大连理工单片机仿真第1章

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1、单片机原理与接口技术,大连理工大学出版社,第1章 概述,1.1 认识单片机 1.2 单片机应用系统的开发过程 1.3 单片机相关基础知识 1.4 实例仿真演示与演练,1.1 认识单片机,1.1.1 什么是单片机 单片机是近代计算机技术发展的一个分支嵌入式计算机系统。它是将计算机的主要部件：CPU、RAM、ROM、定时器/计数器、输入/输出接口电路等集成在一块大规模的集成电路中，形成芯片级的微型计算机，称为单片微型计算机(Single Chip Microcomputer)，简称单片机 。,通常一个最基本的单片机由以下几部分组成：,图1-1 典型的单片机组成框图,1.1.2 单片机的特点与应用,

2、1单片机的特点 控制功能强 抗干扰性强，可靠性高，工作温度范围宽 开发周期短，性能/价格比高，易于产品化,2单片机的应用领域 智能化仪表 实时工业控制 机电一体化产品 （数控机床 ） 智能接口 办公自动化领域 （打印机 ） 商业营销领域 （电子秤 ） 家用电器 （电冰箱 ）,1.1.3 单片机的发展和系列产品,1单片机的发展 1976年，Intel公司推出MCS-48系列单片机 1982年，Intel公司推出MCS-96系列单片机 近年来，已有32位单片机进入实用阶段,2单片机发展趋势 低功耗CMOS化 内部资源丰富、外围电路内装化，朝着微型化方向发展 大容量、高性能 以串行方式为主、并行为辅

3、的外围扩展方式 ISP及IAP技术的应用,3单片机系列产品 基于51内核的单片机，目前国内较常见的有以下几种 ： PHILPS公司的的LPC系列 SST公司的SST89C54、SST89C58 Cygnal公司的C8051F系列单片机 AD公司的ADuC812、ADuC824 除上述外还有系列单片机：,美国微芯科技股份有限公司的PIC系列 ATMEL公司的AVR系列 MSP430系列德州仪器公司出品的MSP430系列,1.2 单片机应用系统的开发过程,1.2.1开发流程 由于单片机内部没有任何驻机软件，因此，要实现一个产品应用系统时，需要进行软、硬件开发。单片机应用系统的开发流程如图1-2所示

4、。,1.2.2 单片机应用开发工具,一个单片机应用系统从提出任务到正式投入运行的过程，称为单片机的开发。 硬件设计的CAD软件根据工程要求，进行硬件电路设计，绘制电路原理图，根据电路原理图设计制作印刷电路板，俗称PCB板。,程序设计 确定了硬件设计，然后要针对目标板进行软件程序设计。 仿真器 编写好源程序后，进行程序调试时需对其进行仿真。仿真有两种形式。一种是真正的仿真，称为硬件仿真；另一种软件仿真，又称为模拟仿真。 4编程器和ISP在系统编程 5单片机系统的PROTEUS设计与仿真平台,1.3 单片机相关基础知识,1.3.1 数制及数制间转换 1数制 数制是计数的进位制，在单片机中常用的有三

5、种数制：二进制、十进制和十六进制。 1）十进制 (a)十进制数常以结尾的D表示，一般可省略。 (b)用0、1、2、3、4、5、6、7、8、9十个数码表示数的大小。 (c)基数为10，逢10进1。 (d)按权展开式为,其中，Ki表示十进制数的第i位，权为10i,Ki从0-9十个数字中选用；m、n为正整数，n为小数点左边的位数，m为小数点右边的位数。 例如: （963.85 ）D910261013100 810-1510-2 式中，“D”表示十进制数，等式右边的102，101，100，10-1，10-2表示数码在该位的“权”，不难看出，各数位表示的数值就是该位乘以相应的权，因此任意一个十进制数都可

6、以按权展开。,2）二进制 (a)二进制数常以结尾的B表示。 (b)用0、1两个数码表示数的大小。 (c)基数为2，逢2进1。 (d)按权展开式为 二进制数Kn-12n-1Kn-22n-2K020K-12-1 K-22-2K-m2-m 其中，Ki表示二进制数的第i位，权为2i，Ki从0、1两个数字中选用；m,n为正整数，n为小数点左边的位数，m为小数点右边的位数。 例如: 1010.01B123022+121+020+02-1+12-2,3）十六进制 (a)十六进制数常以结尾的H表示。 (b)用0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、A、B、C、 D、E、F十六个数码表示数的大小。 (c)基数为

7、16，逢16进1。 (d)按权展开式为 十六进制数Kn-116n-1Kn-216n-2K0160K-116-1 K-216-2K-m16-m 其中，Ki表示十六进制数的第i位，权为16i, Ki从0-9、A、B、C、D、E、F十六个数码中选用；m,n为正整数，n为小数点左边的位数，m为小数点右边的位数。 例如: B5A.FH=11162+5161+10160+1516-1,部分数的三种数制对照见表1-1。,表1-1 部分数的三种数制对照表,2数制间的转换,1）二进制与十进制间的转换 （a）二进制转换为十进制。 二进制数转换成十进制数的方法是：按权展开后求和。例如： （b）十进制转换为二进制。

8、十进制数转换成二进制数要分整数和小数两部分进行。 整数部分的转换采用“除2取余”法：除2取余，商为0止，余数倒置。 小数部分的转换采用“乘2取整”法：乘2取整，直到小数部分为0或满足精度要求，整数正置。,例1-1将十进制数38转换成二进制数。 解：,所以，38D=100110B,例1-2将十进制数0.625转换成二进制数。 解：0.62521.25 整数为1（最高位） 0.2520.50 整数为0 0.5021.00 整数为1（最低位） 所以，0.625D0.101B 综上两例，得 39.625D100110.101B,读取方向,2）十六进制与十进制间的转换 (a)十六进制转换为十进制 方法同

9、样也是按权展开后求和。例如 1AEH1162+10161+14160430D (b)十进制数转换为十六进制 方法与十进制转换为二进制时类似，也分整数和小数两部分进行。 整数部分采用“除16取余”法。 小数部分采用“乘16取整”法。,例1-3将十进制数1086转换为十六进制数。 解：,所以，1086D43EH。,例1-4将十进制数0.171875转换为十六进制数 解： 0.171875162.75 整数 2 （最高位） 读取方向 0.751612.0 整数 12 （最低位） 所以，0.1718750.2CH 综上两例，得： 1086.171875D=43E.2CH 3）二进制与十六进制间的转换

10、由表1-1可以看出，4位二进制数对应1位十六进制数，所以二进制数转换为十六进制数的方法是：将要转换的二进制数以小数点为界向左和向右4位一组分开，不足4位补零，然后将4位二进制数表示为1位十六进制数。,例1-5 将二进制数110101.111001转换成十六进 制数。 解: 0011，01011110，0100 3 5 E 4 所以，110101.111001B=35.E4H 同理，十六进制数转换为二进制数时，将每一位十六进制转换为对应的4位二进制数即可。,1.3.2 二进制数的运算,在微型计算机中，二进制数运算一般分为算术运算和逻辑运算两种。算术运算包括加、减、乘、除运算，逻辑运算包括与、或、

11、非、异或运算。 1算术运算 1）加法运算 运算规则为： 000、10011、1110(向高位有进位)。 例1-6 求二进制数10101011与11010011的和。 二进制数相加时应注意低位的进位。,2）减法运算 运算规则为：000、101、110、011(向高位借1当作2)。 例1-7 求二进制数 10110111 与 10011101 的差。 二进制相减时应注意低位向高位的借位。,3）乘法运算 运算规则为：000、01100、 111。 例 求1011B1101B,4）除法运算 规则: 0/1=0; 1/1=1 例 求10100101B/1111B,2逻辑运算 微型机内二进制信息的逻辑运算

12、由专的逻辑电路完成。 1）逻辑与运算 逻辑与常用符号“”表示，运算规则为：00=0，10=0，01=0，11=1。两个位数相同的二进制数进行逻辑与时，只是对应位进行与运算。,2）逻辑或运算,逻辑或又称为逻辑加，常用符号“”表示，其运算规则为：00=0，10=1，01=1，11=1。两个位数相同的二进制数进行逻辑或运算时，只是对应位进行或运算。,例1-9 求二进制数00111010与01010100相或的结果。,3）逻辑非运算 逻辑非运算又称逻辑取反，常用运算符号“-”表示，运算规则为： ， 。 一个二进制数的逻辑非运算是对每位进行取反操作。,4）逻辑异或运算 逻辑异或常用运算符号表示。其运算规

13、则为：00110，10011。两个位数相同的二进制数进行逻辑异或运算时，只是对应位进行异或运算。 例1-10求二进制数10100110与11101001相异或的结果。,1.3.3 数据在计算机中的表示 8位单片机处理的是8位二进制数。8位二进制数又分成带符号数和不带符号数两种。 1带符号数 带符号的8位二进制数用最高位D7表示数的正或负，“0”代表“”，“1”代表“”，D7称为符号位，D6-D0为数值位。,8位带符号二进制数又有三种不同表达形式，即原码、反码和补码。在计算机中，所有带符号数都是以补码形式存放的。 1）原码 原码就是机器数的原始形式。最高位为符号位，0表示正数，1表示负数，其余位

14、表示数值。一个数的原码标记方法是将该数用方括号括起来，在方括号右下角加一个“原”字来表示。 例如：+9原00001001B。,2）反码 微型计算机中二进制数的反码有正数反码和负数反码之分。正数的反码和原码相同；负数反码的符号位与负数原码的符号位相同。数值位是原码数值按位取反。反码的标记方法与原码类似，在方括号右下角添加一个“反”字表示。 例如：9反11110110B。 3）补码 8位二进制数中，正数和负数的补码求法不同。 正数的补码与正数的原码相同，一般表达式为： X补=X(X0)； 负数的补码由它的绝对值求反加1后得到，一般表达式为X补=X反+1。 例如：+5补=00000101B 例如：-

15、5补= 5反1=11111010B+1=11111011B,2无符号数 无符号的8位二进制数没有符号位，从D7D0皆为数值位，所以8位无符号二进制数的表示范围是0+255。 1.3.4 常用编码 1ASCII（American Standard Code for Information Interchange）码、 ASCII码是一种字符编码，是美国信息交换标准代码的简称，见附录。 2BCD（Binary Coded Decimal）码二-十进制码,1)BCD码 表1-2 BCD编码表（8421）,BCD（8421）码用0000H-1001H代表十进制 数0-9，运算法则是逢10进1。BCD（8421） 码每位的权分别是“8”、“4”、“2”、“1”，故 得此名。 例如，158BCD码为0001 0101 1000。,2）BCD码的运算 以BCD码加法运算为例，BCD码相加的原则是“逢十进位”，其和也是一个BCD数。由于计算机只能进行二进制加法，4位二进制数是“逢十六进位”，不可能进行“逢十进位”，会出现为非法码。因此，在进行BCD码加法时，必须对二进制加法的结果进行修正。 修正原则是：若各位的和均在09之间，则其加法运算规则同二进制数加法规则一样；若和的低4位大于9或低4位向高4位有进位(和大于15)，则低4位加6修正；若高4位大于9或高4位的最高位有进位，则高4位加6修正。,