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1、单片机技术应用,第1章 绪论,第1章 绪论,1.1 数制与编码 1.1.1 数制及其转换 1.1.2 编码 1.2 单片机概述 1.2.1 单片机及其发展 1.2.2 单片机的应用领域 1.3 一个简单的单片机应用实例,1.1 数制与编码,1.1.1 数制及其转换 单片机所类属的微型计算机，是计算机的一个重要分支，最基本的功能就是数的计算与处理加工。数制是数的制式，是人们利用符号进行计数的科学方法，常用的数制有十进制、二进制和十六进制等。 1数制的基数与权 数制所使用的数码个数称为基，数制每一位所具有的值称为权。 每种计数制有一个固定数N，在数制中每一位都能取N个不同的数字，每一位都是逢N进一
2、，这种计数制为N进制，通常将N称为基数。,1.1.1 数制及其转换,（1）十进制的基数为“十”，共有10个数码分别表示为0-9。在计数过程中，某位计满10时就向邻近的高位进1，可以表示成以10为底的幂，如： 435D=4102+3101+5100 通常对十进制数可不加后缀，如十进制数3456D可以表示成3456。 （2）二进制的基数为“二”，共有2个数码分别表示为0-1。在计数过程中，计数规则是逢二进一，可以表示成以2为底的幂，如二进制数1101相当于十进制数： 1101B=123+122+021十1208+4+0+1=13 显然四位二进制数各位的权是8、4、2、1。,1.1.1 数制及其转换
3、,计算机中以二进制形式进行数据运算，二进制数的表示应该加后缀，如二进制数1101应该表示成1101B。由于二进制位数太长，不易记忆和书写，又出现了十六进制数的书写形式。 （3）十六进制的基数为“十六”，共有16个数码分别表示为0-9和A-F，其中A-F相当于十进制数10-15。在计数过程中，计数规则是逢十六进一，可以表示成以16为底的幂，如十六进制数1AF相当于十进制数： 1AFH11621016115160431 由于十六进制数易于书写和记忆，且与二进制数之间的转换十分方便，所以在书写计算机语言时多用十六进制数，十六进制数的表示应该加后缀，如十六进制数1AF应该表示成1AFH 。,1.1.1
4、 数制及其转换,2数制间的转换 在数制转换时，可直接查阅表1-1或使用计算器的数制转换功能完成。 参照表1-1 数制的对应关系,表1-1 数制的对应关系,1.1.2 编码,在计算机中采用的二进制代码通常需要按照一定规律编排，使每组代码具有一定的特定含义，即为计算机中的编码。 1有符号数的编码 数学上有符号数的正负号分别用“+”和“-”来表示。在计算机中由于采用二进制，只有“1”和“0”两个数字，所以规定最高位是符号位，最高位为“0”表示正数，为“1”表示负数，计算机中的带符号数有三种表示法即原码、反码和补码。 (1) 原码,1.1.2 编码,正数的符号位用“0”表示，负数的符号位用“1”表示，
5、这种表示法称为原码。 例如：Xl1010101 X1原01010101 X2-1010101 X2原11010101 左边数称为真值，右边为用原码表示的数，两者的最高位分别用“0”和“1”代替了“”和“-”。 (2) 反码 一个数的反码可由原码求得。如果是正数，则其反码与原码相同；如果是负数，则其反码除符号位为“1”外，其他各数位均将“1”转换为“0”，“0”转换为“1”。 例如：Xl+1010101 X1反01010101 X2-1010101 X2反10101010,1.1.2 编码,(3) 补码 一个数的补码也可由反码求得。如果是正数，则其补码与反码相同；如果是负数，则其补码为反码加“1
6、”。 例如：Xl101010 l X1补01010101 X2-1010101 X2补10101011 2有符号数的运算 根据有关资料介绍，当数用补码表示时，无论是加法还是减法都可连同符号位一起进行加法运算，因此在计算机中普遍采用补码来表示带符号的数并进行相关的运算。,1.1.2 编码,3二-十进制编码 二-十进制编码称为二进制编码的十进制数，简称BCD码。人们通常习惯使用十进制数，但是计算机内部使用二进制数，为了解决这个矛盾，用二进制数对十进制数进行编码，用四位二进制数给0-9数字编码。BCD码种类有8421码、542l码、余3码和格雷码等（可见有关资料）。 现以8421码为例进行讨论。 8
7、421码是一种采用4位二进制数代表一位十进制数的代码系统，4位二进制数码的权分别为8、4、2、1。由于4位二进制数可以表示16种状态，而十进制只有10个数（0-9），所以只需在16种状态中取出10种状态，将余下的六个状态(称为非法码)舍去，见表1-2。,表1-2 8421BCD编码表,1.1.2 编码,使用8421BCD码表示十进制数后，十进制中的0-9将以BCD码形式出现，还是“逢十进位”。 例如： 685=0110 1000 0101BCD，0110 0101 0011 BCD=653 BCD码与二进制之间的转换不是直接的，要先经过十进制，然后再转换为二进制，反之过程类似。 这种方法同时兼
8、顾了计算机的特点和使用者的习惯，因此被大量应用在计算机的数据输入和输出中。,1.1.2 编码,4字母与字符的编码 由于计算机中采用二进制数，所以在计算机中表示字母和字符都要用特定的二进制编码表示。目前在计算机中普遍采用的ASCII码，已成为国际通用的标准编码，广泛用于微型计算机中。 ASCII编码采用7位二进制编码，可以表示128个字符，见表1-3。,表1-3 ASCII（美国标准信息交换代码）表,1.1.2 编码,任何一个字母、数字、标点符和控制符均可在表1-3中找到其对应的位置以及相应的ASCII编码。 例如根据字母“P”所在位置的对应行可确定该字符的低4位编码(D3D2D1D0为0000
9、)，根据对应列可确定高3位编码(D6D5D4为101)，将高3位编码与低4位编码连在一起组成了该字符的ASCII码1010000B或50H。 5数据存储形式 （1）字节 在计算机内部，数据是以二进制的代码形式存储和运算的，数据的最小单位是二进制的一位数(Bit)。国际上统一把8位二进制数定义为一个字节（Byte），4位称为半字节。一个英文字母的编码可用一个字节来存储。,1.1.2 编码,（2）字长 在计算机中常用一个字(word)表示数据或信息的长度。通常将组成一个字的位数叫该字的字长，一般用字长定义一台计算机所用的二进制代码的位数。例如某计算机的字长为16位，则表示该计算机的一个字由两个字节
10、(16位二进制数)组成。 不同级别的计算机字长是不同的，字长越长，代表的数值就越大，计算的精度就越高。微型计算机常用的字长有8位、16位、32位和64位等。,1.2 单片机概述,1.2.1 单片机及其发展 1.单片机的概念 单片机是把中央处理器CPU、存储器、定时器和I/O接口电路等一些计算机的主要功能部件集成在一块电路芯片上的微型计算机，单片机的内部结构如图1-1所示。,图1-1 单片机的内部结构,1.2.1 单片机及其发展,2.单片机的发展概况 单片机从出现至今，经历了四个发展阶段。 （1）低性能单片机阶段 以Intel公司的MCS-48为代表，采用了单片机结构，内部资源包含8位CPU、定
11、时/计数器、并行I/O口、RAM和ROM等，主要用于工业领域。 （2）高性能单片机阶段 以Intel公司的MCS-51为代表，单片机带有串行口、位处理功能和16位地址线，寻址范围达到64K字节，具有丰富的指令系统和完善的总线结构，功能单元的SFR(特殊功能寄存器)集中管理，应用范围涉及到各个领域，并得到不断改进和发展。,1.2.1 单片机及其发展,（3）16位单片机阶段 以Intel公司推出的MCS-96单片机为代表，内部集成了测控系统的模数转换器(ADC)、程序运行监视器(WDT)、脉宽调制器(PWM)和高速IO口等，各项性能均有较大提高。由于结构相对复杂，在简单系统中应用较少。 （4）全面
12、发展阶段 如今单片机已成为各控制领域中以Intel公司推出的MCS-96单片机为代表，内部集成了测控系统的模数转换器(ADC)、程序运行监视器(WDT)、脉宽调制器(PWM)和高速IO口等，各项性能均有较大提高。普遍采用的智能化控制工具，小到玩具、家电行业，大到车载、舰船电子系统，遍及计量测试、工业过程控制、,1.2.1 单片机及其发展,机械电子、金融电子、商用电子、办公自动化、军事领域、工业机器人和航空航天领域。 从高速、大寻址范围、强运算能力和多机通信能力通用型单片机，到小型廉价型、外围系统集成的专用型单片机，单片机的发展进入了百花齐放的时代，为用户的选择提供了空间。,1.2.2 单片机的
13、应用领域,单片机的应用主要基于其控制功能，由于单片机具有集成度高、体积小、可靠性高、价格低和易实现产品化等特点，特别适合应用于测量和控制领域，单片机的应用可分为单机应用和多机应用，归纳起来可分为以下几个方面 。 1智能化仪器仪表中的应用 目前普遍采用单片机系统替代传统的测量系统，促使仪表向数字化、多功能化、综合化和柔性化的方向发展，使仪器仪表结构简化、稳定性提高，智能化和网络化，如智能化温度巡检仪、智能化抄表系统等。,1.2.2 单片机的应用领域,2工业测量控制中的应用 在工业过程监测、过程控制、逻辑顺序控制和机电一体化等方面，单片机有着广泛的应用，如窑炉温度控制、液位控制、机床数控和机器人等
14、。可编程控制器PLC的控制核心一般都是单片机，使用单片机可以提高控制系统的可靠性，降低成本，提高产品质量和生产劳动效率。 3在交通、军事、计算机网络和通讯技术领域中的应用 以单片机为主体的集中显示系统、交通指挥系统、动力监控系统、电子导航系统、自动驾驶系统和运行监视器等。,1.2.2 单片机的应用领域,4保安报警、办公目动化领域的应用 许多安全监视、报警系统和办公自动化设备产品都使用了单片机，如仓库安全监测系统、保安报警系统、复印机、传真机、考勤机、电子秤、收款机、条形码阅读器和电话机等。 5日常生活及家用电器领域的应用 目前在空调、洗衣机、电冰箱、微波炉、电视机、录像机、VCD和音响等家用电
15、器的设计与生产中普遍采用单片机控制电路，实现了智能化，极大地满足了人性化的设计要求。,1.2.2 单片机的应用领域,总之，单片机的应用范围是非常广泛的，极大地推动了相关技术领域的发展。在本教材中，主要以MCS-51系列单片机为典型机型，介绍其硬件结构和软件知识，为进一步应用单片机技术打下良好的基础。,1.3 一个简单的单片机应用实例,P1口驱动单个LED的显示电路。 MCS-51单片机通过I/O口与7段LED数码管构成显示电路是单片机I/O端口的典型应用，应用电路如图1-2所示。,1.3 一个简单的单片机应用实例,在应用系统中使用共阳型数码管和80C51单片机（无须外接ROM和RAM），电容C
16、1、C2和CRY1组成时钟振荡电路，C3和R1为单片机的复位电路，单片机的并行口P1.0-P1.7直接与LED数码管的“a-f”引脚相连，中间连接限流电阻。由于单片机并行口的输出驱动电流有限，为使LED有足够的亮度，应选用高亮度的LED数码管。 例如：将09的数轮流送到LED显示。 源程序清单: ORG 0000H LJMP MAIN ORG 0100H MAIN: MOV R0, #00H ; 从“0”开始显示,1.3 一个简单的单片机应用实例,MOV DPTR, #TABLE ; 表格地址送数据指针 DISP: MOV A, R0 ; 送显示 MOVC A, A+ADPTR ; 指向表格地址 MOV P1, A ; 数据送LED ACALL DELAY ; 延时 INC R0 ; 指向下一个字符 CJNE
