CH單片機(jī)系統(tǒng)基礎(chǔ)知識(shí)實(shí)用

會(huì)計(jì)學(xué)1CH單片機(jī)系統(tǒng)基礎(chǔ)知識(shí)實(shí)用微處理器MPU（MicroprocessorUnit）是集成在同一塊芯片上的具有運(yùn)算和控制功能的中央處理器。微處理器不僅是構(gòu)成微型計(jì)算機(jī)、單片微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、嵌入式系統(tǒng)的核心部件，而且也是構(gòu)成多微處理器系統(tǒng)和現(xiàn)代并行結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)的基礎(chǔ)。BACK第2頁(yè)/共45頁(yè)第1頁(yè)/共45頁(yè)微型計(jì)算機(jī)

由微處理器+大規(guī)模集成電路制成的程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器+輸入/輸出設(shè)備相連接的I/O接口電路構(gòu)成微型計(jì)算機(jī)。微型計(jì)算機(jī)簡(jiǎn)稱MC（microcomputer）。BACK第3頁(yè)/共45頁(yè)第2頁(yè)/共45頁(yè)單片機(jī)單片機(jī)是單片微型計(jì)算機(jī)的簡(jiǎn)稱單片機(jī)是把微處理器（CPU）、一定容量的程序存儲(chǔ)器（ROM）和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM）、輸入/輸出接口（I/O）、時(shí)鐘及其它一些計(jì)算機(jī)外圍電路，通過(guò)總線連接在一起并集成在一個(gè)芯片上，構(gòu)成的微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。其它名稱：微控制器MCU（MicroControllerUnit）嵌入式微控制器（EmbeddedMicrocontroller）

BACK第4頁(yè)/共45頁(yè)第3頁(yè)/共45頁(yè)嵌入式系統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)泛指嵌入于宿主設(shè)備的系統(tǒng)中，嵌入的目的主要是用智能化提升宿主設(shè)備的功能。嵌入式系統(tǒng)是以應(yīng)用技術(shù)產(chǎn)品為核心，以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，以通信技術(shù)為載體，引入各類傳感器，可接入Internet網(wǎng)絡(luò)，以適應(yīng)應(yīng)用環(huán)境的機(jī)電/電子產(chǎn)品。特點(diǎn)：嵌入式微處理器對(duì)實(shí)時(shí)多任務(wù)有很強(qiáng)的支持能力；嵌入式微處理器具有功能很強(qiáng)的存儲(chǔ)區(qū)保護(hù)功能；嵌入式微處理器功耗很低。BACK第5頁(yè)/共45頁(yè)第4頁(yè)/共45頁(yè)SOCSOC是片上系統(tǒng)的簡(jiǎn)稱。SOC是一種高度集成化、固件化的系統(tǒng)集成技術(shù)。使用SOC技術(shù)設(shè)計(jì)系統(tǒng)的核心思想，就是要把整個(gè)應(yīng)用電子系統(tǒng)全部集成在一個(gè)芯片中。使用SOC技術(shù)設(shè)計(jì)應(yīng)用系統(tǒng)時(shí)，除了無(wú)法集成的外部電路或機(jī)械部分以外，其他所有的系統(tǒng)電路全部集成在一起。BACK第6頁(yè)/共45頁(yè)第5頁(yè)/共45頁(yè)1.1.2單片機(jī)的發(fā)展概況

計(jì)算機(jī)是應(yīng)數(shù)值計(jì)算要求而誕生的。長(zhǎng)期以來(lái)，電子計(jì)算機(jī)技術(shù)都是沿著滿足海量高速數(shù)值計(jì)算要求的道路發(fā)展的。直到20世紀(jì)70年代，電子計(jì)算機(jī)在數(shù)字邏輯運(yùn)算、推理、實(shí)際控制方面顯露出非凡能力后，在工業(yè)控制領(lǐng)域才開始對(duì)計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展提出了與傳統(tǒng)海量高速數(shù)值計(jì)算完全不同的要求。第7頁(yè)/共45頁(yè)第6頁(yè)/共45頁(yè)一、單片機(jī)的發(fā)展階段第一階段(1974—76)—初始階段。以4位單片機(jī)為主，功能比較簡(jiǎn)單。如美國(guó)Fairchild公司生產(chǎn)的第一臺(tái)單片機(jī)F8，采用雙片形式，功能簡(jiǎn)單。

第二階段(1976—78)—探索階段。如76年Intel公司生產(chǎn)的MCS-48系列單片機(jī)是第一臺(tái)完全的8位低檔單片機(jī)。此后各種8位單片機(jī)紛紛應(yīng)運(yùn)而生。第三階段(1978—82)——完善階段。提高電路的集成度，增加8位單片機(jī)的功能。如在MCS-48基礎(chǔ)上推出的高檔8位單片機(jī)系列MCS-51。第四階段(1982—90)——鞏固和發(fā)展階段。鞏固發(fā)展8位單片機(jī)、推出16位單片機(jī)、向微控制器發(fā)展，強(qiáng)化了智能控制器的特征。如將ADC、DAC、PWM、WDT、DMA集成到單片機(jī)。第五階段(1990至今)——全面發(fā)展階段。適合不同領(lǐng)域要求的單片機(jī)，如各種高速、大存儲(chǔ)容量、強(qiáng)運(yùn)算能力的8位/16位/32位通用型單片機(jī)，還有用于單一領(lǐng)域的廉價(jià)的專用型單片機(jī)。第8頁(yè)/共45頁(yè)第7頁(yè)/共45頁(yè)二、單片機(jī)技術(shù)發(fā)展方向1)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的發(fā)展方向：巨型化、單片化、網(wǎng)絡(luò)化。

2)單片機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)

內(nèi)部結(jié)構(gòu)集成部件增加系統(tǒng)級(jí)芯片、多核結(jié)構(gòu)低功耗、貼片封裝、寬電源電壓、可低壓工作

增加集成度和提高可靠性技術(shù)采用RISC指令體系結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)流水線作業(yè)

ISP及基于ISP的編程環(huán)境(FLASHROM)

軟件嵌入，與InterNet互聯(lián)BACK第9頁(yè)/共45頁(yè)第8頁(yè)/共45頁(yè)1.1.3單片機(jī)的特點(diǎn)和應(yīng)用特點(diǎn)：1)體積小，成本低，運(yùn)用靈活，性能價(jià)格比高，易產(chǎn)品化；研制周期短，能方便構(gòu)成智能化的控制設(shè)備和儀器。

2)可靠性高，抗干擾性強(qiáng)；BUS大多在內(nèi)部，易采取電磁屏蔽；適用溫度范圍寬，在各種惡劣環(huán)境下都能可靠工作。

3)實(shí)時(shí)控制功能強(qiáng)：實(shí)時(shí)響應(yīng)速度快,可直接操作I/O口。

4)可方便地實(shí)現(xiàn)多機(jī)和分布式控制，提高系統(tǒng)效率和可靠性。

應(yīng)用：1)工業(yè)測(cè)控、 2)智能設(shè)備

3)家用電器、 4)消費(fèi)類電子產(chǎn)品

5)網(wǎng)絡(luò)與通信的智能接口BACK第10頁(yè)/共45頁(yè)第9頁(yè)/共45頁(yè)1.1.4單片機(jī)的系列產(chǎn)品介紹1.8051類單片機(jī)2.Atmel的AT89系列3.Atmel的AVR系列4.Motorola單片機(jī)5.Microchip單片機(jī)BACK第11頁(yè)/共45頁(yè)第10頁(yè)/共45頁(yè)Atmel公司的AT89系列單片機(jī)

AT89系列單片機(jī)不但具有一般MCS-51單片機(jī)的所有特性，而且其Flash程序存儲(chǔ)器可以用電擦除方式瞬間擦除、改寫,寫入單片機(jī)內(nèi)的程序還可以進(jìn)行加密。AT89系列單片機(jī)主要有AT89C51/C2051/1051等型號(hào):AT89C51最為實(shí)用，它不但和8051指令、管腳完全兼容，而且其片內(nèi)含有4KBFlash型程序存儲(chǔ)器，性價(jià)比遠(yuǎn)高于8751。AT89C2051去掉了P0口和P2口，內(nèi)部的Flash程序存儲(chǔ)器也只有2K，封裝形式也由40腳改為20腳。AT89C1051在AT89C2051的基礎(chǔ)上，再次精簡(jiǎn)掉了串口等功能，程序存儲(chǔ)器減小到1KB。

BACK第12頁(yè)/共45頁(yè)第11頁(yè)/共45頁(yè)Atmel公司的AVR單片機(jī)Atmel公司的AVR單片機(jī)，是增強(qiáng)型RISC(精簡(jiǎn)指令集)、內(nèi)載Flash的單片機(jī)。由于采用增強(qiáng)的RISC結(jié)構(gòu)，使其具有高速處理能力，在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)可執(zhí)行復(fù)雜的指令。

AVR單片機(jī)工作電壓為2.7~6.0V，可以實(shí)現(xiàn)耗電最優(yōu)化。BACK第13頁(yè)/共45頁(yè)第12頁(yè)/共45頁(yè)Motorola公司M68HC08系列單片機(jī)

M68HC08系列單片機(jī)，具有速度快、功能強(qiáng)、價(jià)格低、功耗低、指令系統(tǒng)豐富等特點(diǎn)，內(nèi)部程序存儲(chǔ)器采用成熟的Flash存儲(chǔ)器技術(shù)。編程速度快、可靠性高。單一電源電壓供電——片內(nèi)集成電荷泵，可由單一工作電壓在片內(nèi)產(chǎn)生編程電壓。支持在線編程——允許單片機(jī)內(nèi)部運(yùn)行的程序去改寫Flash存儲(chǔ)器內(nèi)容，這樣可代替外部電可擦除存儲(chǔ)器芯片，減少外圍部件，增加嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的方便性。高頻噪聲低，抗干擾能力強(qiáng)。BACK第14頁(yè)/共45頁(yè)第13頁(yè)/共45頁(yè)MicroChip公司單片機(jī)

MicroChip公司的主要產(chǎn)品是PIC16C系列和PIC17C系列8位單片機(jī)，CPU采用RISC結(jié)構(gòu)，分別僅有33、35、58條指令，采用Harvard雙總線結(jié)構(gòu)，運(yùn)行速度快，工作電壓低，低功耗，有較大的輸入/輸出直接驅(qū)動(dòng)能力，價(jià)格低，能一次性編程，體積小，適用于用量大、檔次低、價(jià)格敏感的產(chǎn)品。BACK第15頁(yè)/共45頁(yè)第14頁(yè)/共45頁(yè)1.2單片機(jī)中的數(shù)和編碼1.2.1數(shù)制1.2.2數(shù)制的轉(zhuǎn)換1.2.3原碼、反碼、補(bǔ)碼1.2.4數(shù)的運(yùn)算1.2.5常用的編碼BACK第16頁(yè)/共45頁(yè)第15頁(yè)/共45頁(yè)1.2.1數(shù)制進(jìn)位計(jì)數(shù)制：使用有限個(gè)基本數(shù)碼來(lái)表示數(shù)據(jù)，按進(jìn)位的方法進(jìn)行計(jì)數(shù)。兩大要素：基數(shù)和位權(quán)。二進(jìn)制：以2為基數(shù)的數(shù)制，0和1兩個(gè)數(shù)符十進(jìn)制：以10為基數(shù)的數(shù)制，0,1,2,3,4,5,6,7,8,9等10個(gè)數(shù)符。十進(jìn)制：以16為基數(shù)的數(shù)制，0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,A,B,C,D,E,F等16個(gè)數(shù)符。BACK第17頁(yè)/共45頁(yè)第16頁(yè)/共45頁(yè)1.2.2數(shù)制的轉(zhuǎn)換1101.11B=1×23＋1×22＋0×21＋1×20＋1×2－1

＋1×2－2=13.753BH=3×161＋11×160=591A6CH=1×163＋10×162＋6×161＋12×160=6764第18頁(yè)/共45頁(yè)第17頁(yè)/共45頁(yè)1.2.2數(shù)制的轉(zhuǎn)換除基取余法：把一個(gè)十進(jìn)制整數(shù)依次除以2，并記下每次所得的余數(shù)（1或0），最后所得的余數(shù)的組合即為轉(zhuǎn)換的二進(jìn)制數(shù)。

第一位余數(shù)為L(zhǎng)SB

最后一個(gè)余數(shù)為MSB126D=1111110B第19頁(yè)/共45頁(yè)第18頁(yè)/共45頁(yè)1.2.2數(shù)制的轉(zhuǎn)換十進(jìn)制轉(zhuǎn)換成十六進(jìn)制與十進(jìn)制轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制方法一樣，只是除數(shù)為16而不是2。而余數(shù)是0～F中的任一個(gè)數(shù)。9168D=23D0H第20頁(yè)/共45頁(yè)第19頁(yè)/共45頁(yè)1.2.2數(shù)制的轉(zhuǎn)換乘基取整法：0.318=0.010100010…B第21頁(yè)/共45頁(yè)第20頁(yè)/共45頁(yè)1.2.2數(shù)制的轉(zhuǎn)換101,1011,0110,1010B=7B6AH38AFH=0011,1000,1010,1111BBACK第22頁(yè)/共45頁(yè)第21頁(yè)/共45頁(yè)1.2.3原碼、反碼、補(bǔ)碼計(jì)算機(jī)中，數(shù)的最高位用來(lái)表示正、負(fù)數(shù)。最高位為“0”表示正數(shù)，最高位為“1”表示負(fù)數(shù)。機(jī)器數(shù)：數(shù)據(jù)連同數(shù)碼化的符號(hào)位一起表示的編碼數(shù)。真值：把機(jī)器數(shù)實(shí)際代表的數(shù)稱為機(jī)器數(shù)的真值。機(jī)器數(shù)有三種表示方法：原碼、反碼、補(bǔ)碼。第23頁(yè)/共45頁(yè)第22頁(yè)/共45頁(yè)1．原碼符號(hào)位0表示正數(shù)，1表示負(fù)數(shù)，數(shù)值位保持原樣。8位二進(jìn)制原碼表示的數(shù)的范圍為：－127～＋127。特點(diǎn):（1）正數(shù)的原碼與原來(lái)的數(shù)相同。（2）負(fù)數(shù)的原碼為符號(hào)位置1，而數(shù)值位不變。（3）0的原碼表示法有兩種，即正0和負(fù)0。

[+0]原＝00000000[-0]原＝10000000第24頁(yè)/共45頁(yè)第23頁(yè)/共45頁(yè)2．反碼8位二進(jìn)制反碼表示的數(shù)的范圍為：－127～＋127（1）正數(shù)的反碼=正數(shù)的原碼（2）負(fù)數(shù)的反碼=符號(hào)位為1，數(shù)值位對(duì)原碼按位求反。（3）0在反碼中也有兩種表示法，正0和負(fù)0。[+0]反＝00000000[-0]反＝11111111第25頁(yè)/共45頁(yè)第24頁(yè)/共45頁(yè)3．補(bǔ)碼8位二進(jìn)制補(bǔ)碼表示的數(shù)的范圍為：－128～＋127補(bǔ)碼計(jì)算方法：（1）正數(shù)的補(bǔ)碼=正數(shù)的原碼（2）負(fù)數(shù)的補(bǔ)碼=反碼加1（3）0的補(bǔ)碼表示只有一種：[+0]補(bǔ)=[-0]補(bǔ)＝00000000B（4）比原碼多一種組合，即10000000（-128）其最高位“1”既表示符號(hào)，又表示數(shù)值；補(bǔ)碼的加法規(guī)則是：

[X＋Y]補(bǔ)=[X]補(bǔ)＋[Y]補(bǔ)補(bǔ)碼的減法規(guī)則是：

[X－Y]補(bǔ)=[X]補(bǔ)＋[-Y]補(bǔ)補(bǔ)碼的符號(hào)位作為數(shù)值的一部分，可以參加運(yùn)算第26頁(yè)/共45頁(yè)第25頁(yè)/共45頁(yè)3．補(bǔ)碼求十進(jìn)制數(shù)76－28的運(yùn)算76的2進(jìn)制是0100110028的2進(jìn)制是00011100-28的補(bǔ)碼是11100100第27頁(yè)/共45頁(yè)第26頁(yè)/共45頁(yè)3．補(bǔ)碼求十進(jìn)制數(shù)36－52的運(yùn)算[-16]補(bǔ)=11110000

第28頁(yè)/共45頁(yè)第27頁(yè)/共45頁(yè)原碼、反碼、補(bǔ)碼之間的關(guān)系對(duì)于正數(shù)：[x]原＝[x]反＝[x]補(bǔ)

對(duì)于負(fù)數(shù)：[x]反＝[x]原數(shù)值位取反，符號(hào)位不變。[x]補(bǔ)=[x]反＋1

采取求補(bǔ)運(yùn)算，可以將計(jì)算機(jī)中的減法運(yùn)算轉(zhuǎn)換成加法運(yùn)算，從而節(jié)約了計(jì)算機(jī)的硬件成本。負(fù)數(shù)的補(bǔ)碼如何轉(zhuǎn)換為原碼?BACK第29頁(yè)/共45頁(yè)第28頁(yè)/共45頁(yè)1.2.4數(shù)的運(yùn)算進(jìn)位（CY）：指運(yùn)算結(jié)果最高位D7向更高位有進(jìn)位或借位。溢出（OV）：運(yùn)算結(jié)果超出數(shù)的表示范圍（-128~+127）。1）加法正數(shù)+正數(shù)、負(fù)數(shù)+負(fù)數(shù)：可能產(chǎn)生溢出。正數(shù)+負(fù)數(shù)：不會(huì)溢出，結(jié)果總是正確。2）減法：相當(dāng)于正數(shù)+負(fù)數(shù)，不會(huì)有溢出，結(jié)果正確。溢出的判斷方法：看有沒有破壞符號(hào)位，即觀察CY⊕CS，異或結(jié)果為“1”時(shí)，OV位置1，即溢出。BACK第30頁(yè)/共45頁(yè)第29頁(yè)/共45頁(yè)1.2.5計(jì)算機(jī)中常用的編碼1.ASCⅡ碼

ASCⅡ編碼表（AmericanstandardCodeforinformationinterchange美國(guó)信息交換標(biāo)準(zhǔn)代碼）

ASCⅡ碼用7位二進(jìn)制數(shù)表示，可表達(dá)128個(gè)字符，其中包括數(shù)碼0～9，英文大小寫字母，標(biāo)點(diǎn)符號(hào)和控制字符。

7位ASCⅡ碼分成二組：高3位一組，低4位一組，分別表示這些符號(hào)的列序和行序。第31頁(yè)/共45頁(yè)第30頁(yè)/共45頁(yè)2．BCD（8421）碼

用4位二進(jìn)制數(shù)表示一個(gè)十進(jìn)制數(shù)。因共有24=16種組合狀態(tài)，故可選其中十種編碼來(lái)表示0~9十個(gè)數(shù)字。最常用的編碼方式稱為BCD碼（BinarycodedDecimalCode）。表十進(jìn)制與二進(jìn)制的對(duì)照第32頁(yè)/共45頁(yè)第31頁(yè)/共45頁(yè)BCD碼加法“逢十進(jìn)一”若各位的和均在0～9之間，則其加法運(yùn)算規(guī)則完全同二進(jìn)制數(shù)加法的規(guī)則一樣；若相加后的低4位大于9，或有進(jìn)位，則應(yīng)對(duì)低4位加6修正。類似，高4位加60H修正。例：BCD碼X=59,Y=78,求X+YX=01011001Y=01111000第33頁(yè)/共45頁(yè)第32頁(yè)/共45頁(yè)BCD碼減法BCD碼減法修正的條件和方法是：低4位向高4位借位，或低4位出現(xiàn)非法碼，低4位減6修正；高4位出現(xiàn)非法碼，或高4位向更高的借位，高4位減6修正。例如：BCD碼X=55，Y=38，求X-YX=01010101，Y=00111000BACK第34頁(yè)/共45頁(yè)第33頁(yè)/共45頁(yè)1.3單片機(jī)常用邏輯電路簡(jiǎn)介1.3.1基本門電路1.3.2觸發(fā)器1.3.3寄存器1.3.4計(jì)數(shù)器1.3.5三態(tài)門與緩沖器1.3.6譯碼器BACK第35頁(yè)/共45頁(yè)第34頁(yè)/共45頁(yè)1.3.1基本門電路與門芯片74LS0874LS0974LS1174LS21或門芯片74LS32非門芯片74LS04(六反相器)、74LS05(集電極開路型六反相器)。

與非門芯片74LS0074LS1074LS2074LS3074LS01/03或非門芯片74LS0274LS2774LS25BACK第36頁(yè)/共45頁(yè)第35頁(yè)/共45頁(yè)1.3.2觸發(fā)器1．基本RS觸發(fā)器第37頁(yè)/共45頁(yè)第36頁(yè)/共45頁(yè)1.3.2觸發(fā)器2．D觸發(fā)器第38頁(yè)/共45頁(yè)第37頁(yè)/共45頁(yè)1.3.2觸發(fā)器3