单片机基础知识.ppt
第1章 单片机基础知识,引入 学习单片机的方法,1.1 单片机基本概念,1.2 数制及转换,单片机能作什么？,1、工业控制,数控车床,数控线切割机床,用单片机可以构成形式多样的控制系统、数据采集系统。例如工厂流水线的智能化管理，电梯智能化控制、各种报警系统，与计算机联网构成二级控制系统等。,1.1 单片机基本概念,2、智能仪器仪表上,数字式测角仪,交直流电压电流表,位移传感器,单片机具有体积小、功耗低、控制功能强、扩展灵活、微型化和使用方便等优点，广泛应用于仪器仪表中，结合不同类型的传感器，可实现诸如电压、功率、频率、湿度、温度、流量、速度、厚度、角度、长度、硬度、元素、压力等物理量的测量。采用单片机控制使得仪器仪表数字化、智能化、微型化，且功能比起采用电子或数字电路更加强大。例如精密的测量设备（功率计，示波器，各种分析仪）。,3、家用电器,1.智能冰箱,2智能饭煲,3智能食品配料机,可以这样说，现在的家用 电器基本上都采用了单片 机控制，从电饭褒、洗衣 机、电冰箱、空调机、彩 电、其他音响视频器材、再到电子秤量设备，五花 八门，无所不在。,4、计算机网络和通信领域,现代的单片机普遍具备 通信接口，可以很方便地与 计算机进行数据通信，为在 计算机网络和通信设备间的 应用提供了极好的物质条 件，现在的通信设备基本上 都实现了单片机智能控制。,手机电话机程控交换机楼宇自动通信呼叫系统列车无线通信日常工作中随处可见的移动电话集群移动通信无线电对讲机等。,5、医用设备,医用呼吸机各种分析仪监护仪超声诊断设备病床呼叫系统等等,电池分析仪,医用呼吸机,麻醉信息管理系统,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求设计，所以又称单片微控制器（single chip Microcontroller）。它是将组成微型计算机机所必须的部件（中央处理器CPU、程序存贮器（ROM)、数据存贮器（RAM)、输入/输出（I/O)接口、定时/计数器、串行口、系统总线等）集成在一个超大规模集成电路芯片上。单片机应用系统是指为实现特定的功能，由单片机、外围接口电路及合适的软件等构成的应用系统。,1.1.1 单片机及其应用系统概念,1、单片机诞生于20世纪70年代。,1946:第一台电子计算机诞生,单片机仍处在初级的发展阶段，元件集成规模还比较小，功能比较简单，一般均把CPU、RAM有的还包括了一些简单的I/O口集成到芯片上，象Farichild公司就属于这一类型，它还需配上外围的其他处理电路方才构成完整的计算系统。类似的单片机还有Zilog公司的Z80微处理器。,1973:TI公司注册了世界上第一个单片机专利,1.1.2 单片机的发展历史,2、单片机的发展、应用里程碑。,TI 公司推出 TMS1000单片机,TI 公司高速反雷达导航器,INTEL公司推出了MCS-48单片机，起到8位机的引领和带头作用，Zilog公司的Z8系列在其带领下产生的。,DALLAS(June 11,1978)一种新的单片集成电路电子语音合成器由Texas Instruments 开发.,3、80年代初，单片机发展高性能阶段。,1982年以后，16位单片机问世，代表产品是INTEL公司的MCS-96系列，16位单片机比起8位机，数据宽度增加了一倍，实时处理能力更强，主频更高，集成度达到了12万只晶体管，RAM增加到了232字节，ROM则达到了8kB，并且有8个中断源，同时配置了多路的A/D转换通道，高速的I/O处理单元，适用于更复杂的控制系统。,4、九十年代以后，单片机获得了飞速的发展 世界各大半导体公司相继开发了功能更为强大的单片机。美国Microchip公司发布了一种完全不兼容MCS-51的新一代PIC系列单片机，引起了业界的广泛关注，特别它的产品只有33条精简指令集吸引了不少用户，使人们从INTEL的111条复杂指令集中走出来。PIC单片机获得了快速的发展，在业界中占有一席之地。,1.1.3 单片机的发展趋势,1、低功耗CMOS化MCS-51系列的8031推出时的功耗达630mW，而现在的单片机普遍都在100mW左右，随着对单片机功耗要求越来越低，现在的各个单片机制造商基本都采用了CMOS(互补金属氧化物半导体工艺)。象80C51就采用了HMOS(即高密度金属氧化物半导体工艺)和CHMOS(互补高密度金属氧化物半导体工艺)。CMOS虽然功耗较低，但由于其物理特征决定其工作速度不够高，而CHMOS则具备了高速和低功耗的特点，这些特征，更适合于在要求低功耗象电池供电的应用场合。所以这种工艺将是今后一段时期单片机发展的主要途径。,2、微型单片化现在常规的单片机普遍都是将中央处理器(CPU)、随机存取数据存储(RAM)、只读程序存储器(ROM)、并行和串行通信接口，中断系统、定时电路、时钟电路集成在一块单一的芯片上，增强型的单片机集成了如A/D转换器、PMW(脉宽调制电路)、WDT(看门狗)、有些单片机将LCD(液晶)驱动电路都集成在单一的芯片上，这样单片机包含的单元电路就更多，功能就越强大。单片机厂商可以根据用户的要求量身定做，制造出具有自己特色的单片机芯片。现在的产品普遍要求体积小、重量轻，这就要求单片机除了功能强和功耗低外，还要求其体积要小。现在的许多单片机都具有多种封装形式，其中SMD(表面封装)越来越受欢迎，使得由单片机构成的系统正朝微型化方向发展。,3、主流与多品种共存现在虽然单片机的品种繁多，各具特色，但仍以80C51为核心的单片机占主流，兼容其结构和指令系统的有PHILIPS公司的产品，ATMEL公司的产品和中国台湾的Winbond系列单片机。所以C8051为核心的单片机占据了半壁江山。而Microchip公司的PIC精简指令集(RISC)也有着强劲的发展势头，中国台湾的HOLTEK公司近年的单片机产量与日俱增，与其低价质优的优势，占据一定的市场分额。此外还有MOTOROLA公司的产品，日本几大公司的专用单片机。在一定的时期内，这种情形将得以延续，将不存在某个单片机一统天下的垄断局面，走的是依存互补，相辅相成、共同发展的道路。,1.1.4 常用单片机的选型,1 MCS-51单片机的主要产品,表中列出了Intel公司MCS-51单片机系列的芯片型号以及它们的技术性能指标，使我们对它们的基本情况有了一个概括的了解。MCS-51系列又分为51和52两个子系列，并以芯片型号的最末位数字作为标志。其中，51子系列是基本型，而52子系列则属增强型。52子系列功能增强的具体方面可查阅有关资料。,ATMEL公司AT89系列和AVR系列Philips公司各系列单片机PIC（MICROCHIP公司）系列单片机ST公司系列单片机TI公司（德州仪器）系列单片机Motorola单片机,2 其它常用单片机系列,点击单片机型号链接到选型表,1.单片机应用系统的硬件组成,1.1.5 单片机应用系统,应用实例：印刷机串墨辊和墨斗辊温度自动控制系统,单片机AT89S51,温度采集和模数转换,输入控制,晶体振荡、复位电路,输出显示,输出控制,2.单片机应用系统的程序设计,1、单片机编程语言,机器语言、汇编语言、高级语言（C51）,2、单片机应用程序设计,用单片机编程语言设计满足系统要求的应用程序。,3、单片机应用程序的调试,采用软件仿真和硬件仿真方法，检查应用程序是否有逻辑错误，是否满足系统要求。,3.学习单片机技术的方法,软件准备集成开发软件：伟福软件WAV6000，Keil uVision2等。仿真软件：Proteus,DBG8051等。其它工具软件：ISP下载，串口调试，PCB设计等。,学习条件和学习环境,硬件准备 计算机：普通计算机一台。安装WINDOWS操作系统。实验板：进行单片机开发设计实践，能完成的项目较多为好。仿真器：用来调试单片机。方便实用，但价高。,知识准备 C语言（或其它基础语言）：打好编程基础。电子技术：特别是数字电子技术，是必备的电路基础。计算机基础：对计算机基础知识有较好的准备。初学者推荐的软件硬件准备计算机一台：无特殊要求，可选用经济型电脑。能上网最佳。开发实验板一块：可由学校统一提供，可完成多个实用课题。ISP下载线一条：用于对单片机进行编程下载，可自制。相关软件：开发软件、仿真软件、ISP下载软件等。工具书：教材一本，较祥细的手册类书一本。其它资料：器件资料、应用文档、实例等，主要由网络收集。U盘：用于保存资料（选购）。,单片机学习方法,熟悉和了解单片机的内部资源；熟悉和了解单片机的指令系统；坚持手、脑并用的原则；学好相关硬件电路知识，软件与硬件设计结合，理论与实践结合；看、练、做结合，多参加工程实践。,1.2 数制及转换,十进制ND 有十个数码:09,逢十进一。二进制NB 两个数码:0、1,逢二进一。十六进制NH 十六个数码:09、AF,逢十 六进一。不同进位制数以下标或后缀区别,十进制数可不带下标或后缀。如:101、101D、101B、101H,1.2.1微型计算机常用数制的特点,1、十进制ND 符号集：09 规则：逢十进一。例：138.38=1102+3101+8100+3101+810-2 加权展开式以10为基数，各位系数为09。一般表达式：,2、二进制NB 符号集：0、1 规则：逢二进一。例：1011.011B=123+022+121+120+02-1+12-2+12-3 加权展开式以2为基数，各位系数为0、1。一般表达式：,3、十六进制NH 符号集：09、AF 规则：逢十六进一。例：70F.B1H=7162+0161+15160+1116-1+116-1 展开式以十六为基数，各位系数为09，AF。一般表达式：,1.2.2 常用数制间的转换,1、二进制和十进制数间的转换 二进制数转换十进制数：把二进制数按权展开后求和。例如：11011.01B=124+123+121+120+12-2=27.25,(2)十进制数转换成二进制数,整数转换法“除基取余”：十进制整数不断除以转换进制基数2，直至商为0。每除一次取一个余数，从低位排向高位。举例：,52转换成二进制数 52=110100B 2 52 0（b0）2 26 0（b1）2 13 1（b2）2 6 0（b3）2 3 1（b4）2 1 1（b5）0,小数转换法“乘基取整”：用转换进制的基数2乘以小数部分，直至小数为0或达到转换精度要求的位数。每乘一次取一次整数，从最高位排到最低位。举例：,0.625转换成二进制数 1)0.625 2 2)1.250 1(b-2 3)0.5 0 0(b-2 1.0 1(b-0.625=0.101B,2、十六进制和十进制数间的转换（1）十六进制数转换十进制数：把十六进制数按权展开后求和。例如：3FEBH=3163+15162+14161+11160=16363,（2）十进制数转换十六进制数：,十进制整数转换成十六进制数和十进制数转换成二进制整数类似，十进制整数转换成十六进制数可以采用“除16取余法”。十进制小数转换成十六进制数可以采用“乘16取整法”。,3、二进制与十六进制数之间的转换 24=16，四位二进制数对应一位十六进制数。举例：3AF.2H=0011 1010 1111.0010=1110101111.001B 3 A F 2 1111101.11B=0111 1101.1100=7D.CH 7 D C,注意：从小数点开始，往两边依次取 4位 二进制数对应一位十六进制数。,1.3 微型计算机中数的表示方法,机器中，数的符号用“0”、“1”表示。最高位作符号位，“0”表示“+”，“1”表示“-”。1、机器数与真值 机器数：机器中数的表示形式，其位数通常为8的倍数 真值：机器数所代表的实际数值。举例:一个8位机器数与它的真值对应关系如下：真值：X1=+84=+1010100B X2=-84=-1010100B 机器数：X1机=01010100 X2机=11010100,2、原码、反码、补码 1）原码 最高位为符号位，0表示“+”，1表示“”。数值位与真值数值位相同。例:8位原码机器数：真值：x1=+1010B x2=1010B 机器数：x1原=00001010 x2原=10001010 原码表示简单直观,但0的表示不唯一，加减运算复杂。,2）反码 最高位为符号位，0表示“+”，1表示“”。正数数值位与真值数值位相同，负数数值位与真值数值位相反。例:8位反码机器数：真值：x1=+1101101B x2=0110110B 机器数：x1反=01101101 x2反=11001001 反码主要用于求取后面的补码。,3）补码,正数的补码表示与原码相同。负数补码的符号位 为1，数值位等于求反加1。例：求 8位补码机器数：x=+1101101B x补=01101101x=-0110110B x反=11001001 x补=11001010 补码表示的优点：0的表示唯一，加减运算方便。,数的补码与“模”有关，“模”即计数系统的量程。当X0，X补=模-X。8位二进制数的模为：28=256 当X0，X补=28-X=256-X=255-X+1=X反+1 规则：求反加1，符号位不变。如：1000 1101B 其补码：1111 0010 规定：0000 0000B 为0 1000 0000B 不是0，而是128,8位机器数表示的真值,3、二十进制编码BCD码,BCD码(Binary Coded Decimal)二进制代码表示的十进制数。一、8421 BCD码 例：求十进制数876的BCD码 876BCD=1000 0111 0110 876=36CH=11 0110 1100B,4、字符编码 美国标准信息交换码ASCII码，用于计算机与计算机及外设之间传递信息。,回到系列目录,回到系列目录,回到系列目录,回到系列目录,回到系列目录,回到系列目录,回到系列目录,
