1、【单片机知识】第1章-概述第第1章章 概概 述述 1.1 数制与编码数制与编码 在计算机中，任何命令和信息都是以在计算机中，任何命令和信息都是以二进制数据的形式存储的。计算机所执行的二进制数据的形式存储的。计算机所执行的全部操作都归结为对数据的处理和加工。全部操作都归结为对数据的处理和加工。1.二进制数二进制数 二进制数只有两个数字符号：二进制数只有两个数字符号：0和和1。计。计数时按数时按“逢二进一逢二进一”的原则进行计数。也的原则进行计数。也称其基数为二。称其基数为二。根据位权表示法，每一位二进制数在其根据位权表示法，每一位二进制数在其不同位置表示不同的值。不同位置表示不同的值。对于任何二
2、进制数，可按位权求和展开。对于任何二进制数，可按位权求和展开。对于对于8位二进制数（位二进制数（D0D7）,各位所对应的各位所对应的值为：值为：二进制小数：二进制小数：2726252423222120D7D6D5D4D3D2D1D01286432168421.2-1.2-2.2-3.2-4.2-5.2-6.2-7.2-80.50.250.1250.06250.03125十进制：十进制：01 23456789二进制：二进制：0 1 10 11 100 101 110 111 1000 1001进进1(由由1位变成位变成2位位)进进1(由由2位变成位变成3位位)进进1(由由3位变成位变成4位位)二
3、进制数按位权求和展开二进制数按位权求和展开：020120121020121120122021020122021120122121020122121120123022021020123022021120 在计算机中，二进制数的每一位是数在计算机中，二进制数的每一位是数据存储的最小单位。将据存储的最小单位。将8位二进制数位二进制数称为一称为一个个字节字节（B），数据在计算机中都是按字节），数据在计算机中都是按字节来储存的。来储存的。字节（字节（B）是计算机存储信息的）是计算机存储信息的基本数据单位基本数据单位。2.十六进制数十六进制数 计算机在计算机在输入输出输入输出或或书写书写时，可采用十六时，
4、可采用十六进制数表示相应的二进制数。进制数表示相应的二进制数。十六进制数有十六个数字符号：十六进制数有十六个数字符号：0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 A B C D E F 计数原则是逢计数原则是逢“十六进一十六进一”，也称其基，也称其基数为十六。数为十六。例例:(11)16=(17)10 (1BE)16=1162+11161+14160=(446)10 3.不同数制之间的转换不同数制之间的转换 计算机中的数只能用二进制表示，十六进制计算机中的数只能用二进制表示，十六进制数适合读写方便的需要，日常生活中使用的是十数适合读写方便的需要，日常生活中使用的是十进制数，计算机根据需要对各种进制
5、数据进行转进制数，计算机根据需要对各种进制数据进行转换。换。为了区别不同的进制，采用如下表示方法：为了区别不同的进制，采用如下表示方法：二进制二进制：用：用“B”表示。如表示。如 (11001)2=00011001B十进制十进制：用：用“D”表示。如表示。如 (25)10=25D十六进制十六进制：用：用“H”表示。如表示。如(25)16=25H,(4F)16=4FH二进制二进制十进制十进制按权值展开按权值展开。例：例：10111.011B=124+023+122+121+120+02-1+12-2+12-3 =23+0.375=23.375D十进制十进制二进制二进制 将十进制与二进制的各位权值
6、从高到低进行比较，将十进制与二进制的各位权值从高到低进行比较，若十进制数大于或等于二进制的某位，则该位取若十进制数大于或等于二进制的某位，则该位取“1”，否则取，否则取“0”。例：。例：234.625D整数部分整数部分：28 23427 27该位取该位取1 余数为余数为 234 128106 27 10626 26该位取该位取1 余数为余数为 1066442 又又 26 4225 25该位取该位取1 余数为余数为 423210 同理推至余数为同理推至余数为0即止即止 整数部分为：整数部分为：27 26 25 23 21 11101010B小数部分小数部分与整数部分类似：与整数部分类似：0.62
7、52-1 2-1该位取该位取1 余数为余数为 0.6250.50.125 0.125 2-3 2-3该位取该位取1 余数为余数为 0 小数部分为：小数部分为：2-1 2-3.101B 234.625D=11101010.101B二进制二进制十六进制十六进制 因为2416，所以，所以4位二进制数相当于一位位二进制数相当于一位十六进制数，所以，转换方法如下，例：十六进制数，所以，转换方法如下，例：101001.01101B整数部分：整数部分：101001B=0010,1001B=29H小数部分：小数部分：.01101B=.0110,1000B=.68H所以所以 101001.01101B=29.6
8、8H 十六进制十六进制转换成转换成二进制二进制与该过程相反。与该过程相反。十进制十进制十六进制十六进制 先将十进制或十六进制转换成二进制，先将十进制或十六进制转换成二进制，以二进制作为过渡以二进制作为过渡，再进行相互转换。，再进行相互转换。1.2 编码编码 计算机内部所有数据均用二进制代码计算机内部所有数据均用二进制代码的形式表示。的形式表示。计算机通过输入设备（如键盘）输入信计算机通过输入设备（如键盘）输入信息和通过输出设备输出信息也是多种形式息和通过输出设备输出信息也是多种形式的，即有数字、字母，也有各种控制符号的，即有数字、字母，也有各种控制符号及汉字等。为此，需要对常用的数据及符及汉字
9、等。为此，需要对常用的数据及符号等进行编码，以表示不同形式的信息。号等进行编码，以表示不同形式的信息。这种以编码形式所表示的信息既便于存储，这种以编码形式所表示的信息既便于存储，也便于由输入设备输入信息、输出设备输也便于由输入设备输入信息、输出设备输出相应的信息。出相应的信息。1.二进制数的编码二进制数的编码（1）机器数与真值）机器数与真值机器数机器数：一个数在计算机中的表现形式一个数在计算机中的表现形式。在机器数中，用在机器数中，用“0”表示正（），用表示正（），用“1”表示负数（）。表示负数（）。真值真值：这个数本身这个数本身。例：例：(+36)10 2522 (-36)10 真值为真值为
10、+0100100B 真值为真值为-0100100B 机器数为机器数为0 0100100B 机器数为机器数为1 0100100B（2）原码、反码与补码）原码、反码与补码 原码原码:正数的符号用正数的符号用“0”表示，负数的符表示，负数的符号用号用“1”表示。表示。由于计算机只能做由于计算机只能做加法加法运算，因此，运算，因此，在进行减法时必须引进反码和补码。在进行减法时必须引进反码和补码。反码反码：对于正数，原码、反码和补码相同。：对于正数，原码、反码和补码相同。对于对于负数负数，反码为：符号位不变，其，反码为：符号位不变，其数值部分按位取反。数值部分按位取反。负数的补码负数的补码：符号位不变，
11、数值部分按位取：符号位不变，数值部分按位取反后加反后加1。(反码加反码加1)注意注意：计算机中，任何有符号的数都是以：计算机中，任何有符号的数都是以补码补码的形式存储的。的形式存储的。例例(1)：X=36D,用用8位数的最高位表示位数的最高位表示 符号位，则：符号位，则：X原原 X反反 X补补0 0100100B例例(2)：X=-36D,用用8位数的最高位表位数的最高位表示符号位，则：示符号位，则：X原原 1 0100100B X反反 1 1011011BX补补 X反反1 1 1011100B加减运算规则：符号位与数值位一样参与加减运算规则：符号位与数值位一样参与运算。运算。1.X+Y补补=X
12、补补+Y补补2.X-Y补补=X+(-Y)补补3.已知一个已知一个负数负数的补码的补码,那么那么 X补补补补 X原原（前提：（前提：X 是负数）是负数）总结：1、正数的原码反码补码都相同，负数的反码、正数的原码反码补码都相同，负数的反码是除符号位为是除符号位为1外，其他位全取反；补码就外，其他位全取反；补码就是反码是反码+12、-128没有相对应的原码和反码没有相对应的原码和反码,补码规定补码规定为为(10000000)补补3、计算机中的数据是以补码形式存储的、计算机中的数据是以补码形式存储的 二二十进制编码（十进制编码（8421码）码）该编码用4位二进制代码代表1位十进制数。例1：(57)10
13、=(01010111)8421BCD 5 7 0101 0111 例2：(145)10=(000101000101)8421BCD 1 4 5 0001 0100 01011.2.1 单片机简介单片机简介n单片微型计算机简称单片微型计算机简称单片机。由于它的结构及功能均按工单片机。由于它的结构及功能均按工业控制要求设计，所以又称业控制要求设计，所以又称单片微控制器（单片微控制器（single chip single chip MicrocontrollerMicrocontroller）。）。n它是将组成微型计算机机所必须的部件（它是将组成微型计算机机所必须的部件（中央处理器中央处理器CPUC
14、PU、程序存贮器（程序存贮器（ROM)ROM)、数据存贮器（、数据存贮器（RAM)RAM)、输入、输入/输出（输出（I/O)I/O)接口、定时接口、定时/计数器、串行口、系统总线等计数器、串行口、系统总线等）集成在一个超）集成在一个超大规模集成电路芯片上。大规模集成电路芯片上。因此，一块芯片就构成了一台计算因此，一块芯片就构成了一台计算机。机。n只要外加少许电子零件便可以构成一套简易的计算机控制只要外加少许电子零件便可以构成一套简易的计算机控制系统，故又称系统，故又称单片微型计算机（单片微型计算机（single chip single chip MicrocomputerMicrocomput
15、er）1.2 单片机与嵌入式系统组成1946:第一台电子计算机诞生第一台电子计算机诞生 单片机仍处在初级的发展阶段，元件集成规模还比较小，功能比较简单，一般均把CPU、RAM有的还包括了一些简单的I/O口集成到芯片上，象Farichild公司就属于这一类型，它还需配上外围的其他处理电路方才构成完整的计算系统。类似的单片机还有Zilog公司的Z80微处理器。1973:TI公司注册了世界上第一个单片机专利公司注册了世界上第一个单片机专利1.2.2 TI 公司推出公司推出 TMS1000单片机单片机TI 公司高速反雷达导航器公司高速反雷达导航器 DALLAS(June 11,1978)一一种新的单片
16、集成电路电子语音合种新的单片集成电路电子语音合成器由成器由Texas Instruments 开开发发.1982年以后，16位单片机问世，代表产品是INTEL公司的MCS-96系列，16位单片机比起8位机，数据宽度增加了一倍，实时处理能力更强，主频更高，集成度达到了12万只晶体管，RAM增加到了232字节，ROM则达到了8kB，并且有8个中断源，同时配置了多路的A/D转换通道，高速的I/O处理单元，适用于更复杂的控制系统。4、九十年代以后，单片机获得了飞速的发展、九十年代以后，单片机获得了飞速的发展 世界各大半导体公司相继开发了功能更为强大的单片机。美国Microchip公司发布了一种完全不兼
17、容MCS-51的新一代PIC系列单片机，引起了业界的广泛关注，特别它的产品只有33条精简指令集吸引了不少用户，使人们从INTEL的111条复杂指令集中走出来。PIC单片机获得了快速的发展，在业界中占有一席之地。数字式测角仪数字式测角仪交直流电压电流表交直流电压电流表位移传感器位移传感器单片机具有体积小、功耗低、控制功能强、扩展灵活、微型化和使用方便等优点，广泛应用于仪器仪表中，结合不同类型的传感器，可实现诸如电压、功率、频率、湿度、温度、流量、速度、厚度、角度、长度、硬度、元素、压力等物理量的测量。采用单片机控制使得仪器仪表数字化、智能化、微型化，且功能比起采用电子或数字电路更加强大。例如精密
18、的测量设备（功率计，示波器，各种分析仪）。数控车床数控车床数控线切割机床数控线切割机床用单片机可以构成形式多样的控制系统、数据采集系统。例如工厂流水线的智能化管理，电梯智能化控制、各种报警系统，与计算机联网构成二级控制系统等。1.智能冰箱 2智能饭煲 3智能食品配料机 可以这样说，现在的家用电器基本上都采用了单片机控制，从电饭褒、洗衣机、电冰箱、空调机、彩电、其他音响视频器材、再到电子秤量设备，五花八门，无所不在。现代的单片机普遍具备通信接口，可以很方便地与计算机进行数据通信，为在计算机网络和通信设备间的应用提供了极好的物质条件，现在的通信设备基本上都实现了单片机智能控制。手机电话机程控交换机
19、楼宇自动通信呼叫系统列车无线通信日常工作中随处可见的移动电话集群移动通信，无线电对讲机等。医用呼吸机各种分析仪监护仪超声诊断设备病床呼叫系统等等电池分析仪 医用呼吸机医用呼吸机麻醉信息管理系统麻醉信息管理系统工业控制中智能家用电器、智工业控制中智能家用电器、智能仪器设备、数控机床、自动能仪器设备、数控机床、自动生产线、智能玩具、相关的数生产线、智能玩具、相关的数据采集处理显示等等。据采集处理显示等等。日常生活中常见的霓虹灯日常生活中常见的霓虹灯显示、比赛抢答器、报警显示、比赛抢答器、报警器、电子时钟、点阵和液器、电子时钟、点阵和液晶显示屏等等。晶显示屏等等。1.2.5 单片机的发展趋势单片机的
20、发展趋势1、低功耗、低功耗CMOS化化 MCS-51系列的8031推出时的功耗达630mW，而现在的单片机普遍都在100mW左右，随着对单片机功耗要求越来越低，现在的各个单片机制造商基本都采用了CMOS(互补金属氧化物半导体工艺)。象80C51就采用了HMOS(即高密度金属氧化物半导体工艺)和CHMOS(互补高密度金属氧化物半导体工艺)。CMOS虽然功耗较低，但由于其物理特征决定其工作速度不够高，而CHMOS则具备了高速和低功耗的特点，这些特征，更适合于在要求低功耗象电池供电的应用场合。所以这种工艺将是今后一段时期单片机发展的主要途径。2、微型单片化、微型单片化现在常规的单片机普遍都是将中央处
21、理器现在常规的单片机普遍都是将中央处理器(CPU)、随机存取数据存、随机存取数据存储储(RAM)、只读程序存储器、只读程序存储器(ROM)、并行和串行通信接口，中断系、并行和串行通信接口，中断系统、定时电路、时钟电路集成在一块单一的芯片上，增强型的单统、定时电路、时钟电路集成在一块单一的芯片上，增强型的单片机集成了如片机集成了如A/D转换器、转换器、PMW(脉宽调制电路脉宽调制电路)、WDT(看门狗看门狗)、有些单片机将有些单片机将LCD(液晶液晶)驱动电路都集成在单一的芯片上，这样单驱动电路都集成在单一的芯片上，这样单片机包含的单元电路就更多，功能就越强大。片机包含的单元电路就更多，功能就越
22、强大。甚至单片机厂商还可以根据用户的要求量身定做，制造出具有自甚至单片机厂商还可以根据用户的要求量身定做，制造出具有自己特色的单片机芯片。己特色的单片机芯片。现在的产品普遍要求体积小、重量轻，这就要求单片机除了功能现在的产品普遍要求体积小、重量轻，这就要求单片机除了功能强和功耗低外，还要求其体积要小。强和功耗低外，还要求其体积要小。现在的许多单片机都具有多种封装形式，其中现在的许多单片机都具有多种封装形式，其中SMD(表面封装表面封装)越来越来越受欢迎，使得由单片机构成的系统正朝微型化方向发展。越受欢迎，使得由单片机构成的系统正朝微型化方向发展。3、主流与多品种共存、主流与多品种共存 现在虽然
23、单片机的品种繁多，各具特色，但仍以80C51为核心的单片机占主流，兼容其结构和指令系统的有PHILIPS公司的产品，ATMEL公司的产品和中国台湾的Winbond系列单片机。所以C8051为核心的单片机占据了半壁江山。而Microchip公司的PIC精简指令集(RISC)也有着强劲的发展势头，中国台湾的HOLTEK公司近年的单片机产量与日俱增，与其低价质优的优势，占据一定的市场分额。此外还有MOTOROLA公司的产品，日本几大公司的专用单片机。在一定的时期内，这种情形将得以延续，将不存在某个单片机一统天下的垄断局面，走的是依存互补，相辅相成、共同发展的道路。1.2.6 嵌入式系统 从使用的角度来说，计算机应用可分为两类：一类是应用广泛的独立使用的计算机系统（如个人计算机、工作站等）。一类是嵌入式计算机系统。所谓嵌入式系统，就是以嵌入式应用为目的计算机系统。单片机应用系统是典型的嵌入式系统。1.2.7 单片机应用系统的结构 由单片机组成的控制应用系统较之一般计算机来说不仅简单、方便，而且价格低廉。单片机以其自身的魅力赢得了市场，成为嵌入式计算机系统中的核心控制部件。单片机学习方法单片机学习方法 熟悉和了解单片机的内部资源 知识准备 VB、C语言（或其它基础语言）：打好编程基础。电子技术：特别是数字电子技术，是必备的电路基础。计算机应用基础等：对计算机基础知识有较好的准备。
