第1章单片机概述 本章要点： 单土机的概念、发展及应用范围 常用的进位计数制及其相互转换的方法 原码、补码的表示方法及其相互转换，了解反码表示方法 BCD码与土进制之间的转换，BCD码的加减运算
第1章 单片机概述 本章要点： n 单片机的概念、发展及应用范围 n 常用的进位计数制及其相互转换的方法 n 原码、补码的表示方法及其相互转换，了解反码表示方法 n BCD码与十进制之间的转换，BCD码的加减运算
1.1.1什么是单片机 将计算机的CPU、RAM、ROM、定时/计数器和多种VO接 口集成在一片芯片上，形成了芯片级的计算机，称为单片微型 计算机(Single chip)。直译为单片机。准确反映单片机本质的 叫法应是微控制器(micro controller)。目前国外大多数厂家、 学者已普遍改用微控制器一词，其缩写为MCU(micro controller unit)。国内仍沿用单片机一词，但其含义应是micro controller,而非microcomputer,这是因为单片机无论从功能还 是从形态来说都是作为控制领域应用计算机的要求而诞生的。 目前也有人根据单片机的结构和微电子设计特点将单片机称为 嵌入式微处理器(embedded microprocessor)或嵌入式微控制器 (embedded micro controller)。本书我们仍沿用传统的叫法 单片机
1.1.1 什么是单片机 将计算机的CPU、RAM、ROM、定时/计数器和多种I/O接 口集成在一片芯片上，形成了芯片级的计算机，称为单片微型 计算机（Single chip）。直译为单片机。准确反映单片机本质的 叫法应是微控制器（micro controller）。目前国外大多数厂家、 学 者 已 普 遍 改 用 微 控 制 器 一 词 ， 其 缩 写 为 MCU （ micro controller unit）。国内仍沿用单片机一词，但其含义应是micro controller，而非microcomputer，这是因为单片机无论从功能还 是从形态来说都是作为控制领域应用计算机的要求而诞生的。 目前也有人根据单片机的结构和微电子设计特点将单片机称为 嵌入式微处理器（embedded microprocessor）或嵌入式微控制器 （embedded micro controller）。本书我们仍沿用传统的叫法── 单片机
1.1.2通用与专用单片机 单片机按照其用途可分为通用和专用两大类。通常所说的和本书 所介绍的单片机是指通用型单片机。通用型单片机是把可开发资 源（如ROM、RAM、EPROM、IO口）全部提供给使用者。 专用型单片机其硬件结构和指令是校照某个特定用途而设计的。 例如：频率合成调谐器、录音机机芯控制器等，这类单片机不属 于本书讨论的范围
1.1.2 通用与专用单片机 单片机按照其用途可分为通用和专用两大类。通常所说的和本书 所介绍的单片机是指通用型单片机。通用型单片机是把可开发资 源（如ROM、RAM、EPROM、I/O口）全部提供给使用者。 专用型单片机其硬件结构和指令是校照某个特定用途而设计的。 例如：频率合成调谐器、录音机机芯控制器等，这类单片机不属 于本书讨论的范围
1.1.3单片机应用系统与单片机开发系统 1.单片机应用系统 单片机应用系统是指以单片机为核心，配以一定的外围 电路和软件，能实现某几种功能的应用系统。它由硬件 部分和软件部分组成。硬件是系统的基础，软件则是在 硬件的基础上对其合理的调配和使用，从而完成应用系 统所要完成的任务。一般来讲，应用系统所要完成的任 务不同，相应的硬件配置和软件配置也就不同。因此， 单片机应用系统的设计应包括硬件设计和软件设计两大 部分
1.1.3 单片机应用系统与单片机开发系统 1．单片机应用系统 单片机应用系统是指以单片机为核心，配以一定的外围 电路和软件，能实现某几种功能的应用系统。它由硬件 部分和软件部分组成。硬件是系统的基础，软件则是在 硬件的基础上对其合理的调配和使用，从而完成应用系 统所要完成的任务。一般来讲，应用系统所要完成的任 务不同，相应的硬件配置和软件配置也就不同。因此， 单片机应用系统的设计应包括硬件设计和软件设计两大 部分
(1)应用系统的硬件设计 一个单片机应用系统的硬件设计包括两大部分内容： 一是单片机系统的扩展部分设计。它包括存储器扩展和 接口扩展。存储器的扩展指程序存储器和数据存储器的 扩展，接口扩展是指8255、8155、8279以及其它功能器 件等的扩展。二是各功能模块的设计。如信号测量功能 模块、信号控制功能模块、人机对话功能模块、通信功 能模块等，根据系统功能要求配置相应的AD、D/A、 键盘、显示器、打印机等外围设备
（1）应用系统的硬件设计 一个单片机应用系统的硬件设计包括两大部分内容： 一是单片机系统的扩展部分设计。它包括存储器扩展和 接口扩展。存储器的扩展指程序存储器和数据存储器的 扩展，接口扩展是指8255、8155、8279以及其它功能器 件等的扩展。二是各功能模块的设计。如信号测量功能 模块、信号控制功能模块、人机对话功能模块、通信功 能模块等，根据系统功能要求配置相应的A/D、D/A、 键盘、显示器、打印机等外围设备
在进行应用系统的硬件设计时，首要问题是确定电路 的总体方案，并需进行详细的技术论证。所谓硬件电路的 总体设计，即是为实现该项目全部基本功能所需要的所有 硬件的电气连线原理图。初次接触这方面工作的设计人员， 往往急于求成而在设计总体方案上不愿花更多的时间，过 于急促地开始制版和调试。这种方法不仅不妥当，而且往 往是得不偿失。因为就硬件系统来讲，电路的各部分都是 紧密相关、互相协调的，任何一部分电路考虑不充分，都 会给其它部分带来难以预料的影响，轻则使系统整体结构 受破坏，重则导致硬件总体大返工，由此造成的后果是可 想而知的。所以，我们希望设计者不要吝啬在总体方案上 所花的时间
在进行应用系统的硬件设计时，首要问题是确定电路 的总体方案，并需进行详细的技术论证。所谓硬件电路的 总体设计，即是为实现该项目全部基本功能所需要的所有 硬件的电气连线原理图。初次接触这方面工作的设计人员， 往往急于求成而在设计总体方案上不愿花更多的时间，过 于急促地开始制版和调试。这种方法不仅不妥当，而且往 往是得不偿失。因为就硬件系统来讲，电路的各部分都是 紧密相关、互相协调的，任何一部分电路考虑不充分，都 会给其它部分带来难以预料的影响，轻则使系统整体结构 受破坏，重则导致硬件总体大返工，由此造成的后果是可 想而知的。所以，我们希望设计者不要吝啬在总体方案上 所花的时间
从时间上看，硬件设计的绝大部分工作量往往在最初 方案的设计阶段，一个好的设计方案往往会有事半功 倍的效果。一旦总体方案确定下来，下一步的工作就 会很顺利进行，即使需要作部分修改，也只是在此基 础上进行一些完善工作，而不会造成整体返工。 在硬件设计的过程中要用到PROTEL等印制板辅 助设计软件，先用PROTEL将硬件连线原理图画好， 然后再用PROTEL将原理图转换为印制板图即PCB图， 检查无误后将PCB图交给印制板生产厂家，印制板生 产好后，将元器件焊接到印制板上就完成了硬件系统 的设计。在硬件系统设计过程中，一定要仔细检查原 理图是否正确，生产厂家提供的印制板是否合格
从时间上看，硬件设计的绝大部分工作量往往在最初 方案的设计阶段，一个好的设计方案往往会有事半功 倍的效果。一旦总体方案确定下来，下一步的工作就 会很顺利进行，即使需要作部分修改，也只是在此基 础上进行一些完善工作，而不会造成整体返工。 在硬件设计的过程中要用到PROTEL等印制板辅 助设计软件，先用PROTEL将硬件连线原理图画好， 然后再用PROTEL将原理图转换为印制板图即PCB图， 检查无误后将PCB图交给印制板生产厂家，印制板生 产好后，将元器件焊接到印制板上就完成了硬件系统 的设计。在硬件系统设计过程中，一定要仔细检查原 理图是否正确，生产厂家提供的印制板是否合格
(2)应用系统的软件设计 在进行应用系统的总体设计时，软件设计和硬件设计 应统一考虑。当系统电路设计定型后，软件的任务也就 明确了。 系统中的应用软件是根据系统功能要求设计的。 般地讲，软件的功能可分为两大类：一大类是执行软件， 它能完成各种实质性的功能，如测量、计算、显示、打 印、输出控制等；另一类是监控软件，它专门用来协调 各执行模块和操作者的关系
（2）应用系统的软件设计 在进行应用系统的总体设计时，软件设计和硬件设计 应统一考虑。当系统电路设计定型后，软件的任务也就 明确了。 系统中的应用软件是根据系统功能要求设计的。一 般地讲，软件的功能可分为两大类：一大类是执行软件， 它能完成各种实质性的功能，如测量、计算、显示、打 印、输出控制等；另一类是监控软件，它专门用来协调 各执行模块和操作者的关系
2.单片机开发系统 一个单片机应用系统经过总体设计、硬件设计、软件设计、制板、元 器件安装后，在系统的程序存储器中放入编制好的应用程序，系统方可运 行。但一次性成功几乎是不可能的，一般会出现一些硬件、软件上的错误， 这就需要通过调试来发现错误并加以改正。由于单片机在执行程序时人工 是无法控制的，为了能调试程序，检查硬件、软件运行状态，就必须借助 某种开发工具模拟用户实际的单片机，并且能随时观察运行的中间过程而 不改变运行中的数据件能和结果，从而进行模仿现场的真实调试。完成 这一仿真工作的开发工具就是单片机仿真器。 单片机仿真器必须具有以下基本功能： (1)能输入和修改用户的应用程序： (2)能对用户系统硬件电路进行检查与诊断： (3)能将用户源程序编译成目标码并固化到EPROM中去： (4)能以单步、断点、连续方式运行用户程序，正确反映用户程序执行 的中间结果
2．单片机开发系统 —个单片机应用系统经过总体设计、硬件设计、软件设计、制板、元 器件安装后，在系统的程序存储器中放入编制好的应用程序，系统方可运 行。但一次性成功几乎是不可能的，一般会出现—些硬件、软件上的错误， 这就需要通过调试来发现错误并加以改正。由于单片机在执行程序时人工 是无法控制的，为了能调试程序，检查硬件、软件运行状态，就必须借助 某种开发工具模拟用户实际的单片机，并且能随时观察运行的中间过程而 不改变运行中的数据件能和结果，从而进行模仿现场的真实调试。完成 这—仿真工作的开发工具就是单片机仿真器。 单片机仿真器必须具有以下基本功能： （1）能输入和修改用户的应用程序； （2）能对用户系统硬件电路进行检查与诊断； （3）能将用户源程序编译成目标码并固化到EPROM中去； （4）能以单步、断点、连续方式运行用户程序，正确反映用户程序执行 的中间结果
对于一个完善的仿真系统，为了方便用户调试，提高产品的开发效率，还 应具备以下特点： (1)不占用用户单片机的任何资源，包括8031内部RAM、特殊功能寄存器， VO口、串行中、中断源等： (2)能提供给用户足够的仿真RAM空间作为用户的程序存储器（最好是从 零地址开始)，并提供用户足够的RAM空间作为用户的数据存储器使用： (3)可以单步、断点、连续方式运行仿真RAM或样机EPROMI内的用户程 序： (4)有较齐全的软件开发工具。如配备有交叉汇编软件，将用户用汇编语 言编制的应用程序生成可执行的目标文件；具有丰富的子程序库，汇编时 连同用户设汁的程序一起编译成目标程序，装入仿真RAM供调试和固化； 具有高级语言编译系统，用户可用BASIC语言或CS1语言等进行编程；具有 反汇编功能，对目标程序反汇编的结果可以打印或写入磁盘等
对于一个完善的仿真系统，为了方便用户调试，提高产品的开发效率，还 应具备以下特点： （1）不占用用户单片机的任何资源，包括8031内部RAM、特殊功能寄存器， I/O口、串行中、中断源等； （2）能提供给用户足够的仿真RAM空间作为用户的程序存储器（最好是从 零地址开始），并提供用户足够的RAM空间作为用户的数据存储器使用； （3）可以单步、断点、连续方式运行仿真RAM或样机EPROM内的用户程 序； （4）有较齐全的软件开发工具。如配备有交叉汇编软件，将用户用汇编语 言编制的应用程序生成可执行的目标文件；具有丰富的子程序库，汇编时 连同用户设汁的程序一起编译成目标程序，装入仿真RAM供调试和固化； 具有高级语言编译系统，用户可用BASIC语言或C51语言等进行编程；具有 反汇编功能，对目标程序反汇编的结果可以打印或写入磁盘等