项目一学习单元1：单片机初步认识.ppt

主讲：李 营QQ:43965356机电教研室机电教研室 实训四号楼实训四号楼 208课程简介课程简介 单片机原理与应用是电子信单片机原理与应用是电子信息、机电、自动化等专业一门专业基息、机电、自动化等专业一门专业基础课，它以模拟电路、数字电路、汇础课，它以模拟电路、数字电路、汇编（或编（或C C）语言等课程为基础。课程）语言等课程为基础。课程设计、毕业设计很多都要应用到单片设计、毕业设计很多都要应用到单片机系统的应用，在电类的专业课程中机系统的应用，在电类的专业课程中也要反复用到单片机知识。也要反复用到单片机知识。主要特点主要特点有用有用有趣有趣较难较难 历史上抓补考较多历史上抓补考较多课程基本要求和想法课程基本要求和想法交流（问题，建议；课上，课下）交流（问题，建议；课上，课下）加分奖励（回答问题、实训优秀）加分奖励（回答问题、实训优秀）纪律（严肃活泼纪律（严肃活泼 ）什么是单片机什么是单片机我我曾曾以以为为多板机多板机其实它很简单其实它很简单我们从我们从51系列学起系列学起单片微型计算机概述单片微型计算机概述 从应用形态上，微机可以分成三种：从应用形态上，微机可以分成三种：多板机（系统机）多板机（系统机）将将CPUCPU、存储器、存储器、I/OI/O接口电路和总线接口接口电路和总线接口等组装在一块主机板（即微机主板）。各等组装在一块主机板（即微机主板）。各种适配板卡插在主机板的扩展槽上并与电种适配板卡插在主机板的扩展槽上并与电源、软源、软/硬盘驱动器及光驱等装在同一机箱硬盘驱动器及光驱等装在同一机箱内，再配上系统软件，就构成了一台完整内，再配上系统软件，就构成了一台完整的微型计算机系统（简称系统机）。的微型计算机系统（简称系统机）。工业工业PCPC机机 也属于多板机。也属于多板机。这种计算机系统通常由多块印刷电路板制成：这种计算机系统通常由多块印刷电路板制成：多板机多板机 主板显卡显卡声卡声卡存储器接口存储器接口网卡网卡输入输出接口输入输出接口内存条内存条 将将CPUCPU芯片、芯片、存储器存储器芯片、芯片、I/OI/O接口接口芯片芯片和简单的和简单的I/OI/O设备设备（小键盘、（小键盘、LEDLED显示器）等显示器）等装配在一块印刷电路板上，再配上装配在一块印刷电路板上，再配上监控程序监控程序（固化在（固化在ROMROM中），就构成了一台单板微中），就构成了一台单板微型计算机（简称单板机）。型计算机（简称单板机）。单板机单板机单板机单板机单单板板机机的的I/OI/O设设备备简简单单，软软件件资资源源少少，使使用用不不方方便便。早早期期主主要要用用于于微微型型计计算算机机原原理理的的教教学学及及简简单单的的测测控控系系统统，现现在在已已很很少少使用使用。CPU芯片芯片内存条内存条存储器接口存储器接口存储器芯片存储器芯片输入输出接口输入输出接口输入输出接口输入输出接口芯片芯片定时计数器定时计数器芯片芯片A/D、D/A芯片芯片单板机 印印 刷刷 电电 路路 板板 单片机单片机在一片集成电路芯片上集成微处理器、存在一片集成电路芯片上集成微处理器、存储器、储器、I/OI/O接口电路，从而构成了接口电路，从而构成了单芯片微单芯片微型计算机，即单片机型计算机，即单片机。单单 硅硅 晶晶 片片 CPU存储器存储器控制电路控制电路定时器定时器时钟电路时钟电路I/O口口单片机单片机单片机的发展过程单片机的发展过程 单片机技术发展过程可分为三个主要阶段：单片机技术发展过程可分为三个主要阶段：单芯片微机形成阶段单芯片微机形成阶段 1976 1976年，年，Intel公司推出了公司推出了MCS-48MCS-48系列单片系列单片机机 。8 8位位CPU、1K1K字节字节ROM、6464字节字节RAM、2727根根I/O线和线和1 1个个8 8位定时位定时/计数器计数器。特点是特点是：存储器容量较小，寻址范围小：存储器容量较小，寻址范围小（不大于（不大于4K4K），无串行接口，指令系统功能不），无串行接口，指令系统功能不强。强。性能完善提高阶段性能完善提高阶段 1980 1980年，年，Intel公司推出了公司推出了MCS-51系列单系列单片机：片机：8 8位位CPU、4K字节字节ROM、128128字节字节RAM、4 4个个8 8位并口、位并口、1 1个全双工串行口、个全双工串行口、2 2个个1616位定时位定时/计数器。寻址范围计数器。寻址范围64K，并有控，并有控制功能较强的布尔处理器。制功能较强的布尔处理器。特点是特点是：结构体系完善，性能已大大提高，：结构体系完善，性能已大大提高，面向控制的特点进一步突出。现在，面向控制的特点进一步突出。现在，MCS-51已成为公认的单片机经典机种已成为公认的单片机经典机种 。微控制器化阶段微控制器化阶段 特点是特点是：片内面向测控系统外围电路增强，：片内面向测控系统外围电路增强，使单片机可以方便灵活地用于复杂的自动测控使单片机可以方便灵活地用于复杂的自动测控系统及设备。系统及设备。“微控制器微控制器”的称谓更能反应单片机的本质的称谓更能反应单片机的本质。1982年，年，Intel推出推出MCS-96系列单片机。系列单片机。芯片内集成：芯片内集成：16位位CPU、8K字节字节ROM、232字节字节RAM、5个个8位并口、位并口、1个全双工串行口、个全双工串行口、2个个16位定时位定时/计数器。寻址范围计数器。寻址范围64K。片上还有。片上还有8路路10位位ADC、1路路PWM输出及高速输出及高速I/O部件等。部件等。单片机产品近况单片机产品近况 ATMELATMEL公司融入公司融入FlashFlash存存储器技器技术的的AT89AT89系列；系列；PhilipsPhilips公司的公司的80C5180C51、80C55280C552系列；系列；华邦公司的邦公司的W78C51W78C51、W77C51W77C51高速低价高速低价系列；系列；ADIADI公司的公司的ADC8xxADC8xx高精度高精度ADCADC系列；系列；LGLG公司的公司的GMS90/97GMS90/97低低压高速高速系列；系列；MaximMaxim公司的公司的DS89C420DS89C420高速（高速（50MIPS50MIPS）系列；系列；CygnalCygnal公司的公司的C8051FC8051F系列高速系列高速SOCSOC单片机。片机。80C5180C51系列系列单片机产品繁多，单片机产品繁多，主流地位已主流地位已经形成，经形成，近年来推出的近年来推出的与与80C5180C51兼容兼容的主要产的主要产品有：品有：单片机的特点及应用领域单片机的特点及应用领域一一 单片机的特点单片机的特点 近期推出的单片机产品，内部集成有高速近期推出的单片机产品，内部集成有高速I/OI/O口、口、ADCADC、PWMPWM、WDTWDT等部件，并在低电压、低功耗、串行等部件，并在低电压、低功耗、串行扩展总线、控制网络总线和开发方式（如在系统编扩展总线、控制网络总线和开发方式（如在系统编程程ISPISP）等方面都有了增强。）等方面都有了增强。1 1、控制性能和可靠性高、控制性能和可靠性高实时控制实时控制位操作能力位操作能力连接紧凑，受干扰的影响较小连接紧凑，受干扰的影响较小不易受环境条件的影响不易受环境条件的影响2 2、体、体积小、价格低、易于小、价格低、易于产品化品化匹配选择匹配选择专门设计专门设计封装简化（有的引脚已减少到封装简化（有的引脚已减少到8 8个或更少）个或更少）从而使应用系统的从而使应用系统的印制板减小、接插件减印制板减小、接插件减少、安装简单方便。少、安装简单方便。二二 单片机的应用领域单片机的应用领域 智能仪器仪表智能仪器仪表 如如各种智能电气测量仪表、智能传各种智能电气测量仪表、智能传感器感器等。等。典型产品如机器人、数控机床、自典型产品如机器人、数控机床、自动包装机、点钞机、医疗设备、打印机、动包装机、点钞机、医疗设备、打印机、传真机、复印机等。传真机、复印机等。机电一体化产品机电一体化产品 典型应用如典型应用如电机转速控制、温度电机转速控制、温度控制、自动生产线控制、自动生产线等等 。如空调器、电冰箱、洗衣机、电如空调器、电冰箱、洗衣机、电饭煲、高档洗浴设备、高档玩具等。饭煲、高档洗浴设备、高档玩具等。实时工业控制实时工业控制家用电器家用电器知识准备知识准备1-1数制及数码数制及数码1-2微机中数的表示方法微机中数的表示方法1-1数制及数码数制及数码 计算机只识别和处理数字信息，数字是以二进制数的形式表计算机只识别和处理数字信息，数字是以二进制数的形式表示的。它易于物理实现，同时，资料存储、传送和处理简单可靠；示的。它易于物理实现，同时，资料存储、传送和处理简单可靠；运算规则简单，使逻辑电路的设计、分析、综合方便，使计算器运算规则简单，使逻辑电路的设计、分析、综合方便，使计算器具有逻辑性。具有逻辑性。一、数制一、数制1、常用数制、常用数制 （1.）十进制数：）十进制数：1985=1000+900+80+5 =1103+9102+8101+5100 特点：有特点：有0 9 十个不同的符号。十个不同的符号。逢十进一。逢十进一。一般用下脚标一般用下脚标 D（decimal）表示，如）表示，如 1985D,或无下脚标。或无下脚标。特点：有特点：有0，1两个不同的符号。两个不同的符号。逢二进一。二进制数的下脚标为逢二进一。二进制数的下脚标为B（binary）例如：对于整数，例如：对于整数，1001B=123+022+021+120=9D 对于小数，对于小数，0.101B=12-1+02-2+12-3=0.625D 二进制数每一位的权是：以小数点分界，二进制数每一位的权是：以小数点分界，.24,23,22,2 1,2 0 .2-1,2-2,2-3,（2.）二进制数：）二进制数：（3.）十六进制数：）十六进制数：有有09，A,B,C,D,E,F共十六个不同的符号。共十六个不同的符号。逢十六进位。用下脚标逢十六进位。用下脚标“H”（hex）表）表示十六进制数。示十六进制数。例：例：327H=3162+2161+7160=807D3AB.11H=3162+A161+B160+116-1+116-2=939.0664D2、数制的转换、数制的转换（1.）二进制转换为十进制数）二进制转换为十进制数 方法方法:按权展开。按权展开。111.101B=122+12 1+12 0+1 2-1+0 2-2 +1 2 3 =4+2+1+0.5+0.125 =7.625D（2.）十进制数转换为二进制数）十进制数转换为二进制数 方法：方法：整数部分除二取余，小数部分乘二取整整数部分除二取余，小数部分乘二取整45 22 111051211001222222即即 45=（101101）2余数余数例例1、将十进制数、将十进制数45转换成二进制数。转换成二进制数。例例2：十进制小数部分的转换：十进制小数部分的转换:乘二取整乘二取整0.68752最高位最高位 取取 1 1.37500.375 2取取 0 0.750 2取取 1 1.500.5 2最低位最低位 取取 1 1.010110.6875D=0.B（3）十六进制数与二进制数之间的转换）十六进制数与二进制数之间的转换:二进制数转换成八进制数与上述类似。二进制数转换成八进制数与上述类似。十六进制数转换为二进制：十六进制数转换为二进制：9 A B .7 C 5 H 1001 1010 1011.0111 1100 0101B 二进制数转换十六进制数二进制数转换十六进制数:0001 1011 1110 0011.1001 0111 1000B1 B E 3 .9 7 8H1-2微机中数的表示方法微机中数的表示方法机器只认识二进制数：机器只认识二进制数：0、1。这是因为，电路状态常常有两种情况，这是因为，电路状态常常有两种情况，如：电路的通、断；如：电路的通、断；高电平、低电平；可用高电平、低电平；可用0、1表示。表示。在机器中，在机器中，这种这种0、1、0、1的表现形式称为机器数。的表现形式称为机器数。机器数分为机器数分为无符号数、带符号数无符号数、带符号数。无符号数如：无符号数如：00000001、10010011、01010010、等等，范围：等等，范围：00HFFH。有符号数如：有符号数如：+1010110B、-1101001B、等等、等等01010110B11101001B1、机器数与真值、机器数与真值2、机器数的编码及运算、机器数的编码及运算对带符号数而言，有原码、反码、补码之分，计算机对带符号数而言，有原码、反码、补码之分，计算机内一般使用补码内一般使用补码将数将数“数码化数码化”，原数前，原数前“+”用用0表示，原数前表示，原数前“-”用用1表示，数值部分为该数本身，这样的机器数叫原码。表示，数值部分为该数本身，这样的机器数叫原码。设设X原数；则原数；则X原原=X（X0）X原原=2n-1X（X0），），n为字长的位数。为字长的位数。如，如，+3原原=00000011B-3原原=27-（-3）=10000011B0有两种表示方法：有两种表示方法：00000000+010000000-0原码最大、最小的表示：原码最大、最小的表示：+127、-127（1 1）原码）原码（2 2）反码）反码规定正数的反码等于原码；负数的反码是将原码规定正数的反码等于原码；负数的反码是将原码的数值位各位取反。的数值位各位取反。+4反反=+4原原=00000100B-4反反=(281)+(-4)=11111111-00000101=11111010B反码范围：反码范围：-127+127两个两个0：+000000000B-011111111B（3 3）补码）补码补码的概念：现在是下午补码的概念：现在是下午3点，手表停在点，手表停在12点，可正拨点，可正拨3点，也可倒拨点，也可倒拨9点。即是说点。即是说-9的操作可用的操作可用+3来实现，在来实现，在12点里：点里：3、-9互互为补码。为补码。123运用补码可使减法变成加法。运用补码可使减法变成加法。规定：正数的补码等于原码。规定：正数的补码等于原码。负数的补码求法：负数的补码求法：1）反码）反码+12）公式：）公式：X补补=2n+X（X0）如，如，设设X=-0101110B，则则X原原=10101110B则则X补补=X反反+1=11010001+00000001=11010010B如，如，+6补补=+6原原=00000110B-6补补=28+（-6）=10000000000000110=11111010B8位补码的范围位补码的范围128+127。0的个数：只一个，即的个数：只一个，即00000000而而10000000B是是-128的补码。的补码。原码、反码、补码对照表：见下表原码、反码、补码对照表：见下表 八位二进制数所能表示的数据范围八位二进制数所能表示的数据范围 机器数机器数 无符号数无符号数 原码原码 反码反码 补码补码00000000 0 +0 +0 +000000001 1 +1 +1 +1 .01111111 127 +127 +127 +12710000000 128 -0 -127 -12810000001 129 -1 -126 -127 .11111110 254 -126 -1 -211111111 255 -127 -0 -1（4 4）补码的运算）补码的运算当当X0时，时，X补补=X反反=X原原X补补补补=X原原X补补+Y补补=X+Y补补X-Y补补=X+（-Y）补补例：已知例：已知X=52Y=38求求X-Y方法方法1：减法：减法：X-Y=52-38=1400110100-）0010011000001110方法方法2：加法加法 X-Y=X-Y补补补补=X补补+-Y补补补补 =52补补+-38补补补补 =14 补补=14 52补补：0 0 1 1 0 1 0 0 -38补补：+）1 1 0 1 1 0 1 0 1 0 0 0 0 1 1 1 0 自然丢失自然丢失计算机在做算术运算时，必需检查溢出，以防止发生错误计算机在做算术运算时，必需检查溢出，以防止发生错误（5 5）十进制数的编码）十进制数的编码对机器：二进制数方便，对机器：二进制数方便，对人对人：二进制数不直观，习惯于十进制数。：二进制数不直观，习惯于十进制数。在编程过程中，有时需要采用十进制运算，在编程过程中，有时需要采用十进制运算，但机器不认识十进制数。怎么办？但机器不认识十进制数。怎么办？可以将十进制的字符用二进制数进行编码：可以将十进制的字符用二进制数进行编码：00000501011010100016011010112001070111110030011810001101401009100111101111这叫做二进制数对十进制编码这叫做二进制数对十进制编码BCD码。码。上述每上述每4位二进制数表示一个十进制字符，这位二进制数表示一个十进制字符，这4位中各位的权依次位中各位的权依次是：是：8、4、2、18421BCD码。码。BCD码的运算：码的运算：例、例、1 8 +）3 2 1 0 0 0 1 1 0 0 0+）0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 1 1 0 1 1 B是非是非BCD码码需进行十进制调整：需进行十进制调整：（错）（错）0 0 0 1 1 0 0 0 +）0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 1 1 0 1 1 （个位大于（个位大于9，应进，应进1）+）0 1 1 0 （加（加6使进使进1）0 0 1 0 0 0 0 1 （结果形如（结果形如21）BCD码加法规则：码加法规则：两个两个BCD数相加时，数相加时，“某位某位”的和小于的和小于10则保持不变；则保持不变；两个两个BCD数相加时，数相加时，“某位某位”的和大于的和大于9，则和数应加，则和数应加6修正。修正。BCD码减法规则：码减法规则：两两个个BCD数数相相减减时时，“某某位位”的的差差未未发发生生借借位位，则则差差数数保保持持不不变；变；两个两个BCD数相减时，数相减时，“某位某位”发生了借位，其差应减发生了借位，其差应减6修正。修正。这里这里“某位某位”指指BCD数中的数中的“个位个位”、“十位十位”、“百位百位”、加法举例：加法举例：0 1 1 0 0 1 0 1 （6 5）+）1 0 0 1 0 1 1 1 （97）1 1 1 1 1 1 0 0 +）0 1 1 0 0 1 1 0 （加（加66调整）调整）1 0 1 1 0 0 0 1 0 （162）减法举例：减法举例：0 0 1 1 0 1 0 0 （3 4）-）0 0 0 1 0 1 0 1 （15）0 0 0 1 1 1 1 1 -）0 1 1 0 （减（减6调整）调整）0 0 0 1 1 0 0 1 （29）（6 6）字符信息的表示）字符信息的表示计算机能识别计算机能识别0、1、0、1、；这些；这些0、1、0、1、有的代表数值，有的仅代表要处有的代表数值，有的仅代表要处理的信息（如字母、标点符号、数字符号等理的信息（如字母、标点符号、数字符号等文字符号），所以，计算机不仅要认识各种文字符号），所以，计算机不仅要认识各种数字，还要能识别各种文字符号。数字，还要能识别各种文字符号。人们事先已对各种文字符号进行二进制数编人们事先已对各种文字符号进行二进制数编码。如，美国信息交换标准码码。如，美国信息交换标准码ASCII码，码，用一个字节表示一个字符。低用一个字节表示一个字符。低7位是字符的位是字符的ASCII码值；最高位是通信时的校验位。码值；最高位是通信时的校验位。综上所述：综上所述：计算机中的数可以有各种不同的表示方法计算机中的数可以有各种不同的表示方法,计算机中以一个字节为一个单元保存数据计算机中以一个字节为一个单元保存数据,一个字节为一个字节为8位二进制数位二进制数,可以有可以有256种组合种组合,也就是可以表示也就是可以表示256个数据个数据,我们称它为机我们称它为机器数器数,每一个机器数实际表示的是什么每一个机器数实际表示的是什么,要看要看采用的是那种表示方法。采用的是那种表示方法。作业作业P24习题习题2、5、7、9（每题做第（每题做第、小题）小题）