第1章单片机基础知识概述

单片机原理及应用——基于Proteus和KeilC第1章单片机基础知识概述1.1单片机概述1.2单片机学习的预备知识1.3Proteus软件简介第1章单片机基础知识概述1.1单片机概述1、什么是单片机？2、为什么要学单片机？3、怎样学习单片机？1.2单片机学习的预备知识1.3Proteus软件简介1.什么是单片机？——从微型计算机技术的两大发展分支谈起第1章单片机基础知识概述分支一：通用微型计算机系统（UniversalComputerSystem或PersonalComputer）PC主要功能部件：CPU+存储器+端口+显卡+声卡+网卡+显示器+鼠标+键盘…基本功能部件接口外设第1章单片机基础知识概述386486PentiumPentiumProPentiumMMXPentiumⅡPentiumⅢPentiumⅣConroeIIINTEL架构CPU的发展历程技术要求:高速计算+海量存储发展方向:总线速度不断提升，存储容量不断扩大第1章单片机基础知识概述分支二：嵌入式计算机系统（EmbeddedComputerSystem）ECS——嵌入到对象体系中，实现对象体系智能化控制的专用计算机系统。技术要求：必须满足对象体系的物理环境、电气环境和气氛环境以及产品成本等要求。发展方向:与对象系统密切相关的嵌入性能、控制能力与控制可靠性。第1章单片机基础知识概述PC→电气加固、机械加固，并配置各种外围接口板卡→IPC（工控机）→嵌入到大型工控系统中（实现了智能化）工业计算机（IndustrialPersonalComputer）船舶驾驶室集中控制台自动配料控制系统电站锅炉控制系统板卡：CPU卡、存储器卡、数据采集卡、通讯卡、计数器卡…第1章单片机基础知识概述众多小型对象系统（如家电、仪器、工控单元…）无法使用IPC→需要发展一类特殊的嵌入式计算机系统。第1章单片机基础知识概述⑴单片计算机（SingleChipMicrocomputer）SCM——将通用微计算机基本功能部件集成在一块芯片上构成的一种专用微计算机系统应用：SCM硬件+SCM软件+少量外围电路→嵌入式微机系统+被控对象→微电脑控制产品第1章单片机基础知识概述单片机应用范例第1章单片机基础知识概述单片机的发展：从1976年起，Intel公司先后推出MCS-48（4位）、MCS-51（8位）和MCS-96（16位）三大系列单片机。迄今为止，世界各地厂商已相继研制出大约50个系列300多个品种的单片机产品。单片机的发展趋势是高集成度、高性能、高性价比、低功耗——微控制器（MicroCompuerUnit)——增强功能的单片机，8位的51内核单片机仍然是目前主流机型。第1章单片机基础知识概述汽车电控系统中的单片机应用第1章单片机基础知识概述DSP：一类特别适合于进行数字信号运算的微处理器DSP有更高的集成度，更快的CPU，更大容量的存储器，更高效的指令集。DSP适合应用于音频、视频信号处理领域。DSP是单片机的高级形式⑵数字信号微处理器（DigitalSignalProcessor）第1章单片机基础知识概述TIDSPsin60%ofalldigitalcellphonesTIDSPschosenby8oftop10internetconsumerelectronicmanufacturersTIDSPschosenby7oftop8digitalstillcameramanufacturersTIDSPsin80%ofIPphonedesignsTIhas80%ofVoIPGatewaymarketTIDSPsusedin8ofthetop10wirelessinfrastructuresDSP应用范例第1章单片机基础知识概述2.为什么要学单片机？•单片机是实现机械装备、电子产品智能化的重要途径，掌握这门技术便能在高技术领域占有一席之地•单片机系统是当前最有发展前途的高技术领域之一，国内外嵌入式系统的产品设计与研发人员相对短缺，具有很好的就业前景•单片机与其它专业知识相结合可产生更大的创造力和发展潜力第1章单片机基础知识概述单片机应用实例——抽油机自动间抽控制技术第1章单片机基础知识概述游梁式抽油机——石油开采设备矛盾1：电动机配置存在“大马拉小车”需要配备较大功率电机仅需配备较小功率电机•抽油机启动过程正常抽油时•稠油、结蜡、冬季矛盾2：产抽不平衡导致抽油机工作效率低油田开采后期→地层供液能力↓→抽油能力大于供油能力→抽油机工作效率↓国内约有10万多台游梁式抽油机，电能消耗问题十分突出！第1章单片机基础知识概述利用星角切换的节能原理Y型接法Δ型接法PPY3星角切换方法C1-C2闭合：Δ型接法C1-C3闭合：Y型接法电工学基本原理电动机绕组的两种接线方法Δ与Y接线方式的理论功耗相差约33%第1章单片机基础知识概述闭环控制原理功率变送器额定功率微机控制器交流接触器异步电动机实际功率切换控制方案根据实际工况，确定最适接线方式，实施双向动态切换时间→Δ形状态Y形状态过载停机Δ起动O←负载第1章单片机基础知识概述利用定时间抽的节能原理开机停机开机开机停机时间根据间抽规律设置开机时间T1和停机时间T2开机T1小时停机T2小时节能效果∝停机时间/（开机时间+停机时间）第1章单片机基础知识概述综合上述两种原理——抽油机功率双向切换与间抽控制方案开机停机开机开机停机时间•起动时采取强制Δ方式以满足带载起动要求•起动后在Δ、Y、过载停机三个状态间双向自动切换•可根据设置实现切换+间抽联合控制技术核心：第1章单片机基础知识概述空气开关交流接触器电动机功率变送器抽油机电控箱基于单片机的抽油机节能控制方案节能控制仪A/D转换器继电器数码显示器数据存储器轻触按键单片机第1章单片机基础知识概述试验结果平均无功功率降低71.8%平均有功功率降低约15%平均功率因数提高58%第1章单片机基础知识概述3、怎样学习单片机各组成部分既相对独立，又相互交叉80C51型单片机教学目标——掌握单片机原理与应用系统设计技能需要具备——单片机硬件、软件、接口三方面知识硬件系统软件系统接口系统第1章单片机基础知识概述硬件结构（RAM，IO，T/C，INT，UART）存储器输入/输出单元定时/计数器中断系统串行通信第1章单片机基础知识概述软件编程C51语言程序汇编语言程序第1章单片机基础知识概述接口系统（LED，KEY，AD，DA，IO扩展）键盘电路数码管键盘模数转换数模转换可编程接口第1章单片机基础知识概述单片机的学习方法理论教学→掌握基本原理→课堂讲解+课后复习实验教学→掌握基本技能→教学实验+实验报告→电路实验箱虚拟实验平台第1章单片机基础知识概述PROTEUS单片机仿真软件第1章单片机基础知识概述KeilC51简介KeilC51是51单片机软件开发的C语言和汇编语言环境，可以进行纯软件仿真；也可以与Proteus软件联合进行仿真。Keil集成开发环境软件第1章单片机基础知识概述特点：（1）以C51编程语言作为贯穿全书各章节的主线，汇编语言内容仅按能读懂源代码程序的要求安排。（2）将近年来国际上热门的单片机仿真软件引进到教材体系中，使单片机的抽象概念直观化，编程效果可视化。（3）以仿真实验代替实物实验，实验指导中包括了相关内容的阅读材料。使用教材第1章单片机基础知识概述第1章单片机基础知识概述1.1单片机概述1.2单片机学习的预备知识1、数制定义2、数制转换3、有符号数4、位-字节-字5、ASCII码6、BCD码7、逻辑门电路1.3Proteus软件简介1.数制定义01231041031021011234单片机常用的数制有十进制、二进制、十六进制。例如：十进制：0～9；规则：逢十进一，后缀为D，但可忽略。一般表达式为：0011221110101010ddddNnnnnD基数加权数0～9第1章单片机基础知识概述二进制：0、1；规则：逢二进一，后缀为B。一般表达式为：其中，基数为2，各位加权数为0，1。0123212021211101B001122112222bbbbNnnnnB例如：第1章单片机基础知识概述十六进制：0~9、A~F。规则：逢十六进一，后缀为H。一般表达式为：其中，基数为16，各位加权数为0~9、A~F。0011221116161616hhhhNnnnnH01231681612161516138HDFC例如：第1章单片机基础知识概述2.数制转换(1)二进制转换成十进制转换规则：按进制的表达式展开，然后按照十进制运算求和。112121211011013B例如：111111118421163264128记忆：1100B=121001B=91111B=1511111111B=255举例：第1章单片机基础知识概述（2）十六进制转换成十进制转换规则：按进制的表达式展开，然后按照十进制运算求和。5728816816121615161380123HDFC例如：第1章单片机基础知识概述(3)二进制与十六进制数之间的转换1010B=0AH1101B=0DH1011B=0BH1110B=0EH1100B=0CH1111B=0FH记忆：从低位起由右到左，每四位二进制数对应一位十六进制数。例如：（最后一组不足时左边添0凑齐4位）转换规则：第1章单片机基础知识概述(4)十进制整数转换成二、十六进制整数转换规则：“除基取余”。十进制整数不断除以转换进制基数，直至商为0。每除一次取一个余数，从低位排向高位。例如：第1章单片机基础知识概述3.有符号数的表示方法二进制数的正、负号需用“0”和“1”来表达。一般最高位为符号位，“0”表示正数，“1”表示负数。例如：真值+123→01111011B真值-123→11111011B有符号数：最高位为符号位，“0”表示正数，“1”表示负数。无符号数：最高位不作为符号位，而当成数值位。真值11111011B→？=251=-123第1章单片机基础知识概述二进制数有三种编码形式：原码、反码和补码原码：二进制数的原形，可以是无符号数，也可以是有符号数。例如，8位无符号原码数的范围是：00000000B～11111111B（0-FFH或0～255）8位有符号数的范围是：11111111B～01111111B（FFH-7FH或-127～127）第1章单片机基础知识概述反码：正数的反码与原码相同，负数的反码为：符号位不变，数值部分按位取反。例如，原码10000100B→反码11111011B8位无符号反码数的范围是00000000B～11111111B（0-FFH或0～255）8位有符号反码数的范围是11111111B～01111111B（FFH-7FH或-127～127）第1章单片机基础知识概述补码：正数的补码与原码相同，负数的补码为其反码加1，但原符号位不变。例如，原码10000100B→补码11111100B8位无符号补码数的范围是00000000B～11111111B（0-FFH或0～255）8位有符号补码数的范围是10000000B～01111111B（80H-7FH或-128～127）补码的用途：将减法运算转换为加法运算。例如：123-125=01111011B+10000011B=11111110B=-2第1章单片机基础知识概述4.位-字节-字位(bit)：二进制数中的一位，其值不是“1”，就是“0”。字节(byte)：一个8位的二进制数为一个字节。字节是计算机数据的基本单位。字(word)：两个字节就是一个字，又叫双字节。另外，有时还会用到“半字节”，即4位二进制。例如：1000111011001011B=8ECDH半字节字节字（双字节）位字节字节第1章单片机基础知识概述5.BCD码BCD码（BinaryCodedDecimal）——用二进制代码表示的十进制数，四位二进制代码（半字节）可表示1位十进制数。用一个字节