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1、第第1章章 单片机基础单片机基础知识知识第1页，共51页，编辑于2022年，星期日1.1 单片机概述单片机概述 一、单片机的定义和发展一、单片机的定义和发展1.定义：把组成微型计算机的各个功能部件（包括CPU、RAM、ROM、I/O接口、定时器/计数器等）集成在一块芯片上，构成一个完整的微型计算机。从而实现微型计算机的基本功能。特点：集成度高、性能价格比高、体积小、重量轻。特点：集成度高、性能价格比高、体积小、重量轻。第2页，共51页，编辑于2022年，星期日单片机与8位LED数码管构成的应用系统第3页，共51页，编辑于2022年，星期日单片机与液晶显示屏构成的应用系统第4页，共51页，编辑于
2、2022年，星期日两种不同的封装第5页，共51页，编辑于2022年，星期日 图图1-1 单片机内部结构示意图单片机内部结构示意图第6页，共51页，编辑于2022年，星期日2.单片机的发展状况 (1)第一代单片机(19741976年)：这是单片机发展的起步阶段。(2)第二代单片机(19761978年)：这一阶段生产的单片机已是单块芯片，但其性能低、品种少、寻址范围有限、应用范围也不广。(3)第三代单片机(19791982年)：这是8位单片机的成熟阶段。(4)第四代单片机(1983年以后)：这一阶段8位单片机向更高性能发展，同时出现了工艺先进、集成度高、内部功能更强和运算速度更快的16位单片机，它
3、允许用户采用面向工业控制的专用语言，如C语言等。第7页，共51页，编辑于2022年，星期日 单片机正朝着高性能、多品种方向发展。近年来，32位单片机已进入了实用阶段，但是由于8位单片机在性价比上占有优势，8位单片机仍是单片机的主流机型。单片机制造商很多，主要有美国的Intel、Motorola，日本NEC,荷兰的飞利浦等公司。第8页，共51页，编辑于2022年，星期日 二二.单片机的应用领域单片机的应用领域1.智能家电：冰箱、洗衣机、空调机、遥控器、防盗门、彩灯控制2.智能仪表：交通灯、出租车计价器、计费电度表及工业用的智能仪表3.机电一体化产品：机器人、数控机床、点钞机、打印机、传真机、复印
4、机等。4.工业测控系统：温室人工气候控制、水闸自动控制、电镀生产线自动控制5.智能接口：各种智能电气测量仪表、智能传感器。6.局部网络系统：用于集散控制系统。第9页，共51页，编辑于2022年，星期日三、三、MCS-51系列单片机系列单片机 1.Intel公司于1980年推出了MCS-51系列单片机，MCS-51系列单片机是一种高性能的8位单片机。其典型产品为8051/8052，封装为40引脚。芯片内部集成有：一个8位的CPU 128/256字节的内部RAM(数据存储器)4KB/8KB内部ROM（程序存储器）一组特殊功能寄存器 一个可位寻址的布尔处理器（即位处理器，这是单片机与普通计算机的区别
5、标志）4个输出输入口（32根）一个全双工串行口 2个/3个16定时器/计数器 5个中断源，两个优先级 可进行64K的寻址第10页，共51页，编辑于2022年，星期日2.AT89系列单片机 AT89系列单片机是美国ATMEL公司的8位Flash单片机产品。它以MCS-51为内核与MCS-51系列的软硬件兼容。在片内含有Flash存储器存储器，Flash存储器是一种可以电擦除和电写入的闪速存储器（简记FPEROM），这使开发调试更为方便。第11页，共51页，编辑于2022年，星期日表1-1 AT89系列单片机概况型 号AT89S51AT89S52AT89S1051AT89S2051AT89S825
6、2档次标准型低档型高档型Flash/KB48128片内RAM/B12825664128256I/O/条3232151532定时器/个23123中断源/个68369串行接口/个11111M加密/级33223片内振荡器有有有有有EEPROM/KB无无无无无第12页，共51页，编辑于2022年，星期日四、单片机应用系统开发四、单片机应用系统开发 1.单片机应用系统开发定义 单片机应用系统的开发：为了完成某种任务，设计单片机应用系统时，在配置一定的硬件之后必须配备相应的应用软件。正确无误的硬件设计和良好的软件功能设计是一个实用的单片机应用系统的设计目标。完成这一目标的过程。采用的程序语言：机器语言、汇
7、编语言、高级语言。常用的汇编方法有三种：一是手工汇编；二是利用开发机的驻留程序进行汇编；三是利用微型计算机配备的汇编程序进行交叉汇编，然后将目标码送入开发机中。第13页，共51页，编辑于2022年，星期日2.单片机应用系统开发方式 1）用独立型仿真器开发（早期应用）第14页，共51页，编辑于2022年，星期日2）用非独立型仿真器开发 第15页，共51页，编辑于2022年，星期日3）现在采用的一般方式下载线目标单片机普通计算机第16页，共51页，编辑于2022年，星期日目标板第17页，共51页，编辑于2022年，星期日1.2 计算机中数的表示及数制间的转换计算机中数的表示及数制间的转换一、微型计
8、算机中的常用数制 微型计算机中常用的数制有三种，即十进制数、二进制数和十六进制数。1十进制数 十进制数是我们最熟悉的一种进位计数制，其主要特点是：(1)它由0、1、2、3、4、5、6、7、8、9不同的数码符号构成，基数为10。第18页，共51页，编辑于2022年，星期日 (2)进位规则是“逢十进一”，一般在数的后面加符号D表示十进制数，或者不加。所谓基数基数，在数学中指计数制中所用到的数码的个数。任何一个数都可以按权值权值展开来表示其大小。例如：十进制数123=1102+2101+3100第19页，共51页，编辑于2022年，星期日 2二进制数 二进制数是计算机内的基本数制（或或者者说说计计算
9、算机机只只能识别二进制数），能识别二进制数），其主要特点是：(1)任何二进制数都只由0和1两个数码组成，其基数是2。(2)进位规则是“逢二进一”。一般在数的后面用符号B表示这个数是二进制数。二进制数同样可以按权值展开。例如：二进制数 1101B=123+122+021+120=13 第20页，共51页，编辑于2022年，星期日 3十六进制数 十六进制数是微型计算机软件编程时常采用的一种数制，其主要特点是：(1)十六进制数由16个数符构成：0、1、2、9、A、B、C、D、E、F，其中A、B、C、D、E、F分别代表十进制数的10、11、12、13、14、15，其基数是16。(2)进位规则是“逢十六
10、进一”。一般在数的后面加一个字母H表示是十六进制数。如果第1位为字母要在前面加0。例如：十六进制数 32H=3 161+2160=50 注意：十六进制数的最高位为字母时，要在前面添个0表示。如：C4H 应写成 0C4H，ABCH应写成0ABCH。第21页，共51页，编辑于2022年，星期日表表1-2 三种数制的对照表三种数制的对照表十进制二进制十六进制十进制二进制十六进制00000B0H91001B9H10001B1H101010BAH20010B2H111011BBH30011B3H121100BCH40100B4H131101BDH50101B5H141110BEH60110B6H1511
11、11BFH70111B7H161 0000B10H81000B8H171 0001B11H第22页，共51页，编辑于2022年，星期日二、数制间的转换 1二进制数与十六进制数的转换 1)二进制数转化成十六进制数 即四位二进制数对应一位十六进制数（不够4位补0），以小数点开始分成左侧整数部分和右侧小数部分。例如：101 1010B=0101 1010 B=5 A H 2)十六进制数转换成二进制数 将十六进制数的每位分别用四位二进制数码表示，然后把它们连在一起即为对应的二进制数。例如：32 H=0011 0010 B第23页，共51页，编辑于2022年，星期日2.二进制数与十进制数间的转换1)二进
12、制数转换成十进制数 将二进制数按权展开后相加即得到对应的十进制数。例如：1101B=123+122+021+120=13 2)十进制数转化成二进制数 十进制数的整数部分和小数部分转化成二进制数的方法不同，要将它们分别转换，然后将结果合并到一起即得到对应的二进制数。第24页，共51页，编辑于2022年，星期日要点：对于整数，用逐次除对于整数，用逐次除2法，记下每一次的余数，并按反序排列法，记下每一次的余数，并按反序排列；对于小数，用逐次乘2法，记下每一次乘积的整数，并按正序排列。第25页，共51页，编辑于2022年，星期日3十六进制数和十进制数间的转换1)十六进制数转换成十进制数将十六进制数按权
13、展开按权展开后相加即得到对应的十进制数。例如：32H=3 161+2160=50 第26页，共51页，编辑于2022年，星期日 2)十进制数转换成十六进制数 与二进制相似，十进制整数和小数要分别转换。(1)十进制整数转换成十六进制 整数的方法是“除16取余法”，即用16连续去除要转换的十进制整数和所得的商，直到商小于16为止，依次记下各个余数，然后按最先得到的余数为最低位，最后得到的余数为最高位依次排列，就得到所转换的十六进制数。例如：100=64H第27页，共51页，编辑于2022年，星期日 (2)十进制小数转换成十六进制小数 常用方法是“乘16取整法”，即用16连续去乘要转换的十进制小数部
14、分和前次乘积的小数部分，依次记下每次乘积的整数部分，直到小数部分为零或满足所需要的精度为止，然后按最先得到的整数为十六进制小数的最高位，最后得到的为最低位依次排列，就得到所转换的十六进制小数。第28页，共51页，编辑于2022年，星期日1.3 二进制数的运算二进制数的运算一、算术运算 1.加法运算 运算规则为：0+0=0、1+0=0+1=1、1+1=10(向高位有进位)。2.减法运算 运算规则为：0-0=0、1-0=1、1-1=0、0-1=1(向高位借1当作2)。第29页，共51页，编辑于2022年，星期日 3.乘法运算 运算规则为：00=0、01=10=0、11=1。4.除法运算 除法运算是
15、乘法运算的逆运算。与十进制类似，从被除数最高位开始取出与除数相同的位数，减去除数。第30页，共51页，编辑于2022年，星期日二、逻辑运算 微型机内二进制信息的逻辑运算由专门的逻辑电路完成。1.逻辑与运算 逻辑与常用符号“”表示，运算规则为：00=0，10=0，01=0，11=1。两个位数相同的二进制数进行逻辑与时，只是对应位进行与运算。第31页，共51页，编辑于2022年，星期日 2.逻辑或运算 逻辑或又称为逻辑加，常用符号“”表示，其运算规则为：00=0，10=1，01=1，11=1。3.逻辑非运算 逻辑非运算又称逻辑取反，常用运算符号“-”表示，运算规则为：=1，=0。第32页，共51页
16、，编辑于2022年，星期日 4.逻辑异或运算 逻辑异或又称半加，是不考虑进位的加法，常用运算符号 表示。例如：1 1=0 1 0=1 0 1=1 0 0 =0 “异异或或”原原则则:两两个个位位相相同同结结果果为为0，两两个个位位不不同同结结果果为为1。第33页，共51页，编辑于2022年，星期日1.4 微机的码制和编码微机的码制和编码一、原码、反码和补码 在微型计算机中，参与算术运算的数基本表示形式是机器数。所谓机器数就是已经数码化的带符号数。在8位微型计算机中约定，最高位D7用来表示符号，而其他7位用于表示数值。如图1-2所示，D7=0表示正数，D7=1表示负数。第34页，共51页，编辑于
17、2022年，星期日 图1-2 8位机器数结构 第35页，共51页，编辑于2022年，星期日 1原码 在微型计算机中，原码就是机器数的原始形式。最高位为符号位，0表示正数，1表示负数，其余位表示数值。一个数的原码标记方法是将该数用方括号括起来，在方括号右下角加一个“原”字来表示。+4原=0000 0100B -4原=1000 0100B 第36页，共51页，编辑于2022年，星期日2反码 微型计算机中二进制数的反码有正数反码和负数反码之分，求法也很简单。正数的反码与原码相同；负数的反码等于原码符号位不变，数值位取反。+4反=+4原=0000 0100B -4反=1111 1011B计算机数用原码
18、和反码表示带来的问题：0有+0与-0之分。+0原=0000 0000B -0原=1000 0000B第37页，共51页，编辑于2022年，星期日 3补码 补码的表示：补码的表示：正数的补码与原码相同；负数的补码等于原码符号正数的补码与原码相同；负数的补码等于原码符号位不变，数值位取反再加位不变，数值位取反再加1。+4补=+4原=0000 0100B -4补=-4反+1=1111 1011B +1=1111 1100B 计算机内部一般用补码表示有符号数计算机内部一般用补码表示有符号数,原因：1)用补码表示有符号数具有唯一性用补码表示有符号数具有唯一性 +0补=-0补=0000 0000B第38页
19、，共51页，编辑于2022年，星期日2)补码的减法运算可用加法实现补码的减法运算可用加法实现 X+Y 补=X 补+Y 补 X Y 补=X 补 Y 补=X 补+Y 补 对于对于8位二进制数，补码表示的范围为位二进制数，补码表示的范围为-128+127。典型带符号数典型带符号数8位编码表位编码表第39页，共51页，编辑于2022年，星期日4.有符号数运算中的溢出和正常丢失溢出：补码运算的结果超出补码表示的范围的情况。其结果是错误的。自动丢失：由于计算机位数的限制，使得最高产生的进位位1不能向更高位进位。其结果是对的。第40页，共51页，编辑于2022年，星期日二、微型机中常用的编码 1BCD码 B
20、CD码是将每一位十进制数用二进制数编码，它保留了十进制的权，数字则用二进制数表示，因而也称为二-十进制数。一般用标识符BCD表示。BCD码种类较多，如8421码、2421码、格雷码等，其中最常用的编码为8421码。第41页，共51页，编辑于2022年，星期日 1)8421码编码方法 8421码编码原则是每位十进制数用4位二进制数来表示，8、4、2、1代表4位二进制数每一位的权。8421码名称也由此而得。十进制数共有09十个数字，而4位二进制数共有16种组合。8421码用其中0000B1001B组合表示09十个十进制数。而1010B1111B六个编码舍去不用。它们之间的对应关系如表1-3所示。第
21、42页，共51页，编辑于2022年，星期日表1-3 8421码与十进制数的对应关系十进制数BCD码十进制数BCD码00000B70111B10001B81000B20010B91001B30011B100001 0000B40100B110001 0001B50101B120001 0010B60110B130001 0011B第43页，共51页，编辑于2022年，星期日 2)BCD码的运算 BCD码用4位二进制数表示09十个十进制数，但4位二进制数可表示16种状态。因而有六种状态在BCD编码中为非法码。这样在BCD码的运算中必须进行修正才能得到正确的结果。第44页，共51页，编辑于2022年
22、，星期日 (1)BCD码加法运算：两个BCD码相加的原则是“逢十进位”，其和也是一个BCD数。修正的原则是：低4位出现非法码(大于9)或低4位向高4位有进位，则低4位加6修正；高4位出现非法码(大于9)或高4位最高位有进位，则高4位加6修正。(2)BCD码减法运算：BCD码作减法运算时也需要修正。第45页，共51页，编辑于2022年，星期日 2.ASCII码 在微型计算机中，除了处理数字信息外，还要处理大量字母和符号信息。这些字母和符号统称为字符，它们也必须用特定规则进行二进制编码，以供微型计算机识别和处理。（详见P243附录C ASCII码表）第46页，共51页，编辑于2022年，星期日习题
23、与思考题习题与思考题 1.1 什么是单片微型计算机？它与微处理器、微型计算机、微型计算机系统有何区别？1.2 单片机的发展分为哪几个阶段？各阶段的特点是什么？1.3 AT89系列单片机分为几类？各类的主要技术特点是什么？都有哪些型号？1.4 微型计算机中常用的数制有几种？计算机内部采用哪种数制？第47页，共51页，编辑于2022年，星期日1.5 十六进制数能被计算机直接执行吗？为什么要用十六进制数？1.6 将下列十进制数转换为二进制数和十六进制数。(1)1251.7 将下列二进制数转换为十进制数和十六进制数。(1)10110101B 1.8 将下列十六进制数转换为十进制数和二进制数。(1)0A
24、BH 第48页，共51页，编辑于2022年，星期日 1.9 已知下列各组二进制数X、Y，试求X+Y、XY、XY和XY。(1)X=10101110B，Y=1001B(2)X=101101B，Y=1010B(3)X=11010011B，Y=1110B (4)X=11001110B，Y=110B1.10 将下列各组十六进制数转换成二进制数，然后分别完成逻辑与、逻辑或、逻辑非、逻辑异或运算。(1)23H和BCH (2)ABH和76H (3)CDH和8FH (4)10H和67H第49页，共51页，编辑于2022年，星期日1.11 在8位二进制计算机数中，正负数如何表示？1.12 什么叫机器数？机器数的表
25、示方法有几种？1.13 写出下列各十进制数的原码、反码和补码。(1)+28 (2)+69 (3)-125 (4)-541.14 什么是BCD码？BCD码与二进制数有何区别？1.15 写出下列各十进制数的BCD码。(1)34 (2)59 (3)1983 (4)270第50页，共51页，编辑于2022年，星期日1.16 已知下列各组数据，用BCD码求下列X+Y和X-Y。(1)X=36，Y=26 (2)X=100，Y=44(3)X=27，Y=79 (4)X=51，Y=881.17 什么是ASCII码？查表写出下列字符的ASCII码。(1)A (2)7 (3)b (4)(5)=(6)？(7)G (8)回车CR第51页，共51页，编辑于2022年，星期日