什么是單片機(jī)

關(guān)于什么是單片機(jī)第一頁(yè)，共四十三頁(yè)，2022年，8月28日1.1什么是單片機(jī)單片微型計(jì)算機(jī)簡(jiǎn)稱(chēng)單片機(jī)。由于它的結(jié)構(gòu)及功能均按工業(yè)控制要求設(shè)計(jì)，所以又稱(chēng)單片微控制器（singlechipMicrocontroller）。它是將組成微型計(jì)算機(jī)機(jī)所必須的部件（中央處理器CPU、程序存貯器（ROM)、數(shù)據(jù)存貯器（RAM)、輸入/輸出（I/O)接口、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、串行口、系統(tǒng)總線等）集成在一個(gè)超大規(guī)模集成電路芯片上。只要外加少許電子零件便可以構(gòu)成一套簡(jiǎn)易的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，故又稱(chēng)單片微型計(jì)算機(jī)（singlechipMicrocomputer）第二頁(yè)，共四十三頁(yè)，2022年，8月28日單片機(jī)與個(gè)人PC機(jī)相比較優(yōu)點(diǎn)：使用單片機(jī)做設(shè)計(jì)，降低硬件成本；體積小，適合設(shè)計(jì)小型而且較簡(jiǎn)單的控制系統(tǒng)。缺點(diǎn)：由于單片機(jī)芯片設(shè)計(jì)及制造技術(shù)方面的原因，在有限的芯片上無(wú)法設(shè)計(jì)出太多的內(nèi)存空間，因此單片機(jī)上的ROM及RAM的容量都比較小。第三頁(yè)，共四十三頁(yè)，2022年，8月28日1.2單片機(jī)的特點(diǎn)（1）體積小、重量輕、功耗低、功能強(qiáng)、性?xún)r(jià)比高?？汕度敫鞣N設(shè)備中組成以之為核心的嵌入式系統(tǒng)。（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(dòng)控制等場(chǎng)合，又可用于測(cè)量?jī)x器、醫(yī)療儀器及家用電器等領(lǐng)域。第四頁(yè)，共四十三頁(yè)，2022年，8月28日單片機(jī)的種類(lèi)按功能分類(lèi)1.基本型2.增強(qiáng)型3.低功耗型4.高級(jí)語(yǔ)言型5.可編程計(jì)數(shù)陣列（PCA）型6.A/D型7.DMA型8.多并行口型第五頁(yè)，共四十三頁(yè)，2022年，8月28日按ROM的配置狀態(tài)分類(lèi)1.片內(nèi)ROM狀態(tài)2.片內(nèi)EPROM狀態(tài)3.片內(nèi)無(wú)ROM狀態(tài)4.一次性可編程ROM（OTP）5.片內(nèi)FLASH存儲(chǔ)器配置第六頁(yè)，共四十三頁(yè)，2022年，8月28日按品牌（廠家）分類(lèi)1.Intel—MCS-5，MCS-96系列2.Motorola—68HCXX系列3.Atmel—AT89C系列（80C31內(nèi)核）4.Philips—P87、P89系列（8051內(nèi)核）5.Microchip6.Zilog7.Texas8.Siemens第七頁(yè)，共四十三頁(yè)，2022年，8月28日主流產(chǎn)品——Intel單片機(jī)主流字長(zhǎng)——8位機(jī)基礎(chǔ)語(yǔ)言——匯編語(yǔ)言核心技術(shù)穩(wěn)定教學(xué)機(jī)型/典型代表：MCS-51系列（含MCS-52）第八頁(yè)，共四十三頁(yè)，2022年，8月28日1.3

單片機(jī)的發(fā)展與應(yīng)用第一代（1974-1976）：1974年美國(guó)仙童公司生產(chǎn)第一個(gè)4位單片機(jī)F8問(wèn)世。發(fā)展了4位機(jī)，多用于家用電器、計(jì)算器、玩具。一、單片機(jī)的歷史第三代（1980-1983）：為高級(jí)8位機(jī)階段，發(fā)展了高性能8位機(jī)，代表產(chǎn)品：MCS-51系列。普遍帶串口，有多級(jí)中斷處理系統(tǒng)，多個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，片內(nèi)ROM、RAM容量加大。尋址范圍可達(dá)64KB。有的帶A/D轉(zhuǎn)換器。用于智能終端、局部網(wǎng)絡(luò)接口。第二代（1976-1980）為初級(jí)8位機(jī)階段，發(fā)展了各種中、低檔8位機(jī)。代表產(chǎn)品：Intel8048。片內(nèi)含有多個(gè)8位并行I/O接口、一個(gè)8位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，尋址范圍不大于4KB，無(wú)串口?？蓾M足一般工業(yè)控制和智能化儀表需要。第四代：1983年以后，16位單片機(jī)階段。發(fā)展了MCS-96系列16位機(jī)，功能強(qiáng)大，價(jià)格迅速下降。片內(nèi)含有A/D、可用于電機(jī)控制；網(wǎng)絡(luò)通訊能力增強(qiáng)。第九頁(yè)，共四十三頁(yè)，2022年，8月28日單片機(jī)經(jīng)歷了一位、4位、8位、16位及32位的發(fā)展階段，世界上一些著名的半導(dǎo)體器件廠家都開(kāi)發(fā)了單片機(jī)如Intel、Motorola、Zilog、Philips等。單片機(jī)的品種日益增加，在眾多的通用型單片機(jī)里，以Intel公司的MCS系列單片機(jī)最為著名。MCS-51單片機(jī)是目前世界上應(yīng)用最為廣泛的單片機(jī)系列。從最早的8031、8051、8751到后來(lái)的89C51、89C2051，兼容MCS-51結(jié)構(gòu)和指令.但具有各種新特性的單片機(jī)層出不窮，幾乎所以單片機(jī)廠家的產(chǎn)品中都可以找到兼容MCS-51的成員，熟悉了MCS-51系列的編程和應(yīng)用就意味著擁有了一個(gè)龐大的單片機(jī)家族，可以適合絕大多數(shù)單片機(jī)應(yīng)用場(chǎng)合第十頁(yè)，共四十三頁(yè)，2022年，8月28日二、單片機(jī)的發(fā)展?fàn)顩r1、CPU的改進(jìn)采用雙CPU結(jié)構(gòu)，以提高處理能力。例：Rockwell公司的R6500/21和R65c29增加數(shù)據(jù)總線寬度例：NEC公司的uPD-7800將ALU作成16位運(yùn)算部件，內(nèi)部采用16位數(shù)據(jù)總線。采用流水線結(jié)構(gòu)，具有很高的運(yùn)算速度串行總線結(jié)構(gòu)I2C和DDB三條數(shù)據(jù)總線代替現(xiàn)行的8位數(shù)據(jù)總線，從而大量減少單片機(jī)引線，降低成本。例：非力普公司的MAB8420、SCC83C512、存儲(chǔ)器的發(fā)展主要解決容量、ROM的易寫(xiě)、不丟以及軟件保密等。第十一頁(yè)，共四十三頁(yè)，2022年，8月28日單片機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域3、片內(nèi)I/O的狀況一般單片機(jī)都有較多并行口，以滿足外圍設(shè)備、芯片擴(kuò)展電路的需求，中高檔機(jī)還配有串口，以滿足多機(jī)通訊功能要求。（1）傳感器接口；(2)各種工業(yè)對(duì)象的電氣接口；（3）驅(qū)動(dòng)的功率接口；（4）人機(jī)對(duì)化接口；（5）通訊網(wǎng)絡(luò)接口。

高速I(mǎi)/O能力、中斷處理能力、A/D、D/A的速度和精度、位操作能力、功率驅(qū)動(dòng)能力、程序運(yùn)行監(jiān)控能力、信號(hào)實(shí)時(shí)處理能力等。4、片內(nèi)集成更多的外圍功能器件。A/D、D/A、DMA控制器、頻率合成器、聲音發(fā)生器、譯碼驅(qū)動(dòng)器、CRT控制器等。5、半導(dǎo)體工藝技術(shù)的發(fā)展集成度提高（0.6um工藝）低功耗化（CMOS）總之將向高性能、高可靠性、網(wǎng)絡(luò)化、低電壓、低功耗、低噪音、低成本的方向發(fā)展。第十二頁(yè)，共四十三頁(yè)，2022年，8月28日單片機(jī)的出現(xiàn)是計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展史上的一個(gè)重要里程碑，單片機(jī)的誕生標(biāo)志著計(jì)算機(jī)正式形成了通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)兩大分支。單片機(jī)的微小體積和極低的成本，使其可廣泛地嵌入到如儀器儀表、工業(yè)控制單元、汽車(chē)電子系統(tǒng)、辦公自動(dòng)化設(shè)備、家用電器、機(jī)器人、個(gè)人信息終端及通信產(chǎn)品中，成為現(xiàn)代電子系統(tǒng)中最重要的智能化工具。

第十三頁(yè)，共四十三頁(yè)，2022年，8月28日單片機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域1.單片機(jī)在智能儀器儀表中的應(yīng)用；

2.單片機(jī)在工業(yè)測(cè)控中的應(yīng)用；

3.單片機(jī)在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和通訊技術(shù)中的應(yīng)用；

4.單片機(jī)在日常生活及家電中的應(yīng)用；

5.單片機(jī)在辦公自動(dòng)化方面。

第十四頁(yè)，共四十三頁(yè)，2022年，8月28日第十五頁(yè)，共四十三頁(yè)，2022年，8月28日遙控機(jī)器人在進(jìn)行滅火演習(xí)點(diǎn)焊第十六頁(yè)，共四十三頁(yè)，2022年，8月28日一個(gè)液晶顯示的數(shù)字式電腦溫度計(jì)第十七頁(yè)，共四十三頁(yè)，2022年，8月28日出租車(chē)計(jì)價(jià)器及電子稱(chēng)第十八頁(yè)，共四十三頁(yè)，2022年，8月28日第十九頁(yè)，共四十三頁(yè)，2022年，8月28日微計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概念圖1-1微處理器、微計(jì)算機(jī)和微計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的關(guān)系第二十頁(yè)，共四十三頁(yè)，2022年，8月28日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(shū)寫(xiě)約定1.4.6計(jì)算機(jī)中數(shù)的表示1.4.7計(jì)算機(jī)常用編碼第二十一頁(yè)，共四十三頁(yè)，2022年，8月28日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?；鶖?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(hào)，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。第二十二頁(yè)，共四十三頁(yè)，2022年，8月28日1.4.2二進(jìn)制數(shù)（用B表示）以2為基數(shù)的數(shù)制稱(chēng)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(lái)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(jiǎn)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。第二十三頁(yè)，共四十三頁(yè)，2022年，8月28日1.4.3十六進(jìn)制數(shù)（用H表示）為了書(shū)寫(xiě)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(xiě)形式。十進(jìn)制數(shù)、二進(jìn)制數(shù)、十六進(jìn)制數(shù)的對(duì)照表如表1-1所示。在計(jì)數(shù)時(shí)，逢十六進(jìn)一，這樣書(shū)寫(xiě)長(zhǎng)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)。第二十四頁(yè)，共四十三頁(yè)，2022年，8月28日表1-1十進(jìn)制數(shù)、二進(jìn)制數(shù)、十六進(jìn)制數(shù)對(duì)照表第二十五頁(yè)，共四十三頁(yè)，2022年，8月28日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(kāi)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)。第二十六頁(yè)，共四十三頁(yè)，2022年，8月28日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)第二十七頁(yè)，共四十三頁(yè)，2022年，8月28日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(kāi)始，每四位一組，然后將其轉(zhuǎn)換為對(duì)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(kāi)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)。第二十八頁(yè)，共四十三頁(yè)，2022年，8月28日二進(jìn)制與十進(jìn)制、十六進(jìn)制的轉(zhuǎn)換有專(zhuān)用的計(jì)算器。采用電腦，這時(shí)你可以點(diǎn)擊開(kāi)始然后點(diǎn)擊程序再點(diǎn)附件這時(shí)我們會(huì)看到有一個(gè)計(jì)算器的程序，我們點(diǎn)擊一下計(jì)算器，這時(shí)一個(gè)計(jì)算器的操作界面就出來(lái)了。如果你看到的是一個(gè)跟我們普通計(jì)算器一樣的界面，這時(shí)你還需要進(jìn)行一個(gè)小小的設(shè)定，點(diǎn)擊計(jì)算器界面上的查看，這時(shí)會(huì)下拉一個(gè)菜單，即標(biāo)準(zhǔn)型，科學(xué)型，我們選擇科學(xué)型，這時(shí)一個(gè)可進(jìn)行二、十、十六進(jìn)制運(yùn)算的計(jì)算器就出來(lái)了。

第二十九頁(yè)，共四十三頁(yè)，2022年，8月28日1.4.5數(shù)制書(shū)寫(xiě)約定在書(shū)寫(xiě)計(jì)算機(jī)程序時(shí)，一般不用基數(shù)作為下標(biāo)來(lái)區(qū)分各種進(jìn)制，而是用相應(yīng)的英文字母作后綴來(lái)表示各種進(jìn)制的數(shù)。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(wú)后綴的數(shù)字為十進(jìn)制數(shù)。

H（Hexadecimal）——表示十六進(jìn)制數(shù)。第三十頁(yè)，共四十三頁(yè)，2022年，8月28日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(hào)位中用0表示正、用1表示負(fù)的二進(jìn)制數(shù)。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=00000000B，[－0]原=10000000B第三十一頁(yè)，共四十三頁(yè)，2022年，8月28日反碼正數(shù)的反碼=原碼；負(fù)數(shù)的反碼=原碼的符號(hào)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=00001101B。又如，x2=－13，[x2]原=[－13]原=10001101B， [x2]反=[－13]反=11110010B。第三十二頁(yè)，共四十三頁(yè)，2022年，8月28日補(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)=[x1]原=01101101B。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第三十三頁(yè)，共四十三頁(yè)，2022年，8月28日2．?dāng)?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(lèi)。其格式如下所示：純整數(shù)表示方法純小數(shù)表示方法數(shù)符尾數(shù)·數(shù)符尾數(shù)·第三十四頁(yè)，共四十三頁(yè)，2022年，8月28日浮點(diǎn)表示法浮點(diǎn)表示法中小數(shù)點(diǎn)的位置是不固定的。任意二進(jìn)制數(shù)N一般可表示為：N=2P×S一個(gè)浮點(diǎn)數(shù)分為階碼和尾數(shù)兩部分，二者各有表示正負(fù)的階符和數(shù)符，常用存儲(chǔ)格式：階符階碼數(shù)符尾數(shù)第三十五頁(yè)，共四十三頁(yè)，2022年，8月28日在微計(jì)算機(jī)中常用的浮點(diǎn)數(shù)表示有：（1）四字節(jié)浮點(diǎn)數(shù)格式（如圖1-2所示），它由一個(gè)字節(jié)指數(shù)（EXP）、三個(gè)字節(jié)尾數(shù)構(gòu)成，共用四個(gè)存儲(chǔ)單元。（2）三字節(jié)浮點(diǎn)數(shù)格式（如圖1-3所示）。第三十六頁(yè)，共四十三頁(yè)，2022年，8月28日?qǐng)D1-2四字節(jié)浮點(diǎn)數(shù)格式

D7D6……D0第一字節(jié)第二字節(jié)第三字節(jié)第四字節(jié)階符Pf