1、單片機(jī)原理與控制技術(shù) 第2版,教 材 及 參 考 書張志良主編,單片機(jī)原理與控制技術(shù)(第2版）—機(jī)械工業(yè)出版社李群芳編著,單片微型計(jì)算機(jī)與接口技術(shù)—電子工業(yè)出片社張俊謨編著,單片機(jī)教程習(xí)題與解答—北京航空航天大學(xué)出版社 李朝青編著,單片機(jī)原理及接口技術(shù)--北京航空航天大學(xué)出版社,參 考 網(wǎng) 址www.mcu51.comwww.mcustudy.comwww.zlgmcu.com 周立功單片機(jī)www.chnsoft.net

2、 單片機(jī)學(xué)習(xí)網(wǎng)站,有關(guān)本課程學(xué)習(xí)的幾點(diǎn)建議,本課程是一門實(shí)踐性、應(yīng)用性很強(qiáng)的學(xué)科僅僅聽懂還不夠,重在培養(yǎng)動(dòng)手能力,硬件/軟件同樣重要、不可偏廢 硬件是骨架，軟件是皮肉器臟及思想,本課程的前期基礎(chǔ)課程是數(shù)字電路與微機(jī)原理這方面知識(shí)掌握得不夠好的請(qǐng)自己補(bǔ)上,,預(yù)習(xí)、聽課、復(fù)習(xí)、作業(yè)、實(shí)驗(yàn)環(huán)環(huán)都重要用科學(xué)的方法學(xué)習(xí),第1章 微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)基本知識(shí),本章要點(diǎn)： 微型計(jì)算機(jī)和單片機(jī)的發(fā)展概況 單片機(jī)系統(tǒng)

3、組成概述(CPU、總線、存儲(chǔ)器和I/O口等) 二進(jìn)制、十進(jìn)制和十六進(jìn)制數(shù)(數(shù)制轉(zhuǎn)換和運(yùn)算) 計(jì)算機(jī)中數(shù)的表示(原碼、反碼和補(bǔ)碼) 單片機(jī)常用編碼(BCD碼、ASCII碼),第1章 微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)基本知識(shí),微型計(jì)算機(jī)具有體積小，功耗低重量輕，價(jià)格低，可靠性高，開發(fā)使用簡(jiǎn)便等一系列優(yōu)點(diǎn)，自問世以來(lái)得到了非常廣泛的應(yīng)用。,§1-1 概述1.1.1 微型計(jì)算機(jī),微處理器加上同樣采用大規(guī)模集成電路制成

4、的用于存儲(chǔ)程序和數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)器，以及與輸入輸出設(shè)備相銜接的輸入輸出接口電路就構(gòu)成了微型計(jì)算機(jī)(Microcomputer),什么是單片機(jī)?,如果將微處理器、存儲(chǔ)器和輸入輸出接口電路集成在一塊集成電路芯片上，稱為單片微型計(jì)算機(jī)，簡(jiǎn)稱單片機(jī)。,1.1.2 微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展概況,1、PC機(jī)： PC機(jī)系統(tǒng)全力實(shí)現(xiàn)海量高速數(shù)據(jù)處理，兼顧控制功能。,2、單片機(jī)：?jiǎn)纹瑱C(jī)系統(tǒng)全力滿足測(cè)控對(duì)象的測(cè)控功能，兼顧數(shù)據(jù)處理能力。,形成兩大分支：,組成： C

5、PU(進(jìn)行運(yùn)算、控制) RAM(數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器) I/O口(串口、并口等) ROM(程序存儲(chǔ)器) PC機(jī)： 上述部件以芯片形式安裝在主板上。 單片機(jī)：上述部件被集成到單芯片中。,通用PC包括：鍵盤、顯示器、鼠標(biāo)、硬/軟/光驅(qū)、音箱、打印機(jī)、掃描儀…等外設(shè)。單片機(jī)則只是一片集成電路。（……100、48、40、32、28、20、16、8條引腳）。,單片機(jī)與PC機(jī)之異同（1）,功能：PC機(jī)： 數(shù)據(jù)運(yùn)算、采集、處理、存儲(chǔ)、

6、傳輸；單片機(jī)：控制（或受控于）外設(shè)。,通用計(jì)算機(jī)擅長(zhǎng)于數(shù)據(jù)運(yùn)算、采集、處理、存儲(chǔ)和傳輸； 單片機(jī)的專長(zhǎng)則是測(cè)控，往往嵌入某個(gè)儀器/設(shè)備/系統(tǒng)中，使其達(dá)到智能化的效果。,單片機(jī)與PC機(jī)之異同（2）,應(yīng)用特點(diǎn)：個(gè)人計(jì)算機(jī)（微機(jī)）：,體積大，功耗大，價(jià)格高，用途較固定，屬通用計(jì)算機(jī)。易于學(xué)習(xí)掌握和使用，但用于控制時(shí)必須制作或購(gòu)買專用的接口卡，并編制專門的應(yīng)用軟件。,單片機(jī)：,體積小，功耗小，價(jià)格低，用途靈活，無(wú)處不在，屬專用計(jì)算機(jī)

7、。是一種特殊器件，需經(jīng)過(guò)專門學(xué)習(xí)方能掌握應(yīng)用，應(yīng)用中要設(shè)計(jì)專業(yè)的硬件和軟件。,單片機(jī)與PC機(jī)之異同（3）,1.1.3 單片機(jī)的發(fā)展概況,可分為四個(gè)階段:,目前，應(yīng)用廣泛的主流機(jī)型是80C51系列8位單片機(jī)。,第一階段：?jiǎn)纹瑱C(jī)探索階段。,第二階段：?jiǎn)纹瑱C(jī)完善階段。,第三階段：8位機(jī)和16位機(jī)爭(zhēng)艷階段，也是 單片機(jī)向微控制器發(fā)展的階段。,第四階段：微控制器全面發(fā)展階段。,80C51優(yōu)點(diǎn)：,①性能價(jià)格比高；,②開發(fā)裝置多；

8、,③國(guó)內(nèi)技術(shù)人員熟悉；,④芯片功能夠用適用；,⑤有眾多芯片制造廠商加盟，可廣泛選擇。,1.1.4 80C51系列單片機(jī),1.1.5 單片機(jī)的特點(diǎn)和應(yīng)用,⑴ 有優(yōu)異的性能價(jià)格比。,⑵ 集成度高，體積小，可靠性好。,⑶ 控制能力強(qiáng)。,⑷ 低功耗,低電壓,便于生產(chǎn)便攜式產(chǎn)品。,⑸ 易擴(kuò)展。,1、單片機(jī)特點(diǎn),2、單片機(jī)的應(yīng)用,⑴ 智能化家用電器。,⑵ 辦公自動(dòng)化設(shè)備。,⑶ 商業(yè)營(yíng)銷設(shè)備。,⑷ 工業(yè)自動(dòng)化控制。,⑹ 智能化通信產(chǎn)品。,⑸ 智能

9、化儀表。,⑺ 汽車電子產(chǎn)品。,⑻ 航空航天系統(tǒng)和國(guó)防軍事、尖端武器等。,1.1.6 單片機(jī)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì),⑴ 8位單片機(jī)仍然是主流機(jī)型；,⑵ 全盤CMOS化趨勢(shì)；,⑶ OTP ROM(PROM)/Flash ROM成為ROM供應(yīng)主流狀態(tài)；,⑷ 推行串行擴(kuò)展總線 ；,⑸ RISC體系結(jié)構(gòu)大發(fā)展；,⑹ 實(shí)現(xiàn)全面低功耗管理 ；,⑺ 根據(jù)不同需求發(fā)展個(gè)性化單片機(jī) ；,⑻ 大力發(fā)展專用型單片機(jī)；,⑼ 在單片機(jī)中嵌入駐機(jī)軟件；,§1-2

10、 單片機(jī)系統(tǒng)的組成,組成單片機(jī)系統(tǒng)的物理實(shí)體；,有兩大部分組成:,對(duì)硬件使用和管理的程序。,⑴ 硬件：,⑵ 軟件：,硬件結(jié)構(gòu)框圖,1.2.1 微處理器 ⑴ 寄存器陣列：通用寄存器，專用寄存器； ⑵ 運(yùn)算器：累加器A，暫存寄存器TMP，標(biāo)志寄存器F，算術(shù)邏輯單元ALU；

11、 ⑶ 控制器：程序計(jì)數(shù)器PC，指令寄存器IR，

12、指令譯碼器ID，定時(shí)和控制邏輯電路。,,1.2.2 總線： 用于傳送信息的公共途徑。 總線分為： ⑴ 數(shù)據(jù)總線 DB (Data Bus) ⑵ 地址總線 AB (Address Bus) ⑶ 控制總線 CB (Control Bus),,1.2.3 存儲(chǔ)器： 作用：存放程序和數(shù)據(jù) 1. 存儲(chǔ)器分類 RAM 特點(diǎn)：讀寫速度快，

13、可隨機(jī)寫入或讀出，讀寫方便； 電源斷電后，存儲(chǔ)信息丟失。 作用：存放各種數(shù)據(jù)。 ROM 特點(diǎn)：信息寫入后，能長(zhǎng)期保存，不會(huì)因斷電而丟失。 作用：存放固定程序和數(shù)據(jù)。 ROM分類： ① MaskROM（掩膜ROM） ② OTPROM（One Time Programmable ROM） ③ EPROM（Ultra-Viol

14、et Erasable Programmable ROM） ④ E2PROM（Electrically EPROM） ⑤ Flash ROM,2. 存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu) ① 存儲(chǔ)體； ② 地址譯碼器 ； ③ 控制電路：片選控制、讀/寫控制和 帶三態(tài)門的輸入/輸出緩沖電路。,,,3.存儲(chǔ)器的讀操作,4.存儲(chǔ)器的寫操作,,例如，若要將數(shù)據(jù)ABH寫入存儲(chǔ)器地址為C

15、DH的存儲(chǔ)單元中，其簡(jiǎn)化過(guò)程如下： CPU將地址碼CDH送到地址總線上，經(jīng)存儲(chǔ)器地址譯碼器選通地址為CDH的存儲(chǔ)單元； CPU將數(shù)據(jù)ABH送到數(shù)據(jù)總線上； CPU發(fā)出“寫”信號(hào)，存儲(chǔ)器讀／寫控制開關(guān)將數(shù)據(jù)傳送方向撥向“寫”； 存儲(chǔ)器將數(shù)據(jù)總線上的數(shù)據(jù)ABH送人已被選中的地址為CDH的存儲(chǔ)單元中。 對(duì)存儲(chǔ)單元的寫操作，改變或刷新了其原來(lái)的內(nèi)容，俗稱“沖”掉了原來(lái)的內(nèi)容。,,,5.堆棧： 暫時(shí)存放子程序斷口地址

16、、中斷斷口地址和其他需要保存的數(shù)據(jù)。 棧底地址可在CPU復(fù)位后的初始化程序中設(shè)置。圖中設(shè)為60H，需要存入的數(shù)據(jù)依次存人。 堆棧指針SP指出棧頂存儲(chǔ)單元的地址。堆棧操作無(wú)論是存入或取出數(shù)據(jù)，均只能依次存入或依次取出，不能越位，必須遵循、“先進(jìn)后出、后進(jìn)先出”的原則。,64H棧頂63H62H61H60H 棧底,SP,,,,,,1.2.4 輸入/輸出設(shè)備及其接口電路 ⑴ 輸入設(shè)備； ⑵ 輸出設(shè)備；

17、 ⑶ I/O接口電路。 輸入輸出設(shè)備一般不能與CPU直接相連，而是通過(guò)某種電路完成尋址、數(shù)據(jù)緩沖、輸入輸出控制、功率驅(qū)動(dòng)、A/D、D/A等功能，這種電路稱為I/O接口電路。例如：8255、0809、0832等等。,1.2.5 軟件,單片機(jī)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言可分為三類： ⑴ 機(jī)器語(yǔ)言 ⑵ 匯編語(yǔ)言 ⑶ 高級(jí)語(yǔ)言本書介紹的MCS-51型單片機(jī)使用匯編語(yǔ)言。,§1-3 計(jì)算機(jī)中數(shù)的表示方法及運(yùn)算,引言:● 十

18、進(jìn)制數(shù)是人們習(xí)慣使用的進(jìn)制?！?計(jì)算機(jī)只能“識(shí)別”二進(jìn)制數(shù)。● 為了書寫和識(shí)讀方便，計(jì)算機(jī)程序需要用十六進(jìn)制數(shù)表示?！?十進(jìn)制數(shù)、二進(jìn)制數(shù)、十六進(jìn)制數(shù)之間的關(guān)系、相互轉(zhuǎn)換和 運(yùn)算方法，是學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)必備的基礎(chǔ)知識(shí)。,一、二進(jìn)制、十進(jìn)制和十六進(jìn)制數(shù),⒈ 十進(jìn)制數(shù) 主要特點(diǎn)： ① 基數(shù)是10。有10個(gè)數(shù)碼（數(shù)符）構(gòu)成： 0、1、2、3、4、5、6、7、8、9。 ② 進(jìn)位規(guī)則是“逢

19、十進(jìn)一”。,【例】 1234.56= 1×103+2×102+3×101+4×100+5×10-1+6×10-2= 1000+200+30+4+0.5+0.06 上述，103、102、101、100、10-1、10-2 稱為十進(jìn)制數(shù)各數(shù)位的 “ 權(quán) ” 。,⒉ 二進(jìn)制數(shù) 主要特點(diǎn)： ① 基數(shù)是2。只有兩個(gè)數(shù)碼：0 和 1。 ②

20、進(jìn)位規(guī)則是“逢二進(jìn)一”。 每左移一位,數(shù)值增大一倍；右移一位,數(shù)值減小一半。 二進(jìn)制數(shù)用尾綴B作為標(biāo)識(shí)符?！纠?111.11B= 1×22 +1×21 +1×20 +1×2-1+1×2-2= 7.75 其中，22、21、20、2-1、2-2 稱為二進(jìn)制數(shù)各數(shù)位的“ 權(quán) ”,⒊ 十六進(jìn)制數(shù) 主要特點(diǎn)： ① 基數(shù)是16。共有16

21、個(gè)數(shù)符構(gòu)成： 0、1、…、9、A、B、C、D、E、F。其中， A、B、C、D、E、F 代表的數(shù)值分別為 10、11、12、13、14、15。 ② 進(jìn)位規(guī)則是“逢十六進(jìn)一”。 十六進(jìn)制數(shù)用尾綴H表示?！纠緼3.4H = 10×161+3×160+4×16-1 = 160+3+0.25 = 163.25 其中，163、162、1

22、61、160、16-1、16-2 稱為十六進(jìn)制數(shù)各數(shù)位的“權(quán)”。,十六進(jìn)制數(shù)、二進(jìn)制數(shù)和十進(jìn)制數(shù)對(duì)應(yīng)關(guān)系表,二、數(shù)制轉(zhuǎn)換⒈ 二進(jìn)制數(shù)與十六進(jìn)制數(shù)相互轉(zhuǎn)換 ⑴ 二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成十六進(jìn)制數(shù) ① 整數(shù)部分： 自右向左，四位一組，不足四位，向左填零，各部分用相應(yīng)的十六進(jìn)制數(shù)替代； ② 小數(shù)部分： 自左向右，四位一組，不足四位，向右填零，各部分用相應(yīng)的十六進(jìn)制數(shù)替代；,⑵ 十六進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)每

23、位十六進(jìn)制數(shù)分別用相應(yīng)4位二進(jìn)制數(shù)替代。,② 十進(jìn)制數(shù)整數(shù)轉(zhuǎn)換成十六進(jìn)制數(shù)的方法：除16取余法,⒊ 十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)、十六進(jìn)制數(shù),① 十進(jìn)制小數(shù)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制小數(shù)的方法：乘2取整法,⑴ 整數(shù)部分的轉(zhuǎn)換,① 十進(jìn)制整數(shù)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制整數(shù)的方法： 除2取余法,⑵ 小數(shù)部分的轉(zhuǎn)換,② 十進(jìn)制小數(shù)轉(zhuǎn)換成十六進(jìn)制小數(shù)的方法：乘16取整法,三、二進(jìn)制數(shù)和十六進(jìn)制數(shù)運(yùn)算,【例】00110101B

24、+10011100B,,⒈ 二進(jìn)制數(shù)加法運(yùn)算,規(guī)則：0 + 0 = 0，0 + 1 = 1 + 0 = 1， 1 + 1 = 0（向高位進(jìn)1）。,11010001B,【例】10110101B-10011100B,,規(guī)則：0 – 0 = 0，1 – 0 = 0，1 – 1 = 0， 0 – 1 = 1（向高位借1）。,⒉ 二進(jìn)制數(shù)減法運(yùn)算,00011001B,1101,,,⒊ 二進(jìn)

25、制數(shù)乘法運(yùn)算,規(guī)則：0×0=0，1×0=0×1=0，1×1=1。,【例】 1101B × 1001B,1110101B,+ 1101,⒋ 二進(jìn)制數(shù)除法運(yùn)算,規(guī)則：0÷0=0，0÷1=0，1÷1=1。,,⒌ 二進(jìn)制數(shù)“與”運(yùn)算,規(guī)則：0 ∧ 0 = 0，1 ∧ 0 = 0， 1 ∧ 0 = 0，1 ∧ 1 = 1。,規(guī)

26、則： 0 ∨ 0 = 0，1 ∨ 0 = 0， 1 ∨ 1 = 0，0 ∨ 1 = 1。,⒍ 二進(jìn)制數(shù)“或”運(yùn)算,⒎ 二進(jìn)制數(shù)“異或”運(yùn)算,規(guī)則：0⊕0 = 0，0⊕1 = 1， 1⊕0 = 1，1⊕1 = 0。,8. 十六進(jìn)制數(shù)運(yùn)算,先將十六進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)，然后根據(jù)二進(jìn)制運(yùn)算法則進(jìn)行運(yùn)算，再轉(zhuǎn)換成十六進(jìn)制數(shù)。,四、原碼、反碼和補(bǔ)碼,數(shù)的正負(fù)表示形式： D7=1 表

27、示負(fù)數(shù)，D7=0 表示正數(shù)。D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 符號(hào)位 數(shù)值位,[X]反 =[X]原數(shù)值位取反，符號(hào)位不變。,在計(jì)算機(jī)中，機(jī)器數(shù)有三種表示方法：即原碼、反碼和補(bǔ)碼。,采取補(bǔ)碼運(yùn)算，可以將減法轉(zhuǎn)換成加法運(yùn)算。,① 對(duì)于正數(shù)：,[X]原 =[X]反 =[X]補(bǔ),② 對(duì)于負(fù)數(shù)：,[X]補(bǔ) =[X]反 + 1,原碼、反碼和補(bǔ)碼對(duì)應(yīng)關(guān)系表,§1-4 常用編

28、碼,8421 BCD碼稱為二-十進(jìn)制數(shù)或簡(jiǎn)稱BCD碼 (Binary Coded Decimal Code)，用標(biāo)識(shí)符[……]BCD表示。,特點(diǎn)：保留了十進(jìn)制的權(quán)，每一位十進(jìn)制數(shù)字則用二進(jìn)制碼表示。,一、8421 BCD碼,⒈ 編碼方法 二-十進(jìn)制數(shù)是十進(jìn)制數(shù)，逢十進(jìn)一，只是數(shù)符0～9用4位二進(jìn)制碼 0000 ～ 1001 表示而已； 每4位以內(nèi)按二進(jìn)制進(jìn)位；　 4位與4位之間按十進(jìn)制進(jìn)位。 ⒉ 轉(zhuǎn)換關(guān)系 ⑴ BC

29、D碼與十進(jìn)制數(shù)相互轉(zhuǎn)換關(guān)系 ⑵ BCD碼與二進(jìn)制數(shù)相互轉(zhuǎn)換關(guān)系 BCD碼與二進(jìn)制數(shù)之間不能直接相互轉(zhuǎn)換，通常要先轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制數(shù)。,【例】將二進(jìn)制數(shù)01000011B轉(zhuǎn)換成BCD碼。,解：01000011B= 67= [0110 0111]BCD,需要指出的是: 決不能把[01100111]BCD誤認(rèn)為二進(jìn)制碼01100111B，二進(jìn)制碼01100111B的值為103，而[01100111]BCD 的值為67，顯然

30、兩者是不一樣的。,⒊ BCD碼運(yùn)算,BCD碼用4位二進(jìn)制數(shù)表示，但4位二進(jìn)制數(shù)最多可表示16種狀態(tài)，余下6種狀態(tài)，1010～1111在BCD編碼中稱為非法碼或冗余碼。在BCD碼的運(yùn)算中將會(huì)出現(xiàn)冗余碼，需要作某些修正，才能得到正確的結(jié)果。,若相加后的低4位（或高4位）二進(jìn)制數(shù)大于9，或大于15（即低4位或高4位的最高位有進(jìn)位），則應(yīng)對(duì)低4位（或高4位）加6修正。,修正方法：,二、ASCII碼,用二進(jìn)制編碼表示各種字母和符號(hào)ASCII碼（