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1、单片机原理与应用Principles and Application of Microcontroller,讲授：黄惟公,教师简介：,黄惟公 教授 硕士研究生导师，“机电教研室”主任。曾当过“知青”和工人。1982年1月年毕业于四川工业学院机械制造工艺设备及自动化专业。1992.11993.1 在美国密西根大学作访问学者。2000.92000.11在加拿大红河学院作访问学者。在国内外发表论文20余篇，主编、副主编教材2部，主持或作为主研完成、在研863CMIS、85国家攻关项目、省级、省重点学科及各类横向科研课题10余项。目前主要从事机械工程测控方面的教学及科研工作。,1）智能化测控仪器研究
2、本研究有以下4方面的内容嵌入式系统的研究 对新型16位、32位微处理器的应用、嵌入式实时操作系统在各种微处理器的移植与应用、嵌入式系统与Internet网络的连接等新技术方面进行研究、跟踪世界先进水平，为研制具有自主知识产权的测控仪器建立硬、软基础。现场总线测控仪表的研究 现场总线是用于现场仪表与控制系统和控制室之间的一种全分散、全数字化、智能、双向、互联、多变量、多点、多站的通讯系统。是目前仪表的发展方向。智能控制仪表的研究 研究如何把模糊控制、神经网络等新理论应用在控制仪表和装置中，如何在单片机上实现这些理论。虚拟仪器的研究 研究应用与各种领域的虚拟测试仪器、研究特殊性能的数据采集卡与La
3、bVIEW/CVI的接口、PXI总线的应用、基于网络的测控系统等内容。2）计算机视觉监测及测量研究 本研究有以下2方面的内容基于线阵CCD测量技术的研究 研究将CCD技术应用于尺寸的非接触测量、改造传统的测量仪器、研究提高CCD的测量精度的方法和理论等内容。基于二、三维计算机视觉技术的研究 研究将数字图象处理技术应用于二维、三维对象的检测技术。本研究对利用图象处理方法进行物体尺寸的测量、形状的识别、文字的识别等方面做了大量的工作。,第1章 基础知识,1.1单片机简介,1.2数制及其转换,1.1 计算机发展与组成,1946-1958 第一代电子管计算机。磁鼓存储器，机器语言、汇编语言编程。世界上
4、第一台数字计算机ENIAC。,1.1.1 发展概况,1958-1964 第二代晶体管计算机。磁芯作主存储器,磁盘作外存储器，开始使用高级语言编程。,1964-1971 第三代集成电路计算机。使用半导体存储器，出现多终端计算机和计算机网络。,1971-第四代大规模集成电路计算机。出现微型计算机、单片微型计算机，外部设备多样化。,1981-第五代人工智能计算机。模拟人的智能和交流方式。,1946年由美国宾夕法尼亚大学研制 ENIAC（Electronic Numerical Integrator And calculator），运算速度 5000次/秒，功耗150kw/h，占地170m2,造价10
5、0万美元。,1.1.2 计算机发展趋势,微型化 便携式、低功耗巨型化 尖端科技领域的信息处理，需要超大容量、高速度智能化 模拟人类大脑思维和交流方式，多种处理能力系列化、标准化 便于各种计算机硬、软件兼容和升级网络化 网络计算机和信息高速公路多机系统 大型设备、生产流水线集中管理(独立控制、故障分散、资源共享),1.1.3 微型计算机组成结构,单片机简介,单片机即单片机微型计算机，是将计算机主机(CPU、内存和I/O接口)集成在一小块硅片上的微型机。,单片机开发系统有单片单板机和仿真器。实现单片机 应用系统的硬、软件开发。,单片机为工业测控而设计，又称微控制器。具有三高优势(集成度高、可靠性高
6、、性价比高)。主要应用于工业检测与控制、计算机外设、智能仪器仪表、通讯设备、家用电器等。特别适合于嵌入式微型机应用系统。,单片机发展概况,1976-1978 初级8位单片机 Intel MCS-48 系列1978-高档8位单片机 Intel MCS-51系列：-51子系列：8031/8051/8751-52子系列：8032/8052/8752低功耗型80C31高性能型80C252廉价型89C2051/1051,1983-16位单片机 Intel MCS-96 系列8098/8096、80C198/80C196,DSP32位单片机 ARM,1.1.4计算机主要技术指标,字长：CPU并行处理二进制
7、的数据位数 8位机、16位机、32位机和64位机。,内存容量：内存存储单元数 容量单位：1K=210=1024，1M=220=1KK 8K、64K、16M、64M。,运算速度：CPU处理速度时钟频率、主频、每秒运算次数 6MHz、12MHz、24MHz、100MHz、300MHz。,内存存取周期：内存读写速度 50nS、70nS、200nS。,1.2 计算机的数制及转换,一.十进制ND有十个数码09、逢十进一。十进制用于计算机输入输出，人机交互。二.二进制NB两个数码:0、1,逢二进一。二进制为机器中的数据形式。三.十六进制NH十六个数码:09,AF,逢十六进一。十六进制用于表示二进制数。不同
8、进位制数以下标或后缀区别,十进制数可不带下标。如:101、101D、101B、101H、101H,介绍计算机中数的表示方法和基本运算方法。,1-2-1 进位计数制,1.2 计算机的数制及转换,一.十进制ND符号集：09 规则：逢十进一。例 1234.5=1103+2102+3101+4100+510-1加权展开式以10称为基数，各位系数为09。一般表达式：ND=dn-110n-1+dn-210n-2+d0100+d-110-1+,1.2.1 进位计数制,1.2 计算机的数制及转换,二.二进制NB符号集：0、1 规则：逢二进一。例 1101.101=123+122+021+120+12-1+12
9、-3 加权展开式以2为基数，各位系数为0、1。一般表达式：NB=bn-12n-1+bn-22n-2+b020+b-12-1+,1.2.1 进位计数制,1.2 计算机所用数制及转换,三.十六进制NH符号集：09、AF 规则：逢十六进一。例：DFC.8=13162+15161+12160+816-1 展开式以十六为基数，各位系数为09，AF。一般表达式：NH=hn-116n-1+hn-216n-2+h0160+h-116-1+,1.2.1 进位计数制,1.2.2 不同进位计数制之间的转换,先展开，然后按照十进制运算法则求和。举例：1011.1010B=123+121+120+12-1+12-3=1
10、1.625DFC.8H=13162+15161+12160+816-1=3580.5,（一）二、十六进制数转换成十进制数,进位计数制的一般表达式：Nr=an-1rn-1+an-2rn-2+a1r1a0r0a-1r-1a-mr-m 一个r1进制的数转换成r2进制数的方法：先展开，然后按r2进制的运算法则求和计算。,1.2.2 不同进位计数制之间的转换,（二）二进制与十六进制数之间的转换24=16，四位二进制数对应一位十六进制数。举例：,3AF.2H=0011 1010 1111.0010=1110101111.001B 3 A F 21111101.11B=0111 1101.1100=7D.C
11、H 7 D C,（三）十进制数转换成二、十六进制数,整数、小数分别转换 1.整数转换法“除基取余”：十进制整数不断除以转换进制基数，直至商为0。每除一次取一个余数，从低位排向高位。举例：,1.39转换成二进制数39=100111B2 39 1（b0）2 19 1（b1）2 9 1（b2）2 4 0（b3）2 2 0（b4）2 1 1（b5）0,2.208转换成十六进制数 208=D0H16 208 余 016 13 余 13=DH 0,（三）十进制数转换成二、十六进制数,1.小数转换法“乘基取整”：用转换进制的基数乘以小数部分，直至小数为0或达到转换精度要求的位数。每乘一次取一次整数，从最高位
12、排到最低位。举例：,1.0.625转换成二进制数0.625 2 1.250 1(b-1)2 0.5 0 0(b-2)2 1.0 1(b-3)0.625=0.101B,2.0.625转换成十六进制数 0.625 16=10.0 0.625=0.AH3.208.625 转换成十六进制数208.625=D0.AH,1.2.2带符号数的表示方法,机器数：机器中数的表示形式，其位数通常为8的倍数 真值：机器数所代表的实际数值。举例:一个8位机器数与它的真值对应关系如下：真值：X1=+84=+1010100B X2=-84=-1010100B 机器数：X1机=01010100 X2机=11010100,机
13、器中，数的符号用“0”、“1”表示。最高位作符号位，“0”表示“+”，“1”表示“-”。,（一）机器数与真值,1.2.2带符号数的表示方法,最高位为符号位，0表示“+”，1表示“”。数值位与真值数值位相同。例 8位原码机器数：真值：x1=+1010100B x2=1010100B 机器数：x1原=01010100 x2原=11010100原码表示简单直观,但0的表示不唯一，加减运算复杂。,有符号数通常使用三种表示方法：,(二)原码(True Form),（三）补码（Twos Complement）,正数的补码表示与原码相同。负数补码的符号位为1，数值位等于求反加1。,例：求 8位补码机器数：x
14、=+4 x补=00000100 x=-4 10000100 x1111011 x补=11111100,补码表示的优点：0的表示唯一，加减运算方便。,数的补码与“模”有关“模”即计数系统的量程。,当X0，X补=模-X。,8位二进制数的模为：28=256当X0，X补=28-X=256-X=255-X+1=X反码+1 规则：求反加1，符号位不变。如：1000 1101B 其补码：1111 0010规定：0000 0000B 为0 1000 0000B 不是0，而是128,8位机器数表示的真值,1.2.2带符号数的表示方法,四.机器数与真值之间的转换,1)X1=+127，X2=-127，求X原、X补
15、X1原=X1补=01111111=7FH X2原=11111111=FFH X2补=10000001=81H 2)X1=+255，X2=-255，求X原、X补 X1原=X1补=0000000011111111=00FFH X2原=1000000011111111=80FFH X2补=1111111100000001=FF01H,1.真值机器数,1.2.3 二十进制编码BCD码,例：求十进制数876的BCD码876BCD=1000 0111 0110 876=36CH=11 0110 1100B,BCD码(Binary Coded Decimal)二进制代码表示的十进制数。,一.8421 BCD
16、码,二.BCD码运算,十进制调整：计算机实际按二进制法则计算，加入十进制调整操作，可计算BCD码。十进制调整方法：当计算结果有非BCD码或产生进位或借位，进行加6或减6调整。,例：计算BCD码 78+69=？0111 1000 78BCD+0110 1001+69BCD 1110 0001产生非BCD码和半进位+0110 0110+66H调整1 0100 0111 带进位结果：147,例：计算BCD码 38-29=？0011 1000 38BCD+1101 0111-29BCD 1 0000 1111 产生非BCD+1111 1010-06调整 1 0000 1001 结果无借位：9,1.2.4字符编码美国标准信息交换码ASCII码，用于计算机与计算机、计算机与外设之间传递信息。,学习要求：,上课记笔记独立完成作业认真做好实验学习方法：动手实践 Practice is a best way to learning.,
