第1章 基礎(chǔ)知識(shí)(單片機(jī))

第1章單片機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)本章要點(diǎn)單片機(jī)的特點(diǎn)及其應(yīng)用MCS－51系列單片機(jī)簡(jiǎn)介數(shù)制及編碼單片機(jī)技術(shù)的應(yīng)用遍布國(guó)民經(jīng)濟(jì)與人民生活的各個(gè)領(lǐng)域一、電子元器件的發(fā)展二、單片機(jī)的發(fā)展單片機(jī)是應(yīng)工業(yè)測(cè)控的需要而誕生的,它的結(jié)構(gòu)與指令功能都是按照工業(yè)控制要求設(shè)計(jì)的,故又稱單片微控制器。

單片機(jī)為單片微型計(jì)算機(jī)，又稱為微控制器MCU（MicroControllerUnit）：把CPU、RAM、I/O接口、定時(shí)計(jì)數(shù)器等功能模塊集成在一塊芯片上。

單片機(jī)仍處在初級(jí)的發(fā)展階段，元件集成規(guī)模還比較小，功能比較簡(jiǎn)單，一般均把CPU、RAM，有的還包括了一些簡(jiǎn)單的I/O口集成到芯片上，它還需配上外圍的其他處理電路方才構(gòu)成完整的計(jì)算系統(tǒng)。類似的單片機(jī)還有Zilog公司的Z80微處理器。1946:第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)誕生；1971:美國(guó)Intel公司設(shè)計(jì)出四位微處理器；1973:

TI(德州儀器）公司注冊(cè)了世界上第一個(gè)單片機(jī)專利；1、單片機(jī)誕生于20世紀(jì)70年代TI公司推出TMS1000單片機(jī)TI公司高速反雷達(dá)導(dǎo)航器INTEL公司推出了MCS-48單片機(jī)，起到8位機(jī)的引領(lǐng)和帶頭作用，Zilog公司的Z80系列在其帶領(lǐng)下產(chǎn)生的。2、發(fā)展成熟階段1980年以后，INTEL公司推出MCS-51系列單片機(jī)。這是一款公認(rèn)的8位經(jīng)典的單片機(jī)，8位微處理器（CPU），128B的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM），4kB的程序存儲(chǔ)器（ROM），片內(nèi)集成了布爾處理器（位處理功能）。

3、微控制化階段1982年以后，16位單片機(jī)問世，代表產(chǎn)品是INTEL公司的MCS-96系列，16位單片機(jī)比起8位機(jī)，數(shù)據(jù)寬度增加了一倍，實(shí)時(shí)處理能力更強(qiáng)，主頻更高，集成度達(dá)到了12萬只晶體管，RAM增加到了232字節(jié)，ROM則達(dá)到了8kB，并且有8個(gè)中斷源，同時(shí)配置了多路的A/D轉(zhuǎn)換通道，高速的I/O處理單元，適用于更復(fù)雜的控制系統(tǒng)。

4、主流產(chǎn)品Philips公司80C51系列Intel公司MCS-51系列ATMEL公司AT89系列…………80C51已經(jīng)成為事實(shí)上的單片機(jī)主流系列，所以本課程就以80C51為研究對(duì)象。三、單片機(jī)的特點(diǎn)和應(yīng)用1.特點(diǎn)（1）體積小，重量輕；（2）可靠性高，運(yùn)行速度快，抗干擾能力強(qiáng)；（3）控制功能強(qiáng)，使用靈活，性價(jià)比高；（4）易擴(kuò)展，易于開發(fā)；（5）受集成度限制，片內(nèi)存儲(chǔ)器容量較小。2.應(yīng)用領(lǐng)域智能儀器儀表；交直流電壓電流表數(shù)字式測(cè)角量位移傳感器單片機(jī)具有體積小、功耗低、控制功能強(qiáng)、擴(kuò)展靈活、微型化和使用方便等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于儀器儀表中，結(jié)合不同類型的傳感器，可實(shí)現(xiàn)諸如電壓、功率、頻率、濕度、溫度、流量、速度、厚度、角度、長(zhǎng)度、硬度、元素、壓力等物理量的測(cè)量。采用單片機(jī)控制使得儀器儀表數(shù)字化、智能化、微型化，且功能比起采用電子或數(shù)字電路更加強(qiáng)大。例如精密的測(cè)量設(shè)備（功率計(jì)，示波器，各種分析儀）。3、機(jī)電一體化產(chǎn)品：工業(yè)過程控制用單片機(jī)可以構(gòu)成形式多樣的控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。例如工廠流水線的智能化管理，電梯智能化控制、各種報(bào)警系統(tǒng)，與計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)構(gòu)成二級(jí)控制系統(tǒng)等。數(shù)控線切割機(jī)床數(shù)控車床家用電器可以這樣說，現(xiàn)在的家用電器基本上都采用了單片機(jī)控制，從電飯褒、洗衣機(jī)、電冰箱、空調(diào)機(jī)、彩電、其他音響視頻器材、再到電子秤量設(shè)備，五花八門，無所不在。

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和通訊領(lǐng)域現(xiàn)代的單片機(jī)普遍具備通信接口，可以很方便地與計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，為在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和通信設(shè)備間的應(yīng)用提供了極好的物質(zhì)條件，現(xiàn)在的通信設(shè)備基本上都實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)智能控制。諸如移動(dòng)電話、樓宇自動(dòng)通信呼叫系統(tǒng)、程控交換機(jī)等等。醫(yī)用設(shè)備醫(yī)用呼吸機(jī)各種分析儀監(jiān)護(hù)儀超聲診斷設(shè)備病床呼叫系統(tǒng)等等電子分析儀

醫(yī)用呼吸機(jī)四、單片機(jī)結(jié)構(gòu)與簡(jiǎn)介微處理器：計(jì)算機(jī)的核心部件（CPU），主要用作運(yùn)算和控制功能。但并不是一個(gè)完整的計(jì)算機(jī)?；窘Y(jié)構(gòu)單片機(jī)系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)CPUABDBCB存儲(chǔ)器接口部件鍵盤顯示器數(shù)碼管打印機(jī)定時(shí)計(jì)數(shù)器MCS-51單片機(jī)是美國(guó)Intel公司于1980年推出的產(chǎn)品，一直到現(xiàn)在，MCS－51系列或其兼容的單片機(jī)仍是應(yīng)用的主流產(chǎn)品，各高校及專業(yè)學(xué)校的培訓(xùn)教材仍以MCS－51單片機(jī)作為代表進(jìn)行理論基礎(chǔ)學(xué)習(xí)。與MCS-48單片機(jī)相比，它的結(jié)構(gòu)更先進(jìn)，功能更強(qiáng)，在原來的基礎(chǔ)上增加了更多的電路單元和指令，指令數(shù)達(dá)111條。MCS－51單片機(jī)(主要包括8031、8051和8751等)主要功能

8位CPU。4KB程序存儲(chǔ)器（ROM）（其中8031內(nèi)部無ROM，8051內(nèi)部有4KBROM，8751內(nèi)部有4KBEPROM）。128B的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM）。32條I/O口線。111條指令，大部分為單字節(jié)指令。21個(gè)專用寄存器。2個(gè)可編程定時(shí)器/計(jì)數(shù)器。5個(gè)中斷源，2個(gè)優(yōu)先級(jí)。1個(gè)全雙工串行通信口。外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器尋址空間為64KB。外部程序存儲(chǔ)器尋址空間為64KB。邏輯操作位尋址功能。雙列直插40PinDIP封裝。單一+5V電源供電。五、數(shù)制及轉(zhuǎn)換（一）常見的數(shù)制二進(jìn)制－－B十進(jìn)制－－D八進(jìn)制－－Q十六進(jìn)制—H十進(jìn)位計(jì)數(shù)制

【例１.1】十進(jìn)制數(shù)2957.5可表示為：2．二進(jìn)位計(jì)數(shù)制【例１.2】二進(jìn)制數(shù)1101.11可表示為：3．八進(jìn)位計(jì)數(shù)制

【例１.３】八進(jìn)制數(shù)1701.61可表示為：4．十六進(jìn)位計(jì)數(shù)制【例１.４】十六進(jìn)制數(shù)1A0B.D1可表示為：（二）數(shù)制轉(zhuǎn)換1.將非十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)

將非十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)的方法只有一個(gè)，即將非十進(jìn)制數(shù)按權(quán)展開相加。（1）二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)【例１.５】1101.11B=1×23+1×22+0×21+1×20+1×2-1+1×2-2=13.75（2）八進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)【例１.６】1101.11Q＝1×83+1×82+0×81+1×80+1×8-1+1×8-2=577.140625（3）十六進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)【例１.７】2D.A4H=2×161+13×160+10×16-1+4×16-2=45.640622.將十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為非十進(jìn)制數(shù)將十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為非十進(jìn)制數(shù)的方法是：整數(shù)部分轉(zhuǎn)換采用“除基數(shù)取余法”，小數(shù)部分轉(zhuǎn)換采用“乘基數(shù)取整法”。（1）十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)【例1.8】將十進(jìn)制數(shù)14.125轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)。整數(shù)部分14轉(zhuǎn)換如下：小數(shù)部分0.125轉(zhuǎn)換如下：

即：（14.125）10=（1110.001）2（2）十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為八進(jìn)制數(shù)【例１.９】將十進(jìn)制數(shù)1725.6875轉(zhuǎn)換成八進(jìn)制數(shù)。整數(shù)部分1725轉(zhuǎn)換如下：小數(shù)部分0.6875轉(zhuǎn)換如下：即：（1725.6875）10=（3275.54）8（3）十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為十六進(jìn)制數(shù)

【例１.10】將十制數(shù)12345.671875轉(zhuǎn)換為十六進(jìn)制數(shù)。整數(shù)部分12345轉(zhuǎn)換：小部分0.671875轉(zhuǎn)換如下：

即：（12345.671875）10=(3039.AC)163.非十進(jìn)制數(shù)與非十進(jìn)制數(shù)之間的轉(zhuǎn)換（1）二進(jìn)制數(shù)與八進(jìn)制數(shù)間的轉(zhuǎn)換把二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的八進(jìn)制數(shù)的規(guī)則是：以小數(shù)點(diǎn)為界，分別向左、向右每3位二進(jìn)制數(shù)為一組，用相應(yīng)的八進(jìn)制數(shù)來表示。八進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)的規(guī)則是：以小數(shù)點(diǎn)為界，分別向左、向右，每位八進(jìn)制數(shù)用相應(yīng)的3位二進(jìn)制數(shù)表示，小數(shù)點(diǎn)保留原位。

值得一提的是：無論是向左或向右，最后不足3位二進(jìn)制數(shù)時(shí)用“0”補(bǔ)足3位?！纠繉ⅲ?0100101.01011101）B轉(zhuǎn)換為八進(jìn)制數(shù)。

010

100

101.010

111

010245.272即(10100101.01011101)B=(245.272)Q【例】將(756.34)Q轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)。756.34

111

101

110.011

100即(756.34)Q=(111101110.0111)B（2）二進(jìn)制數(shù)與十六進(jìn)制數(shù)間的轉(zhuǎn)換把二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的十六進(jìn)制數(shù)的規(guī)則是：以小數(shù)點(diǎn)為界，分別向左、向右每4位二進(jìn)制數(shù)為一組，用相應(yīng)的十六進(jìn)制數(shù)來表示。十六進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)的規(guī)則是：以小數(shù)點(diǎn)為界，分別向左、向右，每位十六進(jìn)制數(shù)用相應(yīng)的4位二進(jìn)制數(shù)表示，小數(shù)點(diǎn)保留原位。

值得一提的是：無論是向左或向右，最后不足4位二進(jìn)制數(shù)時(shí)用“0”補(bǔ)足4位?！纠繉?1111111000111.100101011)B轉(zhuǎn)換為十六進(jìn)制數(shù)。

0001

1111

1100

0111.1001

0101

10001FC7.958即(111111000111.100101011)B=(1FC7.958)H【例】將(79BD.6C)H轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)。79BD.6C

0111

1001

1011

1101.0110

1100

即(79BD.6C)H=(111100110111101.011011)B2、各種進(jìn)位制的對(duì)應(yīng)關(guān)系十進(jìn)制二進(jìn)制八進(jìn)制十六進(jìn)制十進(jìn)制二進(jìn)制八進(jìn)制十六進(jìn)制0