1、單片機原理與控制技術 第2版,教 材 及 參 考 書張志良主編,單片機原理與控制技術(第2版）—機械工業(yè)出版社李群芳編著,單片微型計算機與接口技術—電子工業(yè)出片社張俊謨編著,單片機教程習題與解答—北京航空航天大學出版社 李朝青編著,單片機原理及接口技術--北京航空航天大學出版社,參 考 網 址www.mcu51.comwww.mcustudy.comwww.zlgmcu.com 周立功單片機www.chnsoft.net

2、 單片機學習網站,有關本課程學習的幾點建議,本課程是一門實踐性、應用性很強的學科僅僅聽懂還不夠,重在培養(yǎng)動手能力,硬件/軟件同樣重要、不可偏廢 硬件是骨架，軟件是皮肉器臟及思想,本課程的前期基礎課程是數字電路與微機原理這方面知識掌握得不夠好的請自己補上,,預習、聽課、復習、作業(yè)、實驗環(huán)環(huán)都重要用科學的方法學習,第1章 微型計算機系統(tǒng)基本知識,本章要點： 微型計算機和單片機的發(fā)展概況 單片機系統(tǒng)

3、組成概述(CPU、總線、存儲器和I/O口等) 二進制、十進制和十六進制數(數制轉換和運算) 計算機中數的表示(原碼、反碼和補碼) 單片機常用編碼(BCD碼、ASCII碼),第1章 微型計算機系統(tǒng)基本知識,微型計算機具有體積小，功耗低重量輕，價格低，可靠性高，開發(fā)使用簡便等一系列優(yōu)點，自問世以來得到了非常廣泛的應用。,§1-1 概述1.1.1 微型計算機,微處理器加上同樣采用大規(guī)模集成電路制成

4、的用于存儲程序和數據的存儲器，以及與輸入輸出設備相銜接的輸入輸出接口電路就構成了微型計算機(Microcomputer),什么是單片機?,如果將微處理器、存儲器和輸入輸出接口電路集成在一塊集成電路芯片上，稱為單片微型計算機，簡稱單片機。,1.1.2 微型計算機的發(fā)展概況,1、PC機： PC機系統(tǒng)全力實現海量高速數據處理，兼顧控制功能。,2、單片機：單片機系統(tǒng)全力滿足測控對象的測控功能，兼顧數據處理能力。,形成兩大分支：,組成： C

5、PU(進行運算、控制) RAM(數據存儲器) I/O口(串口、并口等) ROM(程序存儲器) PC機： 上述部件以芯片形式安裝在主板上。 單片機：上述部件被集成到單芯片中。,通用PC包括：鍵盤、顯示器、鼠標、硬/軟/光驅、音箱、打印機、掃描儀…等外設。單片機則只是一片集成電路。（……100、48、40、32、28、20、16、8條引腳）。,單片機與PC機之異同（1）,功能：PC機： 數據運算、采集、處理、存儲、

6、傳輸；單片機：控制（或受控于）外設。,通用計算機擅長于數據運算、采集、處理、存儲和傳輸； 單片機的專長則是測控，往往嵌入某個儀器/設備/系統(tǒng)中，使其達到智能化的效果。,單片機與PC機之異同（2）,應用特點：個人計算機（微機）：,體積大，功耗大，價格高，用途較固定，屬通用計算機。易于學習掌握和使用，但用于控制時必須制作或購買專用的接口卡，并編制專門的應用軟件。,單片機：,體積小，功耗小，價格低，用途靈活，無處不在，屬專用計算機

7、。是一種特殊器件，需經過專門學習方能掌握應用，應用中要設計專業(yè)的硬件和軟件。,單片機與PC機之異同（3）,1.1.3 單片機的發(fā)展概況,可分為四個階段:,目前，應用廣泛的主流機型是80C51系列8位單片機。,第一階段：單片機探索階段。,第二階段：單片機完善階段。,第三階段：8位機和16位機爭艷階段，也是 單片機向微控制器發(fā)展的階段。,第四階段：微控制器全面發(fā)展階段。,80C51優(yōu)點：,①性能價格比高；,②開發(fā)裝置多；

8、,③國內技術人員熟悉；,④芯片功能夠用適用；,⑤有眾多芯片制造廠商加盟，可廣泛選擇。,1.1.4 80C51系列單片機,1.1.5 單片機的特點和應用,⑴ 有優(yōu)異的性能價格比。,⑵ 集成度高，體積小，可靠性好。,⑶ 控制能力強。,⑷ 低功耗,低電壓,便于生產便攜式產品。,⑸ 易擴展。,1、單片機特點,2、單片機的應用,⑴ 智能化家用電器。,⑵ 辦公自動化設備。,⑶ 商業(yè)營銷設備。,⑷ 工業(yè)自動化控制。,⑹ 智能化通信產品。,⑸ 智能

9、化儀表。,⑺ 汽車電子產品。,⑻ 航空航天系統(tǒng)和國防軍事、尖端武器等。,1.1.6 單片機技術的發(fā)展趨勢,⑴ 8位單片機仍然是主流機型；,⑵ 全盤CMOS化趨勢；,⑶ OTP ROM(PROM)/Flash ROM成為ROM供應主流狀態(tài)；,⑷ 推行串行擴展總線 ；,⑸ RISC體系結構大發(fā)展；,⑹ 實現全面低功耗管理 ；,⑺ 根據不同需求發(fā)展個性化單片機 ；,⑻ 大力發(fā)展專用型單片機；,⑼ 在單片機中嵌入駐機軟件；,§1-2

10、 單片機系統(tǒng)的組成,組成單片機系統(tǒng)的物理實體；,有兩大部分組成:,對硬件使用和管理的程序。,⑴ 硬件：,⑵ 軟件：,硬件結構框圖,1.2.1 微處理器 ⑴ 寄存器陣列：通用寄存器，專用寄存器； ⑵ 運算器：累加器A，暫存寄存器TMP，標志寄存器F，算術邏輯單元ALU；

11、 ⑶ 控制器：程序計數器PC，指令寄存器IR，

12、指令譯碼器ID，定時和控制邏輯電路。,,1.2.2 總線： 用于傳送信息的公共途徑。 總線分為： ⑴ 數據總線 DB (Data Bus) ⑵ 地址總線 AB (Address Bus) ⑶ 控制總線 CB (Control Bus),,1.2.3 存儲器： 作用：存放程序和數據 1. 存儲器分類 RAM 特點：讀寫速度快，

13、可隨機寫入或讀出，讀寫方便； 電源斷電后，存儲信息丟失。 作用：存放各種數據。 ROM 特點：信息寫入后，能長期保存，不會因斷電而丟失。 作用：存放固定程序和數據。 ROM分類： ① MaskROM（掩膜ROM） ② OTPROM（One Time Programmable ROM） ③ EPROM（Ultra-Viol

14、et Erasable Programmable ROM） ④ E2PROM（Electrically EPROM） ⑤ Flash ROM,2. 存儲器結構 ① 存儲體； ② 地址譯碼器 ； ③ 控制電路：片選控制、讀/寫控制和 帶三態(tài)門的輸入/輸出緩沖電路。,,,3.存儲器的讀操作,4.存儲器的寫操作,,例如，若要將數據ABH寫入存儲器地址為C

15、DH的存儲單元中，其簡化過程如下： CPU將地址碼CDH送到地址總線上，經存儲器地址譯碼器選通地址為CDH的存儲單元； CPU將數據ABH送到數據總線上； CPU發(fā)出“寫”信號，存儲器讀／寫控制開關將數據傳送方向撥向“寫”； 存儲器將數據總線上的數據ABH送人已被選中的地址為CDH的存儲單元中。 對存儲單元的寫操作，改變或刷新了其原來的內容，俗稱“沖”掉了原來的內容。,,,5.堆棧： 暫時存放子程序斷口地址

16、、中斷斷口地址和其他需要保存的數據。 棧底地址可在CPU復位后的初始化程序中設置。圖中設為60H，需要存入的數據依次存人。 堆棧指針SP指出棧頂存儲單元的地址。堆棧操作無論是存入或取出數據，均只能依次存入或依次取出，不能越位，必須遵循、“先進后出、后進先出”的原則。,64H棧頂63H62H61H60H 棧底,SP,,,,,,1.2.4 輸入/輸出設備及其接口電路 ⑴ 輸入設備； ⑵ 輸出設備；

17、 ⑶ I/O接口電路。 輸入輸出設備一般不能與CPU直接相連，而是通過某種電路完成尋址、數據緩沖、輸入輸出控制、功率驅動、A/D、D/A等功能，這種電路稱為I/O接口電路。例如：8255、0809、0832等等。,1.2.5 軟件,單片機程序設計語言可分為三類： ⑴ 機器語言 ⑵ 匯編語言 ⑶ 高級語言本書介紹的MCS-51型單片機使用匯編語言。,§1-3 計算機中數的表示方法及運算,引言:● 十

18、進制數是人們習慣使用的進制?！?計算機只能“識別”二進制數?！?為了書寫和識讀方便，計算機程序需要用十六進制數表示。● 十進制數、二進制數、十六進制數之間的關系、相互轉換和 運算方法，是學習計算機必備的基礎知識。,一、二進制、十進制和十六進制數,⒈ 十進制數 主要特點： ① 基數是10。有10個數碼（數符）構成： 0、1、2、3、4、5、6、7、8、9。 ② 進位規(guī)則是“逢

19、十進一”。,【例】 1234.56= 1×103+2×102+3×101+4×100+5×10-1+6×10-2= 1000+200+30+4+0.5+0.06 上述，103、102、101、100、10-1、10-2 稱為十進制數各數位的 “ 權 ” 。,⒉ 二進制數 主要特點： ① 基數是2。只有兩個數碼：0 和 1。 ②

20、進位規(guī)則是“逢二進一”。 每左移一位,數值增大一倍；右移一位,數值減小一半。 二進制數用尾綴B作為標識符?！纠?111.11B= 1×22 +1×21 +1×20 +1×2-1+1×2-2= 7.75 其中，22、21、20、2-1、2-2 稱為二進制數各數位的“ 權 ”,⒊ 十六進制數 主要特點： ① 基數是16。共有16

21、個數符構成： 0、1、…、9、A、B、C、D、E、F。其中， A、B、C、D、E、F 代表的數值分別為 10、11、12、13、14、15。 ② 進位規(guī)則是“逢十六進一”。 十六進制數用尾綴H表示?！纠緼3.4H = 10×161+3×160+4×16-1 = 160+3+0.25 = 163.25 其中，163、162、1

22、61、160、16-1、16-2 稱為十六進制數各數位的“權”。,十六進制數、二進制數和十進制數對應關系表,二、數制轉換⒈ 二進制數與十六進制數相互轉換 ⑴ 二進制數轉換成十六進制數 ① 整數部分： 自右向左，四位一組，不足四位，向左填零，各部分用相應的十六進制數替代； ② 小數部分： 自左向右，四位一組，不足四位，向右填零，各部分用相應的十六進制數替代；,⑵ 十六進制數轉換成二進制數每

23、位十六進制數分別用相應4位二進制數替代。,② 十進制數整數轉換成十六進制數的方法：除16取余法,⒊ 十進制數轉換成二進制數、十六進制數,① 十進制小數轉換成二進制小數的方法：乘2取整法,⑴ 整數部分的轉換,① 十進制整數轉換成二進制整數的方法： 除2取余法,⑵ 小數部分的轉換,② 十進制小數轉換成十六進制小數的方法：乘16取整法,三、二進制數和十六進制數運算,【例】00110101B

24、+10011100B,,⒈ 二進制數加法運算,規(guī)則：0 + 0 = 0，0 + 1 = 1 + 0 = 1， 1 + 1 = 0（向高位進1）。,11010001B,【例】10110101B-10011100B,,規(guī)則：0 – 0 = 0，1 – 0 = 0，1 – 1 = 0， 0 – 1 = 1（向高位借1）。,⒉ 二進制數減法運算,00011001B,1101,,,⒊ 二進

25、制數乘法運算,規(guī)則：0×0=0，1×0=0×1=0，1×1=1。,【例】 1101B × 1001B,1110101B,+ 1101,⒋ 二進制數除法運算,規(guī)則：0÷0=0，0÷1=0，1÷1=1。,,⒌ 二進制數“與”運算,規(guī)則：0 ∧ 0 = 0，1 ∧ 0 = 0， 1 ∧ 0 = 0，1 ∧ 1 = 1。,規(guī)

26、則： 0 ∨ 0 = 0，1 ∨ 0 = 0， 1 ∨ 1 = 0，0 ∨ 1 = 1。,⒍ 二進制數“或”運算,⒎ 二進制數“異或”運算,規(guī)則：0⊕0 = 0，0⊕1 = 1， 1⊕0 = 1，1⊕1 = 0。,8. 十六進制數運算,先將十六進制數轉換成二進制數，然后根據二進制運算法則進行運算，再轉換成十六進制數。,四、原碼、反碼和補碼,數的正負表示形式： D7=1 表

27、示負數，D7=0 表示正數。D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 符號位 數值位,[X]反 =[X]原數值位取反，符號位不變。,在計算機中，機器數有三種表示方法：即原碼、反碼和補碼。,采取補碼運算，可以將減法轉換成加法運算。,① 對于正數：,[X]原 =[X]反 =[X]補,② 對于負數：,[X]補 =[X]反 + 1,原碼、反碼和補碼對應關系表,§1-4 常用編

28、碼,8421 BCD碼稱為二-十進制數或簡稱BCD碼 (Binary Coded Decimal Code)，用標識符[……]BCD表示。,特點：保留了十進制的權，每一位十進制數字則用二進制碼表示。,一、8421 BCD碼,⒈ 編碼方法 二-十進制數是十進制數，逢十進一，只是數符0～9用4位二進制碼 0000 ～ 1001 表示而已； 每4位以內按二進制進位；　 4位與4位之間按十進制進位。 ⒉ 轉換關系 ⑴ BC

29、D碼與十進制數相互轉換關系 ⑵ BCD碼與二進制數相互轉換關系 BCD碼與二進制數之間不能直接相互轉換，通常要先轉換成十進制數。,【例】將二進制數01000011B轉換成BCD碼。,解：01000011B= 67= [0110 0111]BCD,需要指出的是: 決不能把[01100111]BCD誤認為二進制碼01100111B，二進制碼01100111B的值為103，而[01100111]BCD 的值為67，顯然

30、兩者是不一樣的。,⒊ BCD碼運算,BCD碼用4位二進制數表示，但4位二進制數最多可表示16種狀態(tài)，余下6種狀態(tài)，1010～1111在BCD編碼中稱為非法碼或冗余碼。在BCD碼的運算中將會出現冗余碼，需要作某些修正，才能得到正確的結果。,若相加后的低4位（或高4位）二進制數大于9，或大于15（即低4位或高4位的最高位有進位），則應對低4位（或高4位）加6修正。,修正方法：,二、ASCII碼,用二進制編碼表示各種字母和符號ASCII碼（