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1、单片机原理单片机原理 任课教师：任课教师：朱奇光 E-MAIL: 单单 片片 机机 原原 理理第一章第一章 单片机概述单片机概述1.1 单片机的概念单片机的概念 1.2 单片机的发展单片机的发展 1.3 单片机的生产厂家单片机的生产厂家 1.4 单片机的特点单片机的特点1.5 单片机的应用单片机的应用1.6 单片机的发展趋势单片机的发展趋势 1.7 数制、码制及数制、码制及转换转换单单 片片 机机 原原 理理 1.1 单片机的概念单片机的概念微型计算机系统的三个层次微型计算机系统的三个层次(三个微三个微)微处理器微处理器CPU寄存器（寄存器（Registers）的特殊存储器的特殊存储器集成在一
2、片大规模集成电路之中集成在一片大规模集成电路之中微型计算机微型计算机以微处理器以微处理器+RAM/ROM+I/O接口接口微型计算机系统微型计算机系统以微型计算机硬件（外围设备）软件以微型计算机硬件（外围设备）软件（控制微型计算机工作的）（控制微型计算机工作的）单片机原理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、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、
3、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 (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钟电路时钟电路单片机原理单片机单片机即即单片微型计算机单片微型计算机，是将，是将计算机主机计算机主机(CPU、内存和内存和I/O接口接口)集成在一块集成在一块硅片硅片上
4、的微上的微型机型机。1.1 单片机的概念单片机的概念单片机原理 1.1 单片机的概念单片机的概念 单板机单板机 将将CPU芯片、芯片、存储器存储器芯片、芯片、I/O接口接口芯片和简单的芯片和简单的I/O设备设备（小键盘、（小键盘、LED显示器）等装配在一块印刷显示器）等装配在一块印刷电路板上，再配上电路板上，再配上监控程序监控程序（固化在（固化在ROM中），就中），就构成了一台单板微型计算机（简称单板机）。构成了一台单板微型计算机（简称单板机）。单板机单板机单片机原理1.2 单片机的发展单片机的发展1974-1976 初级单片机：初级单片机：仙童仙童 F81976-1978 低性能低性能8位单
5、片机：位单片机：Intel MCS-48 系列系列1978-高档高档8位单片机：位单片机：Intel MCS-51系列系列-51子系列：子系列：8031/8051/8751-52子系列：子系列：8032/8052/8752低低 功功 耗耗 型型 80C31高高 性性 能能 型型 80C252廉廉 价价 型型89C2051/10511982-16位单片机：位单片机：Intel MCS-96 系列系列8098/8096、80C198/80C19632位单片机位单片机 80960单片机原理 美国：美国：Intel，Motorola,ATMEL,TI,NS日本：松下，日立，日本：松下，日立，NEC荷兰
6、：飞利浦荷兰：飞利浦德国：西门子德国：西门子1.3 单片机的生产厂家单片机的生产厂家单片机原理1.4 1.4 单片机的特点单片机的特点 控制性能好、可靠性高控制性能好、可靠性高 实时控制功能特别强，其实时控制功能特别强，其CPU可以对可以对I/O端口直端口直接进行操作，接进行操作，位操作能力位操作能力更是其它计算机无法比更是其它计算机无法比拟的。另外，由于拟的。另外，由于CPU、存储器及、存储器及I/O接口接口集成在集成在同一芯片内同一芯片内，各部件间的连接紧凑，数据在传送，各部件间的连接紧凑，数据在传送时时受干扰的影响较小受干扰的影响较小，且不易受环境条件的影响，且不易受环境条件的影响，所以
7、单片机的所以单片机的可靠性非常高可靠性非常高。单片机原理1.4 1.4 单片机的特点单片机的特点体积小、价格低、易于产品化体积小、价格低、易于产品化 单片机芯片即是一台完整的微型计算机单片机芯片即是一台完整的微型计算机，对于批，对于批量大的专用场合，一方面可以在众多的单片机品种量大的专用场合，一方面可以在众多的单片机品种间进行匹配选择；同时还可以专门进行芯片设计，间进行匹配选择；同时还可以专门进行芯片设计，使芯片的功能与应用具有良好的对应关系；在单片使芯片的功能与应用具有良好的对应关系；在单片机产品的引脚封装方面，有的单片机引脚已减少到机产品的引脚封装方面，有的单片机引脚已减少到8个或更少。从
8、而使应用系统的个或更少。从而使应用系统的印制板减小、接插件印制板减小、接插件减少、安装简单方便。减少、安装简单方便。单片机原理1.5 1.5 单片机的应用单片机的应用1 工业控制：机光电一体化（机器人）工业控制：机光电一体化（机器人）2 智能仪表：智能医疗器械智能仪表：智能医疗器械3 消费电子：家电消费电子：家电4 通讯装备：程控机通讯装备：程控机5 武器装备：智能武器武器装备：智能武器6 终端及外设：一体机终端及外设：一体机7多机分布式系统：多点测量多机分布式系统：多点测量 单片机原理1 CPU的改进的改进 （1 1）双核）双核 （2 2）增加数据总线宽度）增加数据总线宽度 （3 3）串行总
9、线结构）串行总线结构1.6 1.6 单片机的发展趋势单片机的发展趋势2 存储器的发展存储器的发展 （1 1）大容量）大容量 （2 2）闪烁（）闪烁（FlashFlash）存储器存储器 （3 3）程序保密化）程序保密化单片机原理3 片内片内I/O的改进的改进 （1 1）增加驱动能力）增加驱动能力 （2 2）增加逻辑控制功能）增加逻辑控制功能 （3 3）设置特殊）设置特殊I/OI/O口口4 外围电路内装化外围电路内装化 5 低功耗低功耗 1.6 1.6 单片机的发展趋势单片机的发展趋势单片机原理1.7 1.7 数制、码制及转换数制、码制及转换二、十、十六进制之间的转换二、十、十六进制之间的转换单片
10、机原理二进制十六进制11100011.100101B十六进制二进制E3.94H二进制十进制1011.1010B十进制二进制53.375十六进制十进制DFC.8H十进制十六进制208.625E3.94H11100011.100101B11.625110101.011B3508.5D0.AH1.7 1.7 数制、码制及转换数制、码制及转换单片机原理1.原码原码 正数的符号位用正数的符号位用0表示，负数的符号位用表示，负数的符号位用1表示，其余表示，其余位表示数值。这种表示方法即为原码表示法。位表示数值。这种表示方法即为原码表示法。2反码反码 一个数的反码很容易由原码求得。如果是正数，则其一个数的反码很容易由原码求得。如果是正数，则其反码与原码相同，即反码与原码相同，即x原原x反反如果是负数，则其反如果是负数，则其反码为除符号位外，其余各位按位取反，即码为除符号位外，其余各位按位取反，即l转换为转换为0，0转换为转换为1。3补码补码 一个数的补码可由该数的反码求得。如果是正数，则一个数的补码可由该数的反码求得。如果是正数，则其补码和反码相同，即其补码和反码相同，即(x)原原X反反X补补；如果是负；如果是负数则其补码为在反码末位加数则其补码为在反码末位加1，即，即X补补X反反1。1.7 1.7 数制、码制及转换数制、码制及转换单片机原理