1、1,單片機(jī)原理及接口技術(shù),段晨東 等 編著 清華大學(xué)出版社 2008年4月,2,第1章 基礎(chǔ)知識(shí),本章內(nèi)容： 本章主要介紹單片機(jī)的概念、單片機(jī)的發(fā)展、基本的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)、單片機(jī)的應(yīng)用模式和領(lǐng)域以及MCS-51單片機(jī)等。,3,1.1 計(jì)算機(jī)的一些概念,計(jì)算機(jī)由運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備五個(gè)部分組成。,計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu),4,1.1 計(jì)算機(jī)的一些概念,8位計(jì)算機(jī)每個(gè)單元可存放一個(gè)8位二進(jìn)制數(shù)，即一個(gè)字節(jié)，每一位的狀態(tài)是0或1。,存儲(chǔ)單元保存的8位二進(jìn)制數(shù)稱為單元的內(nèi)容。,存儲(chǔ)單元示意圖,如圖地址為0110單元的內(nèi)容為10101001，表示為（06H）=A9H。,5,電子計(jì)算機(jī)發(fā)展的4個(gè)階段

2、： 第一代：電子管 第二代：晶體管 第三代：集成電路 第四代：大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路 微型機(jī)的兩個(gè)發(fā)展方向： 高速度、大容量、高性能的高檔微機(jī) 穩(wěn)定可靠、體積小、價(jià)格廉的單片機(jī),6,1.2 單片機(jī)的概念和發(fā)展,微處理器 (CPU, Central Processing Unit ) 集成了運(yùn)算器和控制器的芯片，是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)核心部件，但并不是一臺(tái)完整的計(jì)算機(jī)。 單片機(jī) (CSMC, Single Chip MicroComputer) 將CPU和其他接口電路集成于一個(gè)芯片之中，使其具有計(jì)算機(jī)的基本功能。其中包括以下主要微型機(jī)部件： 隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM （Random Access Memory）

3、 只讀存儲(chǔ)器ROM （Read Only Memory） 中斷系統(tǒng) 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器 I/O（Input/Output）口電路,7,單片機(jī)主要應(yīng)用于控制領(lǐng)域，用以實(shí)現(xiàn)各種測(cè)試和控制功能，故單片機(jī)又稱微控制器（MCU，MicroController Unit ）。 單片機(jī)應(yīng)用時(shí)通常是處于被控系統(tǒng)的核心地位并融入其中，即以嵌入的方式進(jìn)行使用，故也常將單片機(jī)稱為嵌入式微控制器（EMCU，Embedded MicroController Unit ）。,1.2 單片機(jī)的概念,8,9,單片機(jī)的特點(diǎn)： 片內(nèi)集成存儲(chǔ)器，但容量有限 單片機(jī)的存儲(chǔ)器ROM和RAM是嚴(yán)格區(qū)分的。ROM稱為程序存儲(chǔ)器，只存放程序、固

4、定常數(shù)及數(shù)據(jù)表格。RAM則為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，用作工作區(qū)及存放用戶數(shù)據(jù)。片內(nèi)集成了少量的RAM和ROM，必要時(shí)可片外擴(kuò)展。 控制功能強(qiáng)，運(yùn)行速度快 采用面向控制的指令系統(tǒng)。為滿足控制的需要，單片機(jī)有更強(qiáng)的邏輯控制能力，特別是具有很強(qiáng)的位處理能力。 引腳的功能復(fù)用較多 由于單片機(jī)芯片上引腳數(shù)目有限，為了解決實(shí)際引腳數(shù)和需要的信號(hào)線的矛盾，采用了引腳功能復(fù)用的方法。引腳處于何種功能，可由指令來設(shè)置或由機(jī)器狀態(tài)來區(qū)分。,10,單片機(jī)的特點(diǎn)： 產(chǎn)品類型多，功能擴(kuò)展靈活 單片機(jī)的外部擴(kuò)展能力強(qiáng)。在內(nèi)部的各種功能部分不能滿足應(yīng)用需求時(shí)，均可在外部進(jìn)行擴(kuò)展（如擴(kuò)展ROM、RAM，I/O接口，定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，中斷系

5、統(tǒng)等），與許多通用的微機(jī)接口芯片兼容，給應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)帶來極大的方便和靈活性。 可靠性高 單片機(jī)的全部電路集成到一塊芯片上，大大縮短了系統(tǒng)內(nèi)信號(hào)傳送距離，從而提高了抗干擾能力，應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)具有很好的可靠性。 功耗較低 單片機(jī)大多采用CHMOS工藝，且可以進(jìn)入節(jié)電模式工作，因而功耗較低，特別適合于電池供電的儀器儀表。,11,通用單片機(jī)和專用單片機(jī),專用單片機(jī) 專用單片機(jī)指用途比較專一，出廠時(shí)程序已經(jīng)一次性固化好，不能再修改的單片機(jī)。例如電子表里的單片機(jī)就是其中的一種，其生產(chǎn)成本很低。 專用單片機(jī)是針對(duì)某一種產(chǎn)品或某一種控制應(yīng)用而專門設(shè)計(jì)的。設(shè)計(jì)時(shí)已經(jīng)對(duì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)化、軟硬件資源利用的最優(yōu)化、可靠

6、性以及經(jīng)濟(jì)成本最佳化等都作了通盤的考慮和論證，所以專用單片機(jī)具有十分明顯的綜合優(yōu)勢(shì)。,12,通用單片機(jī)和專用單片機(jī),通用單片機(jī) 通用單片機(jī)是一個(gè)基本芯片，內(nèi)部資源豐富，性能全面且適用性強(qiáng)，能覆蓋多種應(yīng)用需求。通用單片機(jī)有一個(gè)再設(shè)計(jì)的過程，通過用戶的進(jìn)一步設(shè)計(jì)，才能組建成一個(gè)以通用單片機(jī)芯片為核心，再配以其它外圍電路的應(yīng)用控制系統(tǒng)。 通用單片機(jī)的用途很廣泛，使用不同的接口電路及編制不同的應(yīng)用程序就可完成不同的功能。小到家用電器儀器儀表，大到機(jī)器設(shè)備和整套生產(chǎn)線都可用單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制。,本課程介紹的MCS-51系列單片機(jī)是一種8位的通用單片機(jī)，其結(jié)構(gòu)和原理對(duì)所有單片機(jī)都是適用的。,13,單片

7、機(jī)系統(tǒng) 在單片機(jī)芯片基礎(chǔ)上，擴(kuò)展其它電路或芯片構(gòu)成的具有一定應(yīng)用功能的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。 在單片機(jī)系統(tǒng)中，單片機(jī)處于核心地位，是構(gòu)成單片機(jī)系統(tǒng)的硬件和軟件基礎(chǔ)。 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng) 為控制應(yīng)用而設(shè)計(jì)的，系統(tǒng)與控制對(duì)象結(jié)合在一起使用，是單片機(jī)開發(fā)應(yīng)用的成果。 單片機(jī)開發(fā)系統(tǒng) 單片機(jī)系統(tǒng)開發(fā)調(diào)試的工具。主要有： 微型機(jī)開發(fā)系統(tǒng)MDS (Microcomputer Development System) 在線仿真器ICE (In Circuit Emulator),14,單片機(jī)的程序設(shè)計(jì)語言和軟件,在單片機(jī)開發(fā)系統(tǒng)中使用機(jī)器語言、匯編語言和高級(jí)語言 機(jī)器語言：用二進(jìn)制代碼表示的單片機(jī)指令，用機(jī)器語言構(gòu)成的程序

8、稱為目標(biāo)程序。 匯編語言：用符號(hào)表示的指令，是單片機(jī)最常用的語言。 高級(jí)語言：編譯型語言有PL/51、C-51、C、MBASIC-51等，解釋型的有MBASIC和MBASIC-52等。 在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中只使用機(jī)器語言,15,1.2 單片機(jī)的發(fā)展,第1階段 19711976年，單片機(jī)發(fā)展的起步階段 1971年11月Intel公司首先研制出集成度為2000只晶體管/片的4位微處理器，并集成有RAM、ROM和相應(yīng)的寄存器，構(gòu)成了第一臺(tái)MCS-4處理器，此后推出了8位微處理器Intel 8088。多用于家用電器、計(jì)算器、高級(jí)玩具等。 第2階段 19761980年，低性能單片機(jī)階段 1976年9月In

9、tel公司推出MCS-48系列單片機(jī)，這是第一臺(tái)完整的8位單片機(jī)。從性能上看，具有8位CPU、8位并行I/O接口、8位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，無串行I/O，尋址范圍小于4KB，RAM、ROM容量小，中斷系統(tǒng)簡(jiǎn)單?？蓾M足一般工業(yè)控制和智能化儀器儀表的需要。,16,第3階段 19801983年，高性能8位單片機(jī)階段 以1980年Intel公司推出高性能MCS-51系列單片機(jī)為代表。具有串行I/O接口和兩個(gè)以上的16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，具有較豐富的多級(jí)中斷系統(tǒng)，尋址空間達(dá)到64KB，片內(nèi)ROM容量達(dá)4K8KB，RAM達(dá)128256B，甚至還有A/D轉(zhuǎn)換功能。用于智能終端、局部網(wǎng)絡(luò)接口、分布式控制系統(tǒng)等領(lǐng)域。

10、第4階段 19831990年，16位單片機(jī)階段 以1983年Intel公司推出MCS-96系列單片機(jī)為代表。1987年Intel公司研制出CHMOS型16位單片機(jī)80C196。 第5階段 1990年以后，單片機(jī)性能進(jìn)一步提高和應(yīng)用領(lǐng)域全方位發(fā)展階段 出現(xiàn)了雙CPU內(nèi)部流水線結(jié)構(gòu)，時(shí)鐘達(dá)到20MHz，更高集成度、高速度和低功耗。,17,主流單片機(jī)廠商及單片機(jī)特點(diǎn)簡(jiǎn)介,8051 單片機(jī) 最早由Intel公司推出8051/31類單片機(jī)，是世界上使用量最大的幾種單片機(jī)之一。由于Intel公司將重點(diǎn)放在186、386、奔騰等與PC類兼容的高檔芯片開發(fā)上，8051類單片機(jī)主要由Philips、三星、華幫等

11、公司接手。這些公司在保持與8051單片機(jī)兼容基礎(chǔ)改善了8051的許多特點(diǎn)。提高了速度，降低了時(shí)鐘頻率，放寬了電源電壓的動(dòng)態(tài)范圍，降低了產(chǎn)品價(jià)格。 Zilog 單片機(jī) Z8單片機(jī)是該公司的產(chǎn)品，采用多累加器結(jié)構(gòu)，有較強(qiáng)中斷處理能力。產(chǎn)品為OTP（One Time Programable）型，Z8單片機(jī)的開發(fā)工具可以說是物美價(jià)廉。Z8單片機(jī)以低價(jià)位的優(yōu)勢(shì)面向低端應(yīng)用，以18引腳封裝為主，ROM為0.52KB。最近Zilog公司又推出了Z86系列單片機(jī)，該系列內(nèi)部集成廉價(jià)的DSP單元。,18,主流單片機(jī)廠商及單片機(jī)特點(diǎn)簡(jiǎn)介,Microchip 單片機(jī) Microchip 單片機(jī)是市場(chǎng)份額增長(zhǎng)最快的單

12、片機(jī)。他的主要產(chǎn)品是16C系列8位單片機(jī)，CPU采用RISC（reduced instruction set computer，精簡(jiǎn)指令集計(jì)算機(jī)）結(jié)構(gòu)，僅33條指令，運(yùn)行速度快，且以低價(jià)位著稱，一般單片機(jī)價(jià)格都在1美元以下。Microchip 單片機(jī)沒有掩膜產(chǎn)品，全部都是OTP器件（現(xiàn)已推出FLASH型單片機(jī)）。Microchip強(qiáng)調(diào)節(jié)約成本的最優(yōu)化設(shè)計(jì)，是使用量大，檔次低，價(jià)格敏感的產(chǎn)品。 STC 單片機(jī) STC單片機(jī)完全兼容51單片機(jī)，并有其獨(dú)到之處，其抗干擾性強(qiáng)，加密性強(qiáng)，超低功耗，可以遠(yuǎn)程升級(jí)，內(nèi)部有MAX810專用復(fù)位電路，價(jià)格也較便宜，由于這些特點(diǎn)使得STC系列單片機(jī)的應(yīng)用日趨廣泛

13、。,19,主流單片機(jī)廠商及單片機(jī)特點(diǎn)簡(jiǎn)介,Motorola 單片機(jī) Motorola是世界上最大的單片機(jī)廠商，品種全，選擇余地大，新產(chǎn)品多，在8位機(jī)方面有68HC05和升級(jí)產(chǎn)品68HC08，68HC05有30多個(gè)系列200多個(gè)品種，產(chǎn)量超過20億片。8位增強(qiáng)型單片機(jī)68HC11也有30多個(gè)品種，年產(chǎn)量1億片以上，升級(jí)產(chǎn)品有68HC12。16位單片機(jī)68HC16也有十多個(gè)品種。32位單片機(jī)683XX系列也有幾十個(gè)品種。近年來以PowerPC，Codfire，M.CORE等作為CPU，用DSP作為輔助模塊集成的單片機(jī)也紛紛推出，目前仍是單片機(jī)的首選品牌。Motorola單片機(jī)特點(diǎn)之一是在同樣的速度

14、下所用的時(shí)鐘較Intel類單片機(jī)低的多，因而使得高頻噪聲低，抗干擾能力強(qiáng)，更適合用于工控領(lǐng)域以及惡劣環(huán)境。Motorola 8位單片機(jī)過去策略是掩膜為主，最近推出OTP計(jì)劃以適應(yīng)單片機(jī)的發(fā)展，在32位機(jī)上，M.CORE在性能和功耗上都勝過ARM7。,20,主流單片機(jī)廠商及單片機(jī)特點(diǎn)簡(jiǎn)介,Scenix單片機(jī) Scenix單片機(jī)的I/O模塊最有創(chuàng)意。I/O模塊的集成與組合技術(shù)是單片機(jī)技術(shù)不可缺少的重要方面。除傳統(tǒng)的I/O功能模塊如并行I/O，URT，SPI，I2C，A/D，PWM，PLL，DTMF等，新的I/O模塊不斷出現(xiàn)，如USB，CAN，J1850，最具代表的是Motorola 32位單片機(jī)，

15、它集成了包括各種通信協(xié)議在內(nèi)的I/O模塊，而Scenix單片機(jī)在I/O模塊的處理上引入了虛擬I/O的概念。 Scenix單片機(jī)采用了RISC結(jié)構(gòu)的CPU，使CPU最高工作頻率達(dá)50MHz。運(yùn)算速度接近50MIPS。有了強(qiáng)有力的CPU，各種I/O功能便可以用軟件的辦法模擬。單片機(jī)的封裝采用20/28引腳。公司提供各種I/O的庫函數(shù)，用于實(shí)現(xiàn)各種I/O模塊的功能。這些軟件完成的模塊包括多路UART，多種A/D，PWM，SPI，DTMF，F(xiàn)SK，LCD驅(qū)動(dòng)等，這些都是通常用硬件實(shí)現(xiàn)起來相當(dāng)復(fù)雜的模塊。,21,主流單片機(jī)廠商及單片機(jī)特點(diǎn)簡(jiǎn)介,NEC單片機(jī) NEC單片機(jī)自成體系，以8位機(jī)78K系列產(chǎn)量最

16、高，也有16位，32位單片機(jī)。16位單片機(jī)采用內(nèi)部倍頻技術(shù)，以降低外時(shí)鐘頻率。有的單片機(jī)采用內(nèi)置操作系統(tǒng)。NEC的銷售策略注重服務(wù)大客戶，并投入相當(dāng)大的技術(shù)力量幫助大客戶開發(fā)新產(chǎn)品。 東芝單片機(jī) 東芝單片機(jī)從4位到64位，門類齊全。4位機(jī)在家電領(lǐng)域仍有較大市場(chǎng)。8位機(jī)主要有870系列，90系列等。該類單片機(jī)允許使用慢模式，采用32KHz時(shí)鐘，功耗低至10uA數(shù)量級(jí)。CPU內(nèi)部多組寄存器的使用，使得中斷響應(yīng)與處理更加快捷。東芝公司的32位機(jī)采用MIPS3000 ARISC的CPU結(jié)構(gòu)，面向VCD，數(shù)字相機(jī)，圖像處理市場(chǎng)。,22,主流單片機(jī)廠商及單片機(jī)特點(diǎn)簡(jiǎn)介,富士通單片機(jī) 富士通也有8位，16位

17、和32位單片機(jī)，但是8位機(jī)使用的是16位的CPU內(nèi)核。也就是說8位機(jī)與16位機(jī)指令相同，使得開發(fā)比較容易。8位機(jī)有MB8900系列，16位機(jī)有MB90系列。富士通注重服務(wù)大公司，大客戶，幫助大客戶開發(fā)產(chǎn)品。 Epson單片機(jī) Epson公司以擅長(zhǎng)制造液晶顯示器著稱，故Epson單片機(jī)主要為該公司生產(chǎn)的LCD配套。其單片機(jī)的LCD驅(qū)動(dòng)做的特別好。在低電壓、低功耗方面也很有特色。目前0.9V供電的單片機(jī)已經(jīng)上市，不久LCD顯示手表將使用0.5V供電。,23,主流單片機(jī)廠商及單片機(jī)特點(diǎn)簡(jiǎn)介,ATMEL單片機(jī) ATMEL公司的單片機(jī)是目前世界上一種獨(dú)具特色而性能卓越的單片機(jī)，它在計(jì)算機(jī)外部設(shè)備、通訊設(shè)

18、備、自動(dòng)化工業(yè)控制、宇航設(shè)備、儀器儀表和各種消費(fèi)類產(chǎn)品中都有著廣泛的應(yīng)用前景。其生產(chǎn)的AT90系列是增強(qiáng)型RISC內(nèi)載FLASH單片機(jī)，通常稱為AVR系列。AT91M系列是基于ARM7TDMI嵌入式處理器的ATMEL 16/32微處理器系列中的一個(gè)新成員該處理器用高密度的16位指令集實(shí)現(xiàn)了高效的32 位 RISC 結(jié)構(gòu)且功耗很低。另外ATMAL的增強(qiáng)型51系列單片機(jī)目前在市場(chǎng)上仍然十分流行，其中AT89S51十分活躍。,24,主流單片機(jī)廠商及單片機(jī)特點(diǎn)簡(jiǎn)介,凌陽單片機(jī) SPMC65系列單片機(jī)是凌陽主推產(chǎn)品，采用8位SPMC65 CPU 內(nèi)核，并圍繞這個(gè)通用的CPU內(nèi)核，形成了不同的片內(nèi)資源的一

19、系列產(chǎn)品。在系列芯片中相同的片內(nèi)硬件功能模塊具有相同的資源特點(diǎn)；不同型號(hào)的芯片只是對(duì)片內(nèi)資源進(jìn)行刪減。其最大的特點(diǎn)就是超強(qiáng)抗干擾。 廣泛應(yīng)用于家用電器、工業(yè)控制、儀器儀表、安防報(bào)警、計(jì)算機(jī)外圍等領(lǐng)域。 三星單片機(jī) 三星單片機(jī)有KS51和KS57系列4位單片機(jī)，KS86和KS88系列8位單片機(jī)，KS17系列16位單片機(jī)和KS32系列32位單片機(jī)，三星還為ARM公司生產(chǎn)ARM單片機(jī)，常見的S344b0等。三星單片機(jī)為OTP型ISP在片編程功能。,25,主流單片機(jī)廠商及單片機(jī)特點(diǎn)簡(jiǎn)介,TI公司的MSP430系列單片機(jī) MSP430系列單片機(jī)是由TI公司開發(fā)的16位單片機(jī)。其突出特點(diǎn)是超低功耗，非常適

20、合于各種功率要求低的場(chǎng)合。有多個(gè)系列和型號(hào)，分別由一些基本功能模塊按不同的應(yīng)用目標(biāo)組合而成。典型應(yīng)用是流量計(jì)、智能儀表、醫(yī)療設(shè)備和保安系統(tǒng)等方面。由于其較高的性能價(jià)格比，應(yīng)用已日趨廣泛。 SST 單片機(jī) 美國SST公司推出的SST89系列單片機(jī)是標(biāo)準(zhǔn)的51系列單片機(jī)，包括SST89E/V52RD2，SST89E/V54RD2，SST89E/V58RD2，SST89E/V554RC，SST89E/V564RD等。它與8052系列單片機(jī)兼容。提供系統(tǒng)在線編程(ISP功能)。內(nèi)部flash擦寫次數(shù)1萬次以上，程序保存時(shí)間可達(dá)100年。,26,主流單片機(jī)廠商及單片機(jī)特點(diǎn)簡(jiǎn)介,NS單片機(jī) COP8單片機(jī)

21、是美國國家半導(dǎo)體公司的產(chǎn)品，該公司以生產(chǎn)先進(jìn)的模擬電路著稱，能生產(chǎn)高水平的數(shù)字模擬混合電路。COP8單片機(jī)內(nèi)部集成了16位A/D，這在單片機(jī)中是不多見的。COP8單片機(jī)內(nèi)部使用了EMI電路，在”看門狗”電路以及STOP方式下的喚醒方式都有獨(dú)到之處。此外，COP8的程序加密也做的非常好。 華幫單片機(jī) 華幫單片機(jī)屬于8051類單片機(jī)，它們的W78系列與標(biāo)準(zhǔn)的8051兼容，W77系列為增強(qiáng)型51，對(duì)8051的時(shí)序做了改進(jìn)。同樣時(shí)鐘下速度快了不少。在4位機(jī)上華幫有921系列，帶LCD驅(qū)動(dòng)的741系列。在32位機(jī)方面，華幫使用了惠普公司PA-RISC單片機(jī)技術(shù)，生產(chǎn)低位32位RISC單片機(jī)。,27,MC

22、S-51單片機(jī)系列,按資源的配置數(shù)量， MCS-51單片機(jī)系列分為 51子系列：基本型，根據(jù)片內(nèi)ROM的配置，對(duì)應(yīng)芯片依次為8031、 8051、 8751、 80C31、 80C51、 87C51 52子系列：增強(qiáng)型，對(duì)應(yīng)芯片依次為8032、 8052、 8752 、80C32、 80C52、 87C52 。,28,8051與80C51的比較,80C51系列是在MCS-51系列8051芯片的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，因此兼容、改進(jìn)和增強(qiáng)是比較的主要內(nèi)容： 與8051兼容是對(duì)80C51芯片的最基本要求，以確保8位單片機(jī)MCS-51系列的繼續(xù)發(fā)展。 兼容包括指令、引腳信號(hào)、總線等多個(gè)方面 指令兼容能保證

23、兩者之間不存在指令障礙，以維持軟件的可移植性； 引腳信號(hào)和封裝以及總線的兼容性確保兩者在系統(tǒng)擴(kuò)展和接口方面的一致性，有利于系統(tǒng)的開發(fā)和應(yīng)用。,29,80C51最大的改進(jìn)是在芯片的半導(dǎo)體工藝上 早期的MCS-51系列芯片采用HMOS（高密度短溝道MOS）工藝，特點(diǎn)：高速度、高密度 80C51系列芯片采用CHMOS（互補(bǔ)金屬氧化物的HMOS）工藝，特點(diǎn)：高速度、高密度、低功耗 通常稱80C51芯片為低功耗芯片 如8051功耗約為630 mW，而80C51的功耗只有120 mW,8051與80C51的比較,30,80C51功能增強(qiáng)方面 為進(jìn)一步降低功耗，增加了待機(jī)和掉電保護(hù)兩種工作方式，以保證單片機(jī)

24、在掉電情況下，能以最低的消耗電流維持。 內(nèi)部程序存儲(chǔ)器除了ROM型和EPROM型，還有E2PROM 許多80C51芯片的存儲(chǔ)器具有程序存儲(chǔ)器保密機(jī)制，以防止應(yīng)用程序泄密或被復(fù)制,8051與80C51的比較,31,31,單片機(jī)的應(yīng)用：?jiǎn)螜C(jī)應(yīng)用 測(cè)控系統(tǒng)。 用單片機(jī)可以構(gòu)成各種不太復(fù)雜的工業(yè)控制系統(tǒng)、 自適應(yīng)控制系統(tǒng)、 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等, 達(dá)到測(cè)量與控制的目的。 智能儀表。 用單片機(jī)改造原有的測(cè)量、 控制儀表, 促進(jìn)儀表向數(shù)字化、 智能化、 多功能化、 綜合化、 柔性化方向發(fā)展。 機(jī)電一體化產(chǎn)品。 單片機(jī)與傳統(tǒng)的機(jī)械產(chǎn)品相結(jié)合, 使傳統(tǒng)機(jī)械產(chǎn)品結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化, 控制智能化。 智能接口。 在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng),

25、 特別是在較大型的工業(yè)測(cè)控系統(tǒng)中, 用單片機(jī)進(jìn)行接口的控制與管理, 加之單片機(jī)與主機(jī)的并行工作, 大大提高了系統(tǒng)的運(yùn)行速度。 智能民用產(chǎn)品。 如在家用電器、 玩具、 游戲機(jī)、 聲像設(shè)備、 電子秤、 收銀機(jī)、 辦公設(shè)備、 廚房設(shè)備等許多產(chǎn)品中, 單片機(jī)控制器的引入, 不僅使產(chǎn)品的功能大大增強(qiáng), 性能得到提高, 而且獲得了良好的使用效果。,32,單片機(jī)的應(yīng)用：多機(jī)應(yīng)用 功能集散系統(tǒng)。 多功能集散系統(tǒng)是為了滿足工業(yè)系統(tǒng)多種外圍功能的要求而設(shè)置的多機(jī)系統(tǒng)。例如，1個(gè)加工中心的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)除完成機(jī)床加工運(yùn)行控制外，還要控制對(duì)刀系統(tǒng)、坐標(biāo)指示、刀庫管理、狀態(tài)監(jiān)視、伺服驅(qū)動(dòng)等機(jī)構(gòu)。 并行多機(jī)控制系統(tǒng)。 并行多

26、機(jī)控制系統(tǒng)主要解決工程應(yīng)用系統(tǒng)的快速性問題, 以便構(gòu)成大型實(shí)時(shí)工程應(yīng)用系統(tǒng)。典型的有快速并行數(shù)據(jù)采集、處理系統(tǒng)、實(shí)時(shí)圖像處理系統(tǒng)等。 局部網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。 單片機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的出現(xiàn)，使單片機(jī)應(yīng)用進(jìn)入了一個(gè)新的領(lǐng)域。目前單片機(jī)構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)主要是分布式測(cè)、控系統(tǒng)。單片機(jī)主要用于系統(tǒng)中的通信控制以及構(gòu)成各種測(cè)、控用子系統(tǒng)。,33,1.3 計(jì)算機(jī)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ),(1) 十進(jìn)制 十個(gè)數(shù)符：09，逢十進(jìn)一。加權(quán)展開式以10稱為基數(shù)，各位系數(shù)為09。 一般表達(dá)式： ND= dn-110n-1+dn-210n-2 +d0100 +d-110-+ 1234.5=1103 +2102 +3101 +4100 +5101,1.

27、3.1 數(shù)制及轉(zhuǎn)換,一. 數(shù)制,34,(2) 二進(jìn)制 兩個(gè)數(shù)符：0、1, 逢二進(jìn)一。加權(quán)展開式以2為基數(shù)，各位系數(shù)為0、1。 一般表達(dá)式： NB = dn-12n-1 + dn-22n-2 +d020 +d-12-1+ 1101.101=123+122+021+120+12-1+12-3,1.3.1 數(shù)制及轉(zhuǎn)換,一. 數(shù)制,1.3 計(jì)算機(jī)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ),35,(3) 十六進(jìn)制 十六個(gè)數(shù)符09、AF，逢十六進(jìn)一。展開式以十六為基數(shù)，各位系數(shù)為09，AF。 一般表達(dá)式： NH= hn-116n-1+ hn-216n-2+ h0160+ h-116-1+ DFC.8=13162 +15161 +1216

28、0 +816-1,1.3.1 數(shù)制及轉(zhuǎn)換,1.3 計(jì)算機(jī)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ),一. 數(shù)制,36,進(jìn)位計(jì)數(shù)制的一般表達(dá)式： N= an-1Rn-1+an-2Rn-2+ +a1R1a0R0 a-1R-1a-mR-m 一種進(jìn)制的數(shù)轉(zhuǎn)換成另一種進(jìn)制數(shù)的方法： 按權(quán)展開，求和計(jì)算。,1.3.1 數(shù)制及轉(zhuǎn)換,1.3 計(jì)算機(jī)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ),二. 數(shù)制之間的轉(zhuǎn)換,37,（一）十六進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制數(shù) 按權(quán)展開，然后按照十進(jìn)制運(yùn)算法則求和。 舉例： 1011.1010B=123+121+120+12-1+12-3 =11.625 DFC.8H=13162+15161+12160+816-1 = 3580.5,1.3.1 數(shù)制

29、及轉(zhuǎn)換,1.3 計(jì)算機(jī)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ),38,（二）二進(jìn)制與十六進(jìn)制數(shù)之間的轉(zhuǎn)換 24=16 ，四位二進(jìn)制數(shù)對(duì)應(yīng)一位十六進(jìn)制數(shù)。,3AF.2H = 0011 1010 1111.0010 = 1110101111.001B 3 A F 2 1111101.11B = 0111 1101.1100 = 7D.CH 7 D C,1.3.1 數(shù)制及轉(zhuǎn)換,1.3 計(jì)算機(jī)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ),39,（三）十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成二、十六進(jìn)制數(shù) 整數(shù)、小數(shù)分別轉(zhuǎn)換 1. 整數(shù)轉(zhuǎn)換法 “除基取余”：十進(jìn)制整數(shù)不斷除以轉(zhuǎn)換進(jìn)制基數(shù)，直至商為0。每除一次取一個(gè)余數(shù)，從低位排向高位。,1.3.1 數(shù)制及轉(zhuǎn)換,1.3 計(jì)算機(jī)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ),40

30、,2.小數(shù)轉(zhuǎn)換法 “乘基取整”：用轉(zhuǎn)換進(jìn)制的基數(shù)乘以小數(shù)部分，直至小數(shù)為0或達(dá)到轉(zhuǎn)換精度要求的位數(shù)。每乘一次取一次整數(shù)，從最高位排到最低位。,1.3.1 數(shù)制及轉(zhuǎn)換,1.3 計(jì)算機(jī)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ),41,1.3.2 計(jì)算機(jī)中數(shù)的表示方法,機(jī)器數(shù)：機(jī)器中數(shù)的表示形式，其位數(shù)通常為8的倍數(shù) 真值： 機(jī)器數(shù)所代表的實(shí)際數(shù)值。 一個(gè)8位機(jī)器數(shù)+84和-84與它們的真值對(duì)應(yīng)關(guān)系 真值： X1=+84=+1010100B X2=-84= -1010100B 機(jī)器數(shù)：X1機(jī)= 01010100 X2機(jī)= 11010100,機(jī)器中，數(shù)的最高位作符號(hào)位，“0”表示“+”，“1”表示“-” 。,機(jī)器數(shù)與真值,一. 帶符

31、號(hào)數(shù)的表示,1.3 計(jì)算機(jī)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ),42,最高位為符號(hào)位，0表示 “+”，1表示“”。 數(shù)值位與真值數(shù)值位相同。 x1 = +1010100B x1原 = 01010100 x2 = 1010100B x2原 = 11010100 在計(jì)算機(jī)中，0 可表示為+0和0，故0 在原碼中有兩種表示法： +0原=00000000B 0原=10000000B。,帶符號(hào)數(shù)通常有三種表示方法：原碼、反碼、補(bǔ)碼,（1）原碼,1.3.2 計(jì)算機(jī)中數(shù)的表示方法,1.3 計(jì)算機(jī)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ),43,正數(shù)的反碼與原碼表示相同。 負(fù)數(shù)反碼符號(hào)位為 1，數(shù)值位為原碼數(shù)值各位取反。,（2）反碼,1.3.2 計(jì)算機(jī)中數(shù)的表示方法

32、,1.3 計(jì)算機(jī)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ),x= +4 x原= 00000100 x反= 00000100 x= -4 x原= 10000100 x反= 11111011,負(fù)數(shù)的反碼,44,（3）補(bǔ)碼,正數(shù)的補(bǔ)碼表示與原碼相同。 負(fù)數(shù)的補(bǔ)碼等于其反碼加1。,x=+4， x原=x反=x補(bǔ)= 00000100 x=-4 x原 = 10000100 x反 = 11111011 x補(bǔ) = 11111100,補(bǔ)碼表示的優(yōu)點(diǎn)：0的表示唯一。,1.3.2 計(jì)算機(jī)中數(shù)的表示方法,1.3 計(jì)算機(jī)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ),負(fù)數(shù)的補(bǔ)碼,45,（4）真值與機(jī)器數(shù)之間的轉(zhuǎn)換,1.3.2 計(jì)算機(jī)中數(shù)的表示方法,1.3 計(jì)算機(jī)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ),1）正數(shù)的原碼、反碼、補(bǔ)碼相同，無需轉(zhuǎn)換； 2）負(fù)數(shù)原碼的最高位為符號(hào)位，其余位為數(shù)值位，由數(shù)值位可以獲取真值； 負(fù)數(shù)反碼的數(shù)值位按位取反，可轉(zhuǎn)換為原碼，即一個(gè)負(fù)數(shù)反碼的反碼為該負(fù)數(shù)的原碼； 負(fù)數(shù)補(bǔ)碼的數(shù)值位按位取反后，末位再加1，可轉(zhuǎn)換為原碼，即一個(gè)負(fù)