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1、2024/9/161第一章第一章单片机基础知识单片机基础知识学习目标：学习目标：1 1掌握数制及其转换方法。掌握数制及其转换方法。2 2了解数据表示方法及其编码。了解数据表示方法及其编码。3 3了解单片机基础知识。了解单片机基础知识。2024/9/162一、什么是单片机？一、什么是单片机？单片机就是单片微型计算机单片机就是单片微型计算机, 是将计算机的中央处理是将计算机的中央处理器器( (CPUCPU) )、存储器（存储器（ROM,RAMROM,RAM）、）、输入输入/ /输出（输出（I/I/O）接接口等集成在一小块硅片上的微型机口等集成在一小块硅片上的微型机。1 1.1.1 单片机的发展及特
2、点单片机的发展及特点2024/9/163单片机组成框图单片机组成框图RAMI/O接口接口电路电路CPU时时 钟钟定时器定时器/计数器计数器ROM2024/9/164二、单片机发展史史单片机属于微型机单片机属于微型机，微型计算机的发展微型计算机的发展形成形成两大分支：两大分支：1 1、独立使用式微机、独立使用式微机（ PCPC机机）：PCPC机系统全力实现机系统全力实现海量高速数据处理，兼顾控制功能。海量高速数据处理，兼顾控制功能。2 2、嵌入式微机嵌入式微机单片机：单片机系统全力满足测控对单片机：单片机系统全力满足测控对象的测控功能，兼顾数据处理能力。象的测控功能，兼顾数据处理能力。 单片机作
3、为工业控制和数据处理的计算机，单片机作为工业控制和数据处理的计算机，它的它的结构与指令功能都是按照工业控制要求设计的结构与指令功能都是按照工业控制要求设计的,也也被称为被称为“微控制器微控制器”、 “ “微处理器微处理器”（Micro-Micro-controller, Micro-processorcontroller, Micro-processor）。）。 主要有：主要有：4 4位、位、8 8位、位、1616位、位、3232位等位等2024/9/165单片机发展概况1976-19781976-1978 初级初级8 8位单片机位单片机 Intel MCS-48 Intel MCS-48 系
4、列系列1978-1978-19831983 高档高档8 8位单片机位单片机 Intel MCS-51Intel MCS-51系列系列：-51-51子系列：子系列：8031/8051/87518031/8051/8751-52-52子系列：子系列：8032/8052/87528032/8052/8752低低 功功 耗耗 型型 8080C31C31高高 性性 能能 型型 8080C252C252廉廉 价价 型型8989C2051/1051C2051/10511983- 1983- 9090年代初年代初 1616位单片机位单片机 Intel MCS-96 Intel MCS-96 系列系列8098/
5、80968098/8096、8080C198/80C196C198/80C1969090年代初年代初- -至今至今 1616位单片机高档位单片机高档3232位单片机位单片机2024/9/166三、单片机的特点及应用突出特点突出特点存储器结构存储器结构 计算机有两种存储结构：计算机有两种存储结构： 哈佛结构：程序存储器和数据存储器分开。哈佛结构：程序存储器和数据存储器分开。 普林斯顿结构：程序存储器和数据存储器合并普林斯顿结构：程序存储器和数据存储器合并。 单片机采用哈佛结构体系2024/9/1671.采用哈佛体系结构采用哈佛体系结构2.采用面向控制的指令系统采用面向控制的指令系统3.引脚功能服
6、用引脚功能服用4.片内片内RAM作寄存器作寄存器5.类型齐全类型齐全6.功能通用功能通用具有三高优势具有三高优势(集成度高、可靠性高、性价比高集成度高、可靠性高、性价比高)。三、单片机的特点及应用2024/9/168三、单片机的特点及应用单片机单片机主要应用于工业检测与控制、计算主要应用于工业检测与控制、计算机外设、智能仪器仪表、通讯设备、家用机外设、智能仪器仪表、通讯设备、家用电器等。电器等。 特别适合于嵌入式微型机应用系特别适合于嵌入式微型机应用系统。统。单片机开发系统有单片单板机和仿真器。单片机开发系统有单片单板机和仿真器。实现单片机应用系统的硬、软件开发。实现单片机应用系统的硬、软件开
7、发。2024/9/1691946-1958 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。磁鼓存储器，机器语言、汇编语言编程。言、汇编语言编程。1958-1964 1958-1964 第二代晶体管计算机第二代晶体管计算机。磁芯作主存储器磁芯作主存储器, , 磁盘作外存磁盘作外存储器，开始使用高级语言编程。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。使用半导体存储器，出现多半导体存储器，出现多终端计算机和计算机网络。终端计算机和计算机网络。1971- 1971- 第四代大规模集成电路计算机第四
8、代大规模集成电路计算机。出现微型计算机、单片出现微型计算机、单片微型计算机，外部设备多样化。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。模拟人的智能和交流方式。一一、 发展概况发展概况1 1.2.2计算机基础知识计算机基础知识2024/9/1610二、计算机发展趋势二、计算机发展趋势微型化微型化 便携式、低功耗便携式、低功耗巨型化巨型化 尖端科技领域的信息处理，需要超大容量、尖端科技领域的信息处理，需要超大容量、高速度高速度智能化智能化 模拟人类大脑思维和交流方式，多种处理模拟人类大脑思维和交流方式，多种处理能力能力系列
9、化、标准化系列化、标准化 便于各种计算机硬、软件兼容和便于各种计算机硬、软件兼容和升级升级网络化网络化 网络计算机和信息高速公路网络计算机和信息高速公路多机系统多机系统 大型设备、生产流水线集中管理大型设备、生产流水线集中管理( (独立控独立控制、故障分散、资源共享制、故障分散、资源共享) )2024/9/1611三、三、微型计算机系统组成微型计算机系统组成微微型型计计算算机机系系统统硬件硬件微型计算机微型计算机（主机主机）微处理器微处理器 (CPU)软件软件外围设备外围设备运算器运算器控制器控制器存储器存储器 (内存内存)RAMROM外部设备外部设备辅助设备辅助设备 输入设备输入设备(键盘、
10、扫描仪、语音识别仪键盘、扫描仪、语音识别仪) 输出设备输出设备(显示器、打印机、绘图仪、显示器、打印机、绘图仪、) 辅助存储器辅助存储器(磁带、磁盘、光盘磁带、磁盘、光盘)输入输入/ /输出接口输出接口(PIO、SIO、CTC、ADC、DAC) (I/O接口接口) 总线总线 (AB、DB、CB)系统软件系统软件( (操作系统，编辑、编译程序，故障诊断操作系统，编辑、编译程序，故障诊断, ,监控程序监控程序)应用软件应用软件( (科学计算，工业控制，数据处理科学计算，工业控制，数据处理)程序设计语言程序设计语言( (机器语言、汇编语言、高级语言机器语言、汇编语言、高级语言) )电源电路电源电路时
11、钟电路时钟电路2024/9/1612三、三、微型计算机系统组成微型计算机系统组成2024/9/1613四、微型计算机组成中央处理器中央处理器 CPU运算器和控制器集成在一个芯片上运算器和控制器集成在一个芯片上运算器：实现算术运算或逻辑运算运算器：实现算术运算或逻辑运算包括：算术逻辑单元包括：算术逻辑单元ALU、累加器、累加器A、暂存寄存器、暂存寄存器TR、标志寄存器标志寄存器F或或 PSW、通用寄存器、通用寄存器GR控制器：中枢部件，控制计算机中的各个部件工作控制器：中枢部件，控制计算机中的各个部件工作包括：指令寄存器包括：指令寄存器 IR、指令译码器、指令译码器ID、程序计数器、程序计数器P
12、C、定时与控制电路、定时与控制电路2024/9/1614存储器：存储器：记忆，由存储单元组成。记忆，由存储单元组成。 包括：包括：ROM、 RAM总线总线BUS ：在微型计算机各个芯片之间或芯在微型计算机各个芯片之间或芯片内部之间传输信息的一组公共通信线。片内部之间传输信息的一组公共通信线。包括：数据总线包括：数据总线DB：双向，宽度决定了微机的位数。：双向，宽度决定了微机的位数。 地址总线地址总线AB：单向，决定：单向，决定CPU的寻址范围。的寻址范围。 控制总线控制总线CB：单向：单向I/O接口：接口：数据输入输出。数据输入输出。 包括：输入接口、包括：输入接口、 输出接口输出接口2024
13、/9/1615五、计算机主要技术指标五、计算机主要技术指标字长：字长： CPUCPU能并行处理二进制的数据位数能并行处理二进制的数据位数 8 8位机、位机、1616位机、位机、3232位机和位机和6464位机。位机。内存容量：内存容量：存储单元能容纳的二进制数的位数存储单元能容纳的二进制数的位数 容量单位：容量单位：1 1K=2K=21010=1024=1024，1M=21M=22020=1KK=1KK 8K8K、64K64K、1616M M、64M64M。运算速度：运算速度：CPUCPU处理速度处理速度时钟频率、主频、每秒运算次数时钟频率、主频、每秒运算次数 6 6MHzMHz、12MHz1
14、2MHz、2424MHzMHz、100MHz100MHz、300MHz300MHz。内存存取时间：内存存取时间：内存读写速度内存读写速度 5050nS nS 、70nS 70nS 、200200nS nS 。2024/9/1616一、进位计数制一、进位计数制 使用有限个基本数码来表示数据，按进位的方法进行计数称为进位计数制进位计数制。 包含两大要素：基数和位权基数和位权基数：用来表示数据基本数码的个数基数：用来表示数据基本数码的个数J， 此数后必此数后必须进位。须进位。位权：数码在表示数据时所处的数位所具有的固定位权：数码在表示数据时所处的数位所具有的固定值值J i。 简称简称“权权”。1 1
15、.3.3数制及其转换数制及其转换2024/9/16171、 十进制D符号集：符号集：0 09 9 规则：逢十进一。规则：逢十进一。例例 1234.5=110 1234.5=1103 3 +210+2102 2 +310+3101 1 +410+4100 0 +510+510-1-1加权展开式以加权展开式以1010为为基数，各位系数为，各位系数为0 09 9。 10103 3 10102 2 10101 1 10100 0 1010-1 -1 位权一般表达式：一般表达式：N ND D= d= dn-1n-11010n-1n-1+d+dn-2n-21010n-2 n-2 +d+d0 010100
16、0 +d+d-1-11010-1-1+2、二进制B符号集：符号集：0 0、1 1 规则：逢二进一规则：逢二进一。 3、十六进制H符号集：符号集：0 09 9、A AF F 规则：逢十六进一。规则：逢十六进一。2024/9/16181、十进制用于计算机输入输出，人机交互。十进制用于计算机输入输出，人机交互。 二进制为机器中的数据形式。二进制为机器中的数据形式。 十六进制用于表示二进制数。十六进制用于表示二进制数。2 2、不同进位制数以下标或后缀区别不同进位制数以下标或后缀区别, ,十进制数可不十进制数可不带下标。带下标。 如如:101:101、101101D D、101101B B、101101
17、H H、101H101H二、进位计数制的说明二、进位计数制的说明2024/9/16191、十进制数转换成二、十六进制数十进制数转换成二、十六进制数整数转换法整数转换法“除除基基取取余余”：十十进进制制整整数数不不断断除除以以转转换换进进制制基基数数，直直至至商商为为0。每除一次取一个余数，从低位排向高位。每除一次取一个余数，从低位排向高位。1. 39转换成二进制数转换成二进制数39 =100111B2 39 1 （ b0） 2 19 1 （ b1） 2 9 1 （ b2） 2 4 0 （ b3） 2 2 0 （ b4） 2 1 1 （ b5） 0 2. 208转换成十六进制数转换成十六进制数
18、208 = D0H16 208 余 016 13 余 13 =DH 0三、不同进位计数制之间的转换三、不同进位计数制之间的转换2024/9/1620十进制数转换成二、十六进制数十进制数转换成二、十六进制数小数转换法小数转换法“乘乘基基取取整整”：用用转转换换进进制制的的基基数数乘乘以以小小数数部部分分，直直至至小小数数为为0或或达达到到转转换换精精度度要要求求的的位位数数。每每乘乘一一次次取取一一次次整整数数，从从最最高高位位排排到最低位。到最低位。举例：2. 0.625转换成十六进制数转换成十六进制数 0.625 16 = 10.0 0.625 = 0.AH3. 208.625 转换成十六进
19、制转换成十六进制数数208.625 = 1. 0.625转换成二进制数转换成二进制数0.625 2 1.250 1 (b-1) 2 0.5 0 0 (b-2) 2 1.0 1 (b-3)0.625 = 0.101B2024/9/1621先展开，然后按照十进制运算法则求和。先展开，然后按照十进制运算法则求和。举例举例：B=12B=123 3+12+121 1+12+120 0+12+12-1-1 +12+12-3-3H H=1316=13162 2+1516+15161 1+1216+12160 0+816+816-1-1 2、其他进制数转换成十进制数2024/9/1622最高位为符号位，最高位
20、为符号位，0 0表示表示 “+” “+”，1 1表示表示“”。数值位与真值数值位相同。数值位与真值数值位相同。原码表示简单直观原码表示简单直观, ,但但0 0的表示不唯一，加减运算复杂的表示不唯一，加减运算复杂。 2、反码、反码正数的反码与原码相同正数的反码与原码相同负数的反码符号不变，数值按位取反负数的反码符号不变，数值按位取反有符号数通常使用三种表示方法：有符号数通常使用三种表示方法：1、原码、原码 机器中，数的符号用机器中，数的符号用机器中，数的符号用机器中，数的符号用“0”“0”“0”“0”、“1” “1” “1” “1” 表示。表示。表示。表示。 最高位作符号位最高位作符号位最高位作
21、符号位最高位作符号位“0”“0”“0”“0”表示表示表示表示“+”“+”“+”“+”，“1”“1”“1”“1”表示表示表示表示“-”“-”“-”“-”。1 1.4.4带符号数的表示方法带符号数的表示方法2024/9/16233、补码、补码正数的补码表示与原码相同。正数的补码表示与原码相同。 负数补码的符号位为负数补码的符号位为1 1，数值位等于反码加，数值位等于反码加1 1。补码表示的优点：补码表示的优点：0 0的表示唯一，加减运算方便。的表示唯一，加减运算方便。 Y Y-X=Y+-X-X=Y+-X补补 计算机中的数均采用补码表示！计算机中的数均采用补码表示！2024/9/1624例：求十进制
22、数例：求十进制数876876的的BCDBCD码码 876 876BCD BCD = 1000 0111 0110= 1000 0111 01101 1、 BCD BCD BCD BCD码码码码二进制代码表示的十进制数。二进制代码表示的十进制数。二进制代码表示的十进制数。二进制代码表示的十进制数。8421 8421 BCDBCD码码1 1.5.5编码2024/9/16252 2、美国标准信息交换码美国标准信息交换码ASCIIASCII码，用于计算机码，用于计算机与计算机、计算机与外设之间传递信息。与计算机、计算机与外设之间传递信息。2024/9/1626位：位：Bit 数据最小单位数据最小单位字节：字节：Byte 8位二进制数定义为一字节位二进制数定义为一字节字长：组成计算机一个字的位数字长：组成计算机一个字的位数 8位机其一个存储单元表示位机其一个存储单元表示0255范围的范围的数数 8 8位机、位机、1616位机、位机、3232位机和位机和6464位机。位机。1 1.6.6数据单位及存储形式2024/9/1627
