单片微型计算机概述.ppt

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1、1.http:/www.bol- 中国单片机公共实验室中国单片机公共实验室2.http:/ 单片机世界单片机世界 广州站广州站3.http:/ 乐清单片机联盟乐清单片机联盟4.http:/ 科宇单片机工作室科宇单片机工作室5.http:/ 51单片机世界单片机世界第1章计算机技术基础1.1 什么是单片机什么是单片机n单片微型计算机简称单片微型计算机简称单片机。由于它的结构及功能均按工业控制要单片机。由于它的结构及功能均按工业控制要求设计，所以又称求设计，所以又称单片微控制器（单片微控制器（single chip single chip MicrocontrollerMicrocontrolle

2、r）。）。n它是将组成微型计算机机所必须的部件（它是将组成微型计算机机所必须的部件（中央处理器中央处理器CPUCPU、程序存程序存贮器（贮器（ROM)ROM)、数据存贮器（数据存贮器（RAM)RAM)、输入输入/输出（输出（I/O)I/O)接口、定时接口、定时/计计数器、串行口、系统总线等数器、串行口、系统总线等）集成在一个超大规模集成电路芯片上。）集成在一个超大规模集成电路芯片上。n只要外加少许电子零件便可以构成一套简易的计算机控制系统，故只要外加少许电子零件便可以构成一套简易的计算机控制系统，故又称又称单片微型计算机（单片微型计算机（single chip Microcomputersin

3、gle chip Microcomputer）优点：使用单片机做设计，降低硬件成本；体积小，适合设计小型优点：使用单片机做设计，降低硬件成本；体积小，适合设计小型而且较简单的控制系统。而且较简单的控制系统。单片机与个人单片机与个人PC机相比较机相比较缺点：由于单片机芯片设计及制造技术方面的原因，在有限的芯缺点：由于单片机芯片设计及制造技术方面的原因，在有限的芯片上无法设计出太多的内存空间，因此单片机上的片上无法设计出太多的内存空间，因此单片机上的ROM及及RAM的的容量都比较小。容量都比较小。1.2 单片机的特点单片机的特点n（1）体体积积小小、重重量量轻轻、功功耗耗低低、功功能能强强、性性价

4、价比比高高。可可嵌嵌入入各各种种设备中组成以之为核心的嵌入式系统。设备中组成以之为核心的嵌入式系统。n（2）数数据据大大都都在在单单片片机机内内部部传传送送，运运行行速速度度快快，抗抗干干扰扰能能力力强强，可靠性高。可靠性高。n（3）结构灵活，易于组成各种微机应用系统。）结构灵活，易于组成各种微机应用系统。n（4）应用广泛，既可用于工业自动控制等场合，又可用于测量仪）应用广泛，既可用于工业自动控制等场合，又可用于测量仪器、医疗仪器及家用电器等领域。器、医疗仪器及家用电器等领域。返回本章首页n主流产品主流产品Intel单片机单片机n主流字长主流字长8位机位机n基础语言基础语言汇编语言汇编语言n核

5、心技术稳定核心技术稳定n教学机型教学机型/典型代表：典型代表：MCS-51系列（含系列（含MCS-52）1.31.3单片机的发展与应用单片机的发展与应用 第一代（第一代（1974-19761974-1976）：）：19741974年美国仙童公司生产第一个年美国仙童公司生产第一个4 4位单片位单片机机F8F8问世。发展了问世。发展了4 4位机，多用于家用电器、计算器、玩具。位机，多用于家用电器、计算器、玩具。一、单片机的历史一、单片机的历史第三代（第三代（1980-19831980-1983）：为高级为高级8 8位机阶段，发展了高性能位机阶段，发展了高性能8 8位机，位机，代表产品：代表产品：M

6、CS-51MCS-51系列。普遍带串口，有多级中断处理系统，多系列。普遍带串口，有多级中断处理系统，多个个1616位定时器位定时器/计数器，片内计数器，片内ROMROM、RAM RAM 容量加大。寻址范围可达容量加大。寻址范围可达6464KBKB。有的带有的带A/DA/D转换器。用于智能终端、局部网络接口。转换器。用于智能终端、局部网络接口。第二代（第二代（1976-19801976-1980）为初级）为初级8 8位机阶段，发展了各种中、低档位机阶段，发展了各种中、低档8 8位机。代表产品：位机。代表产品：Intel 8048Intel 8048。片内含有多个片内含有多个8 8位并行位并行I/

7、OI/O接口、接口、一个一个8 8位定时器位定时器/计数器，寻址范围不大于计数器，寻址范围不大于4 4KBKB，无串口。可满足无串口。可满足一般工业控制和智能化仪表需要。一般工业控制和智能化仪表需要。第四代：第四代：19831983年以后，年以后，1616位单片机阶段。发展了位单片机阶段。发展了MCS-96MCS-96系列系列1616位位机，功能强大，价格迅速下降。片内含有机，功能强大，价格迅速下降。片内含有A/DA/D、可用于电机控制；可用于电机控制；网络通讯能力增强。网络通讯能力增强。n单单片片机机经经历历了了一一位位、4位位、8位位、16位位及及32位位的的发发展展阶阶段段，世世界界上上

8、一一些些著著名名的的半半导导体体器器件件厂厂家家都都开开发发了了单单片片机机如如Intel、Motorola、Zilog、Philips等等。单单片片机机的的品品种种日日益益增增加加，在在众众多多的的通通用用型型单单片片机机里里，以以Intel公公司司的的MCS系系列列单单片片机机最最为著名。为著名。MCS-51单片机是目前世界上应用最为广泛的单片机系列。单片机是目前世界上应用最为广泛的单片机系列。从最早的从最早的8031、8051、8751到后来的到后来的89C51、89C2051，兼容兼容MCS-51结构和指令结构和指令.但具有各种新特性的单片机层出但具有各种新特性的单片机层出不穷，不穷，

9、几乎所以单片机厂家的产品中都可以找到兼容几乎所以单片机厂家的产品中都可以找到兼容MCS-51的成员，熟悉了的成员，熟悉了MCS-51系列的编程和应用就意味系列的编程和应用就意味着拥有了一个庞大的单片机家族着拥有了一个庞大的单片机家族，可以适合绝大多数单片，可以适合绝大多数单片机应用场合机应用场合二、单片机的发展状况二、单片机的发展状况n1、CPU的改进的改进 采用双采用双CPU结构结构，以提高处理能力以提高处理能力。例：。例：Rockwell公司的公司的R6500/21和和 R65c29 增加数据总线宽度增加数据总线宽度 例：例：NEC公司的公司的uPD-7800将将ALU作成作成16位运算部

10、位运算部件，内部采用件，内部采用16位数据总线。位数据总线。采用流水线结构采用流水线结构，具有很高的运算速度具有很高的运算速度 串行总线结构串行总线结构 I 2C和和 DDB 三条数据总线代替现行的三条数据总线代替现行的8位数据总线，位数据总线，从而大量从而大量减少单片机引线，降低成本减少单片机引线，降低成本。例：非力普公司的。例：非力普公司的MAB8420、SCC83C51n2、存储器的发展、存储器的发展 主要解决容量、主要解决容量、ROM的易写、不丢以及软件保密等。的易写、不丢以及软件保密等。单片机应用领域单片机应用领域 3、片内、片内I/O的状况的状况 一般单片机都有较多并行口，以满足外

11、围设备、芯片扩展电路的需一般单片机都有较多并行口，以满足外围设备、芯片扩展电路的需求，中高档机还配有串口，以满足多机通讯功能要求。求，中高档机还配有串口，以满足多机通讯功能要求。（1 1）传感器接口；）传感器接口；(2)(2)各种工业对象的电气接口；各种工业对象的电气接口；（3 3）驱动的功率）驱动的功率接口；接口；（4 4）人机对化接口；）人机对化接口；（5 5）通讯网络接口。）通讯网络接口。高速高速I/OI/O能力能力 、中断处理能力、中断处理能力 、A/DA/D、D/AD/A的速度和精度的速度和精度 、位操作能力、位操作能力 、功率驱动能力、功率驱动能力 、程序运行监控能力、程序运行监控

12、能力 、信号实时处理能力等。、信号实时处理能力等。4、片内集成更多的外围功能器件。、片内集成更多的外围功能器件。A/D、D/A、DMA控制器、频率合成器、声音发生器、译码驱动控制器、频率合成器、声音发生器、译码驱动器、器、CRT控制器等。控制器等。5、半导体工艺技术的发展、半导体工艺技术的发展集成度提高（集成度提高（0.6um工艺）低功耗化（工艺）低功耗化（CMOS）总之将向高性能、高可靠性、网络化、低电压、低功耗、低噪音、总之将向高性能、高可靠性、网络化、低电压、低功耗、低噪音、低成本的方向发展。低成本的方向发展。n单片机的出现是计算机技术发展史上的一个重要里程碑，单片机的单片机的出现是计算

13、机技术发展史上的一个重要里程碑，单片机的诞生标志着计算机正式形成了通用计算机系统和诞生标志着计算机正式形成了通用计算机系统和嵌入式计算机系统嵌入式计算机系统两大分支。两大分支。n单片机的微小体积和极低的成本，使其可广泛地嵌入到如仪器仪表、单片机的微小体积和极低的成本，使其可广泛地嵌入到如仪器仪表、工业控制单元、汽车电子系统、办公自动化设备、家用电器、机器工业控制单元、汽车电子系统、办公自动化设备、家用电器、机器人、个人信息终端及通信产品中，成为人、个人信息终端及通信产品中，成为现代电子系统现代电子系统中最重要的智中最重要的智能化工具。能化工具。单片机应用领域单片机应用领域 1.1.单片机在智能

14、仪器仪表中的应用；单片机在智能仪器仪表中的应用；2.2.单片机在工业测控中的应用；单片机在工业测控中的应用；3.3.单片机在计算机网络和通讯技术中的应用；单片机在计算机网络和通讯技术中的应用；4.4.单片机在日常生活及家电中的应用；单片机在日常生活及家电中的应用；5.5.单片机在办公自动化方面。单片机在办公自动化方面。遥控机器人在进行灭火演习点点焊焊一个液晶显示的数字式电脑温度计一个液晶显示的数字式电脑温度计出租车计价器及电子称出租车计价器及电子称微计算机系统概念微计算机系统概念图1-1微处理器、微计算机和微计算机系统的关系返回本章首页1.4 计算机中的数和编码计算机中的数和编码n1.4.1

15、计数制计数制n1.4.2 二进制数（用二进制数（用B表示）表示）n1.4.3 十六进制数（用十六进制数（用H表示）表示）n1.4.4 不同进制数之间的转换不同进制数之间的转换n1.4.5 数制书写约定数制书写约定n1.4.6 计算机中数的表示计算机中数的表示n1.4.7 计算机常用编码计算机常用编码 返回本章首页1.4.1 计数制计数制n日常生活中广泛使用的数为十进制数，这是一种逢十进一的计数方日常生活中广泛使用的数为十进制数，这是一种逢十进一的计数方法。用的数制还有二进制、八进制和十六进制等。法。用的数制还有二进制、八进制和十六进制等。n基数小于基数小于10的计数制，可用十进制相应的数码作为

16、它的数字符号，的计数制，可用十进制相应的数码作为它的数字符号，一个数一般由多个数码组成。数码在数中的位置不同，其值也不同。一个数一般由多个数码组成。数码在数中的位置不同，其值也不同。返回本节1.4.2 二进制数（用二进制数（用B表示）表示）n以以2为为基基数数的的数数制制称称为为二二进进位位计计数数制制，它它只只包包括括0和和1两两个个数数码码，很很容容易易用用电电子子元元件件的的两两种种不不同同的的状状态态来来表表示示，例例如如，用用高高电电平平表表示示1，用低电平表示，用低电平表示0。所以，计算机中通常采用二进制数。所以，计算机中通常采用二进制数。n二进制数的计数特征：逢二进一，运算简单。

17、二进制数的计数特征：逢二进一，运算简单。n在加、减、乘、除四则运算中，乘法实质上是做移位加法，除法则在加、减、乘、除四则运算中，乘法实质上是做移位加法，除法则是移位减法。是移位减法。返回本节1.4.3 十六进制数（用十六进制数（用H表示）表示）n为为了了书书写写和和阅阅读读方方便便，经经常常采采用用十十六六进进制制数数作作为为二二进进制制的的缩缩写写形形式式。十进制数、二进制数、十六进制数的对照表如表十进制数、二进制数、十六进制数的对照表如表1-1所示。所示。n在在计计数数时时，逢逢十十六六进进一一，这这样样书书写写长长度度短短，且且可可方方便便将将十十六六进进制制数数转换为二进制数或将二进制

18、数转换为十六进制数。转换为二进制数或将二进制数转换为十六进制数。表1-1十进制数、二进制数、十六进制数对照表返回本节1.4.4 不同进制数之间的转换不同进制数之间的转换n1二进制转换为十进制二进制转换为十进制基基本本方方法法：将将二二进进制制数数按按权权展展开开式式，利利用用十十进进制制数数的的运运算算法法则则求求和和，即可得到等值的十进制数。即可得到等值的十进制数。n2十进制到二进制的转换十进制到二进制的转换l l 十进制整数转换为二进制整数十进制整数转换为二进制整数l l 十进制小数转换为二进制小数十进制小数转换为二进制小数l l 带小数的十进制数转换为二进制数带小数的十进制数转换为二进制

19、数n3二进制、十六进制之间的相互转换二进制、十六进制之间的相互转换n将将二二进进制制数数转转换换为为十十六六进进制制数数，从从低低位位开开始始，每每四四位位一一组组，然然后后将将其转换为对应的十六进制数。如最后一组不足四位，需在左边补其转换为对应的十六进制数。如最后一组不足四位，需在左边补0。n用用同同样样方方法法可可将将二二进进制制小小数数转转换换十十六六进进制制小小数数。只只是是分分组组应应从从小小数数点右边开始分成四位一组。点右边开始分成四位一组。n十十六六进进制制数数转转换换为为二二进进制制数数，将将每每位位十十六六进进制制数数直直接接转转换换成成相相应应的的二进制数。二进制数。返回本

20、节二进制与十进制、十六进制的转换有专用的二进制与十进制、十六进制的转换有专用的计算器计算器。采用电脑，这时你可以点击开始然后点击采用电脑，这时你可以点击开始然后点击程序程序再点再点附件附件这时我们会这时我们会看到有一个看到有一个计算器计算器的程序，我们点击一下计算器，这时一个计算器的程序，我们点击一下计算器，这时一个计算器的操作界面就出来了。如果你看到的是一个跟我们普通计算器一样的操作界面就出来了。如果你看到的是一个跟我们普通计算器一样的界面，这时你还需要进行一个小小的设定，点击计算器界面上的的界面，这时你还需要进行一个小小的设定，点击计算器界面上的查看查看，这时会下拉一个菜单，即标准型，科学

21、型，我们，这时会下拉一个菜单，即标准型，科学型，我们选择科学型选择科学型，这时一个可进行二、十、十六进制运算的计算器就出来了。这时一个可进行二、十、十六进制运算的计算器就出来了。1.4.5 数制书写约定数制书写约定n在在书书写写计计算算机机程程序序时时，一一般般不不用用基基数数作作为为下下标标来来区区分分各各种种进进制制，而而是用相应的英文字母作后缀来表示各种进制的数。是用相应的英文字母作后缀来表示各种进制的数。例如：例如：B（Binary）表示二进制数。表示二进制数。D（Decimal）表表示示十十进进制制数数，一一般般D可可省省略略，即即无无后后缀缀的的数数字字为十进制数。为十进制数。H（

22、Hexadecimal）表示十六进制数。表示十六进制数。返回本节1.4.6 计算机中数的表示计算机中数的表示n1原码、反码和补码原码、反码和补码l原原码码：在在符符号号位位中中用用0表表示示正正、用用1表表示示负负的的二二进进制制数数，称称为为原原码码。例如，例如，x1=1110111B，x1原原=01110111B x2=1110111B，x2原原=11110111 B数数0可是可是0或或0。因此，。因此，0在原码中形式：在原码中形式：0原原=0000 0000B，0原原=1000 0000Bl l 反反码码：正正数数的的反反码码=原原码码；负负数数的的反反码码=原原码码的的符符号号位位不不

23、变变而而数数值按位取反。所谓按位取反，即将各位的值按位取反。所谓按位取反，即将各位的1变成变成0，0变成变成1。例如，例如，x1=13，x1反反=13原原=0 0001101B。又如，又如，x2=13，x2原原=13原原=1 0001101B，x2反反=13反反=1 1110010B。l补码：补码：正数的补码正数的补码=原码；负数的补码原码；负数的补码=反码反码1。例如，例如，x1=1101101B，x1补补=1101101B原原=0 1101101B。又如，又如，x2=1101101B，x2反反=10010010B，x2补补=10010011B。在补码表示中，在补码表示中，“0”是唯一的。即

24、是唯一的。即0补补=00000000B n2数的小数点表示方法数的小数点表示方法 l定定点点表表示示法法：表表示示小小数数点点的的位位置置是是固固定定不不变变的的。分分为为纯纯整整数数和纯小数两类。和纯小数两类。数符数符尾数尾数纯整数表示方法纯整数表示方法 纯小数表示方法纯小数表示方法数符数符尾数尾数其格式如下所示：其格式如下所示：l浮点表示法浮点表示法浮浮点点表表示示法法中中小小数数点点的的位位置置是是不不固固定定的的。任任意意二二进进制制数数N一一般般可可表表示示为：为：N=2PS一一个个浮浮点点数数分分为为阶阶码码和和尾尾数数两两部部分分，二二者者各各有有表表示示正正负负的的阶阶符符和和

25、数数符符，常用存储格式：常用存储格式：阶符阶码数符尾数n在微计算机中常用的浮点数表示有：在微计算机中常用的浮点数表示有：（1）四四字字节节浮浮点点数数格格式式（如如图图1-2所所示示），它它由由一一个个字字节节指指数数（EXP）、）、三个字节尾数构成，共用四个存储单元。三个字节尾数构成，共用四个存储单元。（2）三字节浮点数格式（如图）三字节浮点数格式（如图1-3所示）。所示）。图1-2四字节浮点数格式D7D6D0第一字节第二字节第三字节第四字节阶符Pf阶码数符Sf尾数高字节尾数中字节尾数低字节图1-3三字节浮点数格式第一字节第二字节第三字节数符Sf阶符Pf阶码尾数高字节尾数低字节D7D6D5D

26、0返回本节1.4.7 计算机常用编码计算机常用编码 n常见的编码有常见的编码有BCD码、码、ASCII码等。码等。1二二 十进制编码十进制编码n是是一一种种用用二二进进制制编编码码的的十十进进制制数数，称称BCD码码。BCD码码用用标标准准的的8421的的纯二进制码的十六个状态中的十个（如表纯二进制码的十六个状态中的十个（如表1-2所示）。所示）。BCD码码n用用BCD码码表表示示十十进进制制数数，只只要要将将每每位位十十进进制制数数用用适适当当的的四四位位二二进进制制码代替即可。码代替即可。表1-2BCD编码2字母和符号的编码字母和符号的编码n微微机机普普遍遍采采用用的的是是ASCII码码（如如表表1-3所所示示）。ASCII码码是是一一种种八八位位代代码码，最最高高位位一一般般用用于于奇奇偶偶校校验验，其其余余七七位位二二进进制制码码对对128个个字字符符进进行编码。行编码。表1-3ASCII(美国标准信息交换码)表返回本节