《片機的基礎知識》PPT課件

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1、第一章第一章 單片機的基礎知識單片機的基礎知識本章總體要求：本章總體要求：了解單片機的概念、發展及應用范圍了解單片機的概念、發展及應用范圍 1掌握常用的進位計數制及各種數制的轉換方法掌握常用的進位計數制及各種數制的轉換方法2掌握原碼、補碼、反碼的表示方法及其相互轉換掌握原碼、補碼、反碼的表示方法及其相互轉換 34掌握掌握8421BCD碼的編碼規律及與十進制數的對應關系碼的編碼規律及與十進制數的對應關系 本章重點：本章重點：單片機的定義、特點單片機的定義、特點1常用的進位計數制及各種數制之間的轉換常用的進位計數制及各種數制之間的轉換2原碼、補碼和反碼的表示方法及相互轉換原碼、補碼和反碼的表示方法

2、及相互轉換38421BCD碼和碼和ASCII碼的表示碼的表示4本章難點：本章難點：不同進位計數制之間的轉換不同進位計數制之間的轉換1原碼、補碼和反碼的表示方法及相互轉換原碼、補碼和反碼的表示方法及相互轉換2微型計算機發展的兩個方向微型計算機發展的兩個方向通用型計算機系統通用型計算機系統-用于科學計算用于科學計算,信息處理信息處理 個人計算機個人計算機-PC-PC 工作站工作站-WS-WS 嵌入式計算機系統嵌入式計算機系統-用于系統內的控制用于系統內的控制 Embedded Computer System 以以應用應用為中心、以為中心、以計算機技術計算機技術為基礎、為基礎、軟硬件軟硬件可裁剪、可

3、裁剪、適應適應應用系統應用系統對功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴格要求對功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴格要求的專用計算機系統。的專用計算機系統?；咎卣骰咎卣鳎骸扒度肭度搿?、“專用專用”、“計算機系統計算機系統”理解理解：嵌入到應用系統的專用計算機嵌入到應用系統的專用計算機。應用面為特定用戶群系統應用面為特定用戶群系統 微型計算機微型計算機 系統中的系統系統中的系統嵌入式系統與單片機是什么關系？嵌入式系統與單片機是什么關系？C嵌入式系統定義嵌入式系統定義嵌入式系統的基本組成嵌入式系統的基本組成嵌入式系統與單片機是什么關系？嵌入式系統與單片機是什么關系？q嵌入式系統的核嵌入式系統的核心是為心

4、是為微處理器微處理器q嵌入式系統既需嵌入式系統既需要要硬件硬件又需要又需要軟件軟件支持支持q嵌入式系統的軟嵌入式系統的軟件需要件需要固化固化嵌入式微處理器的分類嵌入式微處理器的分類嵌入式系統與單片機是什么關系？嵌入式系統與單片機是什么關系？q又叫又叫單片機單片機，嵌入，嵌入式系統工業的主流式系統工業的主流q以某一種微處理器以某一種微處理器內核為核心，內核為核心，芯片內芯片內部部集成集成ROM/EPROMROM/EPROM、RAMRAM、總線、總線邏、總線、總線邏輯、定時輯、定時/計數器、計數器、WatchDogWatchDog、I/OI/O、串、串行口、脈寬調制輸出、行口、脈寬調制輸出、A/D

5、A/D、D/AD/A、Flash Flash RAMRAM、EEPROMEEPROM等各種等各種必要功能和外設必要功能和外設單片機發展概況單片機發展概況1.單片機的發展歷史單片機的發展歷史 第第1階段（階段（19741976）：初級單片機階段）：初級單片機階段第第2階段（階段（19761978）：低性能單片機階段）：低性能單片機階段第第3階段（階段（19781983）：高性能單片機階段）：高性能單片機階段第第4階段（階段（1983今）今）：單片機全面發展階段：單片機全面發展階段單片機的發展趨勢將是向著大容量、高性能化和小容量、低單片機的發展趨勢將是向著大容量、高性能化和小容量、低 價格化及外圍

6、電路內裝化等幾個方面發展。價格化及外圍電路內裝化等幾個方面發展。單片機的發展歷史單片機的發展歷史$0$5,000$10,000$15,000$20,000$25,000$30,000199819992000200120022003200420052006200732-Bit+16-Bit8-Bit4-Bit$MA單片機發展的最新動態單片機發展的最新動態嵌入式應用系統無處不在嵌入式應用系統無處不在嵌入式系統的應用與發展嵌入式系統的應用與發展消費電子消費電子嵌入式應用嵌入式應用信息家電信息家電智能玩具智能玩具軍事電子軍事電子通信設備通信設備移動存貯移動存貯工控設備工控設備智能儀表智能儀表汽車電子汽

7、車電子網絡設備網絡設備工業工業軍事國防軍事國防電子商務電子商務網絡網絡嵌入式應用步入數字時代嵌入式應用步入數字時代嵌入式系統的應用與發展嵌入式系統的應用與發展嵌入式產品擁有璀璨的明天嵌入式產品擁有璀璨的明天嵌入式系統的應用與發展嵌入式系統的應用與發展Source:Semico Research Corp 2002 05001,0001,5002,0002,5003,0003,5004,0004,5001998199920002001200220032004200520062007Millions of UnitsPC/WSEmbedded“后后PC時代時代”典型單片機的介紹典型單片機的介紹MC

8、S-51MCS-51，MCS-96MCS-96系列系列-INTEL,ATMEL,PHILIPS-INTEL,ATMEL,PHILIPS68HC05/0868HC05/08系列系列-FREESCALE(MOTOROLA)-FREESCALE(MOTOROLA)PIC16/18PIC16/18系列系列-MICROCHIP-MICROCHIPAVRAVR系列系列-ATMEL-ATMEL其它還有日本的其它還有日本的Renesas,Toshiba,Fujitsu,Renesas,Toshiba,Fujitsu,臺臺灣灣Sunplus(Sunplus(凌陽凌陽),HOLTEK(),HOLTEK(盛群盛群/

9、盛揚盛揚)等公司產等公司產品品國內常用八位單片機系列國內常用八位單片機系列 MCS-51單片機系列共有十幾種芯片：單片機系列共有十幾種芯片：型型 號號制造技術制造技術片內程序存儲器片內程序存儲器片內數據存儲器片內數據存儲器8051AHHMOSROM(4k)128字節字節8031AHHMOS無無128字節字節8751HHMOSEPROM（4K）128字節字節AT89C51/AT89S51CHMOSFLASHROM（4K）128字節字節80C31CHMOS無無128字節字節8052HMOSROM（8K）256字節字節8032HMOS無無256字節字節MCS51系列單片機系列單片機HMOS工藝工藝，

10、即，即高速度、高高速度、高密度、短溝道密度、短溝道MOS工藝工藝CHMOS工藝工藝，即，即互補金屬氧化物的互補金屬氧化物的HMOS工藝，具有工藝，具有CMOS低功耗的特點。低功耗的特點。一次性寫入一次性寫入紫外線擦除重復寫入紫外線擦除重復寫入片內帶閃速可編程電可擦除只片內帶閃速可編程電可擦除只讀存儲器讀存儲器MCS-51 單片機結構框圖單片機結構框圖8051單片機的基本組成單片機的基本組成微處理器微處理器（運算部件運算部件）控制部件控制部件B特殊功能特殊功能寄存器寄存器(SFR)數據存儲器數據存儲器P0口口P2口口程序存儲器程序存儲器P1口口P3口口串串行行口口定時定時/計數器計數器XTAL1

11、XTAL2ESPNEAALERESET中斷中斷系統系統VccVss8888EPROM/ROM單片機核心，完成單片機核心，完成運算和控制功能運算和控制功能存放程序、存放程序、原始數據或原始數據或表格表格使用低使用低128單元單元存放數據存放數據5個中斷源個中斷源全雙工全雙工的串行口，實現單片的串行口，實現單片機和外設的串行數據傳送機和外設的串行數據傳送實現數據或地址實現數據或地址的并行輸入的并行輸入/輸出輸出時鐘電時鐘電路引腳路引腳8051單片機的基本組成單片機的基本組成計算機中數的表示方法 計算機中的數制及其轉換計算機中的數制及其轉換 n-1n-2101mn-1n-2101m1.miii nK

12、RKRK RK RK RKRK R R（N）基數為基數為R，逢，逢R進進1。位權為。位權為Ri，個位、十位、，個位、十位、百位上面的位權分別為百位上面的位權分別為R0、R1和和R2。其中：其中：m、n為正整數，為正整數，n代表整數部分的位數；代表整數部分的位數；m代表小代表小數部分的位數；數部分的位數；代表代表R進制中的任一個數碼，進制中的任一個數碼，0R-1。常用的數制表示有十進制計數，二進制計數，八進制和十常用的數制表示有十進制計數，二進制計數，八進制和十六進制計數方法。六進制計數方法。（1）十進制數）十進制數數值部分用數值部分用0，1，2，3，45，6，7，8，9這十個不同的這十個不同的

13、數碼來表示；十進制數中的數碼來表示；十進制數中的“l0”稱為基數，采用稱為基數，采用“逢十進一逢十進一”的原則。的原則。101(N)10miii nK 例例：21012143.121 104 103 101 102 10 （2）二進制數）二進制數二進制數中二進制數中R2，取取0或或1，進位規律為，進位規律為“逢逢2進進1”。任一個二進制數任一個二進制數N可表示為：可表示為：n-1n-2101mn-1n-2101m22.222.2KKKKKK 2（N）32101231001.1011 20 20 21 21 20 21 2 2（）例：例：（3）八進制數）八進制數八進制八進制R8，可取可取07共共

14、8個數碼中的任意個數碼中的任意1個，進位規個，進位規律為律為“逢逢8進進1”。任意一個八進制數。任意一個八進制數N可以表示為：可以表示為：n-1n-2101mn-1n-2101m88.888.8KKKKKK 8（N）例：例：21012246.122 84 86 81 82 8 8（）（4）十六進制數）十六進制數十六進制十六進制16，可取可取015共共16個數碼中的任一個，個數碼中的任一個，1015分別用分別用A、B、C、D、E、F表示，進位規律為表示，進位規律為“逢逢16進進1”。任意一個十六進制數可表示為：任意一個十六進制數可表示為：n-1n-2101mn-1n-2101m1616.1616

15、16.16KKKKKK16（N）例：例：為避免混淆，除用的方法區分不同進制數外，還常用數字為避免混淆，除用的方法區分不同進制數外，還常用數字后加字母作為標注。其中字母后加字母作為標注。其中字母B(Binary)表示二進制數；字母表示二進制數；字母Q（Octal的縮寫為字母的縮寫為字母O，為區別數字，為區別數字0故寫成故寫成Q）表示八進）表示八進制數；字母制數；字母D(Decimal)或不加字母表示十進制數；字母或不加字母表示十進制數；字母H(Hexadecimal)表示十六進制數。下面給出了以上表示十六進制數。下面給出了以上3種進制數種進制數與十進制數的對應關系。與十進制數的對應關系。表12二

16、、八、十、十六進制數碼對應表 3不同數制間的轉換不同數制間的轉換（1）各種進制數轉換成十進制數）各種進制數轉換成十進制數各種進制數轉換成十進制數的方法是各種進制數轉換成十進制數的方法是:將各進制數先按權將各進制數先按權展成多項式展成多項式,再利用十進制運算法則求和再利用十進制運算法則求和,即可得到該數對應即可得到該數對應的十進制數。的十進制數?！纠纠?.5】：將數，轉換為十進制數?！浚簩?，轉換為十進制數。解：解：32101231001.101B 1 20 20 2 1 2 1 20 21 28+1+0.5+0.125 9.625 21012246.12Q2 84 86 81 82 8128

17、+32+6+0.125+0.03125166.15625 321012D07.AH2 1613 160 167 1610 168192+3328+7+0.62511527.625 （2）十進制數轉換為二、八、十六進制數）十進制數轉換為二、八、十六進制數任一十進制數任一十進制數N轉換成轉換成q進制數進制數,先將整數部分與先將整數部分與小數部分分為兩部分小數部分分為兩部分,并分別進行轉換并分別進行轉換,然后再用小數然后再用小數點將這兩部分連接起來。點將這兩部分連接起來。1)整數部分轉換整數部分轉換第第1步：用去除步：用去除N的整數部分，得到商和余數，的整數部分，得到商和余數，記余數為進制整數的最低

18、位數碼記余數為進制整數的最低位數碼K0；第第2步：再用去除得到的商，求出新的商和余數，步：再用去除得到的商，求出新的商和余數，余數又作為余數又作為q進制整數的次低位數碼進制整數的次低位數碼K1；第第3步：再用步：再用q去除得到的新商，再求出相應的商去除得到的新商，再求出相應的商和余數，余數作為和余數，余數作為q進制整數的下一位數碼進制整數的下一位數碼；第第4步：重復第步：重復第3步，直至商為零，整數轉換結束。步，直至商為零，整數轉換結束。此時，余數作為轉換后此時，余數作為轉換后q進制整數的最高位數碼進制整數的最高位數碼。例：求十進制數例：求十進制數168所對應的二、八、十六進制數。所對應的二、

19、八、十六進制數。2)小數部分轉換小數部分轉換小數部分轉換步驟為：小數部分轉換步驟為：第第1步：用步：用q去乘去乘N的純小數部分，記下乘積的整數部分，作的純小數部分，記下乘積的整數部分，作為為q進制小數的第進制小數的第1個數碼個數碼；第第2步：再用步：再用q去乘上次積的純小數部分，得到新乘積的整去乘上次積的純小數部分，得到新乘積的整數部分，記為數部分，記為q進制小數的次位數碼進制小數的次位數碼2；第第3步：重復第步：重復第2步，直至乘積的小數部分為零，或者達到所步，直至乘積的小數部分為零，或者達到所需要的精度位數為止。此時，乘積的整數位作為需要的精度位數為止。此時，乘積的整數位作為q進制小數位進

20、制小數位的數碼的數碼。例：將轉換成二、八、十六進制數例：將轉換成二、八、十六進制數(用小數點后用小數點后5位表示位表示)。例：將轉換為二、八、十六進制數。由上例可得例：將轉換為二、八、十六進制數。由上例可得解：168.686A8.AF9DBH 從以上例子可以看出，二進制表示的數愈精確，所需的數從以上例子可以看出，二進制表示的數愈精確，所需的數位就愈多，這樣，不利于書寫和記憶，而且容易出錯。另外，位就愈多，這樣，不利于書寫和記憶，而且容易出錯。另外，若用同樣數位表示數，則八、十六進制數所表示數的精度較若用同樣數位表示數，則八、十六進制數所表示數的精度較高。所以在匯編語言編程中常用八進制或十六進制

21、數作為二高。所以在匯編語言編程中常用八進制或十六進制數作為二進制數的縮碼來書寫和記憶二進制數，便于人機信息交換。進制數的縮碼來書寫和記憶二進制數，便于人機信息交換。在在MCS-51系列單片機編程中，通常采用十六進制數。系列單片機編程中，通常采用十六進制數。（3）二進制數與八進制數之間的相互轉換）二進制數與八進制數之間的相互轉換由于由于238，故可采用，故可采用“合合3為為1”的原則，即從小數點開始的原則，即從小數點開始分別向左、右兩邊各以分別向左、右兩邊各以3位為位為1組進行二八換算；若不足組進行二八換算；若不足3位的以位的以0補足，便可將二進制數轉換為八進制數。反之，補足，便可將二進制數轉換

22、為八進制數。反之，采用采用“1分為分為3”的原則將位八進制數轉換為位二進制的原則將位八進制數轉換為位二進制數；轉換后二進制數首尾處的可舍去。數；轉換后二進制數首尾處的可舍去。例將轉換為八進制數。例將轉換為八進制數。解：根據解：根據“合合3為為1”和不足和不足3位以位以0補足的原則，將此二進補足的原則，將此二進制數書寫為：制數書寫為：001 111 011 小數點小數點 010 100 1 7 3 小數點小數點 2 4 因此，其結果為。因此，其結果為。例將轉換成二進制數。例將轉換成二進制數。解：根據解：根據“1分為分為3”的原則，可將該十進制數書寫為：的原則，可將該十進制數書寫為：1 3 5 7

23、 小數點小數點 2 6 001 011 101 111 小數點小數點 010 100 110其結果為。其結果為。（4）二進制數與十六進制數之間的相互轉換）二進制數與十六進制數之間的相互轉換 由于由于24=16，故可采用，故可采用“合合4為為1”的原則，從小數點開始分別向左、的原則，從小數點開始分別向左、右兩邊各以右兩邊各以4位為位為1組進行二組進行二十六換算；若不足十六換算；若不足4位以位以0補足，便可補足，便可將二進制數轉換為十六進制數。將二進制數轉換為十六進制數。例：將轉換成十六進制數。例：將轉換成十六進制數。解：根據解：根據“合合4為為1”的原則，可將該二進制數書寫為：的原則，可將該二進

24、制數書寫為：0001 1010 0010 1011 小數點小數點 0011 1100 1 A 2 B 小數點小數點 3 C其結果為。其結果為。反之，采用反之，采用“1分為分為4”的原則，每位十六進制數用的原則，每位十六進制數用4位二進制數表位二進制數表示，便可將十六進制數轉換為二進制數。示，便可將十六進制數轉換為二進制數。例：將轉換成二進制數。例：將轉換成二進制數。解：根據解：根據“1分為分為4”的原則，可將該十六進制數書寫為：的原則，可將該十六進制數書寫為：4 D 5 E 小數點小數點 6 F 0100 1101 0101 1110 小數點小數點 0110 1111其結果為。其結果為。計算機

25、中數的表示方法計算機中數的表示方法1機器數與真值機器數與真值 在前面小節中討論的二進制數運算均為無符號數運算，但實在前面小節中討論的二進制數運算均為無符號數運算，但實際的數值是帶有符號的。既可能是正數，用際的數值是帶有符號的。既可能是正數，用“”號表示；也號表示；也可能是負數，用可能是負數，用“”號表示。運算的結果也可能是正數，也號表示。運算的結果也可能是正數，也可能是負數。于是在計算機中就存在著如何表示正、負數的問可能是負數。于是在計算機中就存在著如何表示正、負數的問題。題。由于計算機只能識別由于計算機只能識別0和和1，因此，在計算機中通常把一個二，因此，在計算機中通常把一個二進制數的最高位

26、作為符號位，以表示數值的正與負（若用進制數的最高位作為符號位，以表示數值的正與負（若用8位表位表示一個數，則示一個數，則D7位為符號位；若用位為符號位；若用16位表示一個數，則位表示一個數，則D15位位為符號位），并用為符號位），并用0表示表示“”；用；用1表示表示“”。例如：。例如：N11011，N21011在計算機中用在計算機中用8位二進制數的表示如下：位二進制數的表示如下：2原碼、補碼與反碼原碼、補碼與反碼（1）原碼）原碼 正數的符號位用正數的符號位用0表示，負數的符號位用表示，負數的符號位用1表示，表示，數值部分用真值的絕對值來表示的二進制機器數稱之為原碼，數值部分用真值的絕對值來表示

27、的二進制機器數稱之為原碼，用用X原表示。例如：原表示。例如：115和和115在計算機中（設機器在計算機中（設機器字長為字長為8位位)，其原碼可分別表示為：，其原碼可分別表示為：115原原01110011B；115原原11110011B。若真值為零，則零的原碼有兩種表示：若真值為零，則零的原碼有兩種表示：0原原00000000；0原原10000000。8位二進制數的原碼能表示的范圍為位二進制數的原碼能表示的范圍為-127127。（2）反碼）反碼 正數的反碼與原碼表示形式相同，負數的反碼的正數的反碼與原碼表示形式相同，負數的反碼的符號位為符號位為1，數值位按位取反。零的反碼有兩種表示形式：，數值位

28、按位取反。零的反碼有兩種表示形式：0反反00000000；0反反11111111。8位二進制數的反碼能表示的范圍為位二進制數的反碼能表示的范圍為127127。例：真值例：真值X1=+1000101，X2=-1010101，求兩數的反碼。，求兩數的反碼。解：解：X1反反01000101；X2反反=10101010 (3)補碼補碼定義：正數的補碼等于原碼，負數的補碼其最高位定義：正數的補碼等于原碼，負數的補碼其最高位為為“1”，數值等于反碼數值位低位加，數值等于反碼數值位低位加“1”。例如：求例如：求x=+01010000B和和y=-0101000B的補碼。的補碼。X原原=X反反X補補y原原10101000B；y反反11010111B;y補補11011000B