第1章 单片机基础知识（ppt课件）.ppt

第章单片机基础知识,本章内容,Single Chip Microcomputer,什么是单片机？,数制和码制,单片机分类,计算机发展概述,2/50,计算机发展概况,世界上第1台计算机,名称：ENIAC(Electronic Numerical Integrator and Computer)目的：用于第2次世界大战后期的弹道计算诞生时间：1946年2月15日诞生地：美国宾夕法尼亚大学,教学进程,3/50,微型计算机发展概况,约翰冯诺依曼,姓名：John Von Neumann诞生时间：1903年12月28日逝世日期：1957年2月8日国籍：美籍匈牙利人,教学进程,4/50,阶段 CPU(中央处理器)第一代 Intel 4004/8008第二代 Intel 8080第三代 Intel 8085 第四代 Intel 8086/8088/80486第五代 Pentium 586Pentium Pentium Pentium,1971年第1台微型计算机诞生,微型计算机的发展,1.1.1,老式电脑IBM-PC,教学进程,5/50,Intel8080,出产年份：1974年4月频率：2MHz,教学进程,它是英特尔公司继4004芯片推出的第三代微处理器，8080比4004快十倍而且数据宽度也从4位扩展到8位，被广泛应用与各种控制系统和嵌入式系统中。,6/50,教学进程,7/50,IntelMCS-48,出产年份：1976年 8位CPU、1K字节ROM、64字节RAM、27根I/O线和1个8位定时/计数器。,教学进程,1976年intel公司研制出MCS-48系列8位的单片机，这也是单片机的问世。,8/50,IntelMCS-51,出产年份：1980年,教学进程,1980年intel公司研制出MCS-51系列8位的单片机。8位CPU、4K字节ROM、128字节RAM、4个8位并口、1个全双工串行口、2个16位定时/计数器。寻址范围64K，并有控制功能较强的布尔处理器。,微型计算机硬件结构,内部结构,CPU(Central Processing Unit),硬件系统构成微机的实体和装置,软件系统微机系统所使用的各种程序的总称,软件系统与硬件系统共同构成实用的微机系统，两者是相辅相成、缺一不可的。,微型计算机系统,计算机主要技术指标,字长：CPU并行处理二进制的数据位数 8位机、16位机、32位机和64位机。,内存容量：内存存储单元数 容量单位：1K=210=1024，1M=220=1KK 8K、64K、16M、64M。,运算速度：CPU处理速度时钟频率、主频、每秒运算次数 6MHz、12MHz、24MHz、100MHz、300MHz。,内存存取周期：内存读写速度 50nS、70nS、200nS。,单片机即单片微型计算机，是将计算机主机(CPU、内存和I/O接口)集成在一小块硅片上的微型机。,单片机为工业测控而设计，又称微控制器。具有三高优势(集成度高、可靠性高、性价比高)。主要应用于工业检测与控制、计算机外设、智能仪器仪表、通讯设备、家用电器等。特别适合于嵌入式微型机应用系统。,单片微型计算机,单片机的特点及应用,1.单片机的特点,体积小，重量轻,电源单一，功耗低,功能强，价格低,运行速度快，抗干扰能力强，可靠性高,可以嵌入到电子产品中嵌入式应用系统,2.单片机应用,工业方面,民用方面,仪表方面,电讯方面,数据处理方面,汽车方面,单片机发展概况,1976-1978 初级8位单片机 Intel MCS-48 系列1978-高档8位单片机 Intel MCS-51系列：-51子系列：8031/8051/8751-52子系列：8032/8052/8752低功耗型80C31高性能型80C252廉价型89C2051/1051,1983-16位单片机 Intel MCS-96 系列8098/8096、80C198/80C19632位单片机 80960,目前8位单片机仍是单片机的主流机型；,生产厂商：,单片机的发展经历了由4位机到8位机,再到16 位机的发展过程,美国微芯片公司:PIC16C系列、PIC17C系列、PIC1400系列，美国英特尔公司的MCS-48和MCS-51系列，美国摩托罗拉公司的MC68HC05系列和MC68HC11系列，美国齐洛格公司的Z8系列，日本电气公司的PD78系列，美国莫斯特克公司和仙童公司合作生产的F8（3870）系列等。,主要是寻求最佳的单片形态嵌入式系统的最佳体系结构。“创新模式”获得成功，奠定了SCM与通用计算机完全不同的发展道路。在开创嵌入式系统独立发展道路上，Intel公司功不可没,单片机技术发展的三个阶段,SCM即单片微型计算机（Single Chip Microcomputer）阶段,主要的技术发展方向是：不断扩展满足嵌入式应用时，对象系统要求的各种外围电路与接口电路，突显其对象的智能化控制能力。它所涉及的领域都与对象系统相关，因此，发展MCU的重任不可避免地落在电气、电子技术厂家。从这一角度来看，Intel逐渐淡出MCU的发展也有其客观因素。在发展MCU方面，最著名的厂家当数Philips公司。,单片机技术发展的三个阶段,MCU即微控制器（Micro Controller Unit）阶段,单片机是嵌入式系统的独立发展之路，向MCU阶段发展的重要因素，就是寻求应用系统在芯片上的最大化解决；因此，专用单片机的发展自然形成了SoC化趋势。随着微电子技术、IC设计、EDA工具的发展，基于SoC的单片机应用系统设计会有较大的发展。因此，对单片机的理解可以从单片微型计算机、单片微控制器延伸到单片应用系统。,单片机技术发展的三个阶段,SoC单片机(System On Chip),单片机内部结构示意图,单片机应用系统,单片机应用系统:由硬件系统和软件系统组成,硬件是应用系统的基础,软件是在硬件的基础上对其资源进行合理调配和使用，从而完成应用系统所要求的任务，二者相互依赖，缺一不可,注：本课程的重点,1.掌握单片机应用系统硬件原理的分析方法。,2.掌握软件设计与调试的基本技能。,22/50,姓名：周立功诞生时间：1964年3月出生毕业院校：东华大学国籍：中国,教学进程,23/50,所谓数制是指按进位的方法来进行计数,计算机基础,数制、编码,（一）数制,二进制数(mod.2)0000 0001 0010 0011 0100 0101(1101)2,八进制(mod.8)1234567 10 11.17 20.27 30(57)8,十进制(mod.10)123456789 10 11 12 13.19 20(22)10,24/50,一个数值，可以用不同进制的数表示。通常用数字后面跟一个英文字母来表示该数的数制。,十进制数：D Decimal D可以省略不用.二进制数：B Binary 八进制数：O Octal 十六进制数：H Hexadecimal.,例：1001B=09H=9D,1-2 计算机运算基础,*基数：数制所使用的数码的个数*权：数制中每一位所具有的值.,对于十进制来说，10称为十进制数的基数。,两个基本概念,进制数数学表达形式,一.十进制ND有十个数码：09，逢十进一。例 1234.5=1103+2102+3101+4100+510-1加权展开式以10称为基数，各位系数为09。一般表达式：ND=dn-110n-1+dn-210n-2+d0100+d-110-1+,二.二进制NB两个数码：0、1,逢二进一。例 1101.101=123+122+021+120+12-1+12-3 加权展开式以2为基数，各位系数为0、1。一般表达式：NB=bn-12n-1+bn-22n-2+b020+b-12-1+,进制数数学表达形式,进制数数学表达形式,三.十六进制NH十六个数码09、AF，逢十六进一。例：DFC.8=13162+15161+12160+816-1 展开式以十六为基数，各位系数为09，AF。一般表达式：NH=hn-116n-1+hn-216n-2+h0160+h-116-1+,29/50,数的进制转换,各种进制间的对应关系,1,教学进程,不同进制数换算方法,2,30/50,mod2-mod10换算,mod.10,mod.2,27.25,24 23 22 21 20 2-1 2-2,+,例(11011.01)2=,10010.11,.余1,0.8125 2,教学进程,31/50,mod16-mod10换算,mod.10,mod.16,788.07031,162 161 160 16-1 16-2,+,例(314.12)16=,13A.4F,0.31 16,教学进程,32/50,mod2-mod16换算,mod.16,mod.2,(3D.5C)16,例(111101.010111)2=,(1001011.01100001)2,例(4B.61)16=,教学进程,例题,例1：将237D化为二进制数。例2：0.6875D化为二进制数。例3：237D化为十六进制数例4：将0.5429D为十六进制数例5：将3D7BH化为十进制数,34/50,计算机中有符号数的表示,2,常用的编码方案：原码、反码、补码。1、原码原码：用最高位表示符号，其中：0-正、1-负，其它位表示数值的绝对值。【例】有符号数的原码表示。X=45=00101101B X原=00101101BX=-45,X原=10101101B原码表示简单易懂，但若是两个异号数相加（或两个同号数相减）,就要做减法。为了把减法运算转换为加法运算就引进了反码和补码。,教学进程,35/50,教学进程,0的表示形式（8位）+0原=00000000-0原=10000000,特点A、原码与真值的对应关系简单。B、0的编码不唯一，处理运算不方便。C、8位二进制数，原码可表示的范围：+127D-127D,36/50,2、反码正数的反码与原码相同，符号位用0表示，数值位值不变。负数的反码符号位用1表示,数值位由原码数值位按位取反形成，即0变1、1变0。【例】有符号数的反码表示。X=45=00101101B,X反=00101101BX=-45,X反=11010010B,教学进程,反码的特点：,“0”有+0和-0之分。+0反=0000 0000-0反=1111 11111,(2)8位二进制反码所能表示的数值范围为+127127，一般地，对于n位字长的计算机来说，其反码表示 的数值范围为+2n-112n-1+1。,(3)8位带符号数用反码表示时，若最高位为“0”（正数）则后面的7位即为数值；若最高位为“1”（负数），则后面7位表示的不是此负数的数值，必须把它们按 位取反，才是该负数的二进制值。,如：一个数的反码为1001 0100B（反）其实际表示值为-107D,例如:一个8位二进制反码表示的数10010100B。它是一个负 数；但它并不等于20D，而应先将其数字位按位取反，然后才能得出此二进制数反码所表示的真值:1101011（1261251231211）（643283）107D,39/50,2023/1/22,39,3、补码正数的补码和原码相同。负数的补码=反码+1。【例1.3】有符号数的补码表示。X=45=00101101B X补=00101101BX=-45 X补=11010011B【例1.4】求127和 0的三种编码表示。,+127原=0 1111111+0原=0 0000000-127反=1 0000000-0反=1 1111111-127补=1 0000001-0补=0 0000000,注：A、0补=+0补=-0补=00000000B、8位二进制数表示的数值范围是：+127-128C、知道补码求原码：X补补=X原,教学进程,40/50,2023/1/22,40,4、补码的计算正数补码等于它本身，只有负数才有求补码的问题，补码的计算可以有以下方法：利用原码求X补=X反+1直接求补法从最低位起，到出现第一个1以前原码中的数字不变，以后逐位取反，但符号位不变。,例：求补码:X1=-101 0111B，X2=-111 0000B X1原=1101 0111B X2原=1111 0000B-X1补=1010 1001B X2补=1001 0000B,41/50,2023/1/22,41,补码的加法可以证明：两个补码形式的数（无论正负）相加，只要按二进制运算规则运算，得到的结果就是其和的补码。即有：X+Y补=X补+Y补,例：用补码进行下列运算 1）、（+18）+（-15）2）、（-18）+（-11）,42/50,2023/1/22,42,解 1）、0001 0010B+18补+1111 0001B-15补 10000 0011B+3补 符号位的进位，舍弃,2)、1110 1110B-18补+1111 0101B-11补 11110 0011B-29补 符号位的进位，舍弃,43/50,（三）,二进制编码的十进制数（BCD码）,1）压缩BCD码格式（Packed BCD Format）（也叫组合式BCD码）用4个二进制位表示一个十进制位，就是用0000B-1001B来表示十进制数0-8。例如：十进制数4256的压缩BCD码表示为：0100 0010 0101 0110 B(即4256H),（2）非压缩BCD码格式（Unpacked BCD Format）（也叫分离式BCD码）用8个二进制位表示一个十进制位，其中，高四位无意义，我们一般用xxxx表示，低四位和压缩BCD码相同。例如：十进制数4256的非压缩BCD码表示为：xxxx0100 xxxx0010 xxxx0101 xxxx0110 B 有时，要求非压缩BCD码的高4位为0，这时，4256（10）的非压缩BCD码为04020506H。,教学进程,44/50,四,字符二进制编码,ASCII（American Standard Code for Information Interchange）码 美国国家信息交换标准代码。,ASCII码是7位二进制编码，表示27共128种字符。包括09十个阿 拉伯数字，英文字母共52个（大小写各26个），其他为常用的标点 和控制字符。,教学进程,45/50,ASCII000001002003004005006007:010012:,字符NULSOHSTXETXEOTENOACK(振铃):LFFF:,ASCII:032033034:048049050:063064:,字符:space!“:012:?:,ASCII:065066067:097098099:254255,字符:ABC:abc:空格FF,注意：不同的语言程序 使用不同进制的 ASCII码表。如 mod.8或mod.16,10进制ASCII码表,教学进程,