单片机教程

第1章机械工业出版社同名教材配套电子教案第1章微型计算机系统基本知识微型计算机具有体积小，功耗低重量轻，价格低，可靠性高，开发使用简便等一系列优点，自问世以来得到了非常广泛的应用。§1-1微型计算机和单片机的发展概况一、微型计算机的发展概况1、PC机：PC机系统全力实现海量高速数据处理，兼顾控制功能。2、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。形成两大分支：二、单片机的发展概况可分为四个阶段:目前，应用广泛的主流机型是80C51系列8位单片机。第一阶段：单片机探索阶段。第二阶段：单片机完善阶段。第三阶段：8位机和16位机争艳阶段，也是单片机向微控制器发展的阶段。第四阶段：微控制器全面发展阶段。80C51优点：①性能价格比高；②开发装置多；③国内技术人员熟悉；④芯片功能够用适用；⑤有众多芯片制造厂商加盟，可广泛选择。三、单片机的特点⑴有优异的性能价格比。⑵集成度高，体积小，可靠性好。⑶控制能力强。⑷低功耗,低电压,便于生产便携式产品。⑸易扩展。四、单片机的应用⑴智能化家用电器。⑵办公自动化设备。⑶商业营销设备。⑷工业自动化控制。⑹智能化通信产品。⑸智能化仪表。⑺汽车电子产品。⑻航空航天系统和国防军事、尖端武器等。五、单片机技术的发展趋势⑴8位单片机仍然是主流机型；⑵全盘CMOS化趋势；⑶OTPROM/FlashROM成为ROM供应主流状态；⑷推行串行扩展总线；⑸RISC体系结构大发展；⑹实现全面低功耗管理；⑺根据不同需求发展个性化单片机；⑻大力发展专用型单片机；⑼在单片机中嵌入驻机软件；§1-2单片机系统组成概述组成单片机系统的物理实体；有两大部分组成:对硬件使用和管理的程序。⑴硬件：⑵软件：CPU外部设备时钟图1-2单片机系统的硬件结构框图ROMRAM定时计数器中断系统I/O接口复位(DB)(CB)(AB)一、硬件⒈微处理器⑴寄存器阵列：通用寄存器，专用寄存器；⑵运算器：累加器，暂存寄存器，标志寄存器，算术逻辑单元；⑶控制器：程序计数器PC，指令寄存器，指令译码器，定时和控制逻辑电路。2.总线：用于传送信息的公共途径。总线分为：⑴数据总线⑵地址总线⑶控制总线⒊存储器：作用：存放程序和数据⑴存储器分类RAM特点：读写速度快，可随机写入或读出，读写方便；电源断电后，存储信息丢失。作用：存放各种数据。ROM特点：信息写入后，能长期保存，不会因断电而丢失。作用：存放固定程序和数据。ROM分类：①MaskROM（掩膜ROM）②OTPROM（OneTimeProgrammableROM）③EPROM（Ultra-VioletErasableProgrammableROM）④E2PROM（ElectricallyEPROM）⑤FlashROM⑵存储器结构①存储体；②地址译码器；③控制电路：片选控制、读/写控制和带三态门的输入/输出缓冲电路。⑶存储器的读写操作⑷堆栈：暂时存放子程序断口地址、中断断口地址和其他需要保存的数据。⒋输入/输出设备及其接口电路⑴输入设备；⑵输出设备；⑶I/O接口电路。输入输出设备一般不能与CPU直接相连，而是通过某种电路完成寻址、数据缓冲、输入输出控制、功率驱动、A/D、D/A等功能，这种电路称为I/O接口电路。二、软件单片机程序设计语言可分为三类：⑴机器语言⑵汇编语言⑶高级语言MCS-51型单片机使用汇编语言。§1-3计算机中数的表示方法及运算引言:●十进制数是人们习惯使用的进制。●计算机只能“识别”二进制数。●为了书写和识读方便，计算机程序需要用十六进制数表示。●十进制数、二进制数、十六进制数之间的关系、相互转换和运算方法，是学习计算机必备的基础知识。一、二进制、十进制和十六进制数⒈十进制数主要特点：①基数是10。有10个数码（数符）构成：0、1、2、3、4、5、6、7、8、9。②进位规则是“逢十进一”。【例】1234.56=1×103+2×102+3×101+4×100+5×10-1+6×10-2=1000+200+30+4+0.5+0.06上述，103、102、101、100、10-1、10-2称为十进制数各数位的“权”。⒉二进制数主要特点：①基数是2。只有两个数码：0和1。②进位规则是“逢二进一”。每左移一位,数值增大一倍；右移一位,数值减小一半。二进制数用尾缀B作为标识符。【例】111.11B=1×22+1×21+1×20+1×2-1+1×2-2=7.75其中，22、21、20、2-1、2-2称为二进制数各数位的“权”⒊十六进制数主要特点：①基数是16。共有16个数符构成：0、1、…、9、A、B、C、D、E、F。其中，A、B、C、D、E、F代表的数值分别为10、11、12、13、14、15。②进位规则是“逢十六进一”。十六进制数用尾缀H表示。【例】A3.4H=10×161+3×160+4×16-1=160+3+0.25=163.25其中，163、162、161、160、16-1、16-2称为十六进制数各数位的“权”。十六进制数、二进制数和十进制数对应关系表十进制数十六进制数二进制数十进制数十六进制数二进制数000H0000B110BH1011B101H0001B120CH1100B202H0010B130DH1101B303H0011B140EH1110B404H0100B150FH1111B505H0101B1610H00010000B606H0110B1711H00010001B707H0111B1812H00010010B808H1000B1913H00010011B909H1001B2014H00010100B100AH1010B2115H00010101B二、数制转换⒈二进制数与十六进制数相互转换⑴二进制数转换成十六进制数①整数部分：自右向左，四位一组，不足四位，向左填零，各部分用相应的十六进制数替代；②小数部分：自左向右，四位一组，不足四位，向右填零，各部分用相应的十六进制数替代；二进制十六进制二进制十六进制00000100080001110019001021010100011310111101004110012010151101130110611101401117111115⑵十六进制数转换成二进制数每位十六进制数分别用相应4位二进制数替代。②十进制数整数转换成十六进制数的方法：除16取余法⒊十进制数转换成二进制数、十六进制数①十进制小数转换成二进制小数的方法：乘2取整法⑴整数部分的转换①十进制整数转换成二进制整数的方法：除2取余法⑵小数部分的转换②十进制小数转换成十六进制小数的方法：乘16取整法三、二进制数和十六进制数运算【例】00110101B+10011100B⒈二进制数加法运算规则：0+0=0，0+1=1+0=1，1+1=0（向高位进1）。11010001B【例】10110101B-10011100B规则：0–0=0，1–0=0，1–1=0，0–1=1（向高位借1）。⒉二进制数减法运算00011001B1101⒊二进制数乘法运算规则：0×0=0，1×0=0×1=0，1×1=1。【例】1101B×1001B1110101B+1101⒋二进制数除法运算规则：0÷0=0，0÷1=0，1÷1=1。11110【例】1101√11101101001－1101－1101⒌二进制数“与”运算规则：0∧0=0，1∧0=0，1∧0=0，1∧1=1。【例】10110101B∧10011100B10010100B规则：0∨0=0，1∨0=0，1∨1=0，0∨1=1。⒍二进制数“或”运算【例】10110101B∨10011100B10111101B⒎二进制数“异或”运算规则：0⊕0=0，0⊕1=1，1⊕0=1，1⊕1=0。【例】10110101B⊕10011100B00101001B8.十六进制数运算先将十六进制数转换成二进制数，然后根据二进制运算法则进行运算，再转换成十六进制数。四、原码、反码和补码数的正负表示形式：D7=1表示负数，D7=0表示正数。D7D6D5D4D3D2D1D0符号位数值位[X]反=[X]原数值位取反，符号位不变。在计算机中，机器数有三种表示方法：即原码、反码和补码。采取补码运算，可以将减法转换成加法运算。①对于正数：[X]原=[X]反=[X]补②对于负数：[X]补=[X]反+1原码、反码和补码对应关系表无符号二进制数无符号十进制数原码反码补码000000000+0+00000000011+1+1+1000000102+2+2+2……………01111101125+125+125+12501111110126+126+126+12601111111127+127+127+12710000000128-0-127-12810000001129-1-126-12710000010130-2-125-126……………11111101253-125-2-311111110254-126-1-211111111255-127-0-1§1-4常用编码8421BCD码称为二-十进制数或简称BCD码(BinaryCodedDecimalCode)，用标识符[……]BCD表示。特点：保留了十进制的权，每一位十进制数字则用二进制码表示。一、8421BCD码⒈编码方法二-十进制数是十进制数，逢十进一，只是数符0～9用4位二进制码0000～1001表示而已；每4位以内按二进制进位；4位与4位之间按十进制进位。⒉转换关系⑴BCD码与十进制数相互转换关系⑵BCD码与二进制数相互转换关系BCD码与二进制数之间不能直接相互转换，通常要先转换成十进制数。【例】将二进制数01000011B转换成BCD码。解：01000011B=67=[01100111]BCD需要指出的是:决不能把[01100111]BCD误认为二进制码01100111B，二进制码01100111B的值为103，而[01100111]BCD的值为67，显然两者是不一样的。⒊BCD码运算BCD码用4位二进制数表示，但4位二进制数最多可表示16种状态，余下6种状态，1010～1111在BCD编码中称为非法码或冗余码。在BCD码的运算中将会出现冗余码，需要作某些修正，才能得到正确的结果。若相加后的低4位（或高4位）二进制数大于9，或大于15（即低4位或高4位的最高位有进位），则应对低4位（或高4位）加6修正。修正方法：二、ASCII码用二进制编码表示各种字母和符号ASCII码（AmericanStandedCodeforInformationInterchange，美国信息交换标准代码）。作用：ASCII编码表b7b6b5b4b3b2b10000010100111001011101110000NULDLESP0@P、p0001SOHDC1！1AQaq0010STXDC2“2BRbr0011ETXDC3#3CScs0100EOTDC4$4DTdt0101ENQNAK%5EUeu0110ACKSYN&6FVfv0111BELETB‘7GWgw1000BSCAN(8HXhx1001HTEM)9IYiy1010LFSUB*：JZjz1011VTESC+；K[k{1100FFFS,L\l|1101CRGS-=M]m}1110SORS.NΩn～1111SIUS/?O―oDELASCII码用7位二进制数表示：高3位组低4位组b7b6b5b4b3b2b1