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1、单片机原理与应用 Principles and Application of Microcontroller,讲授：黄惟公,教师简介：,黄惟公 教授 硕士研究生导师，“机电教研室”主任。 曾当过“知青”和工人。1982年1月年毕业于四川工业学院机械制造工艺设备及自动化专业。 1992.11993.1 在美国密西根大学作访问学者。 2000.92000.11在加拿大红河学院作访问学者。 在国内外发表论文20余篇，主编、副主编教材2部，主持或作为主研完成、在研863CMIS、85国家攻关项目、省级、省重点学科及各类横向科研课题10余项。 目前主要从事机械工程测控方面的教学及科研工作。,1）智能化测
2、控仪器研究 本研究有以下4方面的内容 嵌入式系统的研究 对新型16位、32位微处理器的应用、嵌入式实时操作系统在各种微处理器的移植与应用、嵌入式系统与Internet网络的连接等新技术方面进行研究、跟踪世界先进水平，为研制具有自主知识产权的测控仪器建立硬、软基础。 现场总线测控仪表的研究 现场总线是用于现场仪表与控制系统和控制室之间的一种全分散、全数字化、智能、双向、互联、多变量、多点、多站的通讯系统。是目前仪表的发展方向。 智能控制仪表的研究 研究如何把模糊控制、神经网络等新理论应用在控制仪表和装置中，如何在单片机上实现这些理论。 虚拟仪器的研究 研究应用与各种领域的虚拟测试仪器、研究特殊性
3、能的数据采集卡与LabVIEW/CVI的接口、PXI总线的应用、基于网络的测控系统等内容。 2）计算机视觉监测及测量研究 本研究有以下2方面的内容 基于线阵CCD测量技术的研究 研究将CCD技术应用于尺寸的非接触测量、改造传统的测量仪器、研究提高CCD的测量精度的方法和理论等内容。 基于二、三维计算机视觉技术的研究 研究将数字图象处理技术应用于二维、三维对象的检测技术。本研究对利用图象处理方法进行物体尺寸的测量、形状的识别、文字的识别等方面做了大量的工作。,第1章 基础知识,1.1 单片机简介,1.2 数制及其转换,1.1 计算机发展与组成,1946-1958 第一代电子管计算机。磁鼓存储器，
4、机器语言、汇编语言编程。世界上第一台数字计算机ENIAC。,1.1.1 发展概况,1958-1964 第二代晶体管计算机。磁芯作主存储器, 磁盘作外存储器，开始使用高级语言编程。,1964-1971 第三代集成电路计算机。使用半导体存储器，出现多终端计算机和计算机网络。,1971- 第四代大规模集成电路计算机。出现微型计算机、单片微型计算机，外部设备多样化。,1981- 第五代人工智能计算机。模拟人的智能和交流方式。,1946年由美国宾夕法尼亚大学研制 ENIAC（Electronic Numerical Integrator And calculator），运算速度 5000次/秒，功耗15
5、0kw/h，占地170m2 ,造价100万美元。,1.1.2 计算机发展趋势,微型化 便携式、低功耗 巨型化 尖端科技领域的信息处理，需要超大容量、高速度 智能化 模拟人类大脑思维和交流方式，多种处理能力 系列化、标准化 便于各种计算机硬、软件兼容和升级 网络化 网络计算机和信息高速公路 多机系统 大型设备、生产流水线集中管理(独立控制、 故障分散、资源共享),1.1.3 微型计算机组成结构,单片机简介,单片机即单片机微型计算机，是将计算机主机(CPU、 内存和I/O接口)集成在一小块硅片上的微型机。,单片机开发系统有单片单板机和仿真器。实现单片机 应用系统的硬、软件开发。,单片机为工业测控而
6、设计，又称微控制器。具有三高优势(集成度高、可靠性高、性价比高)。 主要应用于工业检测与控制、计算机外设、智能仪器仪表、通讯设备、家用电器等。 特别适合于嵌入式微型机应用系统。,单片机发展概况,1976-1978 初级8位单片机 Intel MCS-48 系列 1978- 高档8位单片机 Intel MCS-51系列： -51子系列：8031/8051/8751 -52子系列：8032/8052/8752 低功耗型80C31高性能型80C252廉价型89C2051/1051,1983- 16位单片机 Intel MCS-96 系列 8098/8096、80C198/80C196, DSP 32
7、位单片机 ARM,1.1.4 计算机主要技术指标,字长： CPU并行处理二进制的数据位数 8位机、16位机、32位机和64位机。,内存容量：内存存储单元数 容量单位：1K=210=1024，1M=220=1KK 8K、64K、16M、64M。,运算速度：CPU处理速度 时钟频率、主频、每秒运算次数 6MHz、12MHz、24MHz、100MHz、300MHz。,内存存取周期：内存读写速度 50nS 、70nS 、200nS 。,1.2 计算机的数制及转换,一. 十进制ND有十个数码09、逢十进一。 十进制用于计算机输入输出，人机交互。 二. 二进制NB两个数码:0、1, 逢二进一。 二进制为机
8、器中的数据形式。 三. 十六进制NH十六个数码:09, AF, 逢十六进一。 十六进制用于表示二进制数。 不同进位制数以下标或后缀区别,十进制数可不带下标。 如:101、101D、101B、101H、101H,介绍计算机中数的表示方法和基本运算方法。,1-2-1 进位计数制,1.2 计算机的数制及转换,一. 十进制ND 符号集：09 规则：逢十进一。 例 1234.5=1103 +2102 +3101 +4100 +510-1 加权展开式以10称为基数，各位系数为09。 一般表达式： ND= dn-110n-1+dn-210n-2 +d0100 +d-110-1+,1.2.1 进位计数制,1.
9、2 计算机的数制及转换,二. 二进制NB 符号集：0、1 规则：逢二进一。 例 1101.101=123+122+021+120+12-1+12-3 加权展开式以2为基数，各位系数为0、1。 一般表达式： NB = bn-12n-1 + bn-22n-2 +b020 +b-12-1+,1.2.1 进位计数制,1.2 计算机所用数制及转换,三.十六进制NH 符号集：09、AF 规则：逢十六进一。 例：DFC.8=13162 +15161 +12160 +816-1 展开式以十六为基数，各位系数为09，AF。 一般表达式： NH= hn-116n-1+ hn-216n-2+ h0160+ h-11
10、6-1+,1.2.1 进位计数制,1.2.2 不同进位计数制之间的转换,先展开，然后按照十进制运算法则求和。 举例： 1011.1010B=123+121+120+12-1+12-3=11.625 DFC.8H =13162+15161+12160+816-1 = 3580.5,（一）二、十六进制数转换成十进制数,进位计数制的一般表达式： Nr= an-1rn-1+an-2rn-2+ +a1r1a0r0a-1r-1a-mr-m 一个r1进制的数转换成r2进制数的方法： 先展开，然后按r2进制的运算法则求和计算。,1.2.2 不同进位计数制之间的转换,（二）二进制与十六进制数之间的转换 24=1
11、6 ，四位二进制数对应一位十六进制数。 举例：,3AF.2H = 0011 1010 1111.0010 = 1110101111.001B 3 A F 2 1111101.11B = 0111 1101.1100 = 7D.CH 7 D C,（三）十进制数转换成二、十六进制数,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：,1. 39转换成二进制数 39 =100111B 2 39 1 （ b0） 2 19 1 （ b1） 2 9 1 （ b2） 2 4 0 （ b3） 2 2 0 （ b4） 2 1
12、1 （ b5） 0,2. 208转换成十六进制数 208 = D0H 16 208 余 0 16 13 余 13 = DH 0,（三）十进制数转换成二、十六进制数,1. 小数转换法 “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
13、六进制数208.625 = D0.AH,1.2.2 带符号数的表示方法,机器数：机器中数的表示形式，其位数通常为8的倍数 真值： 机器数所代表的实际数值。 举例:一个8位机器数与它的真值对应关系如下： 真值： X1=+84=+1010100B X2=-84= -1010100B 机器数：X1机= 01010100 X2机= 11010100,机器中，数的符号用“0”、“1” 表示。 最高位作符号位，“0”表示“+”，“1”表示“-”。,（一）机器数与真值,1.2.2 带符号数的表示方法,最高位为符号位，0表示 “+”，1表示“”。 数值位与真值数值位相同。 例 8位原码机器数： 真值： x1
14、= +1010100B x2 = 1010100B 机器数： x1原 = 01010100 x2原 = 11010100 原码表示简单直观,但0的表示不唯一，加减运算复杂。,有符号数通常使用三种表示方法：,(二)原码(True Form),（三）补码（Twos Complement）,正数的补码表示与原码相同。 负数补码的符号位为1，数值位等于求反加1。,例：求 8位补码机器数： x=+4 x补= 00000100 x=-4 10000100 x1111011 x补 = 11111100,补码表示的优点： 0的表示唯一，加减运算方便。,数的补码与“模”有关 “模”即计数系统的量程。,当X0，X
15、补= 模-X。,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 规则：求反加1，符号位不变。 如：1000 1101B 其补码：1111 0010 规定：0000 0000B 为0 1000 0000B 不是0，而是128,8位机器数表示的真值,1.2.2 带符号数的表示方法,四. 机器数与真值之间的转换,1)X1=+127，X2=-127，求X原 、X补 X1原=X1补=01111111= 7FH X2原=11111111= FFH X2补=10000001= 81H 2)X1=+255，X2=-255 ，求X原
16、、X补 X1原=X1补=0000000011111111= 00FFH X2原=1000000011111111= 80FFH X2补=1111111100000001= FF01H,1. 真值机器数,1.2.3 二十进制编码BCD码,例：求十进制数876的BCD码 876BCD = 1000 0111 0110 876 = 36CH = 11 0110 1100B,BCD码(Binary Coded Decimal) 二进制代码表示的十进制数。,一.8421 BCD码,二. BCD码运算,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
17、有非BCD码或产生进位或借位，进行加6或减6调整。,例：计算BCD码 78+69=？ 0111 1000 78BCD + 0110 1001 + 69BCD 1110 0001 产生非BCD码和半进位 + 0110 0110 +66H调整 1 0100 0111 带进位结果：147,例：计算BCD码 38-29=？ 0011 1000 38BCD + 1101 0111 - 29BCD 1 0000 1111 产生非BCD + 1111 1010 -06调整 1 0000 1001 结果无借位：9,1.2.4 字符编码 美国标准信息交换码ASCII码，用于计算机与计算机、计算机与外设之间传递信息。,学习要求：,上课记笔记 独立完成作业 认真做好实验 学习方法：动手实践 Practice is a best way to learning.,