单机基础知识.ppt

《单机基础知识.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《单机基础知识.ppt（97页珍藏版）》请在三一文库上搜索。

1、第一章 计算机基础知识,1-2 计算机发展与组成,1-1 计算机运算基础,1-3 单片机与嵌入式系统,1-1 计算机运算基础,1-1-1 数制及其转换,1-1-2 计算机中数的表示法,1-1-3 计算机中数的运算方法,1-1-4 计算机中的编码系统,1-1-1 数制及其转换,数制（即计数制）是计数的规则、计数的方式。,进制（即进位计数制）是按不同的进位规则(方式) 计数的数制。,按不同的进位规则有如下的进制：,计算机中常用的进制有：二进制、八进制、十进制、十六进制,2、3、4N,日常生活中的常用进制有：7、10、12、24、30,1-1-1 数制及其转换,一. 十进制ND有十个数码09、逢十进

2、一。 用于计算机输入输出，人机交互。 二. 二进制NB 有两个数码:0、1, 逢二进一。 P2 二进制为机器中的数据形式机器数。 三. 十六进制NH：十六个数码:09,AF, 逢十六进一。 用于表示或书写四位二进制数。 四. 八进制NO：八个数码:07, 逢八进一。 用于表示三位二进制数。 字节中的位的编码 不同进位制数书写时以下标或后缀区别, 十进制数可不带下标或后缀。 如:101、101D、101B、101H、101H 、101O、101B,1、 进位制中数的表示,一. 十进制ND,有十个数码：09；逢十进一，故基数为10； 真值是按位权相加。 例 1234.5 位：各位数码09；权：以基

3、数10为底，以该数码到个位数码的“距离”为指数的数值。 故 1234.5 =1103 +2102 +3101 +4100 +510-1 一般表达式： ND= dn-110n-1+dn-210n-2 +d0100 +d-110-1+,二. 二进制NB,有两个数码：0、1；逢二进一，故基数为2 真值是按位权相加。 例 1101.101B 位：各位数码0、1；权：以基数2为底，以该数码到“个”位数码的“距离”为指数的数值。 故 1101.101B=123+122+021+120+12-1+12-3 一般表达式： NB= bn-12n-1+bn-22n-2 +b020 +b-12-1+,三.十六进制N

4、H,有十六个数码09、AF，逢十六进一，故基数为16； 真值是按位权相加。 例 DFC.8H 位：各位数码09、AF ；权：以基数16为底，以该数码到“个”位数码的“距离”为指数的数值。 故 DFC.8H=D162+F161+C160+816-1 一般表达式： NH= hn-116n-1+hn-216n-2 +h0160 +h-116-1+,四、八进制NO,有八个数码07，逢八进一，故基数为8； 真值是按位权相加。 例 1234.5O 位：各位数码07；权：以基数8为底，以该数码到“个”位数码的“距离”为指数的数值。 故 1234.5O =183 +282 +381 +480 +58-1 一般

5、表达式： NO= on-18n-1+on-28n-2 +o080 +o-18-1+,各进位制中表示数的对比表,各进位制的数码对照表,2、 不同进（位计数）制之间的转换,对任意R进位计数制的一般表达式： NR= Kn-1Rn-1Kn-2Rn-2 K1R1K0R0K-1R-1K-mR-m 一个R1进制的数转换成R2进制数的方法： P5 先按R1进制的真值展开， 后按R2进制的运算法则求和计算。,（一）二、十六、八进制数转换成十进制数,DFC.8H =13162+15161+12160+816-1 = 3580.5,举例： 1011.1010B=123+121+120+12-1+12-3=11.62

6、5,按真值计算公式先展开， 然后按照十进制运算法则求和。,（二）十进制数转换成二、十六、八进制数,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：,39 =100111B 2 39 1 （ b0） 2 19 1 （ b1） 2 9 1 （ b2） 2 4 0 （ b3） 2 2 0 （ b4） 2 1 1 （ b5） 0,208 = D0H 16 208 余 0 16 13 余 13 = DH 0,1. 39转换成二进制数。,2. 208转换成十六进制数,（二）十进制数转换成二、十六进制数,2）. 小数

7、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.AH 3. 208.625 转换成十六进制数 208.625 = D0.AH,（三）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 1

8、111.0010 = 1110101111.001B 3 A F 2 1111101.11B = 0111 1101.1100 = 7D.CH 7 D C,（四）二进制与八进制数之间的转换 -三位二进制数对应一位八进制数。,注意： 以小数点为分界，分别左右数4位数,复 习,1、进制：进位计数制 是按不同的进位规则(方式) 计数的数制。 2、各进制的用途 十进制：用于计算机输入输出，人机交互。 二进制：二进制为机器中的数据形式机器数。 十六进制：用于表示或书写四位二进制数。 3、各进制的转换 R1进制R2进制： 先按R1进制的真值展开，后按R2进制的运算法则求和计算。 二、十六、八十， 十二、十

9、六、八：整数部分“除基取余” ，小数部分“乘基取整”,1-1-2 计算机中数的表示法,2 无符号数的表示方法,3 带符号数的表示方法,1 机器数与真值,1、 机器数与真值 P5,一个机器数由于解释方法不同，可以有几种含义、代表几种真值。 一个数据真值由于编码方式不同，可以有几种表示(存储)形式、即几种机器数。,机器数：是一个数(据)在计算机中的表示(存储)形式 是一种简单的二进制数。其位数通常为8的倍数,真值：一个机器数所代表的真实数值(实际意义)称为该机器数的真值,2、 无符号数的表示方法,用途：用来表示存储器地址、指令代码、数据信号 书写形式：有二进制、十进制、十六进制等 00000000

10、B11111111B、0255、00HFFH,无符号数：机器数中的所有位均用来表示数值,3、 带符号数的表示方法,带符号数通常使用三种表示方法： （一）原码 (True Form) （二）反码（Ones Complement） （三）补码（Twos Complement）,带符号数：使用机器数的最高位来表示数的正负，其余位用来表示数值。通常最高位为“0”表示正数，最高位为“1”表示负数。,（一）、原码(True Form),原码：最高位为符号位，0表示 “+”，1表示“”。 数值位保持机器数的原样（与真值数值位相同）,例 8位原码机器数： 真值： x1真 = +1010100B x2真 =-1

11、010100B 原码机器数： x1原 = 01010100 x2原= 11010100,（一）、原码(True Form),特点：原码表示简单直观，范围-127+127 真值0的表示不唯一 加减运算复杂。 原码同机器数的递增关系不对,（二）反码（Ones Complement）,正数的反码与原码表示相同。 负数反码符号位为 1，数值位为原码数值各位取反 最大值（全1）减原码 例 8位反码机器数： x1= +4 ： x1原= 00000100 x1反= 00000100 x2= -4 ： x2原= 10000100 x2反= 11111011,（二）反码（Ones Complement）,如果已

12、知一个数的反码，求其真值？ 正数可直接求得 负数则要先求一次反码，以获得原码，然后再求其真值 例 8位反码机器数： x1反= 01001000 则x1原= 01001000 ，x1= +72 x2反= 10110111 则x2原= 11001000 ，x2= -72 特点： 反码同机器数的递增关系相同，范围-127+127 真值0的表示仍不唯一 反码在计算机中用得较少,正数的补码表示与原码相同。 负数补码的符号位为1不变，数值位等于反码加1。 借位减原码,（三）补码（Twos Complement）,例：求 8位补码机器数：x1=+4 x2=-4 x1原=x1反=x1补= 00000100 x

13、2原 = 10000100 x2反 = 11111011 = 11111111B-00000100B x2补 = 11111100 =100000000B-00000100B,补码表示的优点： 0的表示唯一；,加减运算方便，可将减法运算转换成加法运算。,数的补码与“模”有关 “模”即计数系统的量程，所能表达的最大数加一=进位。,当X0，X补= 模-X。 举例：钟表对时。 设时钟系统“模”为12，当前时间为10点，而表指示时间为8点整。,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 + 1,8+2= 10 8 +-10补 =

14、 8+12-10= 8+2 = 10,例如：y=72-10 减法运算的结果 y=62 用补码运算 y= 72+(-10) y补= 72补+-10补 = 01001000B+28-00001010B-28 =01001000B+11110110B-100000000B =100111110B-100000000B = 00111110B=62,2位十进制数的模为： 102 = 100 当X0，X补= 102 -X = 100 -X= 99 -X+1 = X反码 + 1,y补= 72补+-10补 = 72+(99-10+1)-100 = 72+ 90 -100 =162 -100 = 62,数的补

15、码与“模”有关 “模”即计数系统的量程，所能表达的最大数加1=进位。,8位机器数表示的真值,复 习,一、数制及其转换 1、进制：进位计数制 是按不同的进位规则(方式) 计数的数制。 2、各进制的用途 十进制：用于计算机输入输出，人机交互。 二进制：二进制为机器中的数据形式机器数。 十六进制：用于表示或书写四位二进制数。 3、各进制的转换 R1进制R2进制： 先按R1进制的真值展开，后按R2进制的运算法则求和计算。 二、十六、八十， 十二、十六、八：整数部分“除基取余” ，小数部分“乘基取整”,cx2010年9月7日星期二9时33分44秒,复 习,二、计算机中数的表示法 1、机器数和真值 机器数

16、：是一个数(据)在计算机中的表示(存储)形式 是一种简单的二进制数。其位数通常为8的倍数 真值：一个机器数所代表的真实数值(实际意义)称为该机器数的真值 2、 无符号数的表示方法 用途：用来表示存储器地址、指令代码、数据信号 3、 带符号数的表示方法 通常使用三种表示方法： 原码 反码 补码,1-1-3 计算机中数的运算方法,1、二进制加法运算 2、二进制减法运算 3、二进制逻辑运算 4、带符号数加减运算 5、无符号数加减运算 6、溢出,1、 二进制加法运算,加法运算法则： ,真值表,2、 二进制减法运算,减法运算法则： ,补码运算定律： 补补补 补补补 步骤： 、将、（或）转换为补码。 、进

17、行加法运算，符号位参与运算。,3、 逻辑运算真值表,4、 带符号数加减运算,1.补码加法运算：X+Y补=X补+Y补,符号作为数值直接参与运算,变减法为加法运算。,例X1=+13，Y1=+6，X2=-13，Y2=-6，求X1+Y1、X2+Y2 解先求X1补、 Y1补、X2补、Y2补 00001101 +13补 11110011 -13补 + 00000110 +6补 + 11111010 -6补 00010011 +19补 1 11101101 -19补 进位为模，舍弃,4、 带符号数加减运算,例X1=+6，Y1=+8，X2=-6，Y2=-8，求X1-Y1、X2-Y2 先求X1补、 Y1补、 -

18、Y1补、X2补、Y2补、-Y2补 00000110 +6补 11111010 -6补 + 11111000 -(+8)补 + 00001000 -(-8)补 11111110 -2补 1 00000010 +2补 进位为模，舍弃,2.补码减法运算：变减法为加法运算 X-Y补=X补+-Y补,5、 无符号数加减运算,1. 加法运算：直接相加。 2. 减法运算：变补相加。 例： X=150=96H，Y=10=0AH，计算X+Y=？X-Y=？ 10010110 150 10010110 150 + 00001010 + 10 + 11110110 -10补 10100000 160 1 1000110

19、0 140 进位为模，舍弃,变补相加计算减法: 当最高位产生进位与求补时的借位相抵消，实际无借位；反之有借位。 X-Y=X+-Y= X+模-|Y|-模= X+-Y补-模,机器数 无符号数 补码： 10010110 150 -106 + 00001010 + 10 + +10 10100000 160 -96 无符号数的加减运算与带符号补码相同。 但无符号数与补码运算的溢出判断方法却不同。,6、 溢出,溢出运算过程中数据超出允许表示范围,6、 溢出,例：X=74= 4AH，Y=216= D8H，求X+Y=？和X-Y=？ 01001010 74 01001010 74 + 11011000 + 2

20、16 - 11011000 - 216 1 00100010 34 1 01110010 114 溢出使结果出错。 加法有进位，结果为九位正数290； 减法有借位，结果为九位负数补码-142,1无符号数溢出判断最高位产生进位或借位。,计算机设置进位标志位 Cy来判断无符号数有无溢出： 当数据加/减最高位产生进位/借位，Cy=1；否则,Cy=0,例X1=+45，Y1=+46，X2=+90，Y2=+107，求X1+Y1、X2+Y2,2带符号数 补码溢出判断 符号位和最高数值位不同时进位/借位。,解：X1补=2DH，Y1补=2EH，X2补=5AH，Y2补=6BH 00101101 +45补 0101

21、1010 + 90补 + 00101110 +46补 + 01101011 +107补 0 01011011 +91补 0 11000101 -59 补 正确，无溢出 负数，有溢出 同时无进位：Cy6 =0、Cy7=0，则无溢出； 不同时有进位，则有溢出，结果出错；将Cy作为符号位，数值位为8位，结果为197补。,计算机中设置溢出标志位 OV 判断补码溢出。 逻辑关系： OV =Cy6Cy7 当补码加/减产生溢出 OV=1，否则OV=0。,例 X1=-5, Y1=-2，X2=-105,Y2=-91,求X1+Y1、X2+Y2 11111011 -5补 10010111 -105补 + 11111

22、110 -2补 + 10100101 - 91补 1 1111111001 -7补 1 00111100 + 68补 正确，无溢出 正数，有溢出。 同时有进位：Cy6 =1、Cy7=1，则无溢出； 不同时有进位，则有溢出，结果出错；将Cy作为符号位，数值位为8位，结果为-196补。,2带符号数 补码溢出判断 符号位和最高数值位不同时进位。,1-1-4 计算机中的编码系统,1、 BCD码（二十进制编码） 2、 ASCII 码 3、 汉字、多媒体的编码,1、 8421BCD码,一、BCD码：(又叫：二-十进制编码、8421码) 具有二进制数的形式，又有十进制数的真值 例：00111001BBCD=

23、 39HBCD = 39 十进制数转换为BCD码的规律： 用四位二进制数对每一位十进制数进行编码,十六进制数、BCD码和十进制数的对应关系,一位十六进制数转换为BCD码的规律 当一位十六进制数9时，BCD码为原数 当一位十六进制数A时，BCD码为原数加6H,1、 BCD码,例：求十进制数876的BCD码 876BCD =1000 0111 0110B =876H机=876 876 =0011 0110 1100B =36CH机=876,一类叫组合（或叫压缩）的BCD码： 它用一个字节表示2位BCD码 例：（ 0110 1001）BCD 69H 69 另一类叫未组合（或叫非压缩）的BCD码：1个

24、字节只用低4位来表示一位BCD码，高4位为0 例：（0000 1000）BCD 08H,BCD码有两类：,例：计算BCD码 38-29=？ 0011 1000 38BCD - 0010 1001 - 29BCD 0000 1111 ；产生非BCD - 0000 0110 ； -06调整 0000 1001； 结果无借位9,1、 BCD码,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码或产生高、低四位进位或借位，进行加6或减6调整。,例：计算BCD码 78+69=？ 0111 1000 78BCD + 0110 1001 +

25、69BCD 1110 0001 =E1H 147 ；产生非BCD码和半进位 + 0110 0110 +66H ；调整 1 0100 0111 ；带进位结果：147,二. BCD码运算,2、 字符编码 字母和符号(字符)也用二进制进行编码 ASCII码（美国标准信息交换码）， 用于计算机与计算机、计算机与外设之间传递信息。,ASCII码：由七位二进制编码（占用一个字节）组成，从007FH 共有128个字符编码。包括图形字符（字母ABC、 abc，、数字09 、其它可见字符+，-，*，/共96个）和控制字符（回车、空格等共32个）,常用字符的ASCII码,十六进制数转换为ASCII码的规律 当十六

26、进制数9H时， ASCII码为原数加30H当十六进制数AH时， ASCII码为原数加37H,十进制数转换为ASCII码的规律： ASCII码为原数加30H,思考： 十进制数和十六进制数的ASCII码转换为压缩型BCD码 有规律吗？； 有规律，是什么？怎么转换？ 无规律，怎么转换？,十六进制数、ASCII码和十进制数的对应关系,压缩BCD码,3、 汉字、多媒体的编码,汉字编码： 采用两个字节的二进制（占用两个字节）对一个汉字、符号和图形进行编码。 多媒体编码： 包括声音、图像和动画等各种媒体信息的编码。,1-2 计算机发展与组成,1-2-1 计算机发展概况,1-2-2 微型计算机组成结构,1-2

27、-3 微型计算机分类,1、计算机的诞生：,1-2-1 计算机发展概况,1946年2月15日，第一台电子数字计算机问世，这标志着计算机时代的到来。 （CALCULATOR） ENIAC,第一代电子管计算机1946-1958 。磁鼓存储器，机器语言、汇编语言编程。世界上第一台数字计算机ENIAC,1-2-1 计算机发展概况,第三代集成电路计算机1964-1971 。使用半导体存储器，出现多终端计算机和计算机网络。,第四代大规模集成电路计算机1971- 。出现微型计算机、单片微型计算机，外部设备多样化。,第五代人工智能计算机1981- 。模拟人的智能和交流方式。,第二代晶体管计算机1958-1964

28、 。磁芯作主存储器, 磁盘作外存储器，开始使用高级语言编程。,2、计算机技术的发展，相继经历了五个时代：,1971年1月，INTEL公司的特德霍夫在与日本商业通讯公司合作研制台式计算器时，将原始方案的十几个芯片压缩成三个集成电路芯片。其中的两个芯片分别用于存储程序和数据，另一芯片集成了运算器和控制器及一些寄存器，称为微处理器（即Intel 4004）。,4004微处理器,1-2-1 计算机发展概况,3、微型计算机的诞生：,1-2-1 计算机发展概况,4、微型计算机技术的发展，相继经历了六个时代：,1-2-2 微型计算机组成结构,运算器 控制器 寄存器,并行、串行接口 定时器、A/D、D/A,微

29、型计算机：由微处理器、存储器加上I/O接口电路组成。各部分通过地址总线（AB）、数据总线（DB）和控制总线（CB）相连。,1、 微机的组成,CPU是计算机的控制核心，它的功能是执行指令，完成算数运算、逻辑运算，并对整机进行控制。 存储器用于存储程序和数据。 输入/输出接口（又称I/O接口）是CPU和外设之间相连的逻辑电路，外设必须通过接口才能和CPU相连。不同的外设所用接口不同。每个I/O接口也有一个地址，CPU通过对不同的I/O接口进行操作来完成对外设的操作。 存储器、I/O接口和CPU之间通过总线相连。 用于传送程序或数据的总线称为数据总线；地址总线用于传送地址，以识别不同的存储单元或I/

30、O接口；控制总线用于控制数据总线上数据流送的方向、对象等。,2、微机的基本工作原理,存储程序、执行程序是微机的工作原理，取指令，译码，执行是微机的基本工作过程。 单片机是微型计算机的一种，是将计算机主机（CPU、存储器和I/O接口）集成在一小块硅片上的微机，又称微控制器。它专为工业测控而设计，具有三高优势（集成度高、可靠性高、性价比高），他的特点是小而全(体积小，功能全），主要应用于工业检测与控制、计算机外设、智能仪器、仪表、通信设备、家用电器等，特别适合于嵌入式微型机应用系统。,3、微机的主要技术指标,微型计算机主要有如下一些技术指标： 字长：CPU并行处理数据位，由此定为8位机、16位机、

31、32位机等。 存储容量：存储器单元数，例如256B、8KB、1MB等（1B即一个字节，也就是一个8位二进制数，是计算机数据的基本单位）。 运算速度：CPU处理速度，它和内部的工艺结构以及外接的时钟频率有关。 时钟频率：在CPU极限频率以下，时钟频率越高，执行指令速度越快，对单片机而言，有6MHz、12MHz、24MHz等。,1-1-2 微型计算机组成结构,1-1-2 微型计算机组成结构,1-2-3 微型计算机分类,1、按CPU的字长分类： 4位机、8位机、16位机、32位机、64位机和片位机,字长:是指CPU一次并行传送的二进制数据位（bit）的位数；是由数据总线的宽度，即数据总线的条数确定的

32、,1 Word = 2 Byte = 16 bit,1GB = 1024MB,1MB = 1024KB,1KB = 1024B,1B = 8b,2、按微计算机的应用形态分类： 单片机、单板机、多板机（系统机）。,1-2-3 微型计算机分类,多板机（系统机） 将CPU、存储器、I/O接口电路和总线接口等组装在一块主机板（即微机主板）。各种适配板卡插在主机板的扩展槽上并与电源、软/硬盘驱动器及光驱等装在同一机箱内，再配上系统软件，就构成了一台完整的微型计算机系统（简称系统机）。 工控机、PC机 也属于多板机。,单板机 将CPU芯片、存储器芯片、I/O接口芯片和简单的I/O设备（小键盘、LED显示器

33、）等装配在一块印刷电路板上，再配上监控程序（固化在ROM中），就构成了一台单板微型计算机（简称单板机）。,单板机,单板机的I/O设备简单，软件资源少，使用不方便。早期主要用于微型计算机原理的教学及简单的测控系统，现在已很少使用。,单片机 在一片集成电路芯片上集成微处理器、存储器、I/O接口电路，从而构成了单芯片微型计算机，即单片机。 三种应用形态的比较 ：,单板机,单片机,系统机（多板机）,系统机（桌面应用）属于通用计算机，主要应用于数据处理、办公自动化及辅助设计。,单片机（嵌入式应用）属于专用计算机，主要应用于智能仪表、智能传感器、智能家电、智能办公设备、汽车及军事电子设备等应用系统。,单片

34、机体积小、价格低、可靠性高，其非凡的嵌入式应用形态对于满足嵌入式应用需求具有独特的优势。,1-3 单片机与嵌入式系统,1-3-1、单片机及其发展 1-3-2、单片机的应用 1-3-3、单片机应用系统开发简介 1-3-4、嵌入式系统,1-3-1 、 单片机及其发展,1、什么是单片机 全称单片微型计算机（Single-Chip-Microcomputer） 又称微控制器MCU(Micro Controller Unit), 也称嵌入式微控制器(Embedded Microcontroller Unit) 基本结构是将微型计算机的基本功能部件：中央处理机（CPU）、存储器、输入、输出接口、定时器/计

35、数器、中断系统、系统时钟及系统总线等全部集成在一个半导体芯片上。 它本身就是一个嵌入式系统，同时它也可作更大的嵌入式系统的核心。 特点是小而全，即体积小、功能全、功耗低、性能价格比高。,1-3-1 、 单片机及其发展,2、单片机的发展 单片机技术发展过程可分为三个主要阶段： 单片机探索阶段、 单片机完善阶段、微控制器化阶段,单芯片微机探索阶段 1976年，Intel公司推出了MCS-48系列单片机 。8位CPU、1K字节ROM、64字节RAM、27根I/O线和1个8位定时/计数器。,特点是：存储器容量较小，寻址范围小（不大于4K），无串行接口，指令系统功能不强。,1-3-1 、 单片机及其发展

36、,性能完善提高阶段 1980年，Intel公司推出了MCS-51系列单片机：8位CPU、4K字节ROM、128字节RAM、4个8位并口、1个全双工串行口、2个16位定时/计数器。寻址范围64K，并有控制功能较强的布尔处理器。,特点是：结构体系完善，性能已大大提高，面向控制的特点进一步突出。现在，MCS-51已成为公认的单片机经典机种 。,1-3-1 、 单片机及其发展,微控制器化阶段,特点是：片内面向测控系统外围电路增强，使单片机可以方便灵活地用于复杂的自动测控系统及设备。 “微控制器”的称谓更能反应单片机的本质。,1982年，Intel推出MCS-96系列单片机。 芯片内集成：16位CPU、

37、8K字节ROM、232字节RAM、5个8位并口、1个全双工串行口、2个16位定时/计数器。寻址范围64K。片上还有8路10位ADC、1路PWM输出及高速I/O部件等。,1-3-1 、 单片机及其发展,3、单片机产品近况, SST公司结合在系统编程（ISP）和在应用编程（IAP）技术推出的SST89系列。 ATMEL公司融入Flash存储器技术的AT89系列； Philips公司的80C51、80C552系列； 华邦公司的W78C51、W77C51高速低价系列； ADI公司的ADC8xx高精度ADC系列； LG公司的GMS90/97低压高速系列； Maxim公司的DS89C420高速（50MIP

38、S）系列； Cygnal公司的C8051F系列高速SOC单片机。, 80C51系列单片机产品繁多，主流地位已经形成，近年来推出的与80C51兼容的主要产品有：,非80C51结构单片机新品不断推出，给用户提供了更为广泛的选择空间 ，近年来推出的非80C51系列的主要产品有：,Intel的MCS-96系列16位单片机 ； Microchip的PIC系列RISC单片机 ； TI的MSP430F系列16位低功耗单片机 。,1-3-2、 单片机的应用,1、 单片机应用系统 单片机应用系统从规模上可分为： 简单应用系统、常规应用系统和高级应用系统 (1)简单应用系统：通常应用于家用电器、智能仪器仪表等；特

39、点：无人机对话功能，程序和运行参数均可固化在ROM中。 (2)常规应用系统：通常用于家用电器和过程监控，如机电一体化产品和实时工业控制；特点：具有键盘、显示和若干I/O端口实现对被控对象的监视和控制。 (3)高级应用系统：通常用于分布式系统的前端模块（下位机），如单片机在分布式计算机系统或计算机网络中的作为前置（下位）机来应用；特点：具有网络、通讯等接口。,图1-1 DDC控制系统原理框图,(1). 单片机在直接数字控制DDC系统中的应用,(2). 单片机在分布式控制系统DCS中的应用,图1-2 分级计算机控制系统框图,2、 单片机的应用特点,近期推出的单片机产品，内部集成有高速I/O口、AD

40、C、PWM、WDT等部件，并在低电压、低功耗、串行扩展总线、控制网络总线和开发方式（如在系统编程ISP）等方面都有了进一步的增强。,控制性能和可靠性高 实时控制功能特别强，其CPU可以对I/O端口直接进行操作，位操作能力更是其它计算机无法比拟的。另外，由于CPU、存储器及I/O接口集成在同一芯片内，各部件间的连接紧凑，数据在传送时受干扰的影响较小，且不易受环境条件的影响，所以单片机的可靠性非常高。,体积小、价格低、易于产品化 单片机芯片即是一台完整的微型计算机，对于批量大的专用场合，一方面可以在众多的单片机品种间进行匹配选择；同时还可以专门进行芯片设计，使芯片的功能与应用具有良好的对应关系；在

41、单片机产品的引脚封装方面，有的单片机引脚已减少到8个或更少。 从而使应用系统的印制板减小、接插件减少、安装简单方便。,3、 单片机的具体应用领域,智能仪器仪表,单片机用于各种仪器仪表，一方面提高了仪器仪表的使用功能和精度，使仪器仪表智能化，同时还简化了仪器仪表的硬件结构，从而可以方便地完成仪器仪表产品的升级换代。如各种智能电气测量仪表、智能传感器等。,机电一体化产品,机电一体化产品是集机械技术、微电子技术、自动化技术和计算机技术于一体，具有智能化特征的各种机电产品。单片机在机电一体化产品的开发中可以发挥巨大的作用。典型产品如机器人、数控机床、自动包装机、点钞机、医疗设备、打印机、传真机、复印机

42、等。,实时工业控制,单片机还可以用于各种物理量的采集与控制。电流、电压、温度、液位、流量等物理参数的采集和控制均可以利用单片机方便地实现。在这类系统中，利用单片机作为系统控制器，可以根据被控对象的不同特征采用不同的智能算法，实现期望的控制指标，从而提高生产效率和产品质量。典型应用如电机转速控制、温度控制、自动生产线等 。,分布式系统的前端模块,在较复杂的工业系统中，经常要采用分布式测控系统完成大量的分布参数的采集。在这类系统中，采用单片机作为分布式系统的前端采集模块，系统具有运行可靠，数据采集方便灵活，成本低廉等一系列优点。,家用电器,家用电器是单片机的又一重要应用领域，前景十分广阔。如空调器

43、、电冰箱、洗衣机、电饭煲、高档洗浴设备、高档玩具等。,另外，在交通领域中，汽车、火车、飞机、航天器等均有单片机的广泛应用。如汽车自动驾驶系统、航天测控系统、黑匣子等 。,1-3-3 、单片机应用系统开发简介,1、 单片机应用系统的开发 正确无误的硬件设计和良好的软件功能设计是一个实用的单片机应用系统的设计目标。完成这一目标的过程称为单片机应用系统的开发。,单片机作为一片集成了微型计算机基本部件的集成电路芯片，与通用微机相比，它自身没有开发功能，必须借助开发机（一种特殊的计算机系统）来完成如下任务： 排除应用系统的硬件故障和软件错误； 程序固化到内部或外部程序存储器芯片中。,指令的表示形式 指令

44、是让单片机执行某种操作的命令。在单片机中，指令按一定的顺序以二进制码的形式存放于程序存储器中。为了书写、输入和显示方便，人们通常将二进制的机器码写成十六进制形式。,如，二进制码0000 0100B可以表示为04H。04H所对应的指令意义是累加器A的内容加1。若写成INC A则要清楚得多，这就是该指令的符号表示，称为符号指令。,汇编或编译 符号指令要转换成计算机所能执行的机器码并存入计算机的程序存储器中，这种转换称为汇编。常用的汇编方法有三种：,手工汇编； 利用开发机的驻留汇编程序进行汇编； 交叉汇编。,现在人们还可以常常采用高级语言（如C51）进行单片机应用程序的设计。这种方法具有周期短、移植

45、和修改方便的优点，适合于较为复杂系统的开发。,a）设计总体方案 b）硬件系统设计、调试 A、设计硬件系统电路原理图、PCB图Protel99 组装、调试-电路调试 B、用测试软件对硬件系统进行测试 c）应用程序设计、编译、调试- Wave 、Keil C51 d）应用程序的仿真调试（软件仿真、硬件仿真） e）固化程序，系统脱机运行,单片机应用系统开发过程,2、单片机应用系统传统开发方式 利用独立型仿真器开发,利用非独立型仿真器开发,SST公司推出的SST89C54、SST89C58和SST89E564RD芯片分别有20KB、30KB和64KB的SuperFLASH存储器，利用这种存储器可以进行

46、高速读写的特点，能够实现在系统编程（ISP）和在应用编程（IAP）功能。 首先在PC机上完成应用程序的编辑、汇编（或编译）、模拟运行，然后实现目标程序的串行下载。,3、单片机开发方式的发展,Microchip公司推出的RISC结构单片机PIC16F87X中内置有在线调试器ICD（In-Circuit Programming）功能；,该公司还配置了具有ICSP（In-Circuit Serial Programming）功能的简单仿真器和烧写器。通过PC机串行电缆就可以完成对目标系统的仿真调试 。,1-3-4、嵌入式系统,嵌入式系统 以嵌入式应用为目的的计算机系统称为嵌入式计算机系统嵌入式系统 嵌入式系统从形式上可分为 系统级 板级 器件级 唯一、专门为嵌入式应用而设计的体系结构和指令系统 80C51是典型的嵌入式系统,小结,1、各进制的特点及应用场合？ 2、各进制之间的相互转换； 3、理解并掌握机器数和真值的概念； 4、为什么现在使用的计算机主要是补码计算机？ 5、熟练掌握8421BCD码和ASII码。,