单片机的概念单片机的概念 8051系列单片机的内部配置系列单片机的内部配置 二进制、十进制和十六进制数的转换二进制、十进制和十六进制数的转换 计算机中带符号数的表示方法计算机中带符号数的表示方法 单片机与嵌入式系统单片机与嵌入式系统 单片机系统开发方法单片机系统开发方法本章要点本章要点 第第1章章 单片机入门单片机入门.1.1 如何学习单片机如何学习单片机1.2 单片机的学习工具单片机的学习工具1.3 单片机的基础知识单片机的基础知识1.4 单片机与嵌入式系统单片机与嵌入式系统1.5 单片机的基本操作单片机的基本操作1.6 常用单片机介绍常用单片机介绍本章大纲本章大纲 1.8 实践训练实践训练利用单片机控制利用单片机控制 1.7 单片机系统开发方法单片机系统开发方法 思考与练习思考与练习.当前的单片机种类很多，但是51是最基础的，因此单片机的学习最好也是从51开始，不仅容易上手，而且相当实用。学习单片机最重要的是练，我所说的学习跟课堂上的单片机学习不同，我以前也看过一些单片机教材，有些教材讲的是单片机的工作原理和内部结构，这些东西对于我们暂时并不需要，等以后深入学习的时候在学习好了。现在要学习的是暂时抛开内部结构原理不谈，如何能用单片机写一些简单的小程序，是从实用性的角度出发，这种说法称之为先实践后理论的学习方法。单片机的硬件结构还是需要有一个基本的了解，最起码要知道各引脚的功能、区别，能自己动手搭一个单片机的最小系统，然后就可以直接从程序入手，程序最好还是用C语言编程，从简单的跑马灯做起，逐渐深入，陆续可以做一些数码管、液晶等电子元器件的应用，在深入就可以结合一些具体实例扩展一些中断、串口通讯等功能。还有一点要声明的是单片机里用到的C语言其实很有限，课堂上学习C+的很大一部分内容在初期单片机编程中都用不到，因此没必要因为觉的自己的C语言基础不是很好而对单片机望而止步！1.1 如何学习单片机如何学习单片机.具体学习单片机时还需要注意以下几点：1理论与实践并重理论与实践并重2合理安排时间持之以恒合理安排时间持之以恒 3遇到问题耐心检查遇到问题耐心检查 4经常总结和复习经常总结和复习5要进行适当投资购买实验器材及书籍资料要进行适当投资购买实验器材及书籍资料.常用的51系列的单片机实验板及伟福仿真器如图1-1、1-2所示。1.2 单片机的学习工具单片机的学习工具图1-1单片机实验板图1-2仿真器.1伟福V5系列MCS51通用仿真器硬件特点（1）多种仿真技术多种仿真技术（2）通用仿真器）通用仿真器（3）仿真频率极高）仿真频率极高（4）程控时钟）程控时钟（5）计时器）计时器（6）逻辑分析仪逻辑分析仪（7）跟踪器跟踪器（8）多功能逻辑笔）多功能逻辑笔.2伟福V5系列仿真器软件特点（1）Wave/Keil双平台，中/英文可选。（2）真正的集成调试环境,集成了编缉器、编译器、调试器。（3）在线直接修改、编译、调试源程序，错误指令定位。（4）所有类型的单片机集成在一个调试环境下,支持汇编、C、PL/M源程序混合调试。（5）支持软件模拟。（6）支持项目管理。（7）支持点屏功能,直接点击屏幕就可以观察变量的值,方便快捷。（8）功能强大的观察窗口,支持所有的数据类型。树状结构显示，一目了然。（9）众多强大软硬件调试手段,包括逻辑分析仪、跟踪器、逻辑笔、波形发生器、影子存储器、记时器、程序时效分析、数据时效分析、硬件测试仪、事件触发器（硬件调试手段需要软件配合硬件支持）。.1.3.1概述1单片机的概念1.3 单片机的基础知识单片机的基础知识单片机，通俗地讲，就是把中央处理器CPU（CentralProcessingUnit）、存储器（Memory）、定时器/计数器（Timer/Counter）、I/O（Input/Output）接口电路等一些计算机的主要功能部件集成在一块集成电路芯片上的微型计算机。中文“单片机”的称呼就是由英文名称“SingleChipMicrocomputer”直接翻译而来的。.2.单片机发展历史单片机根据数据总线宽度的不同，可以分为4位机、8位机、16位机、32位机，最早研制成功的单片机是4位机。在1970年微型计算机研制成功后，随着半导体技术的发展，集成电路的集成度越来越高。1971年，美国Intel公司便生产出了第一片4位单片机4004，它将微型计算机的运算部件和逻辑控制部件集成在一起，它的特点是结构简单、功能单一、控制能力较弱，但价格低廉。1976年Intel公司推出了MCS-48系列8位单片机，它以体积小、功能全、价格低等特点获得了广泛的应用，成为单片机发展进程中的一个重要阶段。在MCS-48系列单片机的基础上，许多半导体公司和计算机公司争相研制和发展自己的单片机系列。其中，有Motorola公司的MC68HC05及MC68HC08系列等，ZiLOG公司的Z8系列等，其中最典型，应用最广泛的还是Intel公司在20世纪80年代初推出了MCS-51系列单片机，属高档8位单片机，这一代单片机的主要技术特征是为单片机配置了完美的外部并行总线和串行通信接口，规范了特殊功能寄存器的控制模式，以及为增强控制功能而强化布尔处理系统和相关的指令系统，为发展具有良好兼容性的新一代单片机奠定了良好的基础。.2.单片机发展历史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232B，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。在工业控制产品、智能仪表、彩色复印机、录像机等应用领域中，16位单片机大有用武之地。近几年，32位单片机也得到快速发展，如ARM处理器系列等。尽管目前单片机品种繁多，但其中最为典型的仍当属Intel公司的MCS-51系列单片机，它的功能强大、兼容性强、软硬件资料丰富。国内也以此系列的单片机应用最为广泛。直到现在，MCS-51系列单片机仍不失为单片机中的主流机型。在今后相当长的时间内，单片机应用领域中的8位机主流地位还不会改变。.3.单片机应用单片机具有功耗低、控制功能强、扩展灵活、微型化和使用方便等优点，而且其性价比高，很多单片机芯片甚至只需几元钱就能买到，再加上少量的外围元件，就可以构成一个功能优越的计算机智能控制系统，因此单片机广泛地应用于各行各业，其主要的应用领域有：（1）工业自动化控制）工业自动化控制（2）智能仪器仪表）智能仪器仪表（3）智能化家用电器）智能化家用电器（4）办公自动化）办公自动化.1.3.2单片机的发展趋势目前，单片机正朝着CMOS化、低功耗、小体积、大容量、高性能、低价格和外围电路内装化等几个方面发展。下面是单片机的主要发展趋势。1功能更强功能更强2功耗更低功耗更低3性能更高性能更高4系统更简化系统更简化.1.3.38051系列单片机1MCS-51系列单片机的常用芯片MCS-51系列单片机是Intel公司在总结MCS-48系列单片机的基础上于20世纪80年代初推出的高档8位单片机。在MCS-51系列单片机中，8051是最早最典型的产品，该系列其他单片机都是在8051的基础上进行功能的增、减、改变而来的，MCS是Intel公司的注册商标，所以凡Intel公司生产的以8051为核心单元的其他派生单片机都可称为MCS-51系列，也可简称为51系列。Intel公司将MCS-51的核心技术授权给了很多其他公司，所以有很多公司在做以8051为核心的单片机，而其他公司生产的以8051为核心单元的派生单片机，例如Philips公司的83C552及51LPC系列、Siemens公司的SAB80512、AMD公司的8053等均不能称为MCS-51系列，只能称为8051系列。MCS-51系列单片机分为两大子系列，51子系列与52子系列。.这两大系列单片机的主要硬件特性见表1-1。.28051系列单片机8051系列中的所有单片机，不论其内部资源配置是扩展还是删减，其内核的结构都是保持8051的内核结构。它们都具有以下特点。（1）普遍采用）普遍采用CMOS工艺，通常都能满足工艺，通常都能满足CMOS与与TTL的兼容。的兼容。（2）都和）都和MCS-51系列有相同的指令系统。系列有相同的指令系统。（3）所有扩展功能的控制，并行扩展总线和串行总线）所有扩展功能的控制，并行扩展总线和串行总线UART都保持都保持不变。不变。（4）系统的管理仍采用）系统的管理仍采用SFR模式，而增加的模式，而增加的SFR不会和原有的不会和原有的8051的的21个个SFR产生地址冲突。产生地址冲突。（5）最大限度保持双列直插）最大限度保持双列直插DIP40封装引脚不变，必须扩展的引脚封装引脚不变，必须扩展的引脚一般均在用户侧进行扩展，对单片机系统的内部总线均无影响。一般均在用户侧进行扩展，对单片机系统的内部总线均无影响。.1.3.4单片机中的数制与码制1数制及其转换常用的表达整数的数制有二进制数、十进制数、十六进制数三种，其中计算机处理的一切信号都是由二进制数表示的；人们日常用的是十进制数；十六进制数则用来缩写二进制数。三种数制之间可以相互转换。它们之间的关系见表1-2。.（1）二进制数和十进制数之间的相互转换二进制转换成十进制，可采用展开求和法。即将二进制数按权展开再相加。十进制转换成二进制可采用除2取余法。即用2不断地去除待转换的十进制数，直至商等于0为止，再将所得的各次余数依次倒序排列。（2）二进制数和十六进制数之间的相互转换二进制整数转换为十六进制数，只需将二进制数从右向左每4位为一组分组，最后一组若不足4位，则在其左边添加0，以凑成4位，每组按表1-2用1位十六进制数表示。十六进制数转换为二进制数，只需按表1-2用4位二进制数表示1位十六进制数。.2有符号数的表示数值在计算机中表示形式为机器数，由于计算机只能识别0和1，因此我们用来表示数值正负的“+”和“-”在计算机中也只能用“0”和“1”表示。一般在计算机中，对于正数，最高位规定为“0”；对于负数，最高位规定为“1”。有符号数在计算机中有原码、反码和补码三种表示方法。（1）原码用最高位表示数的正负，其余各位表示数的绝对值，这种表示方法称为原码表示法。（2）反码正数的反码与原码相同；负数的反码为其原码的符号位不变，数值部分按位取反。（3）补码正数的补码与原码相同；负数的补码为其反码加1，但符号位不变。.3十进制数的编码BCD码人们生活中习惯于十进制数，而计算机只能识别二进制数，为了将十进制数转变为二进制数，产生了BCD（BinaryCodedDecimalCode）码，即用二进制代码表示十进制数。例如手用计算器就采用BCD编码运算。这种编码的特点是保留十进制的权，数字则用二进制表示。即仍然是逢十进一，但又是一组二进制代码。BCD码有多种表示方法，最常用的BCD码为8421码，编码方式见表1-3。每4位二进制数表示一个十进制字符，这4位中各位的权依次是：8、4、2、1，因此称为8421BCD码。.4ASCII码由于计算机只能处理二进制数，因此除了数值本身需要用二进制数形式表示外，另一些要处理的信息（如字母、标点符号、数字符号、文字符号等）也必须用二进制数表示，即在计算机中需将这些信息代码化，以便于计算机识别、存储及处理。目前，在微机系统中，世界各国普遍采用美国信息交换标准码ASCII码（AmericanStandedCodeforInformationInterchange），见表1-4，用7位二进制数表示一个字符的ASCII码值。.在各种不同类型的嵌入式系统中，以单片微控制器(Microcontroller)作为系统的主要控制核心所构成的单片嵌入式系统（国内通常称为单片机系统）占据着非常重要的地位。单片嵌入式系统的硬件基本构成可分成两大部分：单片微控制器芯片和外围的接口与控制电路。其中单片微控制器是构成单片嵌入式系统的核心。单片微控制器又被称为单片微型计算机(Single-ChipMicrocomputre或One-ChipMicrocomputre)，或者嵌入式微控制器（EmbeddedMicrocontroller）。1.4 单片机与嵌入式系统单片机与嵌入式系统.所谓的单片微控制器即单片机，它的外表通常只是一片大规模集成电路芯片。但在芯片的内部却集成了中央处理器单元(CPU)，各种存储器(RAM、ROM、EPROM、E2PROM和FlashROM等)，各种输入/输出接口(定时器/计数器、并行I/O、串行I/O以及A/D转换接口等)，等众多的功能部件。因此，一片芯片就构成了一个基本的微型计算机系统。由于单片机芯片的微小体积，极低的成本和面向控制的设计，使的它作为智能控制的核心器件被广泛地应用于嵌入到工业控制、智能仪器仪表、家用电器、电子通信产品等各个领域中的电子设备和电子产品中。可以说，由单片机为核心构成的单片嵌入式系统已成为现代电子系统中最重要的组成部分。.1.4.1嵌入式系统简介1.什么是嵌入式系统将面对工控领域对象，嵌入到各种控制应用系统、各类电子系统和电子产品中，实现嵌入式应用的计算机系统称之为嵌入式计算机系统，简称嵌入式系统(EmbeddedSystem)。2.嵌入式系统的特点与应用嵌入式系统就是指用于实现独立功能的专用计算机系统。它由包括微处理器、微控制器、定时器、传感器等一系列微电子芯片与器件，以及嵌入在存储器中的微型操作系统或控制系统软件组成，完成诸如实时控制、监测管理、移动计算、数据处理等各种自动化处理任务。.1.4.2单片嵌入式系统以单片机作为控制核心的单片嵌入式系统大部分应用于专业性极强的工业控制系统中。其主要特点是：结构和功能相对单一、存储容量较小、计算能力和效率比较低，简单的用户接口。由于这种嵌入式系统功能专一可靠、价格便宜，因此在工业控制、电子智能仪器设备等领域有着广泛的应用。作为单片嵌入式系统的核心控制部件单片机，它从体系结构到指令系统都是按照嵌入式系统的应用特点专门设计的，它能最好地满足面对控制对象、应用系统的嵌入、现场的可靠运行和优良的控制功能要求。.1.4.3单片嵌入式系统结构仅由一片单片机芯片是不能构成一个应用系统的。系统的核心控制芯片，往往还需要与一些外围芯片、器件和控制电路机构有机的连接在一起，才构成了一个实际的单片机系统，进而再嵌入到应用对象的环境体系中，作为其中的核心智能化控制单元而构成典型的单片嵌入式应用系统，如洗衣机、电视机、空调、智能仪器、智能仪表等等。单片嵌入式系统的结构如图1-3所示，通常包括三大部分：既能实现嵌入式对象各种应用要求的单片机、全部系统的硬件电路和应用软件。.1.4.3单片嵌入式系统结构图1-3 单片嵌入式系统的结构.1.4.4单片嵌入式系统的应用领域测控系统。智能机电一体化产品。智能仪表仪器。智能家用电器。.在这里我们来熟悉一下USP_ASP下载线的使用，也就是如何将编写的程序代码烧写到单片机中去，让其在电路中脱机运行。USB_ASP下载线的外观图片如图1-4所示。ISP接口的引脚如图1-5所示。1.5 单片机基本操作单片机基本操作图1-4外观图片1-5ISP接口的引脚.1安装USB_ASP下载线的驱动接下页.1安装USB_ASP下载线的驱动.2下载程序.3常见问题.1.MCS-51系列单片机2ATMEL89系列单片机3STC89/12系列单片机1.6 常用单片机介绍常用单片机介绍.1单片机系统的设计要求2单片机系统的开发特点3单片机系统的开发工具及环境4单片机系统设计中芯片的选择1.7 单片机系统开发方法单片机系统开发方法.单片机广泛应用于工业与民用过程中，本项目是针对第一次接触单片机的同学们而设计的，目标是让大家初步认识单片机的开发环境，学会建立工程文件夹、文件编辑、连接、下载与调试，并实现一组受控的LED灯点亮过程。1.8 实践训练实践训练利用单片机控制利用单片机控制LED单片机与LED显示器接口原理图软件流程.写出下列十进制数的原码和补码，并用十六进制数表示。（1）+37（2）-28（3）+250（4）-97将下列二进制数转换成BCD码。（1）11011011B（2）00110101B（3）00011010B（4）10011110B单片机确切的含义是什么？它有哪些主要特征？8051系列单片机各种芯片的配置有何不同？为什么说单片机是典型的嵌入式系统？在我们身边有哪些设施应用了嵌入式控制技术？分析单片机在其中的作用。思考与练习思考与练习.