第1章单片机基础知识概述.ppt

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1、单片机原理及应用,基于Proteus和Keil C,第1章单片机基础知识概述,1.1 单片机概述 1.2 单片机学习的预备知识 1.3 Proteus软件简介,第1章 单片机基础知识概述,1.1 单片机概述 1、什么是单片机？ 2、为什么要学单片机？ 3、怎样学习单片机？ 1.2 单片机学习的预备知识 1.3 Proteus软件简介,1. 什么是单片机？,从微型计算机技术的两大发展分支谈起,第1章 单片机基础知识概述,分支一：通用微型计算机系统 （Universal Computer System 或 Personal Computer）,PC主要功能部件： CPU+存储器+端口+显卡+声卡+

2、网卡+显示器+鼠标+键盘,基本功能部件,接口,外设,第1章 单片机基础知识概述,INTEL架构CPU的发展历程,技术要求:高速计算+海量存储 发展方向:总线速度不断提升，存储容量不断扩大,第1章 单片机基础知识概述,分支二：嵌入式计算机系统 （Embedded Computer System） ECS嵌入到对象体系中，实现对象体系智能化控制的专用计算机系统 。 技术要求：必须满足对象体系的物理环境、电气环境和气氛环境以及产品成本等要求。 发展方向: 与对象系统密切相关的嵌入性能、控制能力与控制可靠性。,第1章 单片机基础知识概述,PC 电气加固、机械加固，并配置各种外围接口板卡 IPC（工控机

3、） 嵌入到大型工控系统中（实现了智能化）,工业计算机（Industrial Personal Computer）,船舶驾驶室集中控制台 自动配料控制系统 电站锅炉控制系统,板卡：CPU卡、存储器卡、数据采集卡、通讯卡、计数器卡,第1章 单片机基础知识概述,CPU,CPU芯片,内存条,存储器接口,存储器芯片,输入输出接口,输入输出接口 芯片,定时计数器 芯片,A/D、D/A 芯片,单板机,印 刷 电 路 板,众多小型对象系统（如家电、仪器、工控单元）无法使用IPC 需要发展一类特殊的嵌入式计算机系统。,第1章 单片机基础知识概述,单片计算机（Single Chip Microcomputer）,

4、SCM将通用微计算机基本功能部件集成在一块芯片上构成的一种专用微计算机系统,应用：SCM硬件+SCM软件+少量外围电路嵌入式微机系统+被控对象微电脑控制产品,第1章 单片机基础知识概述,单 硅 晶 片,CPU,存储器,控制电路,定时器,时钟电路,I / O口,单片机,（1）体积小，重量轻； （2）可靠性高，运行速度快，抗干扰能力强； （3）控制功能强，使用灵活，性价比高； （4）易扩展，易于开发； （5）受集成度限制，片内存储器容量较小，一般 内ROM在8KB以下，内RAM在256B以内。,单片机是应工业测控的需要而诞生的,它的结构与指令功能都是按照工业控制要求设计的,故又称单片微控制器(Si

5、ngle Chip Microcontroller)。,单片机特点：,以单片机为核心的应用系统广泛应用于： 家用电器； 工业过程控制； 仪器仪表； 智能武器； 航空、汽车等领域。,单片机应用范例,第1章 单片机基础知识概述,第1章 单片机基础知识概述,单片机系统的组成,单片机系统,单片机的发展,单片机的发展，主要经历了三个阶段： 第一阶段（19711978年）：初级单片机阶段。 第二阶段（19781983年）：单片机普及阶段。 第三阶段（1983年以后）：16位单片机阶段。,单片机芯片简介,4位单片机 8位单片机 16位单片机,单片机的应用模式 单片机应用系统的结构 单片机应用系统的结构通常分

6、为以下三个层次。 (1)单片机：通常指应用系统主处理机，即所选择的单片机器件。 (2)单片机系统：指按照单片机的技术要求和嵌入对象的资源要求而构成的基本系统。时钟电路、复位电路和扩展存储器等与单片机共同构成了单片机系统。 (3)单片机应用系统：指能满足嵌入对象要求的全部电路系统。在单片机系统的基础上加上面向对象的接口电路，如前向通道、后向通道、人机交互通道(键盘、显示器、打印机等)和串行通信口(RS232)以及应用程序等。,单片机应用系统三个层次的关系如图所示,单片机应用系统三个层次的关系,单片机系统的开发过程 通常开发一个单片机系统可按以下6个步骤进行。 (1) 明确系统设计任务，完成单片机

7、及其外围电路的选型工作。 (2) 设计系统原理图和PCB板，经仔细检查PCB板后送 工厂制作。 (3) 完成器件的安装焊接。 (4) 根据硬件设计和系统要求编写应用程序。 (5) 在线调试软硬件。 (6) 使用编程器烧写单片机应用程序，独立运行单片机系统。,2. 为什么要学单片机？,单片机是实现机械装备、电子产品智能化的重要途径，掌握这门技术便能在高技术领域占有一席之地 单片机系统是当前最有发展前途的高技术领域之一，国内外嵌入式系统的产品设计与研发人员相对短缺，具有很好的就业前景 单片机与其它专业知识相结合可产生更大的创造力和发展潜力,第1章 单片机基础知识概述,单片机应用实例抽油机自动间抽控

8、制技术,第1章 单片机基础知识概述,游梁式抽油机石油开采设备,矛盾1：电动机配置存在“大马拉小车” 需要配备较大功率电机 仅需配备较小功率电机 抽油机启动过程 正常抽油时 稠油、结蜡、冬季,矛盾2：产抽不平衡导致抽油机工作效率低 油田开采后期地层供液能力 抽油能力大于供油 能力抽油机工作效率,国内约有10万多台游梁式抽油机，电能消耗问题十分突出！,第1章 单片机基础知识概述,利用星角切换的节能原理,第1章 单片机基础知识概述,闭环控制原理,功率变送器,额定功率,微机控制器,交流接触器,异步电动机,实际功率,切换控制方案 根据实际工况，确定最适接线方式，实施双向动态切换,第1章 单片机基础知识概

9、述,利用定时间抽的节能原理,开机,停机,开机,开机,停机,时间,根据间抽规律设置开机时间T1和停机时间T2,节能效果 停机时间 /（开机时间+停机时间）,第1章 单片机基础知识概述,综合上述两种原理 抽油机功率双向切换与间抽控制方案,起动时采取强制方式以满足带载起动要求 起动后在、Y、过载停机三个状态间双向自动切换 可根据设置实现切换+间抽联合控制,技术核心：,第1章 单片机基础知识概述,空气开关,交流接触器,电动机,功率变送器,抽油机电控箱,基于单片机的抽油机节能控制方案,第1章 单片机基础知识概述,试验结果 平均无功功率降低71.8% 平均有功功率降低约15% 平均功率因数提高58%,第1

10、章 单片机基础知识概述,3、怎样学习单片机,各组成部分既相对独立，又相互交叉,80C51型单片机,教学目标掌握单片机原理与应用系统设计技能 需要具备单片机硬件、软件、接口三方面知识,第1章 单片机基础知识概述,硬件结构（RAM，IO，T/C，INT，UART）,存储器,输入/输出单元,定时/计数器,中断系统,串行通信,第1章 单片机基础知识概述,软件编程,C51语言程序,汇编语言程序,第1章 单片机基础知识概述,接口系统（LED，KEY，AD，DA，IO扩展）,键盘电路,数码管,键盘,模数转换,数模转换,可编程接口,第1章 单片机基础知识概述,单片机的学习方法,理论教学掌握基本原理课堂讲解+课

11、后复习,实验教学掌握基本技能教学实验+实验报告,电路实验箱,虚拟实验平台,第1章 单片机基础知识概述,PROTEUS单片机仿真软件,第1章 单片机基础知识概述,Keil C51简介 Keil C51是51单片机软件开发的C语言和汇编语言环境，可以进行纯软件仿真；也可以与Proteus软件联合进行仿真。,Keil集成开发环境软件,第1章 单片机基础知识概述,特点： （1）以C51编程语言作为贯穿全书各章节的主线，汇编语言内容仅按能读懂源代码程序的要求安排。 （2）将近年来国际上热门的单片机仿真软件引进到教材体系中，使单片机的抽象概念直观化，编程效果可视化。 （3）以仿真实验代替实物实验，实验指导

12、中包括了相关内容的阅读材料。,使用教材,第1章 单片机基础知识概述,第1章 单片机基础知识概述,1.1 单片机概述 1.2 单片机学习的预备知识 1、数制定义 2、数制转换 3、有符号数 4、位-字节-字 5、ASCII码 6、BCD码 7、逻辑门电路 1.3 Proteus软件简介,1.数制定义,单片机常用的数制有十进制、二进制、十六进制。,例如：,第1章 单片机基础知识概述,二进制：0、1 ；规则：逢二进一，后缀为B。 一般表达式为：,其中，基数为2，各位加权数为0，1。,例如：,第1章 单片机基础知识概述,十六进制 ：09、AF。规则：逢十六进一，后缀为H。 一般表达式为：,其中，基数为

13、16，各位加权数为09、AF 。,例如：,第1章 单片机基础知识概述,2.数制转换,(1) 二进制转换成十进制 转换规则：按进制的表达式展开，然后按照十进制运算求和。,例如：,第1章 单片机基础知识概述,（2）十六进制转换成十进制 转换规则：按进制的表达式展开，然后按照十进制运算求和。,例如：,第1章 单片机基础知识概述,(3) 二进制与十六进制数之间的转换,从低位起由右到左，每四位二进制数对应一位十六进制数。例如：,（最后一组不足时左边添0凑齐4位）,转换规则：,第1章 单片机基础知识概述,(4)十进制整数转换成二、十六进制整数 转换规则：“除基取余”。十进制整数不断除以转换进制基数，直至商

14、为0。每除一次取一个余数，从低位排向高位。,例如：,第1章 单片机基础知识概述,3.有符号数的表示方法,二进制数的正、负号需用“0”和“1”来表达。一般最高位为符号位，“0”表示正数，“1”表示负数。,例如：真值 +123 0111 1011B 真值 -123 1111 1011B,有符号数：最高位为符号位，“0”表示正数，“1”表示负数。 无符号数：最高位不作为符号位，而当成数值位。,真值 1111 1011B ？,= 251 = -123,第1章 单片机基础知识概述,二进制数有三种编码形式：原码、反码和补码,原码： 二进制数的原形，可以是无符号数，也可以是有符号数。 例如，8位无符号原码数

15、的范围是： 0000 0000B1111 1111B（0-FFH或0 255） 8位有符号数的范围是： 1111 1111B0111 1111B（FFH-7FH或-127 127）,第1章 单片机基础知识概述,反码：正数的反码与原码相同，负数的反码为：符号位不变，数值部分按位取反。 例如，原码 1000 0100B反码 1111 1011B,8位无符号反码数的范围是 0000 0000B1111 1111B（0-FFH或0 255） 8位有符号反码数的范围是 1111 1111B0111 1111B（FFH-7FH或-127 127）,第1章 单片机基础知识概述,补码：正数的补码与原码相同，负

16、数的补码为其反码加1，但原符号位不变。 例如，原码 1000 0100B补码 1111 1100B,8位无符号补码数的范围是 0000 0000B1111 1111B（0-FFH或0 255） 8位有符号补码数的范围是 1000 0000B0111 1111B（80H-7FH或-128 127）,补码的用途：将减法运算转换为加法运算。,例如：123-125=0111 1011B+1000 0011B=1111 1110B=-2,第1章 单片机基础知识概述,4. 位-字节-字,位(bit)：二进制数中的一位，其值不是“1”，就是“0”。 字节(byte)：一个8位的二进制数为一个字节。字节是计算

17、机数据的基本单位。 字(word)：两个字节就是一个字，又叫双字节。 另外，有时还会用到“半字节”，即4位二进制。 例如：1000 1110 1100 1011B = 8E CDH,第1章 单片机基础知识概述,5. BCD码,BCD码（Binary Coded Decimal）用二进制代码表示的十进制数，四位二进制代码（半字节）可表示1位十进制数。 用一个字节表示两个十进制的数压缩的BCD码： 如 1000 0111B 表示十进制的87 用一个字节仅表示一位十进制的数非压缩的BCD码： 如 0000 0111B 表示十进制的7,BCD码的用途：可使计算机直接进行十进制数运算,例如，23+15=

18、0010 0011B+0001 0101B=0011 1000B=38,第1章 单片机基础知识概述,第1章 单片机基础知识概述,6. ASC码,字母和字符的二进制数表示ASC码(American Standard Code for Information Interchange美国国家信息交换标准字符码 )。,它采用7位二进制编码表示128个字符，其中包括数码09以及英文字母等可打印的字符。,A 100 0001B 41H,例如：,0- 9 30H 39H,第1章 单片机基础知识概述,7.基本逻辑门电路,计算机是由若干逻辑门电路组成的，所以，计算机对于人们给出的二进制数识别、运算要靠基本逻辑门

19、电路来实现。在逻辑门电路中我们用1和0分别表示高、低电平 。,以下介绍几种常用逻辑电路的逻辑符号和逻辑功能。,第1章 单片机基础知识概述,（1）与逻辑关系,与逻辑真值表,Y,与门电路,A,B,Y,&,A,B,Y,与门符号,第1章 单片机基础知识概述,（2）或逻辑关系,或逻辑真值表,或门电路,或门符号,Y,第1章 单片机基础知识概述,（3）非逻辑关系,非逻辑真值表,非门电路,非门符号,Y,A,A,Y,1,第1章 单片机基础知识概述,（4）与非逻辑关系,与非逻辑真值表,与非（复合）门电路,与非门符号,A,B,Y,&,A,B,Y,第1章 单片机基础知识概述,第1章 单片机基础知识概述,第1章 单片机

20、基础知识概述,1.1 单片机概述 1.2 单片机学习的预备知识 1.3 Proteus软件简介 1、ISIS模块应用举例 2、ARES 模块应用举例,ISIS（Intelligent Schematic Input System）原理图设计与仿真平台，它用于电路原理图的设计以及交互式仿真。 ARES（Advanced Routing and Editing Software）高级布线和编辑软件平台，它用于印制电路板的设计，并产生光绘输出文件。,Proteus由两个设计平台组成：,1. ISIS模块应用举例,基于80C51单片机的计数显示器电路原理图，其功能是对按键BUT的按压次数进行统计，并将

21、结果显示出来。,（1）启动ISIS,（2）绘制电路原理图,（3）输入单片机汇编程序,（4）进行源代码调试,（5）仿真运行,2. ARES 模块应用举例,在前述计数显示器电路原理图的基础上进行印刷线路板设计，并生成制版所需的电子文件。,器件布局,自动布线,（1）启动ARES,（2）元器件布局,导入电路原理图（自动、手动）,（3）元器件布线,生成节点连线（自动、手动）,（4）铺铜,填充线路板区间（正面、反面）,（5）三维效果图,（6）CADCAM输出,生成加工文件（丝印层、打孔层、元件层）,本章小结,1.单片机是将通用微计算机基本功能部件集成在一块芯片上构成的一种专用微计算机系统，可以作为众多小型对象的嵌入式微机单元。单片机的发展趋势是高集成度、高性能、高性价比、低功耗，8位的51内核单片机仍然是目前主流机型。 2.不同数制转换和基本逻辑门电路是单片机学习所必需的基础知识，其中掌握二进制数的规律是关键。 3.Proteus可仿真单片机及其外部电路的编程、调试和运行，直至PCB设计，整个设计过程简便直观，开发效率很高。,第1章 单片机基础知识概述,