第 1 章单片机基础知识概述 内容概述 : 本章主要介绍单片机的定义 发展历史, 单片机分类方法 应用领域及发展趋势, 单片机中数的表示和运算方法, 基本逻辑门电路, 以及与单片机系统仿真工具 Proteus 相关的内容 教学目标 : 了解单片机的概念及特点 ; 掌握单片机中数的表示和运算方法及基本逻辑门电路 ; 初步了解 Proteus 软件的功能 1.1 单片机概述 1.1.1 单片机及其发展概况 1. 什么是单片机 CPURAMROM/ /I/O 2. 单片机的发展 1971 SCMMCU SoC SCMSingle Chip Microcomputer Intel SCM Intel 8 MCS-51 MCUMicro Controller Unit Philips MCS-51 MCU SoCSystem on Chip SoC SoC / 1
4 8 16 32 8 8 8 1.1.2 单片机的特点和应用 1. 单片机的特点 C 2. 单片机的应用领域 Internet Internet Internet 2
1.1.3 单片机的发展趋势 I/O I/O CPU CPU Rockwell 6500/21 R65C29 CPU CPU 6502 RISC DSP 10 TMS320 NEC μpd-7720 CHMOS 2.2V 1.2V 0.9V μw 1.1.4 MCS-51 单片机的学习 30 MCS-51 51 51 8 MCS-51 MCS-51 Proteus Proteus PC Proteus 51 Proteus Keil C C51 C51 C51 LED I/O 3
C51 RAM C51 C51 1.2 单片机学习的预备知识 1.2.1 数制及其转换 1. 数制 1N D 0123456789 D 1234 =110 3 +210 2 +310 1 +410 0 10 10 N D =d n 110 n1 +d n210 n2 ++d 1 10 1 +d 0 10 0 2N B 01 B 1101B=12 3 +12 2 +02 1 +12 0 2 2 N B =b n 12 n1 +b n 22 n2 ++b 1 2 1 +b 0 2 0 3N H 09AF H DFC8H=1316 3 +1516 2 +1216 1 +816 0 16 16 N H =h n 116 n1 +h n 216 n2 ++h 1 16 1 +h 0 16 0 C51 0x 4
DFC8H C51 0xdfc8 2. 数制之间的转换 1 1011B12 3 +12 1 +12 0 11 DFC8H1316 3 +1516 2 +1216 1 +816 0 57288 2 2 4 16 4 0 4 3AF2H =0011 1010 1111 0010=11 1010 1111 0010B 3 A F 2 1111101B=0111 1101 = 7DH 7 D 3 0 39 208 39=100111B 208=D0H 1.2.2 有符号数的表示方法 0 + 1 0111 1011B 123+123 1111 1011B 251123 3 1. 原码 01 8 1111 1111B0111 1111B127+127 0000 0000B 1000 0000B +0 0 5
2. 反码 0000 0100B 0000 0100B 1000 0100B 1111 1011B+0 0 0000 0000B 1111 1111B 3. 补码 1 1 0000 0100B 0000 0100B 1000 0100B 1111 1100B X X [X] = X 011 12 4 8 8 2 8 =256 4 [4] =2564 =252=1111 1100B +0 0 0000 0000B+0 00 128 8 1000 0000B0111 1111B 128+127 123125 =[123]+[125] 01111011B + 10000011B =11111110B 10000010B2 CPU 8 0000 0000B1111 1111B0255 6 1.2.3 位 字节和字 1. 位 (bit) 1 1 0 1 2. 字节 (Byte) 1 8 1Byte=8bit B 256 256B 1010B1010 KB1KB=1024B64KB =1024B64 =65536B nibble 4 4 BCD 1 3. 字 (Word) 80286 2 1680486 4 32MCS-51 16
1.2.4 BCD 码 09 4 表 1.1 8421BCD 码 1 十进制数 BCD 码 二进制数 BCD Binary-Coded Decimal 0 0000B 0000B / 1 0001B 0001B 4 2 4 =16 2 0010B 0010B 10 10 3 0011B 0011B 8421 BCD 4 0100B 0100B 1.1 5 0101B 0101B 8421BCD 4 6 0110B 0110B 8421 7 0111B 0111B 4 10 0000B1001B 8 1000B 1000B 6 9 1001B 1001B 4 1 10 1010B 11 1011B 1 2 BCD 12 1100B BCD 1000 0111 87 13 1101B 1 1 BCD 14 1110B BCD 0000 0111 7 1.2.5 ASCII 码 15 1111B ASCII American Standard Code for Information Interchange 7 128 09 1.2 1.2 6 ASCII 36H R ASCII 52H 表 1.2 ASCII 码表 列 0 1 2 3 4 5 6 7 行 654 3210 000 001 010 011 100 101 110 111 0 0000 NUL DLE SPACE 0 @ P p 1 0001 SOH DC1! 1 A Q a q 2 0010 STX DC2 2 B R b r 3 0011 ETX DC3 # 3 C S c s 4 0100 EOT DC4 $ 4 D T d t 5 0101 END NAK % 5 E U e u 6 0110 ACK SYN & 6 F V f v 7 0111 BEL ETB 7 G W g w 7
列 0 1 2 3 4 5 6 7 行 654 3210 000 001 010 011 100 101 110 111 8 1000 BS CAN 8 H X h x 9 1001 HT EM 9 I Y i y A 1010 LF SUB * : J Z j z B 1011 VT FSC + K k { C 1100 FF FS < L \ l D 1101 CR GS - = M m } E 1110 SO RS > N ^ n F 1111 SI US /? O _ o DEL 1.2.6 基本逻辑门电路 1 0 1.3 表 1.3 基本逻辑门电路的有关信息 名称与门或门非门异或门与非门或非门 A B=F A+B=F A=F A B=F A B F 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 1 1 0 A B F 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1 0 0 1 A F 0 1 1 0 A B F 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 0 0 1 续表 A B=F A B=F A B F 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 1 0 1 A B F 0 0 1 0 1 0 1 0 0 1 1 0 0 1 0 8
续表 名称 与 门 或 门 非 门 异或门 与非门 或非门 74LS08 74LS06 74LS86 74LS00 74LS02 74LS32 74LS11 74LS07 74LS136 74LS10 74LS27 1.3 Proteus 应用简介 Proteus Labcenter Proteus PCB Proteus EDA Proteus Proteus Proteus 30 7000 Proteus / Proteus ISISIntelligent Schematic Input System ARESAdvanced Routing and Editing Software MCS-51 Proteus B 1.3.1 ISIS 模块应用举例 1.1 80C51 BUT ISIS 9
图 1.1 计数显示器电路图 1 启动 ISIS 单击 Proteus 的 ISIS 图标启动 ISIS 可打开如图 1.2 所示的 ISIS 工作界面 图 1.2 ISIS 工作界面 可以看出 ISIS 的工作界面完全是 Windows 软件风格 主要包括标题栏 菜单栏 工具栏 状态栏 仿真控制工具栏 对象选择窗口 原理图编辑窗口和预览窗口等 2 绘制电路原理图 从 ISIS 的元器件库中选择所需的元器件 并放置在原理图编辑窗口中 利用 ISIS 的布线功 能在元器件之间连线 可形成如图 1.3 所示的电路原理图 以*.DSN 格式保存设计文件 10
1.3 3. 输入单片机汇编程序 ISIS ISIS C51 *.ASM 1.4 1.4 4. 进行源代码调试 ISIS 11
*.HEX 1.5 1.5 5. 仿真运行 *.HEX 1.6 BUT 1.6 计数器仿真视频 12
Proteus C51.HEX Proteus Keil 1.3.2 ARES 模块应用举例 ARES PCB ARES 1.3.1 PCB 1. 启动 ARES ISIS 1.3 ARES ARES 1.7 1.7 ARES ARES Windows / 2. 元器件布局 ARES 1.8 3. 元器件布线 ARES 1.9 4. 覆铜 1.10 13
1.8 1.9 5. 三维效果图 Proteus 7 ARES PCB 1.11 6.CAD/CAM 输出 *.LYT Gerber 1.12 PCB Proteus 14
图 1.10 顶层和底层覆铜图 15
1.11 1.12 Gerber 本章小结 1 2 SCMMCU SoC 51 8 3 4Proteus ISIS ARES 16
思考与练习题 1 1.1 单项选择题 1 AMCP BCPU CDPJ DSCM 2Intel MCS-51 A1 B4 C8 D16 3 A B C D 4 A B C D 5 56 A00111000B B01011100B C11000111B D01010000B 6 93 A10010011B B00100011B C11000011B D01110011B 7 11000011 AB3H BC3H CD3H DE3H 8 11001011 A213 B203 C223 D233 9 11001011 A73 B75 C93 D75 10 29 8421BCD A00101001B B10101001B C11100001B D10011100B 1136 8 A00100100B11011100B B00100100B11011011B C10100100B11011011B D11011011B11011100B 12+27 8 A00011011B11100100B B11100100B11100101B C00011011B00011011B D00011011B11100101B 13 9 ASCII A0011001B B0101001B C1001001B D0111001B 14ASCII 1111111B ASPACE BP CDEL D{ 15 AAB=F BA+B=F CAB=F D(AB)=F 16 AAB=F BA+B=F CAB=F D(AB)=F 17 10101010B 00000000B A10101010B10101010B00000000B B00000000B10101010B10101010B C00000000B10101010B00000000B D10101010B00000000B10101010B 18 11101110B 01110111B A01100110B10011001B11111111B B11111111B10011001B01100110B 17
C01100110B01110111B10011001B D01100110B11111111B10011001B 19 A74LS32 B74LS06 C74LS10 D74LS08 20 A74LS32 B74LS06 C74LS10 D74LS08 21Proteus AISIS PPT BARES CAD CISIS ARES DISIS CAD 22ISIS A B C DC51 23ARES A B C DC51 24 A B C D 1.2 问答思考题 1 2 3 48 5 6 7 851 9 10Proteus 11Proteus ISIS 12 ISIS 13 PCB Proteus ARES PCB 18