微型计算机基础1.ppt

课程主要讲述内容,课程名称：单片机原理及接口技术 讲述内容：MCS51单片机的硬件结构、指令系统、单片机的功能部件、系统扩展及接口设计。 学习要点：明确单片机的硬件组成再加上软件程序的执行才构成其原理。所以掌握各组成部件的功能用途是基本前提，然后再去掌握面向机器的汇编语言指令系统。在单片机的应用设计（系统扩展及接口设计）中需要软硬件结合、统筹兼顾。,第一章 微型计算机基础 1.5 单片机概述,单片机是将其主要组成部分集成在一个芯片上而得名，把中央处理器CPU（Central Processing Unit）、随机存储器RAM（Random Access Memory）、只读存储器ROM（Read Only Memory）、中断系统、定时器计数器以及IO（InputOutput）口电路等主要微型机部件，集成在一块芯片上。虽然单片机只是一个芯片，但从组成和功能上看，它已具有了计算机系统的特点，为此称它为单片微型计算机SCMC（Single Chip Micro Computer），简称单片机。,一、单片机的内部结构,单片机的内部结构图如下所示,（一）存储器,1存储器分类程序存储器、数据存储器。 （1）程序存储器 分类：掩模型只读存储器（“ROM”或“Mask ROM”） 、紫外线擦除可编程只读存储器（“EPROM”或“O t p ROM” ）和电擦除可编程只读存储器（“EEPROM”或“Flash ROM”）三种类型 。 功能存放程序、固定数据表（原始数据）。,（2）数据存储器,功能存放中间、最终数据。 内部逻辑结构图（如下所示）,2存储容量,存储容量即存储单元的数量。存储单元存放二进制数，有以一个存储单元存放一位二进制数（触发器），也有一个存储单元存放八位二进制数（八个触发器），也有一个存储单元存放十六位二进制数（十六个触发器） 。通常存储单元是以字节为单位计算的，存储单元的地址按字节编址。,（二）中央处理器（CPU）,1 模型CPU结构图,2各组成部分的功能,中央处理器简称CPU，是单片机的核心，完成运算和控制操作。按其功能中央处理器包括运算器和控制器两部分 。运算器是单片机的运算部件，用于实现算术和逻辑运算。控制器是发布操作命令的机构，是单片机的指挥控制部件，保证单片机各部分能自动而协调地工作。 （1）运算器：由ALU（算术逻辑单元）、A（累加器）、通用寄存器R0、程序状态字PSW和暂存寄存器TR组成。 ALU主要由加法器、移位电路和判断电路组成，用于实现算术运算、逻辑运算。, A（累加器）、通用寄存器R0、程序状态字PSW和暂存寄存器TR,A8位通用寄存器。CPU进行算术或逻辑运算时，其中必有一个操作数存放在A中，另一个在暂存寄存器TR中，运算结果总是回送A中保存，称为累加器。 程序状态字PSW保存ALU操作结果的状态 。 暂存寄存器TR 暂存另一个操作数。 通用寄存器R0 用于存放操作数或运算结果。,（2）控制器,控制器主要由指令部件（程序计数器PC、指 令寄存器IR和指令译码器ID）、时序部件和微操作 控制器（PLA）。 指令部件：是控制器的核心，用于对指令译码、分析、处理和产生控制信号。 时序部件：由时钟系统和脉冲分配器组成，用于产生微操作控制部件所需的定时脉冲信号。 微操作控制器为ID 输出信号配上节拍电位和节拍脉冲，也可与外部进来的控制信号逻辑组合，共同形成相应的微操作控制序列，以完成规定的操作。,（三） 内部总线,内部总线是片内各部件之间各类信息传送的公共通道（公共信号线）。主要由地址线、数据线和控制/状态线组成 。 地址线用来地址信息，通常由CPU 发出并被存储器或I/O接口电路所接收。数据线用来传送数据信息。数据线通常是双向信号线。控制状态线有两类：一类是CPU发出的控制命令；另一类是状态信息，如外设的中断请求、存储器忙和系统复位信号等。 总线可以减少连接线的数量，但总线上的各部件不能同时使用总线，必须分时传送不通信息（影响速度）。,（四） I/O接口和特殊功能部件,IO接口电路是CPU与输入/输出设备之间的连接电路。 CPU不能与外设之间直接连接。 IO接口电路有串行和并行两种。串行IO用于串行通信，它可以把单片机内部的并行8位数据（8位机）变成串行数据向外传送，也可以串行接收外部送来的数据并把它们变成并行数据送给CPU处理。并行I/O口电路可以使单片机和存储器或外设之间并行地传送8位数据（8位机）。 特殊功能部件包括：定时器计数器、中断系统、AD和DA、DMA（Direct Memory Access，直接存储器存取）通道和系统时钟等电路。,二、单片机的基本工作原理,单片机的硬件组成再加上软件程序的执行才构成其工作原理。前面介绍的单片机硬件功能是通过与软件程序的结合才能具体实现的。单片机执行程序的过程就是其硬件功能的实现过程。 单片机是通过执行程序来工作的，机器执行不同程序就能完成不同的逻辑任务。因此，单片机执行程序的过程实际上也体现了单片机的基本工作原理。 实现单片机执行程序，完成不同的逻辑任务，一般需要以下两个过程步骤。,（一）了解指令系统和程序编制,指令是一种可以供机器执行的控制代码，故它又称为指令码。指令码由操作码和地址码构成：操作码用于指示机器执行何种操作；地址码用于指示参加操作的数在哪里。 指令是程序的基本单元,用二进制代码表示,称为机器代码。机器代码是机器唯一能够识别的语言。用机器代码编成既麻烦、又易出错，通常采用意义明确的英文缩写词来表示指令，称为助记符指令。汇编语言就是采用助记符表示的指令语言。 指令的全体称为“指令系统” 。微处理器类型不同，它的指令系统也不一样。程序就是采用指令系统中的指令根据题目要求排列起来的有序指令的集合。 程序的编制称为“程序设计”。设计人员采用指令的汇编符编程，称为“汇编语言程序设计”。,（二）单片机执行程序的过程,1汇编语言源程序的汇编过程 采用汇编语言编制的程序称为“汇编语言源程序”，单片机还是不能识别的，还要经过汇编程序的处理将其转换成机器唯一能识别的机器码（指令代码），这一过程称为汇编过程。汇编过程可采用手工汇编或机器汇编两种方式。 2程序加载 汇编语言源程序经过汇编程序的处理转换成机器码（指令代码），经过输入设备送到存储器中（加载程序）后，就可以实现程序的执行过程。,3单片机程序的执行过程,三 单片机的应用领域,工业自动化 在工业自动化技术中，过程控制技术、数据采集和测控技术，机器人技术，都有单片机的参与。 仪器仪表单片机的使用将加速仪器仪表向数字化、智能化、多功能化和柔性化方向发展 。 家用电器家电产品不断提高其智能化程度，家电智能化的进一步提高就需要有单片机的参与，例如洗衣机、电冰箱、空调机、微波炉、电视机和音像视频设备等。 信息和通信产品信息和通信产品的自动化和智能化程度