第1章微机基础知识课件

1标题添加点击此处输入相关文本内容点击此处输入相关文本内容总体概述点击此处输入相关文本内容标题添加点击此处输入相关文本内容2目 录&第一章 微机基础知识&第二章 89C5189C51单片机硬件结构和原理&第三章 指令系统&第四章 汇编语言程序设计知识&第五章 中断系统&第六章 定时器及应用&第七章 89C5189C51串行口及串行通信技术&第八章 单片机小系统及外扩展&第九章 应用系统配置及接口技术&附录A A 89C5189C51指令系统表&参考资料3第一章 微机基础知识教学目的v了解单片机的概念和发展历史。v了解单片机类型及应用。v掌握微型计算机的基本结构与基本原理。v掌握计算机中常用的数制和码制。学习重点和难点 微型计算机执行程序的过程。不同数制之间的转换和有符号数的加减法运算。4一、单片机简介1.单片机的概念2.单片机的分类3.单片机的发展过程4.单片机的发展趋势5.单片机的应用6.单片机的常见型号51、单片机的概念v单片机的出现是计算机技术发展史上的一个重要里程碑，它使计算机从海量数值计算进入到智能化控制领域。计算机技术逐步发展形成通用计算机系统和嵌入式计算机系统两大分支。v嵌入式计算机系统是面对测控对象，嵌入到应用系统中的计算机系统的统称，简称嵌入式系统v通用计算机系统主要满足海量、高速数值处理，兼顾控制功能；嵌入式计算机系统主要满足测控对象的控制功能，兼顾数值处理。6单片微机是早期Single Chip Microcomputer的直译，它忠实地反映了早期单片微机的形态和本质。而单片微型计算机简称单片机（Single Chip Microcomputer），又称微控制器（Microcomputer Unit）。定义：将计算机的基本部件集成在一块芯片上。片内含有CPU、一定容量的ROM、RAM、并行I/O、串行I/O、定时器/计数器、中断控制、系统时钟及总线等。随后，按照面向对象、突出控制功能，在片内集成了许多外围电路及外设接口，突破了传统意义的计算机结构，发展成microcontroller的体系结构，目前国外已普遍称之为微控制器MCU（Micro Controller Unit）。而鉴于它完全作嵌入式应用，故又称为嵌入式微控制器Embedded Microcontroller）。72、单片机的分类 根据控制应用可分为：通用型和专用型两大类。1、早期通用型单片微机。通过不同的外围扩展来满足不同的应用对象要求。2、随着应用领域的不断扩大出现了专门为某一类应用而设计的单片机专用型单片微机。目的：降低成本、简化系统结构、提高可靠。8几个容易混淆的概念：单片机：通常是指芯片本身，集成的是一些基本组成部分。是典型的嵌入式系统的主要构成单元，只能作为嵌入式应用，即嵌入到对象环境、结构、体系中作为其中的一个智能化控制单元。通常是应用系统的主机，设计单片机应用系统时，为所选择的单片机系列器件。单片机系统是在单片机芯片的基础上扩展其它电路或芯片构成的具有一定应用功能的计算机系统。如数字频率计等。v单片机应用系统中包括了满足对象（如洗衣机）要求的全部硬件电路和应用软件。构成各种嵌入式应用的电路系统，统称为单片机应用系统。v单片微机应用系统结构通常分三个层次，即单片机、单片机系统、单片机应用系统。93、单片机的发展过程v第一阶段(19741976)(19741976)初始阶段。以4 4位单片机为主，功能比较简单。如19741974年美国FairchildFairchild公司生产的第一台单片机F8F8，采用双片形式，功能简单。v第二阶段(19761978)(19761978)探索阶段。单芯片形式，低档8 8位单片机。如19761976年美国IntelIntel公司生产的MCS-48MCS-48系列单片机，这是第一台完全的8 8位单片机。MCS-48MCS-48的推出是在工控领域的探索，此后，各种8 8位单片机纷纷应运而生。v第三阶段(19781982)(19781982)完善阶段。提高电路的集成度，增加8 8位单片机的功能。如IntelIntel公司在MCS-48MCS-48基础上推出了完善的高档8 8位单片机系列MCS-MCS-5151。v第四阶段(19821990)(19821990)巩固和发展阶段。巩固发展8 8位单片机、推出1616位单片机、向微控制器发展，强化了智能控制器的特征。如将ADCADC、DACDAC、PWMPWM、WDTWDT、DMADMA集成到单片机 。v第五阶段(1990(1990至今)全面发展阶段。适合不同领域要求的单片机，如各种高速、大存储容量、强运算能力的8 8 位/16/16位/3232位通用型单片机，还有用于单一领域的廉价的专用型单片机。104、单片机的发展趋势vCMOSCMOS化单片机将具有更低的功耗、更低的电压。v高性能化精简指令集(RISCRISC)结构和流水线技术将得到广泛应用 。v高可靠性提高单片机的抗电磁干扰能力 。v大容量化扩大片内存储器容量。v多功能化把众多的各种外围功能器件集成在片内，如模/数转换器、数/模转换器、液晶显示驱动器 等。v串行扩展技术 SPISPI、I I2 2C C、MicrowireMicrowire、1-Wire1-Wire等串行总线的引入，可以使单片机的引脚设计得更少，单片机系统结构更加简化。115、单片机的应用v5.1 智能仪器的应用 v5.2 通信设备的应用 v5.3 家用电器的应用 v5.4 工业控制的应用 125.1 智能仪器的应用v单片机用于各种仪器仪表，使仪器仪表智能化，可以提高测量的自动化程度和精度；简化仪器仪表的硬件结构，减小体积，提高其性价比。例如：温度智能控制仪表、医用仪表、汽车电子设备、数字示波器等。135.2 通信设备的应用v单片机与通信技术相结合促使通信设备的智能控制水平大大提高，广泛应用于通信的各个领域。例如：调制解调器、传真机、复印机、打印机、移动电话机、固定电话机等。v例如，传统的电话机只能实现简单的拨号、响铃、通话等功能，使用单片机后，可以开发出来电显示、存储电话号码、时钟显示、免提、重拨、声控等功能。功能更多的无绳电话机、录音电话机、可视电话机等多功能电话机也已走进人们的生活。145.3 家用电器的应用v传统的家电配上单片机以后，提高了智能化程度，增加了功能，倍受人们喜爱；单片机使人类生活更加方便、舒适、丰富多彩。例如：洗衣机、电冰箱、电子玩具、收录机、微波炉、电视机、录像机、音响设备、程控玩具、游戏机等。v例如，单片机控制的全自动洗衣机集洗涤、脱水于一体，能自动完成洗衣全过程，并有多种洗涤程序供用户自由选择，能任意调节工作时间，显示工作状态、洗涤时间和脱水时间，能自动处理脱水不平衡，具有各种故障和高低电压自动保护功能，工作结束或电源故障会自动断电以确保安全。目前，有的全自动洗衣机还采用了模糊技术，即洗衣机能对传感器提供的信息进行逻辑推理，自动判断衣服质地、重量、脏污程度，从而自动选择最佳的洗涤时间、进水量、漂洗次数、脱水时间，并显示洗涤剂的用量，达到整个洗涤过程自动化，使用方便，节能节水。155.4 工业控制的应用v机电一体化是机械工业发展的方向。机电一体化产品是指集机械技术、微电子技术、计算机技术于一体，具有智能化特征的机电产品，例如微机控制的车床、钻床等。单片机作为产品中的控制器，能充分发挥它体积小、可靠性高、功能强等优点，可大大提高机器的自动化、智能化程度。v单片机广泛用于导弹的导航装置、飞机上各种仪表的控制、计算机的网络通信与数据传输、机器人、工业自动化过程的实时控制和数据处理。例如，在这些实时控制系统中，都可以用单片机作为控制器，单片机的实时数据处理能力和控制功能，可使系统保持在最佳工作状态，提高系统的工作效率和产品质量。v在比较复杂的系统中，常采用分布式多机系统。多机系统一般由若干台功能各异的单片机组成，各自完成特定的任务，它们通过串行通信相互联系、协调工作。单片机在这种系统中往往作为一个终端机，安装在系统的某些节点上，对现场信息进行实时测量和控制。单片机的高可靠性和强抗干扰能力，使它可以置于恶劣环境的前端工作。166、单片机的常见型号MCS48 基本型：8048、8748、8038 （从1976年起）改进型：8049、8749、8039 和8050、8750、8040 基本型：8051、8751、8031MCS51 改进型：8052、8752、8032（从1980年起）低功耗型：80C51、87C51、80C31 强性能型：83C252、87C252、80C252 早期产品：8X9X（8096）MCS96 改进型：8X9XBH、8X9XJF（从1983年起）新产品：8098（准）强功能型：80C196、80C198（准）17MCS-51系列基本产品型号：8051、8031、8751称为 51子系列。不同型号MCS-51单片机CPU处理能力和指令系统完全兼容，只是存储器和I/O接口的配置有所不同。硬件配置硬件配置基本基本配置配置：1.1.8 8位位CPUCPU2.2.片内片内ROM/EPROMROM/EPROM、RAMRAM3.3.片内并行片内并行 I/O I/O接口接口4.4.片内片内1616位定时器位定时器/计数器计数器5.5.片内中断处理系统片内中断处理系统6.6.片内全双工串行片内全双工串行I/OI/O口口18v8031：片内没有程序存储器，可在片外扩展 方便灵活，价格便宜。v8051：片内含有4KB掩膜ROM程序存储器；只能由生产厂家代为用户固化；批量大、永久保存、不修改时用。v8751：片内含4KB 的EPROM型程序存储器；用户可固化，可用紫外线光照射擦除；但价格高。89C51片内含有4KB 的E2PROM型 程序存储器可用电擦除。19二、微机基础1.1.微处理器、微机和单片机的概念2.2.微处理器的组成3.3.存储器和输入/输出接口201 1、微处理器、微机和单片机的概念微处理器(Microprocessor)：是小型计算机或微型计算机的控制和处理部分。又称中央处理单元CPU（Central Processing Unit）。微型计算机（Microcomputer,简称微机 C）是具有完整运算及控制功能的计算机。除包括CPU外还包括存储器、输入/输出电路以及输入/输出设备。单片机（Single-Chip Microcomputer）是将微处理器、一定容量RAM和ROM以及I/O口、定时器等电路集成在一块芯片上，构成单片微型计算机。21（一）、运算器 2 2、微处理器(机）的组成u运算器的组成算术逻辑单元(简称ALUALU）运算器累加器 寄存器22是把传送到微处理器的数据进行算术或逻辑运算。举例ALUALU可对两个操作数进行加、减、与、或、比较大小等操作，最后将结果存入累加器。ALUALU执行不同的运算操作是由不同控制线上的信息所确定的。u运算器的作用23例如：两个数（7 7和9 9）相加，在相加之前，操作数9 9放在累加器中，7 7放在数据寄存器中，执行两数相加运算的控制线发出“加”操作信号，ALUALU即把两个数相加并把结果（1616）存入累加器，取代累加器前面存放的数9 9。24输入来源数据寄存器累加器uALU的两个主要的输入来源25u控制器的组成（二）、控制器26u控制器的主要功能对指令进行译码或测试，并产生相应的操作控制信号，以便启动规定的动作。指挥并控制CPUCPU、内存和输入/输出设备之间数据流动的方向。从内存中取出一条指令，并指出下一条指令在内存中的位置。27（三）、CPUCPU中的主要寄存器 1 1、累加器（A A）2 2、数据寄存器（DRDR）3 3、指令寄存器（IRIR）4 4、指令译码器（IDID）6 6、地址寄存器（ARAR）5 5、程序计数器（PCPC）28u累加器（A A）在算术和逻辑运算时，它具有双重功能：运算前，用于保存一个操作数；运算后，用于保存所得的和、差或逻辑运算结果。累加器是微处理器中最繁忙的寄存器。29u数据寄存器（DRDR）数据（缓冲）寄存器（DRDR）是通过数据总线（DBUSDBUS）向存储器（M M）和输入/输出设备I/OI/O送（写）或取（读）数据的暂存单元。它可以保存一条正在译码的指令，也可以保存一个数据字节。30u指令寄存器（IRIR）指令寄存器用来保存当前正在执行的一条指令。当执行一条指令时先把它从内存取到数据寄存器中，然后再传送到指令寄存器中。31u指令译码器（IDID）指令分为操作码和地址码字段，由二进制数字组成。当执行任何给定的指令，必须对操作码进行译码，以便确定所要求的操作。指令寄存器中操作码字段的输出就是指令译码器的输入。操作码一经译码后，即可向控制器发出具体操作的特定信号。32u程序计数器（PCPC）通常又称为指令地址计数器。在程序开始执行前，必须将其起始地址，即程序的第一条指令所在的内存单元地址送到PCPC。当执行指令时，CPUCPU将自动修改PCPC的内容，使之总是保存将要执行的下一条指令的地址。由于大多数指令都是按顺序执行的，所以修改的过程通常是简单的加1 1操作。33u地址寄存器 （ARAR）地址寄存器用来保存当前CPUCPU所要访问的内存单元或I/OI/O设备的地址。因为内存（I/OI/O设备）和CPUCPU之间存在着速度上的差别，所以必须使用地址寄存器来保存地址信息，直到内存（I/OI/O设备）读/写操作完成为止。34一、存储器地址总线、数据总线和若干控制线把存储器和微处理器连接起来。存储器从CPUCPU接收控制信号，以确定存储器执行读/写操作。3 3、存储器和输入/输出接口35地址总线将一组8 8位二进制数从CPUCPU送到地址译码器，地址译码器的输出可以确定唯一的存储单元。数据总线用来传送存储器到CPUCPU或CPUCPU到存储器的数据信息。36二、I/OI/O接口及外设每个外设与微处理器的连接必须经过接口适配器（I/OI/O接口电路）。每个I/OI/O接口及其对应的外设都有一个固定的地址，在CPUCPU的控制下实现对外设的输入（读）和输出（写）操作。37三、常用数制和编码1.常用数制2.不同数制之间相互转换3.原码、反码和补码4.八位计算机的数值范围5.单片计算机常用编码38 二进制、十进制、十六进制*1.1.二进制：是“0”0”和“1”1”这样的数、逢2 2进位。按权展开时权的基数为2 2。用后缀字母“B”B”表示。如：1001=11001=12 23 3+0+02 22 2+0+02 21 1+1+12 20 0 =9=9（十进制数）*2.2.十进制：是“0”“9”0”“9”之间的数、逢1010进位。按权展开时权的基数为1010。用后缀字母“D”D”表示。如：1135=11135=110103 3+1+110102 2+3+310101 1+5+510100 0*3.3.十六进制：是“0”“9”0”“9”，“A,B,C,D,E,F”A,B,C,D,E,F”之间的数、逢1616进位。按权展开时权的基数为1616。用后缀字母“H”H”表示。如：1C5H=11C5H=116162 2+12+1216161 1+5+516160 0=453D=453D1 1、常用数制392 2、不同进制之间相互转换2 11 余数 2 5 1 2 2 1 2 1 0 0 116 100 余数 16 6 4 0 6 1 1、二进制、十六进制转化成十进制：将二、十六进制数按权展开相加即为相应的十进制数。如：1101 B=11101 B=12 23 3+1+12 22 2+0+02 21 1+1+12 20 0 =13 D=13 D如：1F H=11F H=116161 1+15+1516160 0 =31 D=31 D2 2、十进制转换成二进制数：将十进制数除2 2取余，商为0 0止余数倒置。如：11D=11D=小数部分转换采用乘2 2取整法，直到小数部分为0 0或满足精度要求，整数部分正向排列。如：0.625D=0.101B0.625D=0.101B 0.6252=1.25 整数部分为1 0.25 2=0.5 整数部分为0 0.5 2=1 整数部分为11011B1011B3 3、十进制转换成十六进制数：将十进制数除1616取余，商为0 0止余数倒置。如：100D=100D=小数部分转换采用乘16取整法，直到小数部分为0或满足精度要求，整数部分正向排列。64H64H404、二进制转换成十六进制数：将二进制数以小数点为界四位一分，不足补0，用一位十六进制数代替四位二进制数。如：1 0011 1100 B=0001 0011 1100 B=13C H0.1101 0011 01B=0.D345、十六进制转换成二进制数：将十六进制数以小数点为界，用四位二进制数代替一位十六进制数。如：D4E H=1101 0100 1110 B0.41H=0.01000001B413 3、数据在计算机中的表示8 8位单片机处理的是8 8位二进制信息，8 8位二进制又可分为有符号数和无符号数。有符号数：8位二进制数用最高位代表符号位，其余7位为数值位。有符号数有三种不同的表达方式，原码、反码和补码。在计算机中所有有符号数都是以补码形式存放的。1 1、原码：一个二进制数同时包含符号和数值两部分。它的最高位为符号位，其余位表示数值。符号位为0 0时，表示正数，为1 1时，表示负数。如：X1=+4DX1=+4D则：X1X1原 =0000 0100 B=0000 0100 B如：X2=-4DX2=-4D则：X2X2原 =1000 0100 B=1000 0100 B422 2、反码：正数：它的反码与原码相同。负数：它的反码为它的原码除符号位外，其余各位按位取反。1010，0 10 1。如：X1=+4DX1=+4D 则：X1X1反 =X1=X1原=0000 0100 B0000 0100 B如：X2=-4DX2=-4D 则：X2 X2原 =1000 0100 B=1000 0100 B X2 X2反 =1111 1011 B=1111 1011 B3 3、补码：正数：它的补码与原码相同。负数：它的补码为它的反码+1+1。如：X1=+4DX1=+4D 则：X1X1补 =X1=X1原 =X1=X1反=0000 0100 B0000 0100 B如：X2=-4DX2=-4D 则：X2X2原 =1000 0100 B=1000 0100 B X2 X2反 =1111 1011 B =1111 1011 B +1+1 X2 X2补 =1111 1100 B=1111 1100 B练习：十进制数：-15D-15D，20D20D写出它们的原码、反码、补码43问题提问与解答问答HERE COMES THE QUESTION AND ANSWER SESSION44添加标题添加标题添加标题添加标题此处结束语点击此处添加段落文本.您的内容打在这里，或通过复制您的文本后在此框中选择粘贴并选择只保留文字45谢谢您的观看与聆听Thankyouforwatchingandlistening46