(shí)代的到來。,ENIAC,開創(chuàng)了計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)的新紀(jì)元，對人類的生產(chǎn)和生活方式產(chǎn)生了巨大的影響 。,馮諾依曼提出“程序存儲”和“二進(jìn)制運(yùn)算”的思想，構(gòu)建了計(jì)算機(jī)經(jīng)典結(jié)構(gòu)：,電子計(jì)算機(jī)經(jīng)歷了五個(gè)時(shí)代：,電子管計(jì)算機(jī) 晶體管計(jì)算機(jī) 集成電路計(jì)算機(jī) 大規(guī)模集成電路計(jì)算機(jī) 超大規(guī)模集成電路計(jì)算機(jī),結(jié)構(gòu)仍然沒有突破馮諾依曼提出的計(jì)算機(jī)的經(jīng)典結(jié)構(gòu)框架,1.1.2 微型計(jì)算機(jī)的組成及其應(yīng)用形態(tài),一、微型計(jì)算機(jī)的組成,1971年1月，INTEL公司的特德霍夫在與日本商業(yè)通訊公司合作研制臺式計(jì)

3、算器時(shí)，將原始方案的十幾個(gè)芯片壓縮成三個(gè)集成電路芯片。其中的兩個(gè)芯片分別用于存儲程序和數(shù)據(jù)，另一芯片集成了運(yùn)算器和控制器及一些寄存器，稱為微處理器（即Intel 4004）。,4004微處理器,微處理器、存儲器加上I/O接口電路組成微型計(jì)算機(jī)。,二、微型計(jì)算機(jī)的應(yīng)用形態(tài) 可以分為3種：,多板機(jī)（系統(tǒng)機(jī)） 工業(yè)PC機(jī) 也屬于多板機(jī)。,單板機(jī),單片機(jī): 集成了CPU、存儲器、I/O接口電路的單芯片微型計(jì)算機(jī)。,三種應(yīng)用形態(tài)的比較 ：,單板機(jī),單片機(jī),系統(tǒng)機(jī)（多板機(jī)）,系統(tǒng)機(jī)（桌面應(yīng)用）屬于通用計(jì)算機(jī)，主要用于數(shù)據(jù)處理、辦公自動化及輔助設(shè)計(jì)。,單片機(jī)（嵌入式應(yīng)用）屬于專用計(jì)算機(jī)，主要用于智能儀表及傳

4、感器、智能家電、智能辦公設(shè)備、汽車及軍事電子設(shè)備等系統(tǒng)。,單片機(jī)體積小、價(jià)格低、可靠性高，其非凡的嵌入式應(yīng)用形態(tài)對于滿足嵌入式應(yīng)用需求具有獨(dú)特的優(yōu)勢。,1.2 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)簡介,1.2.1 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā),單片機(jī)自身沒有開發(fā)功能，必須借助開發(fā)機(jī)來完成如下任務(wù)： 排除硬件故障和軟件錯誤 程序固化到程序存儲器芯片中。,正確的硬件設(shè)計(jì)和良好的軟件功能設(shè)計(jì)是一個(gè)實(shí)用的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)。完成該目標(biāo)的過程稱為單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)。,指令的表示形式 指令是讓單片機(jī)執(zhí)行某種操作的命令。指令按一定的順序以二進(jìn)制碼的形式存放于程序存儲器中。如：,04H:累加器A的內(nèi)容加1，難記！ INC A，

5、記憶容易。稱為符號指令。,0000 0100B,04H,匯編或編譯 將符號指令轉(zhuǎn)換成機(jī)器碼的過程稱為匯編。常用的匯編方法有三種：,手工匯編 利用開發(fā)機(jī)的駐留匯編程序進(jìn)行匯編 交叉匯編,現(xiàn)在常采用高級語言（如C51）進(jìn)行單片機(jī)應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)。,獨(dú)立型仿真器開發(fā),1.2.2 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)傳統(tǒng)開發(fā)方式,非獨(dú)立型仿真器開發(fā),SST公司推出的SST89C54和SST89C58芯片有SuperFLASH存儲器，利用這種存儲器可以進(jìn)行高速讀寫的特點(diǎn)，能夠?qū)崿F(xiàn)： 在系統(tǒng)編程（ISP） 在應(yīng)用編程（IAP）。,1.2.3 單片機(jī)開發(fā)方式的發(fā)展,應(yīng)用程序的編輯、匯編（或編譯）、模擬運(yùn)行，然后實(shí)現(xiàn)目標(biāo)程序的串行下

6、載。,Microchip公司推出的PIC16F87X中內(nèi)置有在線調(diào)試器ICD功能,還配置了具有ICSP功能的簡單仿真器和燒寫器。通過PC機(jī)串行電纜就可以完成對目標(biāo)系統(tǒng)的仿真調(diào)試 。,1.3 單片機(jī)的發(fā)展過程及產(chǎn)品近況,1.3.1 單片機(jī)的發(fā)展過程,三個(gè)主要階段： 單芯片微機(jī)形成階段 1976年，Intel公司推出了MCS-48系列單片機(jī) 。8位CPU、1K字節(jié)ROM、64字節(jié)RAM、27根I/O線和1個(gè)8位定時(shí)/計(jì)數(shù)器。,特點(diǎn)：存儲器容量小，尋址范圍?。ú淮笥?K），無串行接口，指令系統(tǒng)功能不強(qiáng)。,特點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)體系完善，性能已大大提高，面向控制的特點(diǎn)進(jìn)一步突出?，F(xiàn)在，MCS-51已成為公認(rèn)的單

7、片機(jī)經(jīng)典機(jī)種 。,性能完善提高階段 1980年，Intel公司推出了MCS-51系列單片機(jī)：8位CPU、4K字節(jié)ROM、128字節(jié)RAM、4個(gè)8位并口、1個(gè)全雙工串行口、2個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器。尋址范圍64K，并有控制功能較強(qiáng)的布爾處理器。,微控制器化階段,特點(diǎn)：片內(nèi)面向測控系統(tǒng)電路增強(qiáng)，使之可以方便靈活地用于復(fù)雜的自動測控系統(tǒng)及設(shè)備?！拔⒖刂破鳌钡姆Q謂更能反應(yīng)單片機(jī)的本質(zhì)。,1982年，Intel推出MCS-96系列單片機(jī)。芯片內(nèi)集成：16位CPU、8K字節(jié)ROM、232字節(jié)RAM、5個(gè)8位并口、1個(gè)全雙工串行口、2個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器。尋址范圍64K。片上還有8路10位ADC、1路PWM輸

8、出及高速I/O部件等。,1.3.2 單片機(jī)產(chǎn)品近況,ATMEL公司融入Flash存儲器技術(shù)的AT89系列 Philips公司的80C51、80C552系列 華邦公司的W78C51、W77C51高速低價(jià)系列 ADI公司的ADC8xx高精度ADC系列 LG公司的GMS90/97低壓高速系列 Maxim公司的DS89C420高速（50MIPS）系列 Cygnal公司的C8051F系列高速SOC單片機(jī),80C51系列產(chǎn)品繁多，主流地位已形成，已推出的與80C51兼容的主要產(chǎn)品有：,非80C51結(jié)構(gòu)單片機(jī)新品不斷推出，給用戶提供了更為廣泛的選擇空間 ，近年來推出的非80C51系列的主要產(chǎn)品有：,Inte

9、l的MCS-96系列16位單片機(jī) Microchip的PIC系列RISC單片機(jī) TI的MSP430F系列16位低功耗單片機(jī) 。,1.4 單片機(jī)的特點(diǎn)及應(yīng)用領(lǐng)域,1.4.1 單片機(jī)的特點(diǎn),控制性能和可靠性高 可對I/O端口直接操作，位操作能力更是其它計(jì)算機(jī)無法比擬的。由于CPU、存儲器及I/O接口集成在同一芯片內(nèi)，數(shù)據(jù)在傳送時(shí)受干擾的影響較小，且不易受環(huán)境條件的影響。,體積小、價(jià)格低、易于產(chǎn)品化 應(yīng)用系統(tǒng)的印制板減小、接插件減少、安裝簡單方便。,1.4.2 單片機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域,智能儀器儀表,機(jī)電一體化產(chǎn)品,實(shí)時(shí)工業(yè)控制,分布式系統(tǒng)的前端模塊,家用電器,1.5.1 數(shù)制,1.5.2 編碼,1.5.3

10、 計(jì)算機(jī)中帶符號數(shù)的表示,1.5數(shù)制與編碼的簡單回顧,數(shù)制：是計(jì)數(shù)的規(guī)則 （亦稱計(jì)數(shù)制）,1.5.1 數(shù)制,十進(jìn)制：生活中最熟悉的進(jìn)位計(jì)數(shù)制。,符號：0，1，9 規(guī)則：逢十進(jìn)一,二進(jìn)制：計(jì)算機(jī)中采用的計(jì)數(shù)制,符號：0，1 規(guī)則：逢二進(jìn)一 特點(diǎn)：便于實(shí)現(xiàn)，不便記憶,字節(jié)：8個(gè)位,有28個(gè)值（0255） LSB：最低有效位，D0位 MSB：最高有效位，D7位,字：2字節(jié)，16位,有216個(gè)值（065535） MSB：D15位,十六進(jìn)制：用于代碼和數(shù)據(jù)的縮寫,符號： 0，1，9，A，B，F(xiàn) 規(guī)則：逢十六進(jìn)一 特點(diǎn)：二進(jìn)制4位十六進(jìn)制1位,為了區(qū)分?jǐn)?shù)的不同進(jìn)制，可在數(shù)的結(jié)尾以一個(gè)字母標(biāo)示。,十進(jìn)制：D

11、（或不帶字母）,二進(jìn)制：B,十六進(jìn)制：H,字符的編碼-ASCII碼 采用美國標(biāo)準(zhǔn)信息交換碼（即ASCII碼）,1.5.2 編碼,例：字符“0”30H 字符“A”41H 字符“a” 61H 控制符CR 0DH,十進(jìn)制數(shù)的編碼-BCD碼 用二進(jìn)制表示十進(jìn)制數(shù)的代碼。,1個(gè)字節(jié)表示2位十進(jìn)制數(shù)的代碼，稱為壓縮的BCD碼。,例：25的壓縮BCD碼為25H （注意：其十六進(jìn)制值為19H),非壓縮BCD碼：8位碼表示1位十進(jìn)制數(shù)（高4位填0）的編碼,2個(gè)BCD碼的運(yùn)算可能出現(xiàn)非法碼，這時(shí)要對所得結(jié)果進(jìn)行調(diào)整。,采用壓縮的BCD碼比采用非壓縮的BCD碼節(jié)省存儲空間。,非法碼：4位代碼在1010B1111B范

12、圍時(shí)。,1.5.3 計(jì)算機(jī)中帶符號數(shù)的表示,一、機(jī)器數(shù)及其真值,數(shù)在計(jì)算機(jī)內(nèi)的表示形式稱為機(jī)器數(shù) 這個(gè)數(shù)本身稱為真值,例：正數(shù) +100 0101B（+45H）,100 0101B,0,（ 45H）,機(jī)器數(shù),真值,例：負(fù)數(shù) - 101 0101B（- 55H）,101 0101B,1,（ D5H）,機(jī)器數(shù),真值,二、原碼和反碼,原碼：最高位為符號位，數(shù)值為絕對值,反碼： 正數(shù)的反碼與其原碼相同 負(fù)數(shù)的反碼符號位為1，數(shù)值位為其原碼數(shù)值位逐位取反,采用原碼和反碼表示時(shí)，符號位不能同數(shù)值一道參加運(yùn)算。,三、補(bǔ)碼,正數(shù)的補(bǔ)碼與其原碼相同 負(fù)數(shù)的補(bǔ)碼為其反碼末位加1,計(jì)算機(jī)中，帶符號數(shù)的運(yùn)算均采用補(bǔ)碼

13、。,例：正數(shù) +100 0101B（+45H）,100 0101B,0,反碼,100 0101B,0,補(bǔ)碼,例：負(fù)數(shù) - 101 0101B （- 55H）,010 1010B,1,反碼（AAH）,010 1011B,1,補(bǔ)碼（ABH）,由補(bǔ)碼求其真值的方法 求補(bǔ)得到原碼（符號位+數(shù)值位） 依原碼求真值。如：,補(bǔ)碼為：1010 1011B,求補(bǔ)得：1101 0101B,真值為：-55H。,補(bǔ)碼的優(yōu)點(diǎn)：將減法運(yùn)算轉(zhuǎn)換為加法，且數(shù)值連同符號位可一起參加運(yùn)算,例：45H-55H= -10H,45H補(bǔ)： 0100 0101,+-55H補(bǔ)： 1010 1011,-10H補(bǔ)： 1111 0000,求補(bǔ)得原碼： 1001 0000,真值： - 001 0000 （10H）,反碼：范圍是：+127 -127； “