微机原理好课件1章.ppt

目录 第1章微型机的基本知识 第2章MCS 51单片机硬件结构 第3章MCS 51指令系统 第4章汇编语言程序设计 第5章存储器系统设计 第6章MCS 51定时 计数器 串行口及中断系统 下页 上页 第7章I O接口扩展设计及应用 第8章数 模 模 数转换器接口 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 CentralProcessingUnit Microprocessor Microcomputer MicrocomputerSystem 4 单片机 SingelChipMicrocomputer OneChipMicrocomputer Microcontroller ElectronicControlUnit ECU 1 2微型机模型的组成 上页 下页 回目录 P5 一 CPU的内部结构 运算器由 算术逻辑单元ALU ArithmeticLogicUnit 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 见P5图1 2 CU ControlUnit 由 程序计数器PC ProgramCounter 指令寄存器IR InstructionRegister 指令译码器ID InstructionDecoder 操作控制部件或称为组合逻辑阵列PLA ProgrammedLogicArray 时序发生器 图1 2中略 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 见P5图1 2 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 DataRegister 3 寄存器组R 5 程序计数器PC 6 地址寄存器AR AddressRegister 回目录 4 标志寄存器F 标志寄存器F也称程序状态字PSW ProgramStateWord 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 StackPointer 1 按照先进后出FILO FirstInLastOut 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 02H 02H 按地址访问的一维线性空间 三 I O接口和外设 四 模型机的工作过程 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 程序的存储与执行 指令地址 1 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 2 程序的执行过程 表1 1 15H 30H 程序执行过程 上页 下页 回目录 P10图1 5 P11图1 6演示了程序的操作过程 1 3微机系统 上页 下页 回目录 P12 一 微机硬件组成 上页 下页 回目录 RAM I O ROM 外设 CBUS DBUS ABUS CBUS 控制总线 不确定DBUS 数据总线 双向三态ABUS 地址总线 单向三态 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 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 SingleChipMicrocomputer Microcontrollor ElectronicControlUnit 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 三维图形处理器 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 如 i808601 2亿次 秒 32位定点64位浮点 1 4 1单片机的发展史 第一阶段 1974 1976 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 64BRAM 2个I O 3851 1KROM 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 1976 1979 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 1979 1982 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 UniversalAsynchronousReceiver Transmitter INT InterruptSystem 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5 15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 ErasalbleProgrammableROM ElectricallyEPROM 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 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89C1051 205120引脚 工作电压 2 6V 电流仅几个mA 上页 下页 回目录 如 Microchip公司的PIC16 17系列18引脚 20引脚 28引脚 有的仅5个引脚工作电压 2 6V 电流仅2个mA 1 4 3单片机内部结构 CPU ROM RAM 串行I O 定时器 并行I O 中断系统 图1 13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 图1 14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 80358位无64B115 80398位无128B115 上页 下页 回目录 MCS 51系列 80318位无128B232 80518位4KBROM128B232 与MCS 48系列相比MCS 51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 Philips51系列单片机 ATMEL51系列单片机 特点 用E2PROM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 1 4 7单片微机应用举例 在机电一体化中的应用 机械零件的制造 可归纳为两个问题 尺寸 形状 长短 大小 直度 锥度 圆度圆柱度 椭圆度等 超精密 微米加工 盲区 解决好上述两个问题 都离不开计算机 测量 控制 上页 下页 回目录 1 m 10 6m 例1尺寸控制 0 1 m以下 惯性导航系统 陀螺转子 的加工问题 地球 西 东 差之毫厘 谬之千里 关键部件 上页 下页 回目录 ei 0 500V 执行机构 压电陶瓷微进给装置 20 m 工件A 超精密加工示意图 分辨率 0 01 m 精度达0 1 m 测头 vi vo 工件的尺寸A A A 20 m 粗加工 上页 下页 回目录 例2形状控制 变椭圆 活塞 加工控制系统 侧视图 头部 裙部 内孔 一定要把活塞加工成一个变椭圆 上页 下页 回目录 传统加工方式 硬靠模 利用杠杆传动 用车床车削 1 用外汇购靠模 种类多 花费大量外汇 弊端 2 有传动误差 3 靠模磨损大 间隙 加工精度低 成本高 上页 下页 回目录 变椭圆活塞加工系统总体框图 上页 下页 回目录 变椭圆活塞加工系统 软靠模 刀接触 100 m Vout 机床主轴 夹具 主轴尾部装有光电码盘 上页 下页 回目录 例3仪器仪表 刚度测量仪 1 测量原理 刚度C 上页 下页 回目录 2 测量台架 上页 下页 回目录 J1J2E 上页 下页 回目录 标定弹簧的刚度系数 上页 下页 回目录 4 求刚度就变成求位移的问题 求位移 刚度测量变成求位移 测频率 上页 下页 回目录 例4自动控制 汽车发动机液驱温控系统 1 发动机工作时需要冷却1800 2000C0 2 最佳工作温度 1 冷却过度 2 冷却不足 做功热量减少 功率减小 动力不足增加油耗 冷态磨损 噪声加剧 机件膨胀 间隙破坏 造成刮伤 拉缸或抱死 油膜强度降低 润滑性能破坏 加速机件磨损 滑油的粘度 机件的间隙和刚度燃油燃烧 尾气排放均处于最佳状态 因而节能 降噪 提高动力 延长工作寿命 上页 下页 回目录 3