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1、单片机原理及应用第1章 单片机概述 主讲教师：贺 伟所在系部：电气系,监护仪,烟雾报警器,航天飞机,应用,课程安排,理论课:讲述基本原理、结构和应用系统的设计方法实验课:根据实验大纲的要求完成教材：张毅刚主编，单片机原理及应用(第二版)，北京：高等教育出版社，参考书：张毅刚主编，新编MCS-51单片机应用设计哈工大出版社，2003何立民主编，MCS-51单片机应用系统设计，北航出版社，1990李华主编，MCS-51系列单片机实用接口技术，北京：北京航空航天大学出版社，1993*先修课程：电路、电子技术基础、计算机应用基础、计算机组成原理、数字电路与逻辑设计等课程内容。,课程主要内容,以AT89
2、S51为例介绍单片机基本硬件结构程序设计：指令系统、程序的编制定时/计数器串行口中断系统存储器扩展：程序存储器、数据存储器接口设计：扩展I/O、AD/DA、键盘显示等,课程要求本课程特点是实践性强。通过课程的学习，掌握软件编程和硬件电路设计的方法，能够进行简单的单片机应用系统的设计、调试工作。授课时间比较少，希望大家做好预习、复习的工作。,5,第1章 单片机概述,Lets Go!,单片机的概念单片机发展历史应用及特点 典型的单片机产品发展趋势开发条件硬件设计概述,7,主要内容,单片机的概念,单片机是电子计算机的一种。电子计算机是科技发展的产物。计算机的飞速发展归功于半导体集成技术的发展。计算机
3、的发展趋势微型化巨型化网络化智能模拟化,微型机的概念,微型机是由大规模集成电路、超大规模集成电路等组成，具有功能强、结构紧凑、系统可靠性高等特点。微型机中包括一片主要的集成电路中央处理器（CPU），还包括存储器、通用或专用I/O接口电路等。它分单片微机、单板微机和多板微机。,微型计算机的组成示意图,单片机的概念,将组成微型计算机的各功能部件：中央处理器（CPU）、存储器（RAM、ROM、EPROM）、定时/计数器、串行口、I/O接口电路及等集成在一块集成电路芯片中从而构成完整的微型计算机。故称作单晶片微型计算机，简称单片机，亦称微控制器MCU或称嵌入式微控制（EMCU）。,单片机的分类,按用途
4、分类：通用型：将可开发的资源（ROM、RAM、I/O、EPROM）等全部提供给用户。专用型：其硬件及指令是按照某种特定用途而设计，例如录音机机芯控制器、打印机控制器、电机控制器等。按其基本操作处理的数据位数分类：4位、8位、16位、32位,单片机的发展历史,初级阶段（19741976）-两片集成芯片（集成工艺限制）仙童F88位CPU 64字节RAM 2并行口低性能阶段（19761978）-INTER MCS-488位CPU 并行I/O 8位定时计数器4k寻址空间无串行口、中断处理简单高性能阶段（19781983）-MCS51更高性能阶段（1983 至今）多种机型并行发展8位：ST7系列 16位
5、：MCS96系列32位：ARM7、68332等,单片机的应用,(1)工业控制。如数控机床、自动生产线控制(2)仪器仪表。如医疗器械、数字示波器等。(3)计算机外部设备与智能接口。如图形终端机(4)商用产品。如自动售货机、电子收款机(5)家用电器。如微波炉、电视机、空调,单片机的特点,单片机的特点体积小：基本功能部件满足要求可靠性高：总线大多在内部，易于提高电磁屏蔽性功能强：实时响应速度快；可对I/O口直接操作使用方便：易扩展，硬件设计简单，容易组成不同规模的应用系统；提供开发工具资料性能价格比高：电路板小；接插件少易产品化：研制周期短,典型单片机产品,器件厂家美国：Intel、Motorola
6、、Microchip、Atmel荷兰:Philips德国：Siemens日本：Nec,单片机的发展趋势,1.CPU的改进（1）采用双CPU结构，提高处理能力（2）增加数据总线宽度，内部采用16位数据总线。（3）串行总线结构，菲利浦公司的I2C总线（InterIcbus）。用两根信号线代替现行的8位数据总线。2存储器的发展（1）加大存储容量。（2）片内EPROM采用E2PROM或闪烁（Flash）存储器（3）程序保密化。,3片内I/O的改进（1）增加并行口的驱动能力，能直接承受大电流和高电压。（2）增加I/O口的逻辑控制功能。（3）设置了一些特殊的串行接口功能，构成分布式、网络化系统。4外围电路
7、内装化 器件集成度的不断提高，把众多的外围功能部件集成在片内系统的单片化。5低功耗化 CMOS化 CHMOS工艺。总之，向高性能、高速、低压、低功耗、低价格、外围电路内装化方向发展。,单片机应用常识,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：0C+70C 工业品：-40C+85C 军 品：-65C+125C。,51单片机开发系统构成,小结及习题：,小结：熟记：单片机概念！熟悉：单片机的发展趋势！了解：单片机的发展历史、特点、应用！习题：P15,1、2、4、10！END!,先修课程知识回顾,数和编码 迄今为止，所有计算机都是以二进制形式进行算术运算和逻辑运算的，微型
8、计算机也不例外。因此，对于用户在键盘上输人的十进制数字和符号命令，微型计算机必须先把它们转换成二进制形式，然后才能进行识别、运算和处理，最后再把运算结果还原成十进制数字和符号通过输出终端显示出来。,数制,所谓数制是指数的制式，是人们利用符号表示数的一种科学方法。数制有很多种，微型计算机中常用的数制有 十进制 二进制 八进制 十六进制,1十进制(Decimal)(1)它有09十个不同的数码，这是构成所有十进制数的基本符号。(2)它是逢十进位的。在十进制数计数过程中，当某位计满10时就要向它邻近高位进一。任何一个十进制数都可以展开成幂级数形式。例：123.45=l102+2101+3100+410
9、-1+510-2十进制数的一般表达示为：ND=dn-110n-1+dn-210n-2+d0100+d-110-1+D是十进制（Decimal）的英文首字母，表示采取的数制是十进制；n表示十进制记数的总位数；dn-1表示该十进制数第n-1位的值。,2二进制(Binary)(1)它共有O和l两个数码，任何二进制数都是由这两个数码组成的。(2)它的基数为2，进位规则是“逢二进一”，借位规则是“借一当二”。二进制的一般表达式为：NB=bn-12n-1+bn-22n-2+b020+b-12-1+B为二进制(Binary)的英文缩写，表示采用的是二进制的记数方式；n表示二进制记数的总的位数；bn-1表示该
10、二进制数第n-1位的值。,3十六进制(Hexadecimal)(1)O、1、2、9、A、B、C、D、E、F等16个数码，任何一个十六进制数都是由其中的一些或全部数码构成。(2)基数为16，进位规则是“逢十六进一”，借位规则是“借一当十六”。十六进制的一般表达式为：NH=hn-116n-1+hn-216n-2+h0160+h-116-1+H是十六进制(Hexadecimal)的英文首字母，表示采用的是十六进制的记数方式；N表示用十六进制记数的总的位数；hn-1表示该十六进制数第n-1位的值。,编码,1、计算机中正、负数的表示法 在计算机中符号“+”、“-”要用一位二进制数表示。8位微型计算机中约
11、定，最高位D7表示符号，其它7位表示数值。,8位微机中的带符号数,一个带符号数在计算机中可以分别用原码、反码、或补码三种方法表示，习惯上把计算机中存放的数称作机器数。原码、反码、补码都是机器数。其中，负数采用反码或补码表示的目的是将负数转化为正数，使减法操作转变为单纯的加法操作。在计算机系统中均采用补码表示负数。,1、原码凡是正数符号位用0表示，负数符号位用1表示,而数值位保持原样的机器码称为原码。正数 x=+4=+0000100B x原=00000100B负数 x=-4=-0000100B x原=10000100B,2、反码反码对于正数，符号位为“0”，数值部分保持不变对于负数，除在符号位上表示“1”外，其数值部分的各位都取相反的数码，即“0”变“1”、“1”变“0”正数的反码表示与它的原码相同负数的反码由其对应的绝对值按位求反后得到正数 x=+4=+0000100B x反=00000100B负数 x=-4=0000100B x反=11111011B,
