1、單片機原理與應(yīng)用,48學(xué)時,第1章 基礎(chǔ)知識,1.1 計算機的基本知識,1.2 單片機及其發(fā)展概況,1.3 本課程應(yīng)掌握的內(nèi)容,1.1 計算機的基本知識,1 . 1 . 1計算機的基本結(jié)構(gòu),人腦計算 28*3+4*9=？,算盤用來計算運算器,紙筆用來存儲中間結(jié)果存儲器,1 . 基本結(jié)構(gòu),圖11,2 .總線概念,（1）地址總線,用于傳送地址信息，是單向傳送。,1條地址線可以區(qū)分2個存儲單元，N條地址線可以區(qū)分(尋址) 2N 個存儲單元。,（2）數(shù)據(jù)總線,用于CPU與存儲器，CPU與外設(shè)，外設(shè)與外設(shè)之間傳送數(shù)據(jù)。,在運算器中，數(shù)據(jù)線的數(shù)目應(yīng)與待處理的數(shù)據(jù)位數(shù)相同。,運算器內(nèi)數(shù)據(jù)線的條數(shù)稱為微處理器

2、的“字長“。,（3）控制總線,控制信號線的總稱，傳送控制信息 。,3. 時鐘周期、機器周期和指令周期,（1）時鐘周期,輸入微處理器的時鐘信號的周期，叫時鐘周期，也叫振蕩周期。,（2）機器周期,是單片機完成一個基本操作所需的時間。在51系列單片機中，一個機器周期由12(或6)個時鐘周期組成。,（3）指令周期,CPU執(zhí)行一條指令所需的時間，通常由幾個機器周期組成。,1.1.2計算機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及工作過程,1.CPU的內(nèi)部結(jié)構(gòu),圖12,CPU通常由算術(shù)邏輯運算單元ALU，累加器A，寄存器B，程序狀態(tài)寄存器 PSW，程序計數(shù)器PC，地址寄存器AR，數(shù)據(jù)寄存器DR，指令寄存器IR，指令譯碼器ID，控制器等

3、部分組成。,(1) 程序計數(shù)器PC 16位,存放將要執(zhí)行的指令代碼所在存儲單元的地址編碼，一條指令取出后，PC內(nèi)容自動加1。,PC位數(shù)與CPU地址線數(shù)目一致。,PC復(fù)位后有確定值。,(2) 地址寄存器AR 16位,存放將要尋址的外部存儲器單元的地址，地址寄存器通過地址總線與外部存儲器相連。,例：將外部存儲器單元3FFFH的內(nèi)容讀到累加器A中,(3) 指令寄存器IR,存放取指階段讀出的指令代碼的第一個字節(jié)。即操作碼。,例：ADD A，#30H,(4) 數(shù)據(jù)寄存器DR,存放寫入(到)外部存儲器或I/O端口的數(shù)據(jù)信息。數(shù)據(jù)寄存器與外部數(shù)據(jù)總線相連。,(5) 算術(shù)邏輯運算單元ALU,用于算術(shù)邏輯運算

4、。,(6) 程序狀態(tài)寄存器 PSW,存放運算結(jié)果的狀態(tài)信息。,2.存儲器,存放程序和數(shù)據(jù)。,（）存儲器內(nèi)部結(jié)構(gòu),由地址譯碼器，存儲單元，讀寫控制電路等組成。,圖13,要點：,* 存儲器中的一個存儲單元等效于一組觸發(fā)器，每個觸發(fā)器有兩個穩(wěn)定狀態(tài)，可以記錄1位2進制數(shù)。,* 每個存儲單元包含的觸發(fā)器的個數(shù)稱為存儲單元的“字長”。,* 存儲器芯片內(nèi)存儲單元數(shù)目M與存儲芯片的地址線條數(shù)N有關(guān)，M=2N,* 存儲單元有地址編碼，如32K存儲器有32X1024個存儲單元，地址編碼為：0000H7FFFH,（）存儲器工作狀態(tài),存儲器工作狀態(tài)由控制信號決定，,表11,* 地址寄存器AR給出存儲單元的地址編號,

5、例：CPU讀取地址編號為0000H存儲單元的內(nèi)容。,* 地址總線將地址編號送到存儲器的地址線上,* 存儲器的地址譯碼器譯碼，選中0000H單元,* CPU給出讀控制信號RD,* 0000H存儲單元內(nèi)容送到數(shù)據(jù)總線上。不是DR中,（3）存儲器的讀操作,圖14,* AR給出存儲單元的地址編號0003H,例：CPU把55H寫入0003H存儲單元,* 地址總線將地址編號送到存儲器的地址線上,* 存儲器的地址譯碼器譯碼，選中0003H單元,* CPU給出寫控制信號WR,*存于數(shù)據(jù)寄存器DR中的55H通過總線送到0003H中。,（）存儲器寫操作,圖14,3.指令的執(zhí)行過程,例:將存儲器0020H單元與00

6、21H單元中的內(nèi)容相加,和值存在002FH單元，程序如下：,寫操作后，被寫入存儲單元的原有信息將不復(fù)存在。,讀操作后，被讀存儲單元的內(nèi)容不變。,MOV A，0020H,ADD A，0021H,MOV 002FH ，A,分析指令的執(zhí)行過程：,圖1-5,取操作碼(指令第一字節(jié)) ；譯碼；取操作數(shù)；執(zhí)行指令規(guī)定的操作。,CPU的所有工作可概括之：從存儲器中取出指令；譯碼；執(zhí)行指令規(guī)定的操作（經(jīng)過算術(shù)和邏輯運算后，輸出相應(yīng)的結(jié)果）。取下一條指令；如此循環(huán)往復(fù),4.總結(jié)：,1.2單片機發(fā)展概況,1.2.1單片機及其特點,通用微機中把運算器、控制器做在一個芯片上，稱中央處理器CPU ，也稱微處理器.,單片

7、機則把運算器、控制器、輸入輸出接口、時鐘電路、以及存儲器等做在一個芯片上，稱微控制器MCU.,單片機一個芯片就具備了一個完整計算機系統(tǒng)所必須的基本功能。,* 通用微機與單片機功能區(qū)別：,* 微處理器CPU與微控制器MCU(單片機)的主要區(qū)別：,通用微機主要任務(wù)是數(shù)值計算和信息處理，運算速度和存儲容量越大越好。時鐘頻率已達幾個。,單片機主要面對工業(yè)控制，一般8位字長已夠用。時鐘頻率在幾兆數(shù)十兆內(nèi)。,單片機特點：,* 抗干擾性強,* 可靠性高,* 控制功能強 ,數(shù)值計算能力較差,* 指令系統(tǒng)簡單,* 更新?lián)Q代慢,1.2.2單片機的技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢,1.發(fā)展過程,4位機，8位機，16位機，32位機

8、，嵌入式控制芯片,8位單片機發(fā)展過程:,2.常用機型,強化了接口功能的新一代8位機；,數(shù)值運算能力強的32位嵌入式單片機。,3 .新一代8位單片機主要特征,(1) 片內(nèi)存儲器容量大 ；,(2) 指令執(zhí)行時間大大縮短,(3) 擴展了接口電路功能,(4) 增加了串行接口部件規(guī)格和數(shù)量,(5) 部分型號增加了定時復(fù)位(Watchdog)監(jiān)控電路,(6)增加了CPU時鐘分配器,(7) 內(nèi)置定時復(fù)位監(jiān)控電路，提高可靠性,4 .應(yīng)用領(lǐng)域,單機應(yīng)用：,智能產(chǎn)品、智能儀表、工業(yè)測控系統(tǒng)、數(shù)控系統(tǒng)、智能接口、過程控制等,多機應(yīng)用：,并行多處理系統(tǒng)、局部網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)等,1.3 本課程應(yīng)掌握的內(nèi)容,（1）熟練掌握MCS-51系列單片機的原理、性能、結(jié)構(gòu)和使用方法,（2）熟練掌握MCS-51系列單片機的指令系統(tǒng)，完成一般的應(yīng)用程序設(shè)計,（3）用單片機開發(fā)一個應(yīng)用系統(tǒng)，包括硬件設(shè)計和軟件設(shè)計,本章要求掌握的要點:,* 計算機基本結(jié)構(gòu),* 總線概念,* CPU的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，工作過程,* 單片機與CPU的區(qū)別,作業(yè):,一版教科書，習(xí)題一: 1, 3 ,4, 5