微型机的基本知识.ppt

,第1章 微型机的基本知识,下页,回目录,上页,1.1 微处理器、微型机和单片机的概念,1.2 微型机模型的组成,上页,下页,回目录,1.3 微机系统,1.4 单片微型计算机,1.1 微处理器、微型机和单片机的概念,1微处理器,2微型机,3微机系统,上页,下页,回目录,微型计算机组成,Central Processing Unit,Microprocessor,Microcomputer,Microcomputer System,4. 单片机,Singel Chip Microcomputer,One Chip Microcomputer,Electronic Control Unit（ECU）,Microcontroller,ALU+CU+R,1.2 微型机模型的组成,上页,下页,回目录,一、CPU的内部结构,运算器由 算术逻辑单元ALU（Arithmetic Logic Unit） 累加器A（Accumulator） 标志寄存器F（Flag ） 寄存器组 R（Registers） 相互之间通过内部总线连接而成。,它的主要作用是进行数据处理与加工。,1. 运算器,上页,下页,回目录,CU（Control Unit）由 程序计数器PC（Program Counter） 指令寄存器IR（Instruction Register） 指令译码器ID（Instruction Decoder） 操作控制部件或称为组合逻辑阵列 PLA（ Programmed Logic Array） 时序发生器等电路组成,2. 控制器,控制器的主要作用有： 解题程序与原始数据的输入 从内存中取出指令并译码 控制运算器对数据信息进行传送与加工 运算结果的输出 外部设备与主机之间的信息交换 计算机系统中随机事件的自动处理等,上页,下页,回目录,“+1”,计数,3. CPU中的主要寄存器,上页,下页,（1）累加器 A,（2）数据寄存器 DR（Data Register）,（3）寄存器组 R,（5）程序计数器 PC,（6）地址寄存器 AR（Address Register）,回目录,*,*,*,4. 标志寄存器F,标志寄存器 F 也称程序状态字 PSW（Program State Word），是用来存放ALU运算结果的各种特征状态的，如运算有无进（借）位、有无溢出、结果是否为零等。,5. 堆栈与堆栈指示器SP（Stack Pointer）,（1）按照先进后出FILO（First In Last Out） 顺序向堆栈读/写数据； （2） SP始终指向栈顶； （3）堆栈的两种操作压入（PUSH） 和弹出（POP）,它有三个主要特点：,上页,下页,回目录,二、存储器M（Memory）,存储器RAM基本结构一般由四个部分组成： 存储矩阵、地址译码器 读写控制电路、三态双向缓冲器。,上页,下页,回目录,FCH,02H,02H,三、I/O接口和外设,四、工作过程,1. 指令和指令系统,（1）指令的格式,输入操作,“读”操作,输出操作,“写”操作,上页,下页,回目录,第一部分为操作码（OPC），表示计算机要作何种操作； 第二部分为操作数（OPD），指明参加运算的操作数或存放该数的地址。,在计算机中，指令是以一组二进制编码的数来表示和存储的,（2）指令的执行过程,指令执行的两个阶段，取指阶段与执指阶段,上页,下页,回目录,以直接寻址的指令为例,*程序的存储与执行,指令地址 “+1”,2. 程序的执行过程,“15H+30H”程序执行过程,上页,下页,回目录,1.3 微机系统,上页,下页,回目录,一、微机硬件组成,上页,下页,回目录,RAM,I/O,ROM,外设,CBUS,DBUS,ABUS,DBUS：数据总线，双向三态 ABUS ：地址总线，单向三态 CBUS ：控制总线 ，不确定,0,0,0,数据总线,单向缓冲器,双向缓冲器,双向缓冲器,. 总线 在CPU与其它部件之间信息传送的公共通道,（1）数据总线 “双向三态 ”,（2）地址总线 “单向三态 ”,（3）控制总线 视具体情况而定,地址译码,片选信号,上页,下页,回目录,1,1,上页,下页,二、软件系统,1. 程序设计语言,2. 系统软件,3. 应用软件,回目录,三、衡量计算机性能的主要技术指标,上页,下页,回目录, 1.4 单片微型计算机,单片机, Single Chip Microcomputer, Microcontrollor, Electronic Control Unit （ECU）,定义：,是将微机的CPU、存储器M、I/O接口和总线制作在一块芯片上的超大规模集成电路。,上页,下页,回目录,1位机,4位机,用于玩具、家用电器、计算器等,8 位机,16位机,工业控制器、智能仪表、计算机外设、通用测控单元、通讯设备,32位机,高性能图形工作站、高级机器人等,上页,下页,回目录, 1.4 .1 单片机的发展史,第一阶段（19741976）：,单片机的初级阶段,例如：,8位单片机F8,特点：,采用双片组成,结构：,F8,CPU,64B RAM,2个I/O,3851,1K ROM,1个T/C,2个I/O,完整的单片机,上页,下页,回目录,存放数据,存放程序,第二阶段（19761979）：,低性能单片机阶段,例如：,MCS 48 系列,特点：,小而全,结构：,MCS 48,8位CPU,RAM,I/O,ROM,T/C,上页,下页,回目录,第三阶段（19791982）：,高性能单片机阶段,例如：,MCS 51 系列,特点：,系列化、功能强,结构：,MCS 51,8位CPU,RAM,I/O,ROM,UART,INT,上页,下页,回目录,UART Universal Asynchronous Receiver/Transmitter,INT Interrupt System,通用异步收/发器串行口,T/C,第四阶段（1982 ）：,16位、32位单片机阶段,例如：,MCS 96 系列,特点：,增加了内部资源、实时处理能力更强、,除了具有16位CPU和存储器外又增加了部分内部资源，如：,MCS 96,10位A/D转换器,高速输入输出HSIO,脉宽调制输出装置PWM,8XC196增强型,之后又推出：,上页,下页,回目录,MCS-51系列单片机已被国内用户广泛采用,例如：,ATMEL公司的AT89系列,Philips公司的80C51系列,ADI公司的ADuC系列,ADuC812:多通道12位A/D转换器,ADuC816:多通道16位A/D转换器,ADuC824:多通道24位A/D转换器,上页,下页,回目录, 1.4 .2 单片机的发展趋势,1、高档单片机性能不断提高,速度：,是原来单片机的515倍,精度：,CPU字长增加，16位、32位单片机问世,指令系统丰富、效率高, 内部资源的增加,程序存储器：,ROM、EPROM、E2PROM或FLASH达几十KB, CPU功能的增强,上页,下页,回目录,Erasalble Programmable ROM,Electrically EPROM,闪速存储器,数据存储器：,RAM达几KB,I/O口：,并口,串口,串行扩展口,定时/计数器（T/C）：,定时输出,捕捉输入,监视器Watchdog,A/D转换器：8位、12位、16位、24位，多通道输入,脉宽调制输出PWM ，可代替D/A输出, 寻址范围的增加 高达几兆字节,上页,下页,回目录,2、超小型、低功耗、价廉,3、微巨机单片化,如: ATMEL公司的 89C 1051 / 2051 20引脚，工作电压（26V），电流仅几个mA,上页,下页,回目录,如：Microchip 公司的PIC 16/17系列 18引脚、20引脚、28引脚，有的仅5个引脚 工作电压（26V），电流仅2个mA, 1.4 .3 单片机内部结构,CPU,ROM,RAM,串行 I/O,定时/ 计数器,并行 I/O,中断 系统,单片机的内部结构,上页,下页,回目录,内部总线,1、中央处理器CPU,2、存储器, 数据存储器RAM, 程序存储器ROM,3、I/O接口,并行接口：用于外接输入输出设备,串行接口：可实现异步串行通信,上页,下页,回目录, 1.4 .4 单片机应用系统,1、基本系统,单 片 机,复位 电路,电源,输入/输出 设 备,时 钟 电 路,单片机的基本系统结构图,上页,下页,回目录,辅助电路,控制对象,最小系统,2、扩展系统,上页,下页,回目录,通过总线来扩展一些部件，以弥补单片机内部资源的不足。这样可满足一些应用系统的特殊需要。, 1.4 .5 单片机典型产品,8位单片机, MCS-48系列,8035 8位 无 64B 1 15,8039 8位 无 128B 1 15,上页,下页,回目录, MCS-51系列,8031 8位 无 128B 2 32,8051 8位 4KB ROM 128B 2 32,与MCS-51系列相比MCS-48系列在速度、内部资源、功能等方面增强，且软件丰富，开发装置齐全。,特点：,上页,下页,回目录,内核, Philips 51系列单片机, ATMEL 51系列单片机,特点：用E2PROM和FLASH代替ROM，价格低，编程方便, ADuC系列单片机,特点：用FLASH代替ROM；用ADC进行数据采集； 12位DAC两通道电压型输出进行控制，灵活 、快捷、方便、且价廉 。,特点：片内具有I2C总线、A/D等丰富的功能部件,上页,下页,回目录,以上所述51增强型单片机，都是以8051/8031为内核，,51基本型,增加一些功能部件构成的。,51单片机的更新换代主要是通过不断地推出新的增强型 系列单片机完成的。, 1.4 .6 单片机的应用,1、单片机的应用特性, 体积小 可靠性高 控制功能强 使用方便 性能价格比高 (6)开发应用快捷,上页,下页,回目录,2、单片机的应用, 智能仪表, 在机电一体化中的应用,例：微机控制的铣床、车床、自动点（验）钞机, 在实时控制中的应用,例：测控系统对过程控制参数进行测量、控制, 在分布式多机系统中的应用, 家用电器,例：全自动洗衣机、热水器、电子游戏机,上页,回目录,温度、压力、流量、速度,