單片機及工程應(yīng)用

單片機及工程應(yīng)用第一頁，共三十五頁，2022年，8月28日各種類型的單片機第二頁，共三十五頁，2022年，8月28日第三頁，共三十五頁，2022年，8月28日第一章緒論1.1微型計算機與單片機微處理器：集成控制器和運算器的一片半導(dǎo)體芯片。微型計算機：微型計算機簡稱微機，它包括一個微處理器及存儲器和連接外設(shè)的接口電路。如個人計算機。單片機：將微型計算機系統(tǒng)所用的大多數(shù)IC芯片集成到一個芯片中?？梢哉J(rèn)為，單片機就是將微型計算機的CPU、存儲器、I/O端口、中斷控制器等全部做在一個芯片中去構(gòu)成的。由于單片機主要用于控制系統(tǒng)，所以有時稱為微控制器，簡稱MCU.第四頁，共三十五頁，2022年，8月28日微型機的發(fā)展概況電子計算機技術(shù)的發(fā)展，相繼經(jīng)歷了五個時代：

1電子管計算機；

2晶體管計算機；

3集成電路計算機；

4大規(guī)模集成電路計算機；

5超大規(guī)模集成電路計算機；目前：隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)的不斷發(fā)展，導(dǎo)致微型機向兩個方向發(fā)展：第五頁，共三十五頁，2022年，8月28日一是向高速度，大容量，多媒體和網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用等方向發(fā)展。二是向穩(wěn)定可靠，體積小，功耗低，價格廉，專用型方向發(fā)展。第六頁，共三十五頁，2022年，8月28日1.1.3單片機的發(fā)展概況：單片機技術(shù)發(fā)展過程可分為三個主要階段：

◆單芯片微機形成階段

1976年，Intel公司推出了MCS-48系列單片機。他是8位CPU、1K字節(jié)ROM、64字節(jié)RAM、27根I/O線和1個8位定時/計數(shù)器。特點是：存儲器容量較小，尋址范圍?。ú淮笥?K），無串行接口，指令系統(tǒng)功能不強。第七頁，共三十五頁，2022年，8月28日◆性能完善提高階段

1980年，Intel公司推出了MCS-51系列單片機：8位CPU、4K字節(jié)ROM、128字節(jié)RAM、4個8位并口、1個全雙工串行口、2個16位定時/計數(shù)器。尋址范圍64K，并有控制功能較強的布爾處理器。特點是：結(jié)構(gòu)體系完善，性能已大大提高，面向控制的特點進一步突出?，F(xiàn)在，MCS-51已成為公認(rèn)的單片機經(jīng)典機種。第八頁，共三十五頁，2022年，8月28日◆微控制器化階段1982年，Intel推出MCS-96系列單片機。芯片內(nèi)集成：16位CPU、8K字節(jié)ROM、232字節(jié)RAM、5個8位并口、1個全雙工串行口、2個16位定時/計數(shù)器。尋址范圍64K。片上還有8路10位ADC、1路PWM輸出及高速I/O部件等。特點是：片內(nèi)面向測控系統(tǒng)外圍電路增強，使單片機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)單片機的本質(zhì)。第九頁，共三十五頁，2022年，8月28日MCS-51系列（1）MCS-51是Intel公司生產(chǎn)的一個單片機系列名稱。屬于這一系列的單片機有多種，如：

﹡8051/8751/8031；

﹡8052/8752/8032；

﹡80C51/87C51/80C31

﹡80C52/87C52/80C32等

。第十頁，共三十五頁，2022年，8月28日該系列生產(chǎn)工藝有兩種一是HMOS工藝（高密度短溝道MOS工藝）。二是CHMOS工藝（互補金屬氧化物的HMOS工藝）。

CHMOS是CMOS和HMOS的結(jié)合，既保持了HMOS高速度和高密度的特點，還具有CMOS的低功耗的特點。在產(chǎn)品型號中凡帶有字母“C”的即為CHMOS芯片，CHMOS芯片的電平既與TTL電平兼容，又與CMOS電平兼容。第十一頁，共三十五頁，2022年，8月28日在功能上，該系列單片機有基本型和增強型兩大類：基本型：8051/8751/803180C51/87C51/80C31增強型：8052/8752/803280C52/87C52/80C32第十二頁，共三十五頁，2022年，8月28日在片內(nèi)程序存儲器的配置上，該系列單片機有三種形式，即掩膜ROM、EPROM和ROMLess(無片內(nèi)程序存儲器)。如﹡80C51有4K字節(jié)的掩膜ROM；﹡87C51有4K字節(jié)的EPROM；﹡80C31在芯片內(nèi)無程序存儲器。第十三頁，共三十五頁，2022年，8月28日80C51典型產(chǎn)品資源配置第十四頁，共三十五頁，2022年，8月28日1.2單片機的應(yīng)用◆智能儀器儀表

單片機用于各種儀器儀表，一方面提高了儀器儀表的使用功能和精度，使儀器儀表智能化，同時還簡化了儀器儀表的硬件結(jié)構(gòu)，從而可以方便地完成儀器儀表產(chǎn)品的升級換代。如各種智能電氣測量儀表、智能傳感器等。第十五頁，共三十五頁，2022年，8月28日機電一體化產(chǎn)品機電一體化產(chǎn)品是集機械技術(shù)、微電子技術(shù)、自動化技術(shù)和計算機技術(shù)于一體，具有智能化特征的各種機電產(chǎn)品。單片機在機電一體化產(chǎn)品的開發(fā)中可以發(fā)揮巨大的作用。典型產(chǎn)品如機器人、數(shù)控機床、自動包裝機、點鈔機、醫(yī)療設(shè)備、打印機、傳真機、復(fù)印機等。第十六頁，共三十五頁，2022年，8月28日

智能家電

DVD/VCD其他數(shù)碼相機玩具網(wǎng)關(guān)、網(wǎng)絡(luò)家電智能玩具

移動圖像終端

TFTLCD電視第十七頁，共三十五頁，2022年，8月28日實時工業(yè)控制單片機還可以用于各種物理量的采集與控制。電流、電壓、溫度、液位、流量等物理參數(shù)的采集和控制均可以利用單片機方便地實現(xiàn)。在這類系統(tǒng)中，利用單片機作為系統(tǒng)控制器，可以根據(jù)被控對象的不同特征采用不同的智能算法，實現(xiàn)期望的控制指標(biāo)，從而提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。典型應(yīng)用如電機轉(zhuǎn)速控制、溫度控制、自動生產(chǎn)線等。第十八頁，共三十五頁，2022年，8月28日分布式系統(tǒng)的前端模塊

在較復(fù)雜的工業(yè)系統(tǒng)中，經(jīng)常要采用分布式測控系統(tǒng)完成大量的分布參數(shù)的采集。在這類系統(tǒng)中，采用單片機作為分布式系統(tǒng)的前端采集模塊，系統(tǒng)具有運行可靠，數(shù)據(jù)采集方便靈活，成本低廉等一系列優(yōu)點。家用電器家用電器是單片機的又一重要應(yīng)用領(lǐng)域，前景十分廣闊。如空調(diào)器、電冰箱、洗衣機、電飯煲、高檔洗浴設(shè)備、高檔玩具等。第十九頁，共三十五頁，2022年，8月28日第二章MCS-51單片機的基本結(jié)構(gòu)主要內(nèi)容★單片機中數(shù)的表示方式：二進制、十進制和十六進制數(shù)二進制、十進制和十六進制數(shù)之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系★有符號數(shù)的表示方法：原碼，反碼和補碼。★

BCD碼ASCII碼及各種邏輯數(shù)據(jù)重點和難點：★各種數(shù)制之間的轉(zhuǎn)換★有符號數(shù)的運算關(guān)系第二十頁，共三十五頁，2022年，8月28日引言:●

十進制數(shù)是人們習(xí)慣使用的進制?！裼嬎銠C只能“識別”二進制數(shù)?！駷榱藭鴮懞妥R讀方便，計算機程序需要用十六進制數(shù)表示。●十進制數(shù)、二進制數(shù)、十六進制數(shù)之間的關(guān)系、相互轉(zhuǎn)換和運算方法，是學(xué)習(xí)計算機必備的基礎(chǔ)知識。第二十一頁，共三十五頁，2022年，8月28日2.1、二進制、十進制和十六進制數(shù)⒈十進制數(shù)主要特點：①基數(shù)是10。有10個數(shù)碼（數(shù)符）構(gòu)成：

0、1、2、3、4、5、6、7、8、9。②進位規(guī)則是“逢十進一”?！纠?/p>

1234.56

=1×103+2×102+3×101+4×100+5×10-1+6×10-2

=1000+200+30+4+0.5+0.06

上述，103、102、101、100、10-1、10-2

稱為十進制數(shù)各數(shù)位的“權(quán)”。第二十二頁，共三十五頁，2022年，8月28日⒉二進制數(shù)

主要特點：①基數(shù)是2。只有兩個數(shù)碼：0和1。②進位規(guī)則是“逢二進一”。每左移一位,數(shù)值增大一倍；右移一位,數(shù)值減小一半。

二進制數(shù)用尾綴B作為標(biāo)識符?！纠?11.11B=1×22+1×21+1×20+1×2-1+1×2-2=7.75

其中，22、21、20、2-1、2-2

稱為二進制數(shù)各數(shù)位的“權(quán)”

第二十三頁，共三十五頁，2022年，8月28日3十六進制數(shù)

主要特點：①基數(shù)是16。共有16個數(shù)符構(gòu)成：

0、1、…、9、A、B、C、D、E、F。其中，

A、B、C、D、E、F代表的數(shù)值分別為

10、11、12、13、14、15。②進位規(guī)則是“逢十六進一”。十六進制數(shù)用尾綴H表示?！纠緼3.4H

=10×161+3×160+4×16-1

=160+3+0.25

=163.25

其中，163、162、161、160、16-1、16-2

稱為十六進制數(shù)各數(shù)位的“權(quán)”。第二十四頁，共三十五頁，2022年，8月28日十六進制數(shù)、二進制數(shù)和十進制數(shù)對應(yīng)關(guān)系表十進制數(shù)十六進制數(shù)二進制數(shù)十進制數(shù)十六進制數(shù)二進制數(shù)000H0000B110BH1011B101H0001B120CH1100B202H0010B130DH1101B303H0011B140EH1110B404H0100B150FH1111B505H0101B1610H00010000B606H0110B1711H00010001B707H0111B1812H00010010B808H1000B1913H00010011B909H1001B2014H00010100B100AH1010B2115H00010101B十六進制數(shù)、二進制數(shù)和十進制數(shù)對應(yīng)關(guān)系表第二十五頁，共三十五頁，2022年，8月28日2.2、數(shù)制轉(zhuǎn)換

⒈二進制數(shù)與十六進制數(shù)相互轉(zhuǎn)換

⑴二進制數(shù)轉(zhuǎn)換成十六進制數(shù)

①整數(shù)部分：

自右向左，四位一組，不足四位，向左填零，各部分用相應(yīng)的十六進制數(shù)替代；

②小數(shù)部分：

自左向右，四位一組，不足四位，向右填零，各部分用相應(yīng)的十六進制數(shù)替代；

第二十六頁，共三十五頁，2022年，8月28日十六進制數(shù)轉(zhuǎn)換成二進制數(shù)每位十六進制數(shù)分別用相應(yīng)4位二進制數(shù)替代。二進制十六進制二進制十六進制00000100080001110019001021010100011310111101004110012010151101130110611101401117111115第二十七頁，共三十五頁，2022年，8月28日⒊十進制數(shù)轉(zhuǎn)換成二進制數(shù)、十六進制數(shù)⑴整數(shù)部分的轉(zhuǎn)換①十進制整數(shù)轉(zhuǎn)換成二進制整數(shù)的方法：

除2取余法②十進制數(shù)整數(shù)轉(zhuǎn)換成十六進制數(shù)的方法：

除16取余法⑵小數(shù)部分的轉(zhuǎn)換①十進制小數(shù)轉(zhuǎn)換成二進制小數(shù)的方法：

乘2取整法②十進制小數(shù)轉(zhuǎn)換成十六進制小數(shù)的方法：

乘16取整法第二十八頁，共三十五頁，2022年，8月28日2.3有符號數(shù)的表示方法：原碼、反碼和補碼數(shù)的正負(fù)表示形式：

D7=1表示負(fù)數(shù)，D7=0表示正數(shù)。D7D6D5D4D3D2D1D0

符號位數(shù)值位第二十九頁，共三十五頁，2022年，8月28日在計算機中，機器數(shù)有三種表示方法：即原碼、反碼和補碼微型計算機的原碼形式就是機器數(shù)形式。他們的最高位為符號位，其余為數(shù)值位。①對于正數(shù)：②對于負(fù)數(shù)：[X]反=[X]原數(shù)值位取反，符號位不變。[X]補=[X]反

+1[X]原=[X]反=[X]補采取補碼運算，可以將減法轉(zhuǎn)換成加法運算。第三十頁，共三十五頁，2022年，8月28日2.4非數(shù)值數(shù)據(jù)一邏輯數(shù)據(jù)

邏輯數(shù)據(jù)只能參加邏輯運算?；镜倪壿嬤\算包括與，或，非三種運算。與運算的規(guī)則是：參加運算的兩個數(shù)據(jù)同為1時結(jié)果才為1?；蜻\算的規(guī)則是：參加運算的兩個數(shù)據(jù)只要有一個為1，結(jié)果就為1。非運算是指：取反，原來是1非完之后就是0。第三十一頁，共三十五頁，2022年，8月28日二、8421BCD碼

8421BCD碼稱為二-十進制數(shù)或簡稱BCD碼(BinaryCodedDecimalCode)，用標(biāo)識符[……]BCD表示。特點：保留了十進制的權(quán)，每一位十進制數(shù)字則用二進制碼表示。⒈編碼方法

二-十進制數(shù)是十進制數(shù)，逢十進一，只是數(shù)符0～9用4位二進制碼0000～1001表示而已；

每4位以內(nèi)按二進制進位；

4位與4位之間按十進制進位。

⒉轉(zhuǎn)換關(guān)系

⑴BCD碼與十進制數(shù)相互轉(zhuǎn)換關(guān)系

⑵BCD碼與二進制數(shù)相互轉(zhuǎn)換關(guān)系

BCD碼與二進制數(shù)之間不能直接相互轉(zhuǎn)換，通常要先轉(zhuǎn)換成十進制數(shù)。

第三十二頁，共三十五頁，2022年，8月28日【例】將二進制數(shù)01000011B轉(zhuǎn)換成BCD碼。解：01000011B=67=[01100111]BCD

需要指出的是:

決不能把[01100111]BCD誤認(rèn)為二進制碼01100111B，二進制