單片機基礎(chǔ)(第版)

1、單片機基礎(chǔ)（第3版）李廣弟等編著北京航空航天大學(xué)出版社2007年6 月課程名稱：單片機原理及應(yīng)用 教師：倫翠芬 Email: 電話：2166836課程性質(zhì)：理論與實踐緊密結(jié)合的 應(yīng)用課程答疑地點：辦公樓4 層（機械制造教學(xué)部）課程要求本課程是實踐性較強的課程。通過課程的學(xué)習(xí)，掌握硬件電路設(shè)計和軟件編程的方法，能夠進行單片機應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計、調(diào)試工作。1、單片機能做什么？ 凡是與控制或簡單計算有關(guān)的電子設(shè)備都可以用單片機來實現(xiàn)。如糧倉溫檢設(shè)備、近距離無線通訊模塊、自動感應(yīng)水龍頭、畢設(shè)答辯打分器。 學(xué)習(xí)單片機能對計算機硬件知識有更深入的領(lǐng)悟。學(xué)了單片機 ，就會對現(xiàn)在比較流行的IC卡、射頻卡（比如公交

2、一卡通）、磁卡、還有GPS（全球定位）、CMOS/CCD攝像頭、LCD顯示屏、大型LED廣告顯示屏、電磁爐等小家電等不再感到神秘 。我們每天都生活在這些產(chǎn)品的海洋里，不斷地接觸到各種各樣的自動化電子產(chǎn)品，卻少有人去仔細想過它們的原理和制造過程。而在如今機、電一體化程度越來越高的時代，即使我們學(xué)會了計算機，學(xué)會了程序設(shè)計，也不能說我們就完全掌握了“高科技” 。 因此，不管是不是自動化專業(yè)的，學(xué)計算機的同時多多少少學(xué)習(xí)一點單片機，常握一點電子技術(shù)，有利無害。 2、學(xué)習(xí)單片機需要什么 基 礎(chǔ)？緒論 單片機的工作原理及工作過程 1 微型計算機的組成 2 什么是單片機？ 3 單片機的工作原理及工作過程4

3、 單片機的發(fā)展簡史5 單片機的特點和應(yīng)用范圍 1 微型計算機的組成？一、計算機ENIAC的誕生1945年底，世界上第一臺使用電子管制造的電子數(shù)字計算機在美國賓夕法尼亞大學(xué)莫爾學(xué)院研制成功，并在1946年2月15日舉行了計算機的正式揭幕典禮。這臺電子計算機總共用了18800個電子管，耗電140千瓦，占地150平方米，重達30噸，每秒鐘可進行5000次加法運算。 二、計算機的基本結(jié)構(gòu)匈牙利數(shù)學(xué)家馮諾依曼提出了“程序存儲”和“用二進制代替十進制”的思想；構(gòu)建了計算機由運算器、控制器、存貯器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備所組成這一計算機的基本結(jié)構(gòu)。計算機的基本結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)輸入設(shè)備數(shù)據(jù)運算器數(shù)據(jù)存儲器輸出設(shè)備控制器外

4、圍設(shè)備CPU內(nèi)存圖1.1 計算機結(jié)構(gòu)主機輸入命令指令存取命令輸出命令操作命令 將運算器、控制器集成在一塊芯片上，形成CPU。接口說明:字長一臺計算機所用的二進制代碼的位數(shù)稱為該計算機的字長。如:8位微機、16位微機和32位微機 。計算機的字長越長，計算的精度就越高。但是，電路就越復(fù)雜，使得計算機的結(jié)構(gòu)變得龐大，造價也越昂貴。 三微型計算機的結(jié)構(gòu) 圖1-2 微型計算機結(jié)構(gòu)微處理器微處理器存儲器外 設(shè)設(shè)微處理器I/O接口存儲器外 設(shè)說明：存儲器的容量：存儲器所能存放的最大字節(jié)數(shù)。 存儲器地址與存儲器容量地址位數(shù)（N）存儲器容量（Q）828=256B10210=1KB11211=2KB12212=4

5、KB16216=64KB字節(jié)存儲器容量的單位，8位二進制數(shù)稱為一個字 節(jié)，記為B。常用的單位有：KB、MB、GB。2 什么是單片機?單片機的定義所謂單片機，是指在一塊芯片上集成了微處理器CPU、存儲器和I/O接口電路等部件，構(gòu)成的一個完整的微型計算機系統(tǒng)。 3 單片機的工作原理及工作過程單片機的工作過程通電，發(fā)出第一個CLK脈沖及清零脈沖，PC=0000H。第二個CLK脈沖：讀PC，0000H單元被選中。第三個CLK脈沖：0000H單元的內(nèi)容被送到指令寄存器。第四個CLK脈沖：PC自動加1，指令譯碼器譯碼后執(zhí)行。第五個CLK脈沖：讀PC，0001H單元被選中。第六個CLK脈沖：0001H單元的

6、內(nèi)容被送到累加器A，PC自動加1，完成了第一條指令的操作。第七個CLK脈沖：讀PC，0002H單元被選中。如此周而復(fù)始直至程序完成。4 單片機的發(fā)展簡史4位單片機（19741976） 萌芽階段2. 初級8位單片機（19761978） 3. 高級8位單片機（19781983） 4. 16位單片機（1983年以后）16位單片機 5. 新一代單片機（近幾年）32位單片機 單片機發(fā)展概況 第1階段(19741976年)：初級單片機階段 1974年，美國Fairchild(仙童)公司研制出世界上第一臺單片微型計算機F8，深受家用電器和儀器儀表領(lǐng)域的歡迎和重視，從此拉開了研制單片機的序幕。這個時期生產(chǎn)的單

7、片機特點是制造工藝落后、集成度低，而且采用雙片結(jié)構(gòu)。 第2階段(19761978年)：低性能單片機階段 已能在單塊芯片內(nèi)集成有CPU、并行口、定時器、RAM和ROM等功能，但CPU功能還不太強，I/O的種類和數(shù)量少，存儲容量小，只能應(yīng)用于比較簡單的場合。以Intel公司的MCS-48為代表，這個系列的單片機內(nèi)集成有8位CPU、并行I/O接口、8位定時器/計數(shù)器，尋址范圍不大于4KB，且無串行口，它是8位機的早期產(chǎn)品 單片機發(fā)展概況 第3階段(19781983年)：高性能單片機階段 普遍帶有串行口，有多級中斷處理系統(tǒng)，16位定時器/計數(shù)器。片內(nèi)RAM、ROM容量加大，且尋址范圍可達64KB，有的

8、片內(nèi)還帶有A/D轉(zhuǎn)換器接口。這類單片機有Intel公司的MCS-51，Motorola公司的M6805和Zilog公司的Z8等。由于這類單片機的應(yīng)用領(lǐng)域極其廣泛，各公司正在大力改進其結(jié)構(gòu)與性能，所以，這個系列的各類產(chǎn)品仍是目前國內(nèi)外產(chǎn)品的主流。 單片機發(fā)展概況 第4階段(1983年至今)：16位及以上單片機和超8位單片機并行發(fā)展階段 發(fā)展16位及以上單片機及專用單片機；另一方面不斷完善高檔8位單片機，改善其結(jié)構(gòu)MCS-96系列、Mostek公司的MK68200、NS公司的HPC16040系列、NEC公司的783XX系列和TI公司的TMS9940及9995系列。片內(nèi)含有A/D和D/A轉(zhuǎn)換電路，支

9、持高級語言。主要用于過程控制、智能儀表、家用電器及作為計算機外部設(shè)備的控制器等。近年來，家用電子系統(tǒng)、多媒體技術(shù)和Internet技術(shù)的新發(fā)展，32位甚至64位單片機的生產(chǎn)前景看好 單片機發(fā)展概況 單片機發(fā)展趨勢 CPU功能增強 單片機大容量化、內(nèi)部資源增多 引腳的多功能化、發(fā)展串行總線 單片機小容量低廉化、超微型化 低功耗和低電壓 單片機開發(fā)方式的進步 多機與網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的支持技術(shù)日趨成熟 1、基本產(chǎn)品：8051、8751和80312、強化型8052 3、超級型8XC252系列是超8位單片機 8XC51系列單片機是MCS-51中的一個子系列，是一族高性能兼容型單片機。其中，X規(guī)定為程序存儲器的配

10、置：0表示無片內(nèi)ROM，3表示片內(nèi)為掩膜ROM，7表示片內(nèi)為EPROM/OTP ROM，9表示片內(nèi)為Flash ROM 。通稱為80C51系列 MCS-51系列單片機分為3種5 單片機的特點及應(yīng)用范圍 1、結(jié)構(gòu)簡單、體積?。篠O-8封裝，3mm*3mm 2、 性能價格比高：常用型號低于￥5.00、 功能強：低端夠用，高端超過PC3、功耗低、可靠性高：工作電流255，結(jié)果中最高位的“1”為進位。 （2）當(dāng)此加法運算為有符號數(shù)補碼運算時，結(jié)果中最高位的“1”則為溢出，它是兩符號相加的結(jié)果。溢出的原因是結(jié)果超出了8位二進制所能表示的補碼（即-128 +127 ）。導(dǎo)致結(jié)果錯誤。 （3）溢出（OV）的

11、判斷：說明OVC6C71 有溢出，結(jié)果錯誤 0 無溢出，結(jié)果正確例 已知：X1110101，X21110111求：X1X2？溢出判斷：OV101，有溢出，結(jié)果錯誤。因為本題中X100110101B53，X201110111B119，X1X253119172127，超出了范圍，產(chǎn)生錯誤。 解：X1補00110101B X2補01110111B根據(jù)X1X2補X1補X2補規(guī)則 X1補 00110101 X2補 01110111 X1補X2補 101011001.1.3 計算機中二進制數(shù)的單位 1. 位（Bit） 指二進制的位。 2. 字節(jié)（Byte） 8位二進制數(shù)稱為一個字節(jié)。 3. 字（Word）

12、 字是一臺計算機上所能并行處理的二進制數(shù)，字的位數(shù)稱為字長。字長是字節(jié)的整數(shù)倍。如：MCS-51單片機字長為8位。1.1.4 計算機使用二進制數(shù)的原因 易于實現(xiàn)，運算簡單，具有邏輯屬性，可靠性高，節(jié)省硬件設(shè)備等原因。1.2 二進制數(shù)的算術(shù)運算和邏輯運算1.2.1 二進制算術(shù)運算 1. 二進制加法運算 000 011 101 110 2. 二進制減法運算 000 011 101 110 3. 二進制乘法運算 000 010 100 111 4. 二進制除法運算 0 00(無意義) 0 10 1 00(無意義) 1 11例 1 求1001B+1011B。 被加數(shù) 1001加 數(shù) + 1011進 位

13、 1 0100 和 1 0100即 1001B+1011B=10100B例 2 求1100B-111B。 被減數(shù) 1100減 數(shù) - 111 差 0101即 1100B+111B=0101B例 3 求1011B1101B。 被乘數(shù) 1011乘 數(shù) 1101 1011 0000 1011 + 1011 積 10001111即 1011B1101B =10001111B即 10100101B/1111B=1011B 例 4 求10100101B/1111B 10111111 10100101 1111 10110 1111 1111 1111 0 1.2.2 二進制邏輯運算 1. 邏輯“或”運算

14、C=A+B 或 C=A V B 1001V）1011 1011 2. 邏輯“與”運算 C=AB 或 C=AB或 C=AB 3. 邏輯“非”運算 C= 4. 邏輯“異或”運算 C=AB 1001）1011 1001 1001）1011 00101.3 供程序設(shè)計使用的其它進制數(shù) 程序設(shè)計人員在程序中表示數(shù)據(jù)時很少直接使用二進制，而使用其他進制，這些數(shù)據(jù)輸入計算機后，還要把它們轉(zhuǎn)換成二進制數(shù)。轉(zhuǎn)換工作由程序完成。1.3.1 十進制數(shù)與十六進制數(shù) 1. 十進制數(shù)（09） 2. 十六進制數(shù)（09，A,B,C,D,E,F） 在二進制數(shù)后面加標(biāo)志字符B,如10101100B 在十六進制后面加標(biāo)志字符H,如

15、3AFH,0CAH 十進制數(shù)后面什么也不用加。十進制數(shù)二進制數(shù)十六進制數(shù)000000100011200102300113401004501015601106701117810008十進制數(shù)二進制數(shù)十六進制數(shù)910019101010A111011B121100C131101D141110E151111F161000010十進制、二進制、十六進制數(shù)比較表 1. 各種進制整數(shù)轉(zhuǎn)換為十進制數(shù) 2. 十進制整數(shù)轉(zhuǎn)換為二進制數(shù) 3. 十進制整數(shù)轉(zhuǎn)換為十六進制數(shù) 4. 二進制整數(shù)與十六進制整數(shù)之間的相互 轉(zhuǎn)換 （1）二進制整數(shù)轉(zhuǎn)換為十六進制數(shù) （2）十六進制整數(shù)轉(zhuǎn)換為二進制數(shù) 二進制數(shù)、十六進制數(shù)轉(zhuǎn)換成十進

16、制數(shù)的方法是：把二進制數(shù)、十六進制數(shù)按權(quán)位和展開。1.3.2 不同進制數(shù)之間的轉(zhuǎn)換 1. 各種進制整數(shù)轉(zhuǎn)換為十進制數(shù) 2. 十進制整數(shù)轉(zhuǎn)換為二進制數(shù) 3. 十進制整數(shù)轉(zhuǎn)換為十六進制數(shù) 4. 二進制整數(shù)與十六進制整數(shù)之間的相互 轉(zhuǎn)換 （1）二進制整數(shù)轉(zhuǎn)換為十六進制數(shù) （2）十六進制整數(shù)轉(zhuǎn)換為二進制數(shù)1.3.2 不同進制數(shù)之間的轉(zhuǎn)換 方法：整數(shù)部分轉(zhuǎn)換采用“除取余法”； 小數(shù)部分轉(zhuǎn)換采用“乘取整法”。 1. 各種進制整數(shù)轉(zhuǎn)換為十進制數(shù) 2. 十進制整數(shù)轉(zhuǎn)換為二進制數(shù) 3. 十進制整數(shù)轉(zhuǎn)換為十六進制數(shù) 4. 二進制整數(shù)與十六進制整數(shù)之間的相互轉(zhuǎn)換 1.3.2 不同進制數(shù)之間的轉(zhuǎn)換 方法：整數(shù)部分轉(zhuǎn)換

17、采用“除16取余法”； 小數(shù)部分轉(zhuǎn)換采用“乘16取整法”。 1. 各種進制整數(shù)轉(zhuǎn)換為十進制數(shù) 2. 十進制整數(shù)轉(zhuǎn)換為二進制數(shù) 3. 十進制整數(shù)轉(zhuǎn)換為十六進制數(shù) 4. 二進制整數(shù)與十六進制整數(shù)之間的相互轉(zhuǎn)換 1.3.2 不同進制數(shù)之間的轉(zhuǎn)換 由于一位十六進制數(shù)相當(dāng)于四位二進制數(shù)，因此，要將十六進制數(shù)轉(zhuǎn)換成二進制數(shù)時，只需以小數(shù)點為界，向左或向右每一位十六進制數(shù)用相應(yīng)的四位二進制數(shù)取代即可。如果不足四位，可用零補足。 反之，二進制數(shù)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的十六進制數(shù)，只是上述方法的逆過程，即以小數(shù)點為界，向左或向右每四位 二進制數(shù)用相應(yīng)的一位十六進制數(shù)取代即可。1.4 計算機中使用的編碼1. 二一十進制編碼在

18、二一十進制編碼中最常用的是BCD碼。BCD碼共有10個編碼，即二進制數(shù)00001001，分別對應(yīng)十進制09。2. ASC碼ASC碼是“美國信息交換標(biāo)準(zhǔn)代碼”的簡稱。是一個16行8列的矩陣。常用十進制數(shù)或十六進制數(shù)來表示ASC碼。如：字符A的ASC碼用十進制數(shù)表示為65，用十六進制數(shù)表示為41H。BCD碼BCD碼就是用二進制編碼表示十進制數(shù)。 8421BCD碼 十進制數(shù) 8421BCD碼 十進制數(shù) 8421BCD碼 00000501011000160110200107011130011810004010091001 8421BCD編碼表 例 6 寫出69.25的BCD碼。 根據(jù)前表 , 可直接寫

19、出相應(yīng)的BCD碼: 69.25 =（01101001.00100101）BCD 8421BCD碼的運算 運算方法：將每組BCD碼按二進制規(guī)則相加；如果某組4位二進制相加之和大于1001B（9）或者有進位，則需要對該組進行加6修正。 例7 十進制加法及BCD碼加法對照實例（1） 十進制加法BCD碼加法按二進制相加十進制調(diào)整（加6） 58+ 34 92 0101 1000 + 0011 0100 1000 1100 大于9 1000 1100 + 0000 0110 1000 0010 29+ 48 77 0010 1001 + 0100 1000 0111 0001 有進位 0111 0001

20、+ 0000 0110 0111 0111例7 十進制加法及BCD碼加法對照實例（2） 十進制加法BCD碼加法按二進制相加十進制調(diào)整（加6） 92+ 89 181 1001 0010 + 1000 1001 10001 1011 有進位 大于9 10001 1011 + 0110 0110 11000 0001 42+ 33 75 0100 0010 + 0011 0011 0111 0101 不需調(diào)整ASCII碼 ASCII碼是美國標(biāo)準(zhǔn)信息交換碼，是計算機中最通用的字符信息編碼。ASCII碼通常是7位編碼，第8位通常作為奇偶校驗位。7位編碼包括26個英文大小寫字母，09十個十進制碼以及其他一些專用字符和控制字符等，共128種 。 ASCII字符編碼表 高3位 低4位0000010100111001011101110000NULDELSP0Pp0001SOHDC1!1AQaq0010STXDC2“2BRbr0011ETXDC33CScs0100EOTDC4$4DTdt0101ENQNAK%5EUeu0110ACKSYN&6FVfv0111BELETB7GWgw1000BSCAN(8HXhx習(xí)題與思考： 1 將無符號二進制數(shù)01101101B轉(zhuǎn)換為十進制數(shù) 其值為 。 2 213= B = H。