[信息与通信]单片机PPT课件

-,1,单片机原理与应用,48学时,-,2,第1章基础知识,1.1计算机的基本知识,1.2单片机及其发展概况,1.3本课程应掌握的内容,-,3,1.1计算机的基本知识,1.1.1计算机的基本结构,人脑计算28*3+4*9=？,算盘用来计算运算器,纸笔用来存储中间结果存储器,-,4,1.基本结构,图11,2.总线概念,（1）地址总线,用于传送地址信息，是单向传送。,1条地址线可以区分2个存储单元，N条地址线可以区分(寻址)2N个存储单元。,-,5,（2）数据总线,用于CPU与存储器，CPU与外设，外设与外设之间传送数据。,在运算器中，数据线的数目应与待处理的数据位数相同。,运算器内数据线的条数称为微处理器的“字长“。,-,6,（3）控制总线,控制信号线的总称，传送控制信息。,-,7,3.时钟周期、机器周期和指令周期,（1）时钟周期,输入微处理器的时钟信号的周期，叫时钟周期，也叫振荡周期。,（2）机器周期,是单片机完成一个基本操作所需的时间。在51系列单片机中，一个机器周期由12(或6)个时钟周期组成。,-,8,（3）指令周期,CPU执行一条指令所需的时间，通常由几个机器周期组成。,1.1.2计算机的内部结构及工作过程,1.CPU的内部结构,图12,-,9,CPU通常由算术逻辑运算单元ALU，累加器A，寄存器B，程序状态寄存器PSW，程序计数器PC，地址寄存器AR，数据寄存器DR，指令寄存器IR，指令译码器ID，控制器等部分组成。,(1)程序计数器PC16位,存放将要执行的指令代码所在存储单元的地址编码，一条指令取出后，PC内容自动加1。,-,10,PC位数与CPU地址线数目一致。,PC复位后有确定值。,(2)地址寄存器AR16位,存放将要寻址的外部存储器单元的地址，地址寄存器通过地址总线与外部存储器相连。,例：将外部存储器单元3FFFH的内容读到累加器A中,-,11,(3)指令寄存器IR,存放取指阶段读出的指令代码的第一个字节。即操作码。,例：ADDA，#30H,-,12,(4)数据寄存器DR,存放写入(到)外部存储器或I/O端口的数据信息。数据寄存器与外部数据总线相连。,-,13,(5)算术逻辑运算单元ALU,用于算术逻辑运算。,(6)程序状态寄存器PSW,存放运算结果的状态信息。,-,14,2.存储器,存放程序和数据。,（）存储器内部结构,由地址译码器，存储单元，读写控制电路等组成。,图13,-,15,要点：,*存储器中的一个存储单元等效于一组触发器，每个触发器有两个稳定状态，可以记录1位2进制数。,*每个存储单元包含的触发器的个数称为存储单元的“字长”。,*存储器芯片内存储单元数目M与存储芯片的地址线条数N有关，M=2N,-,16,*存储单元有地址编码，如32K存储器有32X1024个存储单元，地址编码为：0000H7FFFH,（）存储器工作状态,存储器工作状态由控制信号决定，,表11,-,17,*地址寄存器AR给出存储单元的地址编号,例：CPU读取地址编号为0000H存储单元的内容。,*地址总线将地址编号送到存储器的地址线上,*存储器的地址译码器译码，选中0000H单元,*CPU给出读控制信号RD,*0000H存储单元内容送到数据总线上。不是DR中,（3）存储器的读操作,图14,-,18,*AR给出存储单元的地址编号0003H,例：CPU把55H写入0003H存储单元,*地址总线将地址编号送到存储器的地址线上,*存储器的地址译码器译码，选中0003H单元,*CPU给出写控制信号WR,*存于数据寄存器DR中的55H通过总线送到0003H中。,（）存储器写操作,图14,-,19,3.指令的执行过程,例:将存储器0020H单元与0021H单元中的内容相加,和值存在002FH单元，程序如下：,写操作后，被写入存储单元的原有信息将不复存在。,读操作后，被读存储单元的内容不变。,MOVA，0020H,ADDA，0021H,MOV002FH，A,-,20,分析指令的执行过程：,图1-5,取操作码(指令第一字节)；译码；取操作数；执行指令规定的操作。,-,21,CPU的所有工作可概括之：从存储器中取出指令；译码；执行指令规定的操作（经过算术和逻辑运算后，输出相应的结果）。取下一条指令；如此循环往复,4.总结：,-,22,1.2单片机发展概况,1.2.1单片机及其特点,通用微机中把运算器、控制器做在一个芯片上，称中央处理器CPU，也称微处理器.,单片机则把运算器、控制器、输入输出接口、时钟电路、以及存储器等做在一个芯片上，称微控制器MCU.,-,23,单片机一个芯片就具备了一个完整计算机系统所必须的基本功能。,*通用微机与单片机功能区别：,*微处理器CPU与微控制器MCU(单片机)的主要区别：,通用微机主要任务是数值计算和信息处理，运算速度和存储容量越大越好。时钟频率已达几个。,单片机主要面对工业控制，一般8位字长已够用。时钟频率在几兆数十兆内。,-,24,单片机特点：,*抗干扰性强,*可靠性高,*控制功能强,数值计算能力较差,*指令系统简单,*更新换代慢,-,25,1.2.2单片机的技术现状及发展趋势,1.发展过程,4位机，8位机，16位机，32位机，嵌入式控制芯片,8位单片机发展过程:,-,26,2.常用机型,强化了接口功能的新一代8位机；,数值运算能力强的32位嵌入式单片机。,3.新一代8位单片机主要特征,(1)片内存储器容量大；,(2)指令执行时间大大缩短,-,27,(3)扩展了接口电路功能,(4)增加了串行接口部件规格和数量,(5)部分型号增加了定时复位(Watchdog)监控电路,(6)增加了CPU时钟分配器,(7)内置定时复位监控电路，提高可靠性,-,28,4.应用领域,单机应用：,智能产品、智能仪表、工业测控系统、数控系统、智能接口、过程控制等,多机应用：,并行多处理系统、局部网络系统等,-,29,1.3本课程应掌握的内容,（1）熟练掌握MCS-51系列单片机的原理、性能、结构和使用方法,（2）熟练掌握MCS-51系列单片机的指令系统，完成一般的应用程序设计,（3）用单片机开发一个应用系统，包括硬件设计和软件设计,-,30,本章要求掌握的要点:,*计算机基本结构,*总线概念,*CPU的内部结构，工作过程,*