电子教案---单片机原理及应用――基于Proteus和Keil C(第2版)[林立,张俊亮]第1章

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应用简介第1章单片机基础知识概述丁贤庆[e-mail]139551980361.1单片机概述1.2单片机学习的预备知识1.3Proteus应用简介第1章单片机基础知识概述1.什么是单片机？2.为什么要学单片机？3.怎样学习单片机？第1章单片机基础知识概述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（UniversalmicroComputerSystem）UCS——为满足众多普通应用场合需要而发展的一类个人计算机系统技术要求:高速计算+海量存储发展方向:CPU速度不断提升，存储容量不断扩大386486PentiumPentiumⅣConroeII第1章单片机基础知识概述个人计算机（PersonalComputer）CPU+存储器+主板+显卡+声卡+网卡+显示器+鼠标+键盘…基本功能部件接口部件外部设备支持它的软件五花八门，应有尽有第1章单片机基础知识概述分支二：嵌入式计算机系统（EmbeddedComputerSystem）ECS——能嵌入到对象体系中，以实现对象体系智能化为目的的一类专用计算机系统技术要求：必须满足对象体系的物理、电气和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，并配置各种接口板卡→IPC（工控机）→嵌入到大型对象系统中（实现智能化）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）3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。第1章单片机基础知识概述单片机的发展趋势是高集成度、高性能、低功耗单片机（SCM）→微控制器（MicroControllerUnit）MicroControllerUnitSingleChipMicrocomputer8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2.为什么要学单片机？•单片机属于高新技术领域，是机电产品智能化的重要途径，可实现产品的升级换代•单片机应用领域宽，单片机技能人才社会需求广泛，具有很好的就业前景•单片机知识与具体专业技术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——抽油机节能控制仪研制游梁式抽油机国内约有10万多台游梁式抽油机，电能消耗问题十分突出！高能耗原因1：“大马拉小车”正常抽油时仅需配备较小功率电机；为应对起动、稠油、结蜡、结冻等偶然事件，需要配备大功率电机第1章单片机基础知识概述高能耗原因2：“产抽不平衡”油田开采后期，地层供液能力↓→抽油能力大于供液能力→抽油机工作效率↓第1章单片机基础知识概述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节能原理1——Y-△切换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小时第1章单片机基础知识概述节能原理2——间歇式抽油控制综合上述两种原理——抽油机自动双向切换与间抽控制技术开机停机开机开机停机时间总节电效果∝节电率△Y+节电率间抽第1章单片机基础知识概述电源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转换器中间继电器数码管显示器数据存储器薄膜式按键单片机第1章单片机基础知识概述试验结果在未使用间抽控制功能的情况下，平均有功功率降低约15%第1章单片机基础知识概述节能控制仪抽油机电控柜获得国家授权专利第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、开发工具四方面知识硬件系统软件系统接口系统开发工具第1章单片机基础知识概述硬件系统（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系统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第1章单片机基础知识概述单片机本身无开发能力，必须借助开发工具开发应用软件。单片机实验箱开发工具——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。开发工具——Keil集成开发环境软件第1章单片机基础知识概述仿真运行效果第1章单片机基础知识概述第1章单片机基础知识概述第2章MCS-51单片机结构及原理第3章单片机的汇编语言与程序设计第4章单片机的C51语言第5章单片机的中断系统第6章单片机的定时器/计数器第7章单片机的串行通信技术第8章单片机接口技术第9章单片机应用系统的设计与开发附录实验指导第1章单片机基础知识概述教材介绍课件下载第1章单片机基础知识概述单片机课程学习网站（）第1章单片机基础知识概述学习方法第1章单片机基础知识概述教学内容第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应用简介第1章单片机基础知识概述1.2单片机学习的预备知识1、数制定义——2、10、16进制数的概念2、数制转换——2、10、16进制数的换算3、有符号数——2进制负数的表示方法4、位-字节-字——2进制基本概念5、ASCII码——字符的2进制表示方法6、BCD码——10进制数的2进制表示方法7、基本逻辑门电路——与、或、非、与非第1章单片机基础知识概述1.数制单片机常用的数制有十进制、二进制、十六进制。第1章单片机基础知识概述符号集：0～9；规则：逢十进一；十进制数的后缀为D但可省略；十进制数可用加权展开式表示，例如：其中，10为基数，0～9为各位加权数，其一般表达式为：012310410310210112340011221110101010ddddNnnnnD1、十进制数，ND第1章单片机基础知识概述0123212021211101B001122112222bbbbNnnnnB2、二进制数，NB符号集：0、1；规则：逢二进一；二进制数的后缀为B且不可省略；二进制数可用加权展开式表示，例如：其中，2为基数，0和1为各位加权数，其一般表达式为：第1章单片机基础知识概述01231681612161516138HDFC0011221116161616hhhhNnnnnH3、十六进制数，NH符号集：0～9、A～F；规则：逢十六进一；十六进制数的后缀为H且不可省略；十六进制数可用加权展开式表示。例如：其中，16为基数，0～15为各位加权数，其一般表达式为：2.数制转换(1)二进制转换成十进制转换规则：按二进制表达式展开，按十进制运算求和。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：按十六进制表达式展开，按十进制运算求和。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4位二进制数对应1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有符号数：最高位为符号位，“0”表示“+”，“1”表示“-”。其余为数值位第1章单片机基础知识概述例如：+123→01111011B-123→11111011B11111011B→=251？=-123？靠事先约定无符号数：最高位不作为符号位，全部为数值位。有符号数有3种编码形式：原码、反码和补码基本规律：正数的原码、反码和补码都是相同的，而负数的原码、反码和补码各有不同。运算规则：当有符号数用补码表示时，可以把减法运算转换为加法运算。CPU中便无需设置硬件减法器，从而可简化其硬件结构。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”。半字节字节字（双字节）位字节字节半字节：4位二进制例如：1000111011001011B=8ECDH字(word)：51单片机的字由2个字节组成，16位字长。第1章单片机基础知识概述字节(byte)：一个8位的二进制数为一个字节，可用大写B表示，例如256字节→256B。第1章单片机基础知识概述强调：1、字节的表示不可与二进制数的表示相混淆。例如，不应将二进制数“1010B”理解为“1010字节”；2、千字节的表示为“KB”，1KB=1024B。例如，64KB=1024B×64=65536B。5.BCD码BinaryCodedDecimal——用二进制代码表示的十进制数，称为“二进码十进数”或“二/十进制代码”。第1章单片机基础知识概述8421BCD码可以用4位二进制数表示1位十进制数用一个字节表示两个十进制的数——压缩的BCD码：如10000111B表示十进制的87用一个字节仅表示一位十进制的数——非压缩的BCD码：如00000111B表示十进制的7第1章单片机基础知识概述BCD码的用途：可使计算机直接进行十进制数运算例如：23+15=00100011B+00010101B=00111000B=56(二进制)38(BCD)靠事先约定第1章单片机基础知识概述6.ASCⅡ码字母和字符的二进制数表示——ASCⅡ码(AmericanStandardCodeforInformationInterchange——美国国家信息交换标准字符码)。它采用7位二进制编码表示128个字符，其中包括数码0～9以及英文字母等可打印的字符。高3位低4位‘0’～‘9’→30H～39H‘A’→1000001B→41H例如：第1章单片机基础知识概述7.基本逻辑门电路数字计算机靠基本逻辑门电路实现二进制数的运算，其中高电平和低电平分别代表1和0。单片机原理分析中需要用到一些基本逻辑门电路、逻辑关系和逻辑符号。4种最基本的逻辑关系如下：与逻辑、或逻辑、非逻辑、与非逻辑第1章单片机基础知识概述（1）与逻辑关系ABY000010100111与逻辑真值表Y与门电路ABY&ABY与门符号BAY第1章单片机基础知识概述（2）或逻辑关系ABY000011101111或逻辑真值表ABY≥1ABY或门符号或门电路YBAY第