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1、第1 章单片机概论第1 页，本讲稿共37 页教学目标 通过本章教学，要求学生达到以下目标：1.一般性的了解从微机单片机AT89C51的 发展概况，单片机技术未来发展趋势以及单 片机广泛应用的领域。2.建立二进制和十六进制的概念。学会二进制、十进制和十六进制数相互转换的方法，熟记 016之间二进制、十进制和十六进制数的对 应关系及相互转换。第2 页，本讲稿共37 页 3.熟悉二进制和十六进制数的算术运算及逻辑运算方法。4.了解二进制数原码、反码和补码的表示方法。5.了解BCD码的编码方法、转换关系和加减法运算时出错修正的原因、条件和方法。6.了解ASCII码和查表换算方法。第3 页，本讲稿共37
2、 页 1.1 单片机概述1.1.1 计算机的问世1.1.2 计算机经历了五个时代1.1.3 微型计算机结构框图及单片机定义1.1.4 单片机的发展状况1.1.5 单片机的特点及应用领域第4 页，本讲稿共37 页 1946年情人节，世界上第一台电子计算机诞生 重30吨，占地170平方米 17468个电子管、6万个电阻器1万个电容器、6千个开关 每秒只能运行5千次加法运算 耗电174千 瓦 每15分钟就可能烧掉一支真空管 每次一开机，整个费城西区的电灯都为之黯然失色 1.1 单片机概述1.1.1 计算机的问世第5 页，本讲稿共37 页 电子管计算机 晶体管计算机 集成电路计算机 大规模、超大规模集
3、成电路计算机 智能计算机ENIACElectronic Numerical Integrator1947年贝尔实验室发明了晶体管第一个半导体集成电路1958年 1.1.2 计算机经历了五个时代第6 页，本讲稿共37 页计算机巨型机微型机通用微机单片机通用单片机专用单片机小型机第7 页，本讲稿共37 页集成在同一块芯片上单片机1.1.3微型计算机结构框图及单片机定义微型计算机由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五大部分组成存储器(ROM、RAM)I/O接口 I/O设备(输入/输出)地址总线(AB)数据总线(DB)控制总线(CB)CPU运算器控制器冯.诺依曼第8 页，本讲稿共37 页单片机
4、的定义 单片机是一种把处理器CPU、随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口等功能集成到一块芯片上的小而完善的计算机系统。单片机也被称为微控制（Microcontroller Unit），常用英文字母的缩写MCU表示单片机，它最早是被用在工业控制领域。我国，习惯使用“单片机”这一名称。第9 页，本讲稿共37 页单片机与PC机的比较单片机芯片开关输入LED显示数码管显示串行模块键盘输入鼠标输入CRT或LED显示器输出主机内有CPU、存储器、I/O接口等部件第10 页，本讲稿共37 页单片机与PC机的比较第11 页，本讲稿共37 页单片机是特殊的计算机。第12 页，本讲稿共37 页1.1.
5、4 单片机的发展状况1.单片机的发展过程(1)低性能8位单片机阶段 1976年，Intel公司推出了MCS-48系列单片机。8位CPU、1K字节ROM、64字节RAM、27根I/O线和1个8位定时/计数器。特点：存储器容量小，寻址范围小（不大于4K），无串行接口，指令系统功能不强。第13 页，本讲稿共37 页 特点：结构体系完善，性能已大大提高，面向控制的特点进一步突出。现在MCS-51已成为公认的单片机经典机种。(2)高性能8位单片机阶段 1980年，Intel公司推出了MCS-51系列单片机：8位CPU、4K字节ROM、128字节RAM、4个8位并口、1个全双工串行口、2个16位定时/计数
6、器。寻址范围64K，并有控制功能较强的布尔处理器。第14 页，本讲稿共37 页(3)8位单片机巩固发展及16位单片机、32位单片机推出阶段。特点：片内面向测控系统电路增强，使之可以方便灵活地用于复杂的自动测控系统及设备。“微控制器”的称谓更能反应单片机的本质。1982年，Intel推出MCS-96系列单片机。芯片内集成：16位CPU、8K字节ROM、232字节RAM、5个8位并口、1个全双工串行口、2个16位定时/计数器。寻址范围64K。片上还有8路10位ADC、1路PWM输出及高速I/O部件等。第15 页，本讲稿共37 页MCS-51系列单片机的缺点：时钟利用率不高。（需要至少12个以上的时
7、钟脉冲才能执行完一条指令）；片内不包含ADC、DAC、WATCHDOG、PWM、CAN控制器等。故现在有些公司对MCS51单片机进行了设计改造，使新一代的MCS-51兼容单片机具有了高速、高效工作的特性，并在51系列芯片中集成了许多新的功能特性（如A/D、D/A等）。国内人们使用最广泛的是MCS-51系列单片机。因此我们需要学好、掌握MCS51系列单片机技术。第16 页，本讲稿共37 页2.单片机产品近况 ATMEL公司融入Flash存储器技术的AT89系列宏晶科技公司的STC单片机 Philips公司的80C51、80C552系列 华邦公司的W78C51、W77C51高速低价系列 ADI公司
8、的ADC8xx高精度ADC系列 LG公司的GMS90/97低压高速系列 Maxim公司的DS89C420高速（50MIPS）系列 Cygnal公司的C8051F系列高速SOC单片机 51系列产品繁多，已推出的主要产品有：第17 页，本讲稿共37 页 非51结构单片机新品不断推出，给用户提供了更为广泛的选择空间，近年来推出的非51系列的主要产品有：Intel的MCS-96系列16位单片机 Microchip的PIC系列RISC单片机 TI的MSP430F系列16位低功耗单片机。第18 页，本讲稿共37 页 1.1.5 单片机的特点及应用领域 1.单片机的特点(1)控制性能好、可靠性高 可对I/O
9、端口直接操作，位操作能力更是其它计算机无法比拟的。由于CPU、存储器及I/O接口集成在同一芯片内，数据在传送时受干扰的影响较小，且不易受环境条件的影响。(2)体积小、价格低、易于产品化 应用系统的印制板减小、接插件减少、安装简单方便。第19 页，本讲稿共37 页 单片机卓越的性能，得到了广泛的应用，已深入到各个领域。使用温度：民品：0+70C 工业品：-40+85C汽车：-40+105C 军品：-55+125C在下述的各个领域广泛的应用：1.工业自动化 2.智能仪器仪表 3消费类电子产品 4.通讯 5武器装备 6终端及外部设备控制 7汽车电子2.单片机的应用领域第20 页，本讲稿共37 页 1
10、.2 数的表示方法及数制间的转换1.2.1 微型计算机中的常用数制1.2.2 数制间的转换1.2.3 微型计算机中数的表示方法 第21 页，本讲稿共37 页1.3 二进制数的运算1.3.1 算术运算1.3.2 逻辑运算第22 页，本讲稿共37 页1.4 微机的码制和编码1.4.1 机器数及其真值1.4.2 原码、反码和补码1.4.3 微型机中常用的编码第23 页，本讲稿共37 页计算机处理数据的过程 键盘输入十进制数据 转换成ASCII码转换成BCD码转换成二进制码运算结果转换成BCD码转换成ASCII码1.4.3 微型机中常用的编码第24 页，本讲稿共37 页一、BCD码例如：79 D011
11、1,1001BCD用4位二进数表示1位十进制数 BCD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、余三码等，其中最常用的编码为8421码。第25 页，本讲稿共37 页美国标准信息交换码，由ANSI于1961年提出，用7位二进制数表示一个字符，后来扩充到8bit。二、ASCII码例如：“0”30H，“A”41HAmerican Standard Code for Information Interchange美国信息互换标准代码第26 页，本讲稿共37 页表 1.3 AS
12、CII 码 表 第27 页，本讲稿共37 页28列 0 1 2 3 4 5 6 7行 000 001 010 011 100 101 110 1110 0000 NUL DLE SP 0 P P1 0001 SOH DC1!1 A Q a Q2 0010 STX DC2 2 B R b R3 0011 ETX DC3#3 C S c S4 0100 EOT DC4$4 D T d T5 0101 ENQ NAK%5 E U e U6 0110 ACK SYN&6 F V f V7 0111 BEL ETB 7 G W g W8 1000 BS CAN(8 H X h X9 1001 HT EM
13、)9 I Y i YA 1010 LF SUB*:J Z j ZB 1011 VT ESC+K k C 1100 FF FS,L lD 1101 CR CS-=M m E 1110 SO RS.N n F 1111 SI US/?O o DEL空 空格换行回车删除第28 页，本讲稿共37 页本章小结 1.将算术逻辑部件ALU、控制部件CU、寄存器组以及片内总线等集成在同一块芯片上的，具有运算和控制功能的中央处理单元，称为微处理器，简称为CPU或MPU。微型计算机是以CPU为核心，再配上存储器、I/O接口电路及相应的外部设备。微机的组成结构决定了它具有体积小、重量轻、功耗低、结构灵活、价格低廉和
14、应用广泛等特点。第29 页，本讲稿共37 页 2.按一定的进位原则进行计数的科学方法称为数制。二进制、十进制和十六进制是微机中的常用进制。它们都有各自的特点和运算规则，并且相互可以进行转换。十进制数转换为二进制数采用“除2取余/乘2取整”法，转换为十六进制数采用“除16取余/乘16取整”法；二进制数转换为十进制数可采用“按权相加”法，转换为十六进制数采用“四位合一位”法；十六进制数转换为十进制数亦采用“按权相加”法，转换为二进制数采用“一位分四位”法。第30 页，本讲稿共37 页 3.BCD码是一种具有十进制权的二进制编码，每位十进制数用四位二进制码来表示。由BCD码构成的数即为BCD数，BC
15、D数运算时的进位原则是逢十进一，其运算结果也应是一个BCD数。ASCII码由7位二进制码构成，因此能表示128个编码。这128个编码分为图形字符和控制字符两类。第31 页，本讲稿共37 页 4.微机中有符号数的表示可分别用原码、反码和补码表示。正数的原码、反码和补码均相同。负数的原码、反码和补码各不相同。负数的原码的符号位为0，其余数值位保持原样；负数的反码，是将其绝对值的原码按位取反所得。负数的补码等于其反码加1。补码的一个重要特性是：补码减法可以由加法运算实现。5.微机中数的表示方式有定点数和浮点数之分，分别对应定点机和浮点机。第32 页，本讲稿共37 页思考题与习题 1.1 什么是单片微
16、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33 页，本讲稿共37 页 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)125(2)0.525(3)121.687(4)47.945 1.7 将下列二进制数转换为十进制数和十六进制数。(1)10110101(2)0.10110010(3)0.1010(4)1101.01
17、01 1.8 将下列十六进制数转换为十进制数和二进制数。(1)ABH(2)28.07H(3)ABC.DH(4)0.35FH第34 页，本讲稿共37 页 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=110B 1.10 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35 页，本讲稿共37 页 1.
18、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)-54 1.14 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36 页，本讲稿共37 页 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=88 1.17 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37 页，本讲稿共37 页