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1、大家网：http:/ 基础知识,（课时：6学时）,教学目的,了解单片机的分类和发展历史。 了解单片机的特点及应用。 掌握计算机中常用的数制和码制。 掌握微型计算机的基本结构与基本原理。,学习重点和难点,不同数制之间的转换和有符号数的加减法运算。 微型计算机执行程序的过程。,大家网：http:/ 基础知识,1.1 嵌入式系统与单片机 1.2 单片机的应用 1.3 计算机运算基础 1.4 微型计算机的结构与原理 本章小结 习题,大家网：http:/ 嵌入式系统与单片机,1.1.1 嵌入式系统的概念 1.1.2 单片机技术的发展 1.1.3 单片机的特点、分类及发展趋势,大家网：http:/ 嵌入式
2、系统与单片机,计算机发展简介 第一台电子计算机于1946年问世 。 计算机的发展日新月异，至今已经历了由电子管计算机、晶体管计算机、集成电路计算机到大规模集成电路计算机四代 。 单片机的出现是计算机技术发展史上的一个重要里程碑，它使计算机从海量数值计算进入到智能化控制领域 。计算机技术逐步发展形成通用计算机系统和嵌入式计算机系统两大分支。,大家网：http:/ 嵌入式系统的概念,基本概念 嵌入式计算机系统是面对测控对象，嵌入到应用系统中的计算机系统的统称，简称嵌入式系统(Embedded System) 。 通用计算机系统主要满足海量、高速数值处理，兼顾控制功能；嵌入式计算机系统主要满足测控对
3、象的控制功能，兼顾数值处理。,大家网：http:/ 为了实现海量高速数值计算，通用计算机系统对计算机运行速度的要求是无限的，而对计算机的控制功能的要求是有限的。 在数字信号处理(DSP)领域的嵌入式系统也要求高速处理能力，在多媒体技术的外设管理领域的通用计算机系统也要求良好的控制能力，但两者存在本质的差别。,大家网：http:/ 通用CPU模块。 嵌入式微处理器(Embedded Processor)。 嵌入式微控制器(Embedded Microcontrollers)。 嵌入式微控制器是嵌入式系统概念广泛使用后，给传统单片机定位的称呼。 单片机是经典的嵌入式系统，它具有唯一的专门为嵌入式应
4、用设计的体系结构与指令系统 。 国内外公认的标准体系结构是Intel的MCS-51系列，其中8051已被许多厂家作为基核，发展了许多兼容系列，所有这些系列都统称为80C51系列。,大家网：http:/ 单片机技术的发展,第一阶段(19741976)初始阶段。以4位单片机为主，功能比较简单。如1974年美国Fairchild公司生产的第一台单片机F8，采用双片形式，功能简单。 第二阶段(19761978)探索阶段。单芯片形式，低档8位单片机。如1976年美国Intel公司生产的MCS-48系列单片机，这是第一台完全的8位单片机。MCS-48的推出是在工控领域的探索，此后，各种8位单片机纷纷应运而
5、生。 第三阶段(19781982)完善阶段。提高电路的集成度，增加8位单片机的功能。如Intel公司在MCS-48基础上推出了完善的高档8位单片机系列MCS-51。 第四阶段(19821990) 巩固和发展阶段。巩固发展8位单片机、推出16位单片机、向微控制器发展，强化了智能控制器的特征 。 如将ADC、DAC、PWM、WDT、DMA集成到单片机 。 第五阶段(1990至今) 全面发展阶段。适合不同领域要求的单片机，如各种高速、大存储容量、强运算能力的8 位/16位/32位通用型单片机，还有用于单一领域的廉价的专用型单片机。,大家网：http:/ 单片机的特点、分类及发展趋势,单片机的主要特点
6、 集成度高 控制功能强 可靠性高 低功耗、低电压 外部总线丰富 功能扩展性强 体积小、成本低 性价比高,大家网：http:/ 按单片机数据处理位数来划分 4位单片机 8位单片机 16位单片机 32位单片机 按单片机适用范围来划分 通用型单片机 专用型单片机 按单片机并行总线来划分 总线型单片机（如AT89C51 ） 非总线型单片机（如AT89C2051 ）,大家网：http:/ CMOS化单片机将具有更低的功耗、更低的电压。 高性能化精简指令集(RISC)结构和流水线技术将得到广泛应用 。 高可靠性提高单片机的抗电磁干扰能力 。 大容量化扩大片内存储器容量。 多功能化把众多的各种外围功能器件集
7、成在片内，如模/数转换器、数/模转换器、液晶显示驱动器 等。 串行扩展技术 SPI、I2C、Microwire、1-Wire等串行总线的引入，可以使单片机的引脚设计得更少，单片机系统结构更加简化。,大家网：http:/ 单片机的应用,1.2.1 智能仪器的应用 1.2.2 通信设备的应用 1.2.3 家用电器的应用 1.2.4 工业控制的应用,大家网：http:/ 智能仪器的应用,单片机用于各种仪器仪表，使仪器仪表智能化，可以提高测量的自动化程度和精度；简化仪器仪表的硬件结构，减小体积，提高其性价比。例如：温度智能控制仪表、医用仪表、汽车电子设备、数字示波器等。 例如，在普通模拟示波器的基础上
8、用单片机进行改造而成的数字存储示波器，克服了普通模拟示波器的缺点，并增加了许多功能，如可以显示大量的预触发信息，可以长期贮存波形，可以在打印机或绘图仪上制作硬拷贝以供编制文件使用，可以将采集的波形和操作人员手工或示波器全自动采集的参考波形进行比较，波形信息可用数学方法进行处理。,大家网：http:/ 通信设备的应用,单片机与通信技术相结合促使通信设备的智能控制水平大大提高，广泛应用于通信的各个领域。例如：调制解调器、传真机、复印机、打印机、移动电话机、固定电话机等。 例如，传统的电话机只能实现简单的拨号、响铃、通话等功能，使用单片机后，可以开发出来电显示、存储电话号码、时钟显示、免提、重拨、声
9、控等功能。功能更多的无绳电话机、录音电话机、可视电话机等多功能电话机也已走进人们的生活。,大家网：http:/ 家用电器的应用,传统的家电配上单片机以后，提高了智能化程度，增加了功能，倍受人们喜爱；单片机使人类生活更加方便、舒适、丰富多彩。例如：洗衣机、电冰箱、电子玩具、收录机、微波炉、电视机、录像机、音响设备、程控玩具、游戏机等。 例如，单片机控制的全自动洗衣机集洗涤、脱水于一体，能自动完成洗衣全过程，并有多种洗涤程序供用户自由选择，能任意调节工作时间，显示工作状态、洗涤时间和脱水时间，能自动处理脱水不平衡，具有各种故障和高低电压自动保护功能，工作结束或电源故障会自动断电以确保安全。目前，有
10、的全自动洗衣机还采用了模糊技术，即洗衣机能对传感器提供的信息进行逻辑推理，自动判断衣服质地、重量、脏污程度，从而自动选择最佳的洗涤时间、进水量、漂洗次数、脱水时间，并显示洗涤剂的用量，达到整个洗涤过程自动化，使用方便，节能节水。,大家网：http:/ 工业控制的应用,机电一体化是机械工业发展的方向。机电一体化产品是指集机械技术、微电子技术、计算机技术于一体，具有智能化特征的机电产品，例如微机控制的车床、钻床等。单片机作为产品中的控制器，能充分发挥它体积小、可靠性高、功能强等优点，可大大提高机器的自动化、智能化程度。 单片机广泛用于导弹的导航装置、飞机上各种仪表的控制、计算机的网络通信与数据传输
11、、机器人、工业自动化过程的实时控制和数据处理。例如，在这些实时控制系统中，都可以用单片机作为控制器，单片机的实时数据处理能力和控制功能，可使系统保持在最佳工作状态，提高系统的工作效率和产品质量。 在比较复杂的系统中，常采用分布式多机系统。多机系统一般由若干台功能各异的单片机组成，各自完成特定的任务，它们通过串行通信相互联系、协调工作。单片机在这种系统中往往作为一个终端机，安装在系统的某些节点上，对现场信息进行实时测量和控制。单片机的高可靠性和强抗干扰能力，使它可以置于恶劣环境的前端工作。,大家网：http:/ 工业控制的应用,在教育部倡导的全国大学生电子设计大赛中，有一道设计简易智能电动车的题
12、目，参赛者用51系列单片机完成了设计任务并取得了较好的成绩。该设计采用单片机AT89C51和AT89C2051芯片为核心部件，利用光电检测技术、超声波测距、电涡流检测技术并配合一套独特的软件实现了电动车识别并选择正确的行进路线、电机的方向和速度控制、自动寻找光源、判断并自动躲避障碍物、时间显示、蜂鸣器报警等功能。 电动车控制方案如下图所示。 智能电动车控制方案,大家网：http:/ 计算机运算基础,1.3.1 数制 1.3.2 有符号二进制数的编码 1.3.3 二进制编码,大家网：http:/ 数制,数制是指数的制式，是人们利用符号进行计数的科学方法。 数制有很多种，在计算机中常用的数制有十进
13、制、二进制和十六进制。,大家网：http:/ 十进制,十进制中共使用09十个数字符号(称为数码)，数码的个数称为基数。十进制的基数为10，任何一个十进制数都可用这十个数码的组合来表示。 十进制数一般有以下特点： 有09十个数字符号，基数为10，各位的权为10n(n为整数)。 运算规则是加法逢十进一、减法借一为十。 用后缀D(Decimal)表示十进制数，通常对十进制数可不加后缀。,大家网：http:/ 十进制,任一个数中每一位的值可用该位的数字乘以基数的幂次来表示，基数的幂次称为权。 十进制数各位的权是以10为底的幂，任何一个十进制数都可用权展开式来表示。 例如：十进制数1986.129可如下
14、式展开： 1986.129=1103+9102+8101+6100+110-1 +210-2+910-3 上式中100、101、102、103分别称为0权位、1权位、2权位、3权位。,大家网：http:/ 二进制,二进制中共使用0、1两个数字符号。 二进制数一般有以下特点： 有0、1两个数字符号，基数为2，各位的权为2n(n为整数)。 运算规则是加法逢二进一、减法借一为二。 用后缀B(Binary)表示二进制数。,大家网：http:/ 二进制,二进制数各位的权是以2为底的幂，任何一个二进制数都可用权展开式来表示。 例如：二进制数1011.11可如下式展开： 1011.11B=123+022+121+120+12-1+12-2 =11.75 由上式可知，二进制数1011.11B相当于十进制数11.75。,大家网：http:/ 十六进制,十六进制中共使用09及AF十六个数字符号，其中AF相当于十进制数的1015。 十六进制数一般
