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1、,一、课程的性质和目的,单片机是微型计算机应用技术的一个重要分支，近年来在工业智能仪器仪表、光机电设备、自动检测、信息处理、家电等的得到广泛应用和迅速发展。,单片机原理及应用设计是为电子信息工程、测控技术类专业及计算机应用专业学生开设的专业基础必修课或专业基础选修课，本课程的教学目的是通过理论教学与实验环节，使学生正确理解单片机的基本概念、基本原理，掌握单片机程序设计和微机接口应用的基本方法，并能综合运用单片机的软、硬件技术分析实际问题，为工业生产、科学研究和实验设备等领域的单片机应用和开发打下良好的基础，也是进一步学习计算机原理和有关接口知识重要环节。,单片机原理及应用,课程特点知识点既分散
2、又连贯，结构和指令系统是基础；与电子线路尤其是数字电子线路关系密切；学习方法预习、复习；多动手（硬件、软件实验）；多看参考书(包括利用网上资料)；其它（上课、作业、答疑）。,第1章 单片机系统基础知识,1.1 概述 1.1.1 单片机的基本概念1.微处理器的概念MPU是微处理器的缩写（Microprocessor），MPU是集成在同一块芯片上的具有运算和控制功能逻辑的中央处理器。微处理器不仅是构成微型计算机、单片微型计算机系统、嵌入式系统的核心部件，而且也是构成多微处理器系统和现代并行结构计算机的基础。,1.1.1 单片机的基本概念,2微型计算机的概念微型计算机（microcomputer）是
3、指由微处理器加上采用大规模集成电路制成的程序存储器和数据存储器，以及与输入/输出设备相连接的I/O接口电路。,1.1.1 单片机的基本概念,3单片机的基本概念单片机SCMC(Single Chip MicroComputer)属于微型机的一种 具有一般微机的基本组成和功能其它名称：微控制器MCU（MicroController Unit）嵌入式微控制器（embedded microcontroller）单片机是单片微型计算机的简称，也就是把微处理器（CPU）、一定容量的程序存储器（ROM）和数据存储器（RAM）、输入/输出接口（I/O）、时钟及其它一些计算机外围电路，通过总线连接在一起并集成在
4、一个芯片上，构成的微型计算机系统。,1.1.1 单片机的基本概念,4嵌入式系统的基本概念 嵌入式系统泛指嵌入于宿主设备的系统中，嵌入的目的主要是用智能化提升宿主设备的功能。嵌入式系统是以应用技术产品为核心，以计算机技术为基础，以通信技术为载体，以消费类产品为对象，引入各类传感器加入，进入Internet网络技术的连接，而适应应用环境的产品。特点：（1）嵌入式微处理器对实时多任务有很强的支持能力；（2）嵌入式微处理器具有功能很强的存储区保护功能。（3）嵌入式微处理器功耗很低，,1.1.1 单片机的基本概念,5SOC的基本概念SOC是片上系统的简称。所谓SOC是一种高度集成化、固件化的系统集成技术
5、。使用SOC技术设计系统的核心思想，就是要把整个应用电子系统全部集成在一个芯片中。在使用SOC技术设计应用系统时，除了那些无法集成的外部电路或机械部分以外，其他所有的系统电路全部集成在一起。,1.1.2 单片机的发展概况,1单片机的发展阶段（1）单片机的初级阶段（2）单片机的中级（成熟）阶段（3）单片机的高级（发展）阶段,1.1.2 单片机的发展概况,2单片机技术的发展方向（1）内部结构（2）功耗和电源电压方面（3）工艺的进步及抗干扰能力的提高（4）存储能力和Internet连接,1.1.3 单片机的特点和应用,1.单片机的特点（1）体积小、使用灵活、成本低、易于产业化。（2）可靠性好，适应温
6、度范围宽。（3）易扩展，很容易构成各种规模的应用系统、控制功能强。（4）系统内无监控或系统管理程序。,2单片机的应用,（1）测控系统（2）智能仪器仪表（3）通讯产品（4）民用产品（5）军用产品（6）计算机外部设备,1.1.4 单片机的系列产品介绍,18051类单片机 2Motorola单片机 3Microchip单片机 4华邦单片机 5Epson单片机 6Epson单片机 7NS单片机 8其它单片机9.AT89系列,1.2 单片机的数制表示法,1.2.1 二进制、十进制与十六进制 1二进制 以2为基数的数制叫二进制，它只包括“0”和“1”两个符号二进制数以B作为标识符。一个含有n位整数，m位小
7、数的二进制数可表示为：N=Xn12n-1Xn22n2 X020X12-1X22-2 Xm2-m 或：,举例,例如：二进制数101.101B等于十进制的5.625其各位数码代表的数值为：122021120121022123=5.625,2十进制,以10为基数的数制叫十进制，十进制用0、1、2、3、4、5、6、7、8、9等10个符号来表示。进位规则是“逢十进一”。十进制数以D作为标识符。一个含有n位整数，m位小数的十进制数可表示为：N=Xn110n-1Xn210n2 X0100X110-1X210-2 Xm10-m 或：,3十六进制,以16为基数的数制叫十六进制，进位规则是“逢十六进一”。十六进制
8、数以H作为标识符。一个含有n位整数，m位小数的十六进制数可表示为：N=Xn116n-1Xn216n2 X0160X116-1X216-2 Xm16-m 或：,1.2.2 数制的转换,1二进制十进制的转换例如：1101.11B=123122021120121122=13.75 2十六进制十进制的转换例如：3BH=316111160=59 1A6CH=116310162616112160=6764,3十进制二进制的转换,把一个十进制整数依次除以2，并记下每次所得的余数（1或0），最后所得的余数的组合即为转换的十进制数。第一位余数为最低位（LSB），最后一个余数为最高位（MSB）。例如：126=11
9、11110B,例如：213=11010101B,十进制数转换成二进制,例如：0.318=010100010B,4十六进制二进制的转换,将每位十六进制数转换成相应的四位二进制数即可。5二进制十六进制的转换只需从二进制数的最低位算起，每四位一个数，到最高位不够四位填0，即可按位转换成十六进制数。,6十进制十六进制的转换,十进制转换成十六进制与十进制转换成二进制方法一样，只是除数为16而不是2。而余数是0F中的任一个数。例如：9168=23D0H,1.2.3 原码、反码与补码,在计算机中，为了运算的方便，数的最高位用来表示正、负数。最高位为“0”表示正数，最高位为“1”表示负数。为了区别原来的数与它
10、在计算机中的表示形式，我们将已经数码化了的带符号数称为机器数。而把原来的数称为机器数的真值。,机器数有三种表示方法：原码、反码、补码。1原码在符号位用0表示正数，在符号位用l表示负数，而数值位保持原样的数，这样的机器数称为原码。8位二进制原码表示的数的范围为：127127。（1）正数 正数的原码与原来的数相同。（2）负数 负数的原码为符号位置1，而数值位不变。（3）0的原码表示 0的原码表示法有两种，即正0和负0。+0原00000000-0原10000000,2反码8位二进制反码表示的数的范围为：127127（1）正数 正数的反码与正数的原码相同。（2）负数 负数的反码为数值位的值按位求反后，
11、符号位取“1”。(3）0的反码表示 0在反码中也有两种表示法，正0和负0。+0反00000000-0反11111111,3补码 8位二进制补码表示的数的范围为：128127。（1）正数 正数的补码与正数的原码相同。（2）负数 负数的补码由它的绝对值求反加1后得到。（3）0的补码表示 0的补码表示只有一种，其表达式为：+0补=-0补00000000B 补码的加法规则是：XY补=X补Y补 补码的减法规则是：XY补=X补-Y补,补码运算举例1：,求十进制数7628的运算76的2进制是 0100110028的2进制是 00011100-28的补码是 00011100,补码运算举例2：求十进制数3652
12、的运算-16补=11110000,总结：对于正数：x原x反x补 对于负数：x反x原数值位取反，符号位不变。x补=x反1 采取求补运算，可以将计算机中的减法运算转换成加法运算，从而节约了计算机的硬件成本。,1.2.4 计算机中常用的编码,1BCD（8421）码 采用二进制数对每一位十进制数字编码，这种编码方式称为BCD码（Binary coded Decimal Code）。表1-2十进制与二进制的对照,（2）BCD码的换算（3）BCD码加法：“逢十进一”，若各位的和均在09之间，则其加法运算规则完全同二进制数加法的规则一样；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
13、位的最高位有进位），则应对低4位（或高4位）加6修正。例如：BCD码X=59，Y=78，求X+YX=0101 1001，Y=0111 1000,（4）BCD码减法 BCD码进行减法时，也会出现需要修正的现象，BCD码减法修正的条件和方法是：低4位向高4位借位，或低4位出现非法码，低4位减6修正；高4位出现非法码，或高4位向更高的借位，高4位减6修正。例如：BCD码X=55，Y=38，求X-Y X=0101 0101，Y=0011 1000,2ASC码ASC编码表（American standard Code for information interchange美国信息交换标准代码）ASC码用
14、7位二进制数表示，可表达128个字符，其中包括数码09，英文大小写字母，标点符号和控制字符。7位ASC码分成二组：高3位一组，低4位一组，分别表示这些符号的列序和行序，ASC码的分组如图1-3所示。,常用的与门电路有2输入与门、3输入与门、4输入与门。常用的TTL电路的与门芯片有74LS08（四2输入正与门）、74LS09（四2输入正与门）、74LS11（三3输入正与门）、74LS21（二4输入正与门）等。,1.3 单片机常用逻辑电路简介,1.3.1 基本门电路1与门电路 电路符号：,或门电路的形式也有许多种，常用的或门电路有2输入或门。TTL电路的或门芯片有74LS32（四2输入正或门）。,
15、1.3 单片机常用逻辑电路简介,1.3.1 基本门电路2或门电路 电路符号：,TTL电路的非门芯片有74LS04（六反相器）、74LS05（集电极开路型六反相器）。,1.3 单片机常用逻辑电路简介,1.3.1 基本门电路3非门电路 电路符号：,常用的TTL电路的与非门芯片有74LS00（四2输入正与非门）、74LS10（三3输入正与非门）、74LS20（二4输入正与非门）、74LS30（8输入正与非门）、74LS01/03（集电极开路型四2输入正与非门）。或非门芯片有74LS02（四2输入正或非门）、74LS27（三3输入正或非门）、74LS25（带选通端二4输入正或非门）。,4与非门和或非门
16、电路 电路符号：,RS触发器的工作状态,1.3.2 触发器1基本RS触发器,电路图,D触发器真值表,2D触发器 内部结构,JK触发器真值表,3JK触发器内部结构,常用的TTL电路JK触发器有74LS70（带预置和清除端的正边沿触发器）、74LS72（带预置和清除端的JK主从触发器）、74LS73（带清除端的双JK触发器）、74LS76（带预置和清除端的双JK触发器）,2移位寄存器,1.3.3 寄存器 1简单的寄存器常用的这类寄存器有74LS75、74LS175、CC4076等。,常用的这类移位寄存器有74LS194、74LS195、74LS164、74LS165、74LS166等。,1.3.4 计数器,1同步计数器 4位同步二进制计数器有74161，用T触发器构成的同步十六进制加法计数器有CC4520，单时钟同步十六进制加/减计数器有74LS191和74LS193。,同步十进制加法计数器,2异步计数器异步十进制计数器有74LS290、74LS90、异步二进制计数器有74LS293、74LS197与,1.3.5 三态门与缓冲器三态输出门电路可以加到寄存器的输出端上，这样的寄存器就称为三态（缓冲）寄存器。使用三态输出门电路，计算机就可以通过数据总线与一组寄存器接通，而断开另外一组寄存器，从而与任意多个寄存器交换信息。,1.3.6 译码器3 8译码器,
