第1章单片机概论精.ppt

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1、第1章单片机概论第1页，本讲稿共37页教学目标教学目标 通过本章教学，要求学生达到以下目标：通过本章教学，要求学生达到以下目标：1.一般性的了解从一般性的了解从微机微机单片机单片机AT89C51的的 发展概况发展概况，单片机技术，单片机技术未来发展趋势未来发展趋势以及单以及单 片机片机广泛应用广泛应用的领域。的领域。2.建立建立二进制和十六进制二进制和十六进制的概念。学会二进制、的概念。学会二进制、十进制和十六进制数相互转换的方法，熟记十进制和十六进制数相互转换的方法，熟记 016之间二进制、十进制和十六进制数的对之间二进制、十进制和十六进制数的对 应关系及相互转换。应关系及相互转换。第2页，

2、本讲稿共37页 3.熟悉二进制和十六进制数的算术运算及逻辑运算方熟悉二进制和十六进制数的算术运算及逻辑运算方法。法。4.了解二进制数了解二进制数原码、反码和补码原码、反码和补码的表示方法。的表示方法。5.了解了解BCD码的编码方法码的编码方法、转换关系和加减法运算时、转换关系和加减法运算时出错修正的原因、条件和方法。出错修正的原因、条件和方法。6.了解了解ASCII码和查表码和查表换算方法。换算方法。第3页，本讲稿共37页 1.1 单片机概述单片机概述1.1.1 1.1.1 计算机的问世计算机的问世1.1.2 1.1.2 计算机经历了五个时代计算机经历了五个时代1.1.3 1.1.3 微型计算

3、机结构框图及单片机定义微型计算机结构框图及单片机定义1.1.4 1.1.4 单片机的发展状况单片机的发展状况1.1.5 1.1.5 单片机的特点及应用领域单片机的特点及应用领域第4页，本讲稿共37页 1946 1946年情人节，世界上第一台电子计算机诞生年情人节，世界上第一台电子计算机诞生 重重30吨，占地吨，占地170平方米平方米 17468个电子管、个电子管、6万个电阻器万个电阻器1万个电容器、万个电容器、6千个开关千个开关 每秒只能运行每秒只能运行5千次加法运算千次加法运算 耗电耗电174千千 瓦瓦 每每15分钟就可能烧掉一支真空管分钟就可能烧掉一支真空管 每次一开机，整个费城西区的电灯

4、每次一开机，整个费城西区的电灯都为之黯然失色都为之黯然失色 1.1 单片机概述单片机概述1.1.1 计算机的问世计算机的问世第5页，本讲稿共37页电子管计算机电子管计算机晶体管计算机晶体管计算机集成电路计算机集成电路计算机大规模、超大规模集成电路计算机大规模、超大规模集成电路计算机智能计算机智能计算机ENIACElectronic Numerical Integrator1947年贝尔实验室年贝尔实验室发明了晶体管发明了晶体管第一个半导体集成电路第一个半导体集成电路1958年年 1.1.2 计算机经历了五个时代计算机经历了五个时代第6页，本讲稿共37页计算机计算机巨型机巨型机微型机微型机通用微

5、机通用微机单片机单片机通用单片机通用单片机专用单片机专用单片机小型机小型机第7页，本讲稿共37页集成在同一块芯片上集成在同一块芯片上单片机单片机1.1.3微型计算机结构框图及单片机定义微型计算机结构框图及单片机定义微型计算机微型计算机由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五大部分组成由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五大部分组成存储器存储器(ROM(ROM、RAM)RAM)I/OI/O接口接口I/OI/O设备设备(输入输入/输出输出)地址总线地址总线(AB)(AB)数据总线数据总线(DB)(DB)控制总线控制总线(CB)(CB)CPUCPU运算器运算器控制器控制器冯冯.诺依曼诺

6、依曼第8页，本讲稿共37页单片机的定义单片机的定义单片机是一种单片机是一种把处理器把处理器CPU、随机存储器、随机存储器RAM、只读存储器、只读存储器ROM、多种、多种I/O口口等功能等功能集成到一块芯片上的集成到一块芯片上的小而完善的计算机系小而完善的计算机系统统。单片机也被称为单片机也被称为微控制（微控制（Microcontroller Unit），），常用英文字母的缩写常用英文字母的缩写MCU表示单表示单片机，它最早是被用在片机，它最早是被用在工业控制工业控制领域。领域。我国，我国，习惯使用习惯使用“单片机单片机”这一名称。这一名称。第9页，本讲稿共37页单片机与单片机与PCPC机的比较

7、机的比较单片机芯片单片机芯片开关输入开关输入LED显示显示数码管数码管显示显示串行模块串行模块键盘输入键盘输入鼠标输入鼠标输入CRTCRT或或LEDLED显示显示器输出器输出主机主机内有内有CPU、存储器、存储器、I/O接口等部件接口等部件第10页，本讲稿共37页单片机与单片机与PCPC机的比较机的比较第11页，本讲稿共37页单片机是特殊的计算机。单片机是特殊的计算机。第12页，本讲稿共37页1.1.4 单片机的发展状况单片机的发展状况1.单片机的发展过程单片机的发展过程 (1)(1)低性能低性能8 8位位单片机阶段单片机阶段 19761976年，年，IntelIntel公司推出了公司推出了M

8、CS-48MCS-48系列单片机系列单片机 。8 8位位CPUCPU、1K1K字节字节ROMROM、6464字节字节RAMRAM、2727根根I/OI/O线和线和1 1个个8 8位位定时定时/计数器。计数器。特点：特点：存储器容量小，寻址范围小存储器容量小，寻址范围小（不大于不大于4K4K），），无串行接口，指令系统功能不强无串行接口，指令系统功能不强。第13页，本讲稿共37页 特点特点：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，面面向控制的特点进一步突出向控制的特点进一步突出。现在。现在MCS-51MCS-51已成为公已成为公认的单片机经典机种认的单片机经典机种 。(2)(2

9、)高性能高性能8 8位位单片机阶段单片机阶段 1980年，年，Intel公司推出了公司推出了MCS-51系列单片机：系列单片机：8位位CPU、4K字节字节ROM、128字节字节RAM、4个个8位并口、位并口、1个全双工个全双工串行口串行口、2个个16位位定时定时/计数器。寻址范围计数器。寻址范围64K，并有控制功能较强的布尔处理器。，并有控制功能较强的布尔处理器。第14页，本讲稿共37页 (3)8 8位单片机巩固发展及位单片机巩固发展及1616位单片机、位单片机、3232位单片机推出位单片机推出阶段。阶段。特点：特点：片内面向测控系统电路增强，使之可以方便片内面向测控系统电路增强，使之可以方便

10、灵活地用于复杂的自动测控系统及设备灵活地用于复杂的自动测控系统及设备。“微控制器微控制器”的的称谓更能反应单片机的本质。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。芯片内集系列单片机。芯片内集成：成：16位位CPU、8K字节字节ROM、232字节字节RAM、5个个8位位并口、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。寻计数器。寻址范围址范围64K。片上还有。片上还有8路路10位位ADC、1路路PWM输出输出及高速及高速I/O部件部件等。等。第15页，本讲稿共37页MCS-51MCS-51系列单片机的缺点系列单片机的缺点：时钟利

11、用率不高。时钟利用率不高。（需要至少（需要至少1212个以上的时钟脉冲才能执行完一个以上的时钟脉冲才能执行完一条指令）；片内不包含条指令）；片内不包含ADCADC、DACDAC、WATCHDOGWATCHDOG、PWMPWM、CANCAN控制器等。控制器等。故现在有些公司对故现在有些公司对MCS51MCS51单片机进行了设计改造，使新一代的单片机进行了设计改造，使新一代的MCS-MCS-5151兼容单片机具有了高速、高效工作的特性，并在兼容单片机具有了高速、高效工作的特性，并在5151系列芯片中集成了系列芯片中集成了许多新的功能特性（如许多新的功能特性（如A/DA/D、D/AD/A等）。等）。

12、国内人们使用最广泛的是国内人们使用最广泛的是MCS-51MCS-51系列单片机。因此我们需要学系列单片机。因此我们需要学好、掌握好、掌握MCS51MCS51系列单片机技术。系列单片机技术。第16页，本讲稿共37页2.单片机产品近况单片机产品近况 ATMEL公司融入公司融入Flash存储器技术的存储器技术的AT89系列系列宏晶科技宏晶科技公司的公司的STC单片机单片机 Philips公司的公司的80C51、80C552系列系列 华邦华邦公司的公司的W78C51、W77C51高速低价高速低价系列系列 ADI公司的公司的ADC8xx高精度高精度ADC系列系列 LG公司的公司的GMS90/97低压高速

13、低压高速系列系列 Maxim公司的公司的DS89C420高速高速（50MIPS）系列）系列 Cygnal公司的公司的C8051F系列系列高速高速SOC单片机单片机 51系列产品繁多，已推出的主要产品有：系列产品繁多，已推出的主要产品有：第17页，本讲稿共37页 非非51结构单片机新品不断推出，给用户提供了更结构单片机新品不断推出，给用户提供了更为广泛的选择空间为广泛的选择空间，近年来推出的非，近年来推出的非51系列的主要系列的主要产品有：产品有：Intel的的MCS-96系列系列16位单片机位单片机 Microchip的的PIC系列系列RISC单片机单片机 TI的的MSP430F系列系列16位

14、低功耗单片机位低功耗单片机。第18页，本讲稿共37页 1.1.5 单片机的特点及应用领域单片机的特点及应用领域 1.单单片机的特点片机的特点 (1)控制性能好、可靠性高控制性能好、可靠性高 可对可对I/O端口直接操作，位操作能力端口直接操作，位操作能力更是其它计算更是其它计算机无法比拟的。由于机无法比拟的。由于CPU、存储器及、存储器及I/O接口集成在接口集成在同一芯片内同一芯片内，数据在传送时受干扰的影响较小，且，数据在传送时受干扰的影响较小，且不易受环境条件的影响。不易受环境条件的影响。(2)体积小、价格低、易于产品化体积小、价格低、易于产品化 应用系统的印制板减小、接插件减少、安装简应用

15、系统的印制板减小、接插件减少、安装简单方便。单方便。第19页，本讲稿共37页 单片机卓越的性能，得到了广泛的应用，已深入到各个领域。单片机卓越的性能，得到了广泛的应用，已深入到各个领域。使用温度：使用温度：民品：民品：00+70C +70C 工业品：工业品：-40-40 +85C+85C汽车：汽车：-40-40+105C +105C 军品：军品：-55 -55 +125C+125C在下述的各个领域广泛的应用：在下述的各个领域广泛的应用：1.1.工业自动化工业自动化 2.2.智能仪器仪表智能仪器仪表 3 3消费类电子产品消费类电子产品 4.4.通讯通讯 5 5武器装备武器装备 6 6终端及外部设

16、备控制终端及外部设备控制 7 7汽车电子汽车电子2.单片机的应用领域单片机的应用领域第20页，本讲稿共37页 1.2 数的表示方法及数制间的转换数的表示方法及数制间的转换1.2.1 微型计算机中的常用数制微型计算机中的常用数制1.2.2 数制间的转换数制间的转换1.2.3 微型计算机中数的表示方法微型计算机中数的表示方法 第21页，本讲稿共37页1.3 二进制数的运算二进制数的运算1.3.1 算术运算算术运算1.3.2 逻辑运算逻辑运算第22页，本讲稿共37页1.4 微机的码制和编码微机的码制和编码1.4.1 机器数及其真值机器数及其真值1.4.2 原码、反码和补码原码、反码和补码1.4.3

17、微型机中常用的编码微型机中常用的编码第23页，本讲稿共37页计算机处理数据的过程计算机处理数据的过程 键盘输入键盘输入十进制数据十进制数据 转换成转换成ASCII码码转换成转换成BCD码码转换成转换成二进制二进制码码运算运算结果结果转换成转换成BCD码码转换成转换成ASCII码码1.4.3 微型机中常用的编码微型机中常用的编码第24页，本讲稿共37页一、一、BCD码码例如：例如：79 D0111,1001BCD用用4位二进数表示位二进数表示1位十进制数位十进制数 BCD码码是将每一位十进制数用二进制数编码，它保是将每一位十进制数用二进制数编码，它保留了留了十进制的权，十进制的权，数字则数字则用

18、二进制数用二进制数表示，因而也称为表示，因而也称为二二-十十进制数。进制数。一般用标识符一般用标识符BCD表示。表示。BCD码种类较多，码种类较多，如如8421码、码、2421码、余三码码、余三码等，其中最常用的编码为等，其中最常用的编码为8421码。码。第25页，本讲稿共37页美国标准信息交换码，由美国标准信息交换码，由ANSI于于1961年提出，用年提出，用7位二进制数位二进制数表示一个字符，后来扩充到表示一个字符，后来扩充到8bit。二、二、ASCII码码例如：例如：“0”30H，“A”41HAmerican Standard Code for Information Interchan

19、ge美国信息互换标准代码美国信息互换标准代码第26页，本讲稿共37页表表 1.3 ASCII 码码 表表 第27页，本讲稿共37页28列列01234567行行00000101001110010111011100000NULDLESP0PP10001SOHDC1!1AQaQ20010STXDC22BRbR30011ETXDC3#3CScS40100EOTDC4$4DTdT50101ENQNAK%5EUeU60110ACKSYN&6FVfV70111BELETB7GWgW81000BSCAN(8HXhX91001HTEM)9IYiYA1010LFSUB*:JZjZB1011VTESC+KkC110

20、0FFFS,LlD1101CRCS-=MmE1110SORS.NnF1111SIUS/?OoDEL空空空格空格换行换行回车回车删除删除第28页，本讲稿共37页本章小结本章小结 1.将算术逻辑部件将算术逻辑部件ALU、控制部件、控制部件CU、寄存器组、寄存器组以及片内总线等集成在同一块芯片上的，具有运算和控以及片内总线等集成在同一块芯片上的，具有运算和控制功能的中央处理单元，称为制功能的中央处理单元，称为微处理器微处理器，简称为，简称为CPU或或MPU。微型计算机微型计算机是以是以CPU为核心，再配上存储器、为核心，再配上存储器、I/O接口电路及相应的外部设备。微机的组成结构决接口电路及相应的外

21、部设备。微机的组成结构决定了它具有体积小、重量轻、功耗低、结构灵活、定了它具有体积小、重量轻、功耗低、结构灵活、价格低廉和应用广泛等特点。价格低廉和应用广泛等特点。第29页，本讲稿共37页 2.按一定的进位原则进行计数的科学方法称为数按一定的进位原则进行计数的科学方法称为数制。制。二进制、十进制和十六进制二进制、十进制和十六进制是微机中的常用进制。是微机中的常用进制。它们都有各自的特点和运算规则，并且它们都有各自的特点和运算规则，并且相互可以进相互可以进行转换行转换。十进制数转换为二进制数采用。十进制数转换为二进制数采用“除除2 2取余取余/乘乘2 2取整取整”法，转换为十六进制数采用法，转换

22、为十六进制数采用“除除1616取余取余/乘乘1616取取整整”法；二进制数转换为十进制数可采用法；二进制数转换为十进制数可采用“按权相加按权相加”法，转换为十六进制数采用法，转换为十六进制数采用“四位合一位四位合一位”法；十六法；十六进制数转换为十进制数亦采用进制数转换为十进制数亦采用“按权相加按权相加”法，转换法，转换为二进制数采用为二进制数采用“一位分四位一位分四位”法。法。第30页，本讲稿共37页 3.BCD BCD码码是一种具有十进制权的二进制编码，每位是一种具有十进制权的二进制编码，每位十进制数用四位二进制码来表示。由十进制数用四位二进制码来表示。由BCDBCD码构成的数即码构成的数

23、即为为BCDBCD数，数，BCDBCD数运算时的进位原则是逢十进一，其运算数运算时的进位原则是逢十进一，其运算结果也应是一个结果也应是一个BCDBCD数。数。ASCIIASCII码由码由7 7位二进制码构成，因位二进制码构成，因此能表示此能表示128128个编码。这个编码。这128128个编码分为图形字符和控制个编码分为图形字符和控制字符两类字符两类。第31页，本讲稿共37页 4.微机中有符号数的表示可分别用微机中有符号数的表示可分别用原码、反码和原码、反码和补码补码表示。正数的原码、反码和补码均相同。负数的表示。正数的原码、反码和补码均相同。负数的原码、反码和补码各不相同。负数的原码的符号原

24、码、反码和补码各不相同。负数的原码的符号位为位为0，其余数值位保持原样；负数的反码，是将其绝对值的，其余数值位保持原样；负数的反码，是将其绝对值的原码按位取反所得。负数的补码等于其反码加原码按位取反所得。负数的补码等于其反码加1。补码的。补码的一个重要特性是：补码减法可以由加法运算实现。一个重要特性是：补码减法可以由加法运算实现。5.微机中数的表示方式有微机中数的表示方式有定点数和浮点数定点数和浮点数之分，分之分，分别对应定点机和浮点机。别对应定点机和浮点机。第32页，本讲稿共37页思考题与习题思考题与习题 1.1 什么是单片微型计算机？它与微处理器、什么是单片微型计算机？它与微处理器、微型计

25、算机、微型计算机系统有何区别？微型计算机、微型计算机系统有何区别？1.2 单片机的发展分为哪几个阶段？各阶段单片机的发展分为哪几个阶段？各阶段的特点是什么？的特点是什么？1.3 AT89系列单片机分为几类？各类的主要系列单片机分为几类？各类的主要技术特点是什么？都有哪些型号？技术特点是什么？都有哪些型号？1.4 微型计算机中常用的数制有几种？计算微型计算机中常用的数制有几种？计算机内部采用哪种数制？机内部采用哪种数制？第33页，本讲稿共37页 1.5 十六进制数能被计算机直接执行吗？为什么要十六进制数能被计算机直接执行吗？为什么要用十六进制数？用十六进制数？1.6 将下列十进制数转换为二进制数

26、和十六进制数。将下列十进制数转换为二进制数和十六进制数。(1)125 (2)0.525 (3)121.687 (4)47.945 1.7 将下列二进制数转换为十进制数和十六进制数。将下列二进制数转换为十进制数和十六进制数。(1)10110101 (2)0.10110010 (3)0.1010 (4)1101.0101 1.8 将下列十六进制数转换为十进制数和二进制数。将下列十六进制数转换为十进制数和二进制数。(1)ABH (2)28.07H (3)ABC.DH (4)0.35FH第34页，本讲稿共37页 1.9 已知下列各组二进制数已知下列各组二进制数X、Y，试求，试求X+Y、XY、XY和和X

27、Y。(1)(1)X=10101110B，Y=1001B (2)(2)X=101101B，Y=1010B (3)(3)X=11010011B，Y=1110B (4)(4)X=11001110B，Y=110B 1.10 将下列各组十六进制数转换成二进制将下列各组十六进制数转换成二进制数，然后分别完成逻辑与、逻辑或、逻辑非、逻数，然后分别完成逻辑与、逻辑或、逻辑非、逻辑异或运算。辑异或运算。(1)(1)23H和和BCH (2)(2)ABH和和76H (3)(3)CDH和和8FH (4)(4)10H和和67H第35页，本讲稿共37页 1.11 在在8 8位二进制计算机数中，正负数如何表位二进制计算机数

28、中，正负数如何表示？示？1.12 什么叫机器数？什么叫机器数？机器数的表示方法有几机器数的表示方法有几种？种？1.13 写出下列各十进制数的原码、反码和补码。写出下列各十进制数的原码、反码和补码。(1)+28 (2)+69 (3)-125 (4)-54 1.14 什么是什么是BCDBCD码？码？BCDBCD码与二进制数有何码与二进制数有何区别？区别？1.15 写出下列各十进制数的写出下列各十进制数的BCDBCD码。码。(1)34 (2)59 (3)1983 (4)270第36页，本讲稿共37页 1.16 已知下列各组数据，用已知下列各组数据，用BCDBCD码求下列码求下列X+Y和和X-Y。(1)(1)X=36，Y=26 (2)(2)X=100，Y=44 (3)(3)X=27，Y=79 (4)(4)X=51，Y=88 1.17 什么是什么是ASCII码？查表写出下列字符的码？查表写出下列字符的ASCII码。码。(1)(1)A (2)(2)7 (3)(3)b (4)(4)(5)(5)=(6)(6)？(7)(7)G (8)(8)回车回车CR第37页，本讲稿共37页