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單片機原理及應用,西南大學.工程技術學院,單片機原理及應用,單片機原理及應用,本章內(nèi)容提要,計算機系統(tǒng)導論,計算機常用數(shù)制與編碼,單片機特點及應用,第章緒論,單片機原理及應用,計算機必須具備,,①相當于算盤的運算器②足夠的存儲器（相當于紙）③指揮、控制各部件協(xié)同工作的控制器④輸出、輸入設備⑤開機后啟動系統(tǒng)自動投入運行的必要程序,,第1章緒論,BIOS計算機內(nèi)部基本輸出輸入系統(tǒng)一般燒寫在主板上面,CMOSComplementaryMetalOxideSemiconductor（互補金屬氧化物半導體）制造大規(guī)模集成電路芯片用的一種技術或用這種技術制造出來的芯片計算機內(nèi)可讀寫的RAM芯片，保存BIOS設置完電腦硬件參數(shù)后的數(shù)據(jù)，如實時時間，常都集成在主板的BIOS芯片,單片機原理及應用,硬件系統(tǒng)——構成微機的實體和裝置,軟件系統(tǒng)——微機系統(tǒng)所使用的各種程序的總稱,軟件系統(tǒng)與硬件系統(tǒng)共同構成實用的微機系統(tǒng)，兩者是相輔相成、缺一不可的。,,微型計算機系統(tǒng),第1章緒論,運算器、控制器、存儲器、輸入/輸出設備是計算機工作的物質基礎（硬件），運算器、控制器是硬件中的核心（CPU）,CPU(CentralProcessingUnit),單片機原理及應用,第一章緒論,計算機中的信息包括：指令、數(shù)據(jù)，他們是以一定的編碼形式表示指令：計算機中執(zhí)行某種操作的命令指令格式：指令的編碼規(guī)則，包含操作碼、操作數(shù)（一般格式：操作碼操作數(shù)）多操作數(shù)指令格式：操作碼第一操作數(shù)第二操作數(shù)減法被減數(shù)減數(shù),單片機原理及應用,（1）數(shù)據(jù)傳輸類（2）算術類，如：加、減、乘、除（3）邏輯指令，如：邏輯與、或、非等（4）程序控制類（5）輸入/輸出指令（6）其他指令,第1章緒論,指令類型：,單片機原理及應用,字、字長：數(shù)據(jù)和指令都是一組二進制編碼，是作為一個整體進行處理、運算的，統(tǒng)稱為機器字，簡稱字。存儲器：程序存儲器、數(shù)據(jù)存儲器控制器：由程序計數(shù)器（PC)、指令寄存器(IR)、指令操作碼譯碼器、地址形成器、脈沖發(fā)生器、啟停電路、時序電路微操作控制部件等組成。,第1章緒論,反映計算機性能還有哪些指標？,單片機原理及應用,,第1章緒論,單片機原理及應用,,1946-1958第一代電子管計算機。磁鼓存儲器，機器語言、匯編語言編程。第一臺數(shù)字計算機ENIAC。,計算機發(fā)展概況,1958-1964第二代晶體管計算機。磁芯作主存儲器,磁盤作外存儲器，開始使用高級語言編程。,1964-1971第三代集成電路計算機。使用半導體存儲器，出現(xiàn)多終端計算機和計算機網(wǎng)絡。,1971-第四代大規(guī)模集成電路計算機。出現(xiàn)微型計算機、單片微型計算機，外部設備多樣化。,1981-第五代人工智能計算機。模擬人的智能和交流方式。,第1章緒論,單片機原理及應用,單片微型計算機是指集成在一個芯片上的微型計算機，簡稱單片機——實質就是一個芯片,單片微型計算機,第1章緒論,單片機原理及應用,單片機的特點,性價比高控制功能強、運行速度快低電壓、低功耗集成度高、抗干擾能力強，可靠性高,可以嵌入到電子產(chǎn)品中——嵌入式應用系統(tǒng),,,第1章緒論,單片機原理及應用,第1章緒論,單片機的發(fā)展過程：,1976年intel研制出MCS-48系列8位的單片機，單片機的問世。1976年Zilog開發(fā)Z80微處理器，廣泛用于微型計算機和工業(yè)自動控制設備。當時，Zilog、Motorola和Intel在微處理器領域三足鼎立。20世紀80年代初，Intel公司推出了MCS-51系列8位單片機。電氣廠商競相使用80C51的內(nèi)核技術，增強了外圍電路功能，強化了智能控制器的特征。工業(yè)控制領域要求提高，Intel推出了16位MCS-8096，但性價不理想未廣泛應用。90年代后隨著消費電子產(chǎn)品大發(fā)展，單片機技術得到了巨大提高。大量專用的嵌入式操作系統(tǒng)被廣泛應用在單片機上，作為掌上電腦和手機核心處理的高端單片機甚至可以直接使用專用的Windows和Linux操作系統(tǒng)。,,,單片機原理及應用,基于MCS－51內(nèi)核的單片機,什么是MCS－51系列單片機,MCS－51是指由美國INTEL公司生產(chǎn)的一系列高性能8位單片機的總稱，也就是我們平常講的51系列單片機。這一系列單片機包括了許多品種，如8031，8051，8751，8032，8052，8752等，其中8051是最早最典型的產(chǎn)品，該系列其它單片機都是在8051的基礎上進行功能的增、減、改變而來的，所以人們習慣于用8051來稱呼MCS－51系列單片機。,單片機原理及應用,MCS-51系列單片機的分類,按功能分類,按存儲器配置分類,單片機原理及應用,,＋,單片機應用系統(tǒng):由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)組成,硬件是應用系統(tǒng)的基礎,軟件是在硬件的基礎上對其資源進行合理調(diào)配和使用，從而完成應用系統(tǒng)所要求的任務，二者相互依賴，缺一不可,注：本課程的重點,1.掌握單片機應用系統(tǒng)硬件原理的分析方法。,2.掌握軟件設計與調(diào)試的基本技能。,第1章緒論,單片機原理及應用,1.3計算機中常用數(shù)制與編碼,1.3.1數(shù)制及數(shù)制間的轉換一、進位計數(shù)制進位計數(shù)制有以下兩個特點：（1）有一個固定的基數(shù)r，數(shù)的每一位只能取r個不同的數(shù)字，即所使用的數(shù)碼為0，1，2，……，r-1。（2）逢r進位，它的第i個數(shù)位對應于一個固定的值ri，ri稱為該位的“權”。小數(shù)點左面各位的權是基數(shù)r的正次冪，依次為0，1，2，…，m次冪，小數(shù)點右面各位的權是基數(shù)r的負次冪，依次為-1，-2，…，-n次冪。,第1章緒論,單片機原理及應用,1．十進制,十進制的基數(shù)為10，它所使用的數(shù)碼為0～9，共10個數(shù)字。十進制各位的權是以10為底的冪，即每個數(shù)所處的位置不同，它的值是不同的，每一位數(shù)是其右邊相鄰那位數(shù)的10倍。例，數(shù)435.32就是下列多項式的縮寫435.32D＝4?102+3?101+5?100+3?10-1+2?10-2后綴D（Decimal）表示該數(shù)為十進制數(shù)，通常對十進制數(shù)可不加后綴。,第1章緒論,單片機原理及應用,2．二進制,二進制的基數(shù)為2，它所使用的數(shù)碼為0、1，共2個。二進制各位的權是以2為底的冪，即…，22，21，20，2-1，2-2，…。例如，二進制數(shù)1011.101相當于十進制的數(shù)是：1011.101B＝1?23+0?22+1?21+1?20+1?2-1+0?2-2+1?2-3二進制數(shù)的運算規(guī)則類似于十進制，加法為逢二進一，減法為借一為二。利用加法和減法就可以進行乘法、除法以及其它數(shù)值運算。后綴B（Binary）表示該數(shù)為二進制數(shù)。字節(jié)(Byte)：8個二進制位(Bit)，無符號表達范圍0~255字Word：雙字節(jié)，16個二進制位，無符號表達范圍0~65535,第1章緒論,單片機原理及應用,3．十六進制,十六進制的基數(shù)為16，它所使用的數(shù)碼共有16個：0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、A、B、C、D、E、F，其中A～F相當于十進制數(shù)的l0～15。十六進制的權是以16為底的冪，即…，162，161，160，16-1，16-2，…。例，十六進制數(shù)A3E.8F相當于十進制的數(shù)是：A3E.8F＝10?162+3?161+14?160+8?161+15?16-2后綴H(Hexadecimal)表示該數(shù)為十六進制數(shù)。十六進制數(shù)如是字母打頭，則在使用匯編指令時前面需加一個0。,第1章緒論,單片機原理及應用,1.3.2數(shù)制的轉換,1．二進制數(shù)、十六進制數(shù)轉換成十進制數(shù)根據(jù)定義，只需將二、十六進制數(shù)按權展開后相加即可。例：1011B＝1?23+0?22+1?21+1?20＝11A4H＝10?161+4?160＝164,第1章緒論,單片機原理及應用,將62轉換成二進制數(shù)解：十進制整數(shù)62轉換為二進制數(shù)，采用“除二取余”法。2?62……余數(shù)=0低位2?31……余數(shù)=12?15……余數(shù)=12?7……余數(shù)=12?3……余數(shù)=11……余數(shù)=1高位按余數(shù)的逆序排列，即得結果：62D＝111110B,,第1章緒論,十進制數(shù)轉換成二進制數(shù)、十六進制數(shù)十進制整數(shù)轉換成二進制數(shù)（或十六進制數(shù)）時，通常采用“除二取余”（或除十六取余）法，即用“2”（或16）連續(xù)除十進制數(shù)至商為0，逆序排列余數(shù)即可得到。,單片機原理及應用,3．二進制數(shù)與十六進制數(shù)的相互轉換,第1章緒論,單片機原理及應用,（1）二進制數(shù)轉換成十六進制數(shù)二進制數(shù)整數(shù)部分由右向左每4位一分段，最后不足部分左面補零；小數(shù)部分由左向右每4位一分段，最后不足部分右面補零，然后，每4位二進制數(shù)用1位十六進制數(shù)代替，便轉換成了十六進制。例：1011110101.110=001011110101.1100=2F5.CH（2）十六進制數(shù)轉換成二進制數(shù)將每一位十六進制數(shù)用對應的4位二進制數(shù)代替，便轉換成了二進制數(shù)。例如：BD5.6H=101111010101.0110BBD56,第1章緒論,單片機原理及應用,1.3.3計算機中常用編碼,1．BCD編碼BCD(BinaryCodedDecimal)編碼就是用二進制代碼表示的十進制數(shù)，即二—十進制編碼。在BCD碼中是用四位二進制數(shù)0000～1001給0～9這10個數(shù)字編碼。BCD碼與十進制數(shù)的相互轉換,第1章緒論,單片機原理及應用,按照BCD的十位編碼與十進制的關系，可以很容易地實現(xiàn)BCD碼與十進制數(shù)之間的轉換。例如：（010010010111）BCD＝497BCD碼與二進制之間的轉換不是直接的，要先經(jīng)過十進制，然后再轉換為二進制，反之過程類似。,第1章緒論,BCD碼常用于：顯示、打印等人機界面,單片機原理及應用,2．ASCII編碼,字母與字符用二進制碼表示的方法很多。目前在計算機中最普遍采用的是ASCII碼(AmericanStandardCodeforInformationInterchange)。ASCII碼是一種8位代碼，一般最高位可用于奇偶效驗，它采用七位(b0～b6)二進制編碼代表字符信息，共有128個字符，其中32個是控制字符，96個是圖形字符。在不考慮奇偶效驗時，一般最高一位都以0來代替。例如：數(shù)字0～9的ASCII碼可表示為十六進制數(shù)為30H～39H，字母A～Z的ASCII碼可表示為十六進制數(shù)為41H～5AH等。,第1章緒論,