《单片机原理与应用》谢维成(第一章).ppt

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1、 单片机原理及应用单片机原理及应用 性质：专业技术课性质：专业技术课 考核：闭卷考试考核：闭卷考试 学时：学时：48 学分：学分：3 教材：教材：单片机原理与应用及单片机原理与应用及C51C51程序设计程序设计 谢维成，清华大学出版社谢维成，清华大学出版社推荐参考书：推荐参考书：1、单片机基础，李广弟等编著单片机基础，李广弟等编著 北京航空航天大学出版社北京航空航天大学出版社2、单片微型计算机与接口技术，李群芳等单片微型计算机与接口技术，李群芳等 电子工业出版社电子工业出版社3、单片机的单片机的C语言应用程序设计，马忠梅等语言应用程序设计，马忠梅等 北京航空航天大学出版社北京航空航天大学出版社

2、第第1章章 基础知识基础知识1.1 信息在计算机中的表示信息在计算机中的表示1.2 单片机的概念及其特点单片机的概念及其特点1.3 单片机的发展及其主要品种单片机的发展及其主要品种1.4 单片机的应用单片机的应用第第2章章 单片机基本原理单片机基本原理2.1 MCS-51系列单片机简介系列单片机简介2.2 MCS-51系列单片机的结构原理系列单片机的结构原理2.3 MCS-51系列单片机的外部引脚及系列单片机的外部引脚及片外总线片外总线2.4 MCS-51系列单片机的工作方式系列单片机的工作方式2.5 MCS-51系列单片机的时序系列单片机的时序第第3章章 单片机汇编程序设计单片机汇编程序设计

3、3.1 MCS-51系列单片机汇编指令系列单片机汇编指令格式及标识格式及标识3.2 MCS-51系列单片机的寻址方系列单片机的寻址方式式3.3 MCS-51系列单片机指令系统系列单片机指令系统3.4 MCS-51系列单片机汇编程序系列单片机汇编程序常用伪指令常用伪指令3.5 MCS-51系列单片机汇编程序系列单片机汇编程序设计设计第第4章章 单片机单片机C语言程序设计语言程序设计4.1 C语言与语言与MCS-51单片机单片机4.2 C51的数据类型的数据类型4.3 C51的运算量的运算量4.4 C51的运算符及表达式的运算符及表达式4.5 表达式语句及复合语句表达式语句及复合语句4.6 C51

4、的输入的输入/输出输出4.7 C51程序基本结构与相关语句程序基本结构与相关语句4.8 函数函数4.9 C51构造数据类型构造数据类型4.9 C51构造数据类型构造数据类型目录目录第第6章章 MCS-51单片机内部资源及编程单片机内部资源及编程6.1 并行输入并行输入/输出接口输出接口6.2 定时定时/计数器接口计数器接口6.3 串行接口串行接口6.4 中断系统中断系统第第7章章 MCS-51单片机系统扩展单片机系统扩展7.1 MCS-51单片机的最小系统单片机的最小系统7.2 存储器扩展存储器扩展7.3 输入输入/输出口扩展输出口扩展第第7章章 MCS-51单片机与键盘、显示器单片机与键盘、

5、显示器的接口的接口7.4 MCS-51单片机与键盘的接口单片机与键盘的接口7.5 MCS-51单片机与单片机与LED显示器接口显示器接口7.6 MCS-51单片机与行程开关、晶闸单片机与行程开关、晶闸管、继电器的接口管、继电器的接口第第8章章 MCS-51与与D/A、A/D的接口的接口8.1 MCS-51单片机与单片机与ADC的接口的接口8.2 MCS-51单片机与单片机与DAC的接口的接口第第9章章 MCS-51单片机的其它接口单片机的其它接口9.1 LCD与与MCS-51接口接口9.2 MCS-51单片机与单片机与I2C总线芯片接总线芯片接口口9.3 MCS-51单片机与时钟日历芯片单片机

6、与时钟日历芯片接口接口 第第10章章 单片机应用系统设计单片机应用系统设计10.1 单片机应用系统的基本结构单片机应用系统的基本结构10.2 单片机应用系统的硬件系统设单片机应用系统的硬件系统设计计10.3 单片机应用系统的软件设计单片机应用系统的软件设计第第11章章 单片机应用系统设计实例单片机应用系统设计实例11.1 单片机电子时钟的设计单片机电子时钟的设计11.2 多路数字电压表的设计多路数字电压表的设计第第12章章 Keil C51集成环境的使用集成环境的使用12.1 Keil C51简介简介12.2 Keil uVision2 IDE的使用方法的使用方法12.3 Keil C51的调

7、试技巧的调试技巧 1、数据单位、数据单位二进制位：二进制位：二进制数中的每个二进制数中的每个0 或或1。（如（如10111011B）它是表示信息的最小单位。它是表示信息的最小单位。位（位（Bit）：）：计算机计算机存储数据存储数据的最小的数据单位。的最小的数据单位。每一位的状态只能是每一位的状态只能是0或或1。字节（字节（Byte）：）：通常把通常把8位位二进制位二进制位定义为一个字节定义为一个字节 （Byte），它是数据处理的基本单位。），它是数据处理的基本单位。字（字（Word）：）：1个字为个字为2个字节。个字节。字字 长：长：计算机一次可处理的二进制数的位数。计算机一次可处理的二进制数

8、的位数。第第0章章 复习计算机基本概念复习计算机基本概念2 2、数据表示、数据表示 我们最常用的我们最常用的10进制进制，生活中还有：生活中还有：七进制，比如星期七进制，比如星期；十二进制十二进制，比如小时或，比如小时或“一打一打”；六十进制六十进制，比如分钟或角，比如分钟或角度度 计算机使用的是二进制数，但常用计算机使用的是二进制数，但常用16进制和进制和8进制表达进制表达一个数。一个数。2、8、16，分别是，分别是2的的1次方、次方、3次方、次方、4次方。这一点使次方。这一点使得三种进制之间可以非常直接地互相转换。得三种进制之间可以非常直接地互相转换。8进制或进制或16进制缩短了二进制数，

9、但保持了二进制数的进制缩短了二进制数，但保持了二进制数的表达特点。表达特点。3、数值与数制、数值与数制 计数：计数：数的记写和命名方法。数的记写和命名方法。数制：数制：按进位原则进行计数（的方法），称为按进位原则进行计数（的方法），称为进位计数制进位计数制 简称简称数制数制，不同的计数规则构成了不同的进位数制。，不同的计数规则构成了不同的进位数制。数码：数码：数制中表示基本数值大小的不同数字符号数制中表示基本数值大小的不同数字符号 权：权：每一个每一个数码数码所表示的值就等于该数码本身所表示的值就等于该数码本身 乘以一个与所在数位有关的常数。乘以一个与所在数位有关的常数。十进制十进制 （D）D

10、ecimal system（scale）二进制二进制 （B）Binary system 八进制八进制 （O）Octonary system 十六进制十六进制（H）Hexadecimal system 进制越大，数的表达长度也就越短。进制越大，数的表达长度也就越短。10D 10O 10H 10B4 4、采用二进制编码的好处、采用二进制编码的好处（1）物理上容易实现（状态分明），可靠性强；）物理上容易实现（状态分明），可靠性强；（2）运算简单，通用性强；）运算简单，通用性强；（3）二进制的）二进制的0、1数码与逻辑数码与逻辑量量“真真”和和“假假”的的0、1吻合。吻合。整数部分：整数部分：方法：方

11、法：除除2取余取余 余数余数 操作：操作：2 25 1 最低位最低位 2 12 0 2 6 0 2 3 1 2 1 1 最高位最高位 0 结果：结果：(25)D=(11001)B5、十进制向二进制的转换、十进制向二进制的转换（除法）（除法）：小数部分：小数部分：方法：方法：乘乘2取整取整操作：操作：0.625 2 1.250 1 小数的高位小数的高位 2 0.500 0 2 1.000 1 小数的低位小数的低位 (0.625)D=(0.101)B说明说明：非纯小数的结果为整数和小数部分各自转换结果的组合。非纯小数的结果为整数和小数部分各自转换结果的组合。十进制向八进制和十六制的转换依此类推。十

12、进制向八进制和十六制的转换依此类推。第第1章章 基础知识基础知识 1.1 信息在计算机中的表示信息在计算机中的表示1.1.1 数在计算机内的表示数在计算机内的表示计算机中的数通常有两种：无符号数和有符号数。计算机中的数通常有两种：无符号数和有符号数。无符号数由于不带符号，表示时比较简单，直接用它对应的二进无符号数由于不带符号，表示时比较简单，直接用它对应的二进制形式表示，例如：假设机器字长为制形式表示，例如：假设机器字长为8位，位，123表示成表示成01111011B。有符号数带有正负号有符号数带有正负号，通常，在计算机中表示有符号数时，在，通常，在计算机中表示有符号数时，在数的前面加一位，作

13、为符号位。数的前面加一位，作为符号位。正数表示为正数表示为0，负数表示为，负数表示为1，其余的，其余的位用以表示数的大小。位用以表示数的大小。这种把符号这种把符号数字化数字化的数，称为的数，称为机器数机器数，它的，它的数值称为机器数的数值称为机器数的真值真值。符号位符号位数值位数值位机器数在计算机中有三种表示法：机器数在计算机中有三种表示法：原码原码、反码反码和和补码补码。一、原码一、原码 原码表示时，最高位为符号位，正数用原码表示时，最高位为符号位，正数用0表示，负数用表示，负数用1表示，表示，其余的位用于表示数的绝对值。其余的位用于表示数的绝对值。对于一个对于一个N位的二进制，它的原码表示

14、范围为位的二进制，它的原码表示范围为-(2n-1-1)+(2n-1-1)。例如：如果用例如：如果用8位二进制表示原码，则数的范围为位二进制表示原码，则数的范围为-127+127。原码表示时，假设机器字长为原码表示时，假设机器字长为8位，位，-0的编码为的编码为10000000，+0的的编码为编码为00000000。【例【例1-1】求求+67、-25的原码（机器字长的原码（机器字长8位）。位）。因为因为 +67=67=1000011B-25=25=11001B所以所以 +67原原=01000011B -25原原=10011001B符号位符号位数值位数值位二、反码二、反码 反码表示时，反码表示时，

15、最高位为符号位，正数用最高位为符号位，正数用0表示，负数用表示，负数用1表示，表示，正数的反码与原码相同，而负数的反码可在原码的正数的反码与原码相同，而负数的反码可在原码的基础之上，符号位不变，其余位取反得到。基础之上，符号位不变，其余位取反得到。对于一个对于一个n位的二进制，它的反码表示范围为位的二进制，它的反码表示范围为 -(2n-1-1)+(2n-1-1)对于对于0，假设机器字长为，假设机器字长为8位，位，-0的反码为的反码为11111111B，+0的反码为的反码为00000000B。三、补码三、补码 补码表示时，补码表示时，最高位为符号位，正数用最高位为符号位，正数用0表示，负数表示，

16、负数用用1表示，正数的补码与原码相同，而负数的补码可在原表示，正数的补码与原码相同，而负数的补码可在原码的基础之上，符号位不变，其余位取反，末位加码的基础之上，符号位不变，其余位取反，末位加1得到。得到。对于一个负数对于一个负数X，X的补码也可用的补码也可用2n-X 得到，其中得到，其中n为为计算机字长。计算机字长。【例【例1-3】求求+67、-25的补码（机器字长的补码（机器字长8位）。位）。因为因为+67原原=01000011B-25原原=10011001B所以所以+67补补=01000011B-25补补=11100111B 另外，对于计算补码，也可用一种另外，对于计算补码，也可用一种求补

17、运算方法求补运算方法求得。求得。对于一个数对于一个数X：X补补 -X补补 X补补【例【例1-4】已知已知+25的补码为的补码为00011001B，用求补运算求，用求补运算求-25的补码。的补码。因为因为 25补补 -25补补所以所以 -25补补=11100110+1=11100111B 补码数的表示范围，对于一个补码数的表示范围，对于一个n位的二进制，它的补码表示范位的二进制，它的补码表示范围为围为-(2n-1)+(2n-1-1)。补码表示时，对于。补码表示时，对于0，-0和和+0的补码是相的补码是相同的，假设机器字长为同的，假设机器字长为8位，则位，则0的补码为的补码为00000000B。求

18、补运算具有以下的特点：求补运算具有以下的特点：求补运算：求补运算：一个二进制数，符号位和数值位一起取反，末位加一个二进制数，符号位和数值位一起取反，末位加1。补码的加法运算规则：补码的加法运算规则：X+Y补补=X补补+Y补补X-Y补补=X补补+-Y补补对于对于-Y补补，只要对，只要对Y补补作作求补运算求补运算可以得到。可以得到。四、补码的加减运算四、补码的加减运算五、十进制数的表示五、十进制数的表示 十进制编码又称为十进制编码又称为BCD码。码。分压缩分压缩BCD码和非压缩码和非压缩BCD码：码：压缩压缩BCD码又称为码又称为8421码，它是用四位二进制编码来码，它是用四位二进制编码来表示一位

19、十进制符号。表示一位十进制符号。例如：十进制数例如：十进制数124的压缩的压缩BCD码为码为0001 0010 0100。十进制数十进制数4.56的压缩的压缩BCD码为码为0100.0101 0110。非压缩非压缩BCD码是用八位二进制来表示一位十进制符号，码是用八位二进制来表示一位十进制符号，其中低四位二进制编码与压缩其中低四位二进制编码与压缩BCD码相同，高四位任取。码相同，高四位任取。例如：十进制数例如：十进制数124的非压缩的非压缩BCD码为码为 0011 0001 0011 0010 0011 0100。1.1.2 字符在计算机内的表示字符在计算机内的表示 现在的计算机中字符数据的编

20、码通常采用的是美现在的计算机中字符数据的编码通常采用的是美国信息交换标准代码国信息交换标准代码ASCII码码（American Standard Code for Information Interchange）。基本）。基本ASCII码码标准定义了标准定义了128个字符，用个字符，用七位二进制七位二进制来编码，包括来编码，包括英文大写字母英文大写字母26个、小写字母个、小写字母26个、数字符号个、数字符号09十十个，还有一些专用符号（如个，还有一些专用符号（如“：”、“！”、“%”）及控制符号（如换行、换页、回车等）。）及控制符号（如换行、换页、回车等）。1.2 单片机及其特点单片机及其特点

21、1.2.1 单片机的基本概念单片机的基本概念 单片微机是早期单片微机是早期Single Chip Microcomputer的的直译，它忠实地反映了早期单片微机的形态和本质。直译，它忠实地反映了早期单片微机的形态和本质。单片机属于微型计算机的一种，是把微型计算机中的单片机属于微型计算机的一种，是把微型计算机中的微处理器、存储器、微处理器、存储器、I/O接口、定时器接口、定时器/计数器、串行计数器、串行接口、中断系统接口、中断系统等电路集成在一块集成电路芯片上形等电路集成在一块集成电路芯片上形成的微型计算机。因而被称为单片微型计算机，简称成的微型计算机。因而被称为单片微型计算机，简称为单片机。为

22、单片机。微型计算机与单片机在硬件结构上的比较微型计算机与单片机在硬件结构上的比较 微型计算机微型计算机 单片机单片机数据数据RAMCPU并行并行I/O程序程序ROM定时定时/计数器计数器串型端口串型端口中断控制器中断控制器扩展扩展I/O端口端口系统总线（系统总线（DB、AB、CB）微型计算机的组成框图微型计算机的组成框图（由多个（由多个ICIC芯片组装在一个主电路板上）芯片组装在一个主电路板上）MCS-51单片机单片机所有单元都组装所有单元都组装在一个在一个ICIC芯片上芯片上单片机按照用途可分为通用型和专用型两大类：单片机按照用途可分为通用型和专用型两大类：1、早期、早期通用型单片微机通用型

23、单片微机。通过不同的外围扩展来满足不同的应用对象要求。通过不同的外围扩展来满足不同的应用对象要求。2、随着应用领域的不断扩大出现了专门为某一类应用而、随着应用领域的不断扩大出现了专门为某一类应用而设计的单片机设计的单片机专用型单片微机专用型单片微机。目的：降低成本、简化系统结构、提高可靠。目的：降低成本、简化系统结构、提高可靠。如：如：用于计费率电表、用于电子记事簿的单片机等。用于计费率电表、用于电子记事簿的单片机等。在单片机使用上注意以下几个相互有相同点也有区在单片机使用上注意以下几个相互有相同点也有区别的概念：别的概念：（1）单板机；）单板机；（2）单片机；）单片机；（3）多板机。）多板机

24、。1.2.2 单片机的主要特点单片机的主要特点（1）在存储器结构上，单片机的存储器采用）在存储器结构上，单片机的存储器采用哈佛（哈佛（Harvard）结构）结构，ROM和和RAM是严格分开的。是严格分开的。ROM称为程序存储器，只存放程序、固定常数和数据表格。称为程序存储器，只存放程序、固定常数和数据表格。RAM则为数据存储器，用作工作区及存放数据。则为数据存储器，用作工作区及存放数据。（2）在芯片引脚上，大部份采用）在芯片引脚上，大部份采用分时复用分时复用技术。技术。（3）在内部资源访问上，通过用特殊功能寄存器（）在内部资源访问上，通过用特殊功能寄存器（SFR）的形式。）的形式。（4）在指令

25、系统上，采用面向控制的指令系统。）在指令系统上，采用面向控制的指令系统。（5）内部一般都集成一个全双工的串行接口。）内部一般都集成一个全双工的串行接口。（6）单片机有很强的外部扩展能力。）单片机有很强的外部扩展能力。1.3 单片机发展及其主要品种单片机发展及其主要品种 1.3.1 4位单片机位单片机1.3.2 8位单片机位单片机1.3.3 16位单片机位单片机1.3.4 32位单片机位单片机 在在1978年以前各厂家生产的年以前各厂家生产的8位单片机，由于集成度的限制，位单片机，由于集成度的限制，一般都没有串行接口，只提供小范围的寻址空间（小于一般都没有串行接口，只提供小范围的寻址空间（小于8

26、KB），），性能相对较低，称为低档性能相对较低，称为低档8位单片机。位单片机。在在1978年以后，集成电路水平提高，出现了一些高性能的年以后，集成电路水平提高，出现了一些高性能的8位位单片机，它们的寻址能力达到了单片机，它们的寻址能力达到了64KB，片内集成了，片内集成了48KB的的ROM，片内除了带并行，片内除了带并行I/O口外，还有串行口外，还有串行I/O接口，甚至有些还接口，甚至有些还集成集成A/D转换器。这类单片机称为高档转换器。这类单片机称为高档8位单片机。位单片机。一、电子计算机的发展历史一、电子计算机的发展历史 1、第一代（、第一代（19461958）：电子管计算机。）：电子管计

27、算机。用于：科学计算用于：科学计算2、第二代（、第二代（19581964）：晶体管计算机。）：晶体管计算机。用于：科学计算、数据处理、工业控制用于：科学计算、数据处理、工业控制3、第三代（、第三代（19641971）：集成电路计算机、网络。）：集成电路计算机、网络。用于：科学计算、数据处理、工业控制、事务管理。用于：科学计算、数据处理、工业控制、事务管理。4、第四代（第四代（1971 ）：）：大规模集成电路计算机。大规模集成电路计算机。用于：计算量极大的高尖技术及国民经济领域出现了用于：计算量极大的高尖技术及国民经济领域出现了微型机微型机。5、第五代：智能型计算机正在研制中。、第五代：智能型计

28、算机正在研制中。用于：模拟人的智能，识别图像、语言和物体，联想、推理、用于：模拟人的智能，识别图像、语言和物体，联想、推理、解答问题，使用自然语言进行会话处理。解答问题，使用自然语言进行会话处理。微型机算计的核心部分：微型机算计的核心部分：微处理器微处理器的发展已经历了五代。的发展已经历了五代。第一代（第一代（19711973）：）：4位位8位（初级）位（初级）第二代（第二代（19731975）：）：8位（初级）位（初级）第三代（第三代（19751978）：初级）：初级8位单片机位单片机 Intel MCS-48系列单片机系列单片机第四代（第四代（197880年代中期）：高档年代中期）：高档8

29、位单片机位单片机 Intel MCS-51系列单片机系列单片机16位、位、32位位第五代（第五代（80年代中期至今）：年代中期至今）：64位位二、微型计算机的发展历史二、微型计算机的发展历史1.4 单片机的应用单片机的应用 1.4.1 单机应用单机应用（1）工业自动化控制。）工业自动化控制。（2）智能仪器仪表。）智能仪器仪表。（3）计算机外部设备和智能接口。）计算机外部设备和智能接口。（4）家用电器。）家用电器。1.4.2 多机应用多机应用1.4.3 单片机的等级单片机的等级（1）民用级或商用级。）民用级或商用级。温度适应能力在温度适应能力在0 C70 C，适用，适用于机房和一般的办公环境。于机房和一般的办公环境。（2）工业级。）工业级。温度适应能力在温度适应能力在-40 C85 C，适用于工厂，适用于工厂和工业控制中，对环境的适应能力较强。和工业控制中，对环境的适应能力较强。（3）军用级。）军用级。温度适应能力在温度适应能力在-65 C125 C，运用于环境，运用于环境条件苛刻、温度变化很大的野外。主要用在军事上。条件苛刻、温度变化很大的野外。主要用在军事上。单片机技术的应用遍布国民经济与人民生活的各个领域