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1、单片机原理及应用单片机原理及应用 7/22/2024版权所有版权所有 All Rights Reserved By Yang Shi1西南大学西南大学西南大学西南大学. . . . 工程技术学院工程技术学院工程技术学院工程技术学院 单片机原理及应用单片机原理及应用单片机原理及应用单片机原理及应用单片机原理及应用单片机原理及应用 7/22/2024版权所有版权所有 All Rights Reserved By Yang Shi2 本章内容提要本章内容提要计算机系统导论计算机系统导论计算机常用数制与编码计算机常用数制与编码单片机特点及应用单片机特点及应用第第 章章 绪绪论论单片机原理及应用单片机原
2、理及应用单片机原理及应用单片机原理及应用 7/22/2024版权所有版权所有 All Rights Reserved By Yang Shi3计算机必须具备计算机必须具备相当于算盘的运算器足够的存储器（相当于纸）指挥、控制各部件协同工作的控制器输出、输入设备开机后启动系统自动投入运行的必要程序第第1 1章章 绪绪 论论BIOS 计算机内部基本输出输入系统 一般烧写在主板上面 CMOS Complementary Metal Oxide Semiconductor（互补金属氧化物半导体）制造大规模集成电路芯片用的一种技术或用这种技术制造出来的芯片 计算机内可读写的RAM芯片，保存BIOS设置完电
3、脑硬件参数后的数据，如实时时间， 常都集成在主板的BIOS芯片 单片机原理及应用单片机原理及应用单片机原理及应用单片机原理及应用 7/22/2024版权所有版权所有 All Rights Reserved By Yang Shi4硬硬硬硬件件件件系系系系统统统统构构构构成成成成微微微微机机机机的实体和装置的实体和装置的实体和装置的实体和装置软件系统软件系统软件系统软件系统微机系统所微机系统所微机系统所微机系统所使用的各种程序的总称使用的各种程序的总称使用的各种程序的总称使用的各种程序的总称软件系统软件系统软件系统软件系统与与与与硬件系统硬件系统硬件系统硬件系统共同共同共同共同构成实用的微机系统
4、，两构成实用的微机系统，两构成实用的微机系统，两构成实用的微机系统，两者是者是者是者是相辅相成、缺一不可相辅相成、缺一不可相辅相成、缺一不可相辅相成、缺一不可的。的。的。的。 软软件件系系统统+微型计算机系统微型计算机系统微型计算机系统微型计算机系统运 算 器控 制 器CPU存 储 器输输入入接接口口电电路路输输入入设设备备输输出出设设备备输输出出接接口口电电路路硬件系统微型计算机系统微型计算机系统微型计算机系统微型计算机系统第第1 1章章 绪绪 论论运算器运算器、控制器控制器、存储器存储器、输入输入/ /输出设备输出设备是计算机工作的物质基础（硬件），运算器、控制器是硬件中的核心（CPU）C
5、PU (Central Processing Unit)单片机原理及应用单片机原理及应用单片机原理及应用单片机原理及应用 7/22/2024版权所有版权所有 All Rights Reserved By Yang Shi5第一章第一章 绪论绪论计算机中的信息包括：指令、数据，他们是以一定的编码形式表示指令： 计算机中执行某种操作的命令指令格式：指令的编码规则，包含操作码、操作数 （一般格式：操作码 操作数）多操作数指令格式： 操作码 第一操作数 第二操作数 减法 被减数 减数 单片机原理及应用单片机原理及应用单片机原理及应用单片机原理及应用 7/22/2024版权所有版权所有 All Righ
6、ts Reserved By Yang Shi6（1）数据传输类（2）算术类，如：加、减、乘、除（3）逻辑指令，如：逻辑与、或、非等（4）程序控制类（5）输入/输出指令（6）其他指令第第1 1章章 绪绪 论论指令类型：单片机原理及应用单片机原理及应用单片机原理及应用单片机原理及应用 7/22/2024版权所有版权所有 All Rights Reserved By Yang Shi7字、字长：字、字长： 数据和指令都是一组二进制编码，是作为一个整体进行处理、运算的，统称为机器字，简称字。存储器：存储器：程序存储器、数据存储器 控制器：控制器： 由程序计数器程序计数器（PC)、指令寄存器指令寄存器
7、(IR)、指令操作码译码指令操作码译码器器、地址形成器地址形成器、脉冲发生器脉冲发生器、启停电路启停电路、时序电路微操时序电路微操作控制部件作控制部件等组成。第第1 1章章 绪绪 论论反映计算机性能还有哪些指标？单片机原理及应用单片机原理及应用单片机原理及应用单片机原理及应用 7/22/2024版权所有版权所有 All Rights Reserved By Yang Shi8启停电路控制器的结构控制器的结构脉冲发生器时序电路启停信号操作数操作码地址形成部件程序计数器（PC）指令寄存器 (IR)译码器 计数信号置值 微操作控制部件微操作控制信号（至各部件）地址自程序存储器第第1 1章章 绪绪 论
8、论单片机原理及应用单片机原理及应用单片机原理及应用单片机原理及应用 7/22/2024版权所有版权所有 All Rights Reserved By Yang Shi91946-1958 1946-1958 第一代电子管计算机第一代电子管计算机。磁鼓存储器，机器语言、汇编语言编程。第一台数字计算机ENIAC。计算机发展概况计算机发展概况1958-1964 1958-1964 第二代晶体管计算机第二代晶体管计算机。磁芯作主存储器, 磁盘作外存储器，开始使用高级语言编程。1964-1971 1964-1971 第三代集成电路计算机第三代集成电路计算机。使用半导体存储器，出现多终端计算机和计算机网络
9、。1971- 1971- 第四代大规模集成电路计算机第四代大规模集成电路计算机。出现微型计算机、单片微型计算机，外部设备多样化。1981-1981-第五代人工智能计算机第五代人工智能计算机。模拟人的智能和交流方式。第第1 1章章 绪绪 论论单片机原理及应用单片机原理及应用单片机原理及应用单片机原理及应用 7/22/2024版权所有版权所有 All Rights Reserved By Yang Shi10CPU输输入入设设备备输输出出设设备备软软件件系系统统+微型计算机系统微型计算机系统硬件系统输输入入接接口口设设备备输输出出接接口口设设备备运 算 器控 制 器存 储 器单单单单片片片片微微微
10、微型型型型计计计计算算算算机机机机是是是是指指指指集集集集成成成成在在在在一一一一个个个个芯芯芯芯片片片片上上上上的的的的微微微微型型型型计计计计算算算算机机机机，简简简简称称称称单单单单片片片片机机机机 实实实实质质质质就是一个就是一个就是一个就是一个芯片芯片芯片芯片单片微型计算机单片微型计算机单片微型计算机单片微型计算机第第1 1章章 绪绪 论论单片机原理及应用单片机原理及应用单片机原理及应用单片机原理及应用 7/22/2024版权所有版权所有 All Rights Reserved By Yang Shi11单片机的特点单片机的特点单片机的特点单片机的特点 性价比高性价比高控制功能强、运
11、行速度快控制功能强、运行速度快低电压、低功耗低电压、低功耗集成度高、集成度高、抗干扰能力强，抗干扰能力强，可靠性高可靠性高 可以嵌入到电子产品中可以嵌入到电子产品中可以嵌入到电子产品中可以嵌入到电子产品中嵌入式应用系统嵌入式应用系统嵌入式应用系统嵌入式应用系统第第1 1章章 绪绪 论论单片机原理及应用单片机原理及应用单片机原理及应用单片机原理及应用 7/22/2024版权所有版权所有 All Rights Reserved By Yang Shi12第第1 1章章 绪绪 论论单片机的发展过程：单片机的发展过程：1976年intel研制出MCS-48系列8位的单片机，单片机的问世。1976年Zi
12、log开发Z80微处理器，广泛用于微型计算机和工业自动控制设备。当时，Zilog、Motorola和Intel在微处理器领域三足鼎立。20世纪80年代初，Intel公司推出了MCS-51系列8位单片机。 电气厂商竞相使用80C51的内核技术，增强了外围电路功能，强化了智能控制器的特征。 工业控制领域要求提高， Intel推出了16位MCS-8096，但性价不理想未广泛应用。 90年代后随着消费电子产品大发展，单片机技术得到了巨大提高。大量专用的嵌入式操作系统被广泛应用在单片机上，作为掌上电脑和手机核心处理的高端单片机甚至可以直接使用专用的Windows和Linux操作系统。 单片机原理及应用单
13、片机原理及应用单片机原理及应用单片机原理及应用 7/22/2024版权所有版权所有 All Rights Reserved By Yang Shi13基于基于MCS51内核的单片机内核的单片机 MCSMCS5151是指由美国是指由美国INTELINTEL公司生产的一系列高性公司生产的一系列高性能能8 8位单片机的总称，也就是我们平常讲的位单片机的总称，也就是我们平常讲的5151系列单系列单片机。这一系列单片机包括了许多品种，如片机。这一系列单片机包括了许多品种，如80318031，80518051，87518751，80328032，80528052，87528752等，其中等，其中80518
14、051是最早是最早最典型的产品，该系列其它单片机都是在最典型的产品，该系列其它单片机都是在80518051的基础的基础上进行功能的增、减、改变而来的，所以人们习惯于上进行功能的增、减、改变而来的，所以人们习惯于用用80518051来称呼来称呼MCSMCS5151系列单片机系列单片机 。单片机原理及应用单片机原理及应用单片机原理及应用单片机原理及应用 7/22/2024版权所有版权所有 All Rights Reserved By Yang Shi14MCS-51系列单片机的分类功能功能常用型号常用型号基本型基本型80318031、80518051、80C3180C31、80C5180C51增大
15、存储器型增大存储器型80328032、80528052、80C3280C32、80C5280C52低功耗型低功耗型80C31BH80C31BH、80C51BH80C51BH、87C5187C51A/DA/D型型83C51GA83C51GA、80C51GA80C51GA、87C51GA87C51GADMADMA型型83C152JA83C152JA、80C152JA80C152JA、80C152JB80C152JB多并行口型多并行口型83C45183C451、80C45180C451存储器配置存储器配置常用型号常用型号片内片内ROMROM型型 8051AH8051AH、8052AH8052AH、8
16、0C51BH80C51BH、83C51FA83C51FA、83C51GA83C51GA片内片内EPROMEPROM型型 8751BH8751BH、8752BH8752BH、80C51BH80C51BH、87C51FA87C51FA、87C51GA87C51GA外接外接EPROMEPROM型型 8031BH8031BH、8732BH8732BH、80C51FA80C51FA、87C51FA87C51FA、80C51GA80C51GA单片机原理及应用单片机原理及应用单片机原理及应用单片机原理及应用 7/22/2024版权所有版权所有 All Rights Reserved By Yang Shi1
17、5单片机应用系统单片机应用系统单单片片机机接口接口电路电路及外及外设等设等软软软软件件件件硬件硬件硬件硬件单单片片机机应应用用系系统统: :由由硬硬件件系系统统和和软件系统软件系统组成组成硬件是硬件是应用系统的基础应用系统的基础软件是在硬件的基础上软件是在硬件的基础上对其资源对其资源进行合理调配和使用进行合理调配和使用，从而完成，从而完成应用系统所要求的任务，二者相应用系统所要求的任务，二者相互依赖，缺一不可互依赖，缺一不可注：本课程的重点注：本课程的重点注：本课程的重点注：本课程的重点1. 1. 1. 1.掌握单片机应用系统硬件原理的分析方法。掌握单片机应用系统硬件原理的分析方法。掌握单片机
18、应用系统硬件原理的分析方法。掌握单片机应用系统硬件原理的分析方法。2. 2. 2. 2.掌握软件设计与调试的基本技能。掌握软件设计与调试的基本技能。掌握软件设计与调试的基本技能。掌握软件设计与调试的基本技能。第第1 1章章 绪绪 论论单片机原理及应用单片机原理及应用单片机原理及应用单片机原理及应用 7/22/2024版权所有版权所有 All Rights Reserved By Yang Shi161.3 1.3 计算机中常用数制与编码计算机中常用数制与编码 1.3.1 数制及数制间的转换数制及数制间的转换 一、进位计数制 进位计数制有以下两个特点： （1）有一个固定的基数r，数的每一位只能取
19、r个不同的数字，即所使用的数码为0，1，2，r-1。 （2）逢r进位，它的第i个数位对应于一个固定的值ri，ri称为该位的“权”。小数点左面各位的权是基数r的正次幂，依次为0，1，2，m次幂，小数点右面各位的权是基数r的负次幂，依次为 -1，-2，-n次幂。第第1 1章章 绪绪 论论单片机原理及应用单片机原理及应用单片机原理及应用单片机原理及应用 7/22/2024版权所有版权所有 All Rights Reserved By Yang Shi171十进制 十进制的基数为10，它所使用的数码为09，共10个数字。十进制各位的权是以10为底的幂，即每个数所处的位置不同，它的值是不同的，每一位数是
20、其右边相邻那位数的10倍。例，数435.32就是下列多项式的缩写 435.32D4102+3101+5100+310-1+210-2后缀D（Decimal）表示该数为十进制数，通常对十进制数可不加后缀。第第1 1章章 绪绪 论论单片机原理及应用单片机原理及应用单片机原理及应用单片机原理及应用 7/22/2024版权所有版权所有 All Rights Reserved By Yang Shi182二进制二进制的基数为2，它所使用的数码为0、1，共2个。二进制各位的权是以2为底的幂，即，22，21，20，2-1，2-2，。例如，二进制数1011.101相当于十进制的数是： 1011.101B123
21、+022+121+120+12-1+02-2+12-3 二进制数的运算规则类似于十进制，加法为逢二进一，减法为借一为二。利用加法和减法就可以进行乘法、除法以及其它数值运算。 后缀B（Binary）表示该数为二进制数。字节字节(Byte)： 8个二进制位(Bit)，无符号表达范围0255字字Word：双字节，16个二进制位，无符号表达范围065535第第1 1章章 绪绪 论论单片机原理及应用单片机原理及应用单片机原理及应用单片机原理及应用 7/22/2024版权所有版权所有 All Rights Reserved By Yang Shi193十六进制 十六进制的基数为16，它所使用的数码共有16
22、个：0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、A、B、C、D、E、F，其中AF相当于十进制数的l015。十六进制的权是以16为底的幂，即，162，161，160，16-1，16-2，。 例，十六进制数A3E.8F相当于十进制的数是： A3E.8F 10162+3161+14160+8161+1516-2后缀H(Hexadecimal)表示该数为十六进制数。十六进制数如是字母打头，则在使用汇编指令时前面需加一个0。第第1 1章章 绪绪 论论单片机原理及应用单片机原理及应用单片机原理及应用单片机原理及应用 7/22/2024版权所有版权所有 All Rights Reserved By Yang S
23、hi201.3.2数制的转换1二进制数、十六进制数转换成十进制数二进制数、十六进制数转换成十进制数 根据定义，只需将二、十六进制数按权展开后相加即可。 例： 1011B123+022+121+12011 A4H10161+4160164第第1 1章章 绪绪 论论单片机原理及应用单片机原理及应用单片机原理及应用单片机原理及应用 7/22/2024版权所有版权所有 All Rights Reserved By Yang Shi21 将62转换成二进制数解：十进制整数62转换为二进制数，采用 “除二取余”法。 2 62 余数= 0 低位 2 31 余数= 1 2 15 余数= 1 2 7 余数= 1
24、 2 3 余数= 1 1 余数= 1 高位 按余数的逆序排列，即得结果： 62D111110B第第1 1章章 绪绪 论论十进制数转换成二进制数、十六进制数十进制数转换成二进制数、十六进制数 十进制整数转换成二进制数（或十六进制数）时，通常采用“除二取余”（或除十六取余）法，即用“2”（或16）连续除十进制数至商为0，逆序排列余数即可得到。单片机原理及应用单片机原理及应用单片机原理及应用单片机原理及应用 7/22/2024版权所有版权所有 All Rights Reserved By Yang Shi223二进制数与十六进制数的相互转换 十进制数(D)二进制数(B)十六进制数(H)十进制数(D)
25、二进制数(B)十六进制数(H)000000810008100011910019200102101010A300113111011B401004121100C501015131101D601106141110E701117151111F第第1 1章章 绪绪 论论单片机原理及应用单片机原理及应用单片机原理及应用单片机原理及应用 7/22/2024版权所有版权所有 All Rights Reserved By Yang Shi23（1）二进制数转换成十六进制数）二进制数转换成十六进制数 二进制数整数部分由右向左每4位一分段，最后不足部分左面补零；小数部分由左向右每4位一分段，最后不足部分右面补零，然
26、后，每4位二进制数用1位十六进制数代替，便转换成了十六进制。例：1011110101.110 = 0010 1111 0101.1100 = 2F5.CH （2）十六进制数转换成二进制数十六进制数转换成二进制数将每一位十六进制数用对应的4位二进制数代替，便转换成了二进制数。例如：BD5.6H = 1011 1101 0101.0110B B D 5 6第第1 1章章 绪绪 论论单片机原理及应用单片机原理及应用单片机原理及应用单片机原理及应用 7/22/2024版权所有版权所有 All Rights Reserved By Yang Shi241.3.3 计算机中常用编码计算机中常用编码 1BC
27、D编码 BCD(Binary Coded Decimal)编码就是用二二进进制制代代码码表表示示的的十十进进制制数数，即二十进制编码。在BCD码中是用四位二进制数00001001给09这10个数字编码。 BCD码与十进制数的相互转换码与十进制数的相互转换BCD码0000000100100011010001010110011110001001十进制 0123456789第第1 1章章 绪绪 论论单片机原理及应用单片机原理及应用单片机原理及应用单片机原理及应用 7/22/2024版权所有版权所有 All Rights Reserved By Yang Shi25按照BCD的十位编码与十进制的关系，
28、可以很容易地实现BCD码与十进制数之间的转换。 例如：（0100 1001 0111）BCD497 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。第第1 1章章 绪绪 论论BCD码常用于：显示、打印等人机界面单片机原理及应用单片机原理及应用单片机原理及应用单片机原理及应用 7/22/2024版权所有版权所有 All Rights Reserved By Yang Shi262ASCII编码 字母与字符用二进制码表示的方法很多。目前在计算机中最普遍采用的是ASCII码(American Standard Code for Information Interchange)。 ASCII码是一种8位代码，一般最高位可用于奇偶效验，它采用七位(b0b6)二进制编码代表字符信息，共有128个字符，其中32个是控制字符，96个是图形字符。在不考虑奇偶效验时，一般最高一位都以0来代替。 例如：数字09的ASCII码可表示为十六进制数为30H39H，字母AZ的ASCII码可表示为十六进制数为41H5AH等。第第1 1章章 绪绪 论论单片机原理及应用单片机原理及应用
