单片机 第一章 微计算机基础知识.ppt

1、微机原理，郑小彪无课件密码，课程介绍，整体安排：教学纲要，课程修订内容：微机和单片机考试：方式和成绩特点与教学：内容多、杂、知识交叉，归纳、练习、自学(工具和C51 )教学规律平常工作2 :教师角色的转变：教师原本从以教师为中心的“讲师”角色转变为学生学习的导师。 学生地位的转换：学生本来就是单纯听讲，从被动地位转变为自主参与、发现、探索的主体地位，单片机原理与应用，郑郁正，四川大学出版社参考书单片机原理与接口与应用，徐惠民北京邮电大学出版社单片机的原理和应用及C51程序设订，清华大学出版社51系列单片机和C51程序设订，王建校，科学出版社，教材，第一章微机基础知识一订计算机的历史和发展， 硬

2、件构成构造：冯诺依曼(美国人匈牙利数学家)构成，微机的分类1 )构成类别(构造类别)2)CPU的语长类别3 )主机装置类别，在单闸机类别的单片机芯片上的资源不足的情况下，扩展为触发特点：结构简单，应用便宜：过程控制，数据处理，三种应用形式的比较：系统机(多制动器)、单片机、单片机、1.2单片机的发展过程和产品近况， 1.2.1单片机的发展过程8位CPU、1K字节ROM、64字节RAM、27条I/O线、1条8位定时/计数器。 其特点是内存容量小，地址范围小(4K以下)，无串行接口，指令系统功能不强。 性能改善阶段1980年，英特尔推出了MCS-51系列单片机： 8位CPU、4K字节ROM、128

3、字节RAM、4个8位残奥报告、1个全双工串行端口、2个16位定时/秒地址范围为64K，有控制功能强的布尔处理器。 特点是结构体系完善，性能大幅提高，面向控制的特点更加突出。 现在，MCS-51已成为公认的单片机古典机型。 微控制器化阶段、特征是芯片内表面向主机系统的外围电路增强，使得单片机能够方便灵活地用于复杂的自动主机系统和设备。 “微型控制器”的称呼对单片机的本质作出反应。 1982年，英特尔推出了MCS-96系列单片机。 芯片内集成： 16位CPU、8K字节ROM、232字节RAM、5个8位残奥级端口、1个全双工串行端口、2个16位计时/计数器。 地址范围64K。 芯片上还有8路10位A

4、DC、1路PWM输出、高速I/O部件等。 1.2.2单片机产品近况、ATMEL公司融入了闪存技术AT89系列。 飞利浦公司的80C51、80C552系列华邦公司的W78C51、W77C51高速低价系列ADI公司的ADC8xx高精度ADC系列。 LG公司的GMS90/97低压高速系列Maxim公司的DS89C420高速(50MIPS )系列Cygnal公司的C8051F系列高速SOC单片机。 80C51系列单片机产品众多，主流地位已经形成，与近年推出的80C51兼容的主要产品有：非80C51结构的单片机新产品陆续推出，为用户提供更广泛的选择空间最近推出的非80C51系列主要产品有：英特尔的MCS

5、-96 microchip的PIC系列RISC单片机TI的MSP430F系列16位低功耗单片机。(2)根据CPU的分类，CPU的性能可以由速度： CPU的工作频率来表示，单位M(G)Hz，微处理器存储器I/O接口总线，硬件系统软件系统，微计算机系统，这两个鼠标显示器软驱、硬盘、CD驱动打印机、扫描仪、系统软件应用程序、微处理器、微计算机和微计算机系统、三计算机的主要性能指标、1、字长、 微处理器、地址总线(AB )、RAM、I/O接口、I/O装置、ROM、数据总线(DB )、控制总线微处理器可以包括运算单元算术逻辑单元ALU累加器ACC、标记寄存器FR寄存器控制器指令解码器ID、控制信号发生器

6、等典型的微处理器的结构框图，算术逻辑单元ALU、ALU(Arithmetic Logic Unit )是运算器的核心部件，其根据来自控制器的控制信号，对两个二进制数进行算术运算和逻辑运算也有可以直接进行乘法运算和除法运算的逻辑运算：加法、减法、比较、加法1、减法1等：包括and、异或、取出、取出等的移位：在ALU中也可以进行数据的左移或右移十进制调整运算：实现BCD数的算术运算、累加器a或ALU 累加器或ALU运算中所涉及的两个操作数之一为ALU的标志寄存器FR，是存储ALU运算结果的各种特征微处理器中常见的标志位进位标志c或Cy(Carry )进位辅助标志AC (auxilials ) 溢出

7、标志OV(Overflow flag )零标志Z(Zero flag )符号标志S(Sign flag ).进位标志c :如果在运算结果的最高位比特上发生了进位或退位，则C=1，否则， C=0进位辅助标志a :在运算结果的D3比特中发生进位或进位的情况下，A=1，否则，A=0(在也称为进位标志的BCD运算后的十进制结果调整无符号数的加减运算中，用c标志比特判断结果是否正确，进位在溢出位标志为o、算术运算中带符号数的运算结果超过8、16、32位带符号数的显示范围时，O=1，否则，O=0注意： o位带符号数的运算结果的判断c位用于无符号数，#64H 64H作为无符号数也与带符号数与之对应的运算结果

8、如果在执行无符号数或带符号数(补数)、溢出位标志o (接着1 )、0110 0100 b 0110 0100 b 1100 b指令后，将可以设为C=0的C=0上述运算设为符号数运算，则运算结果错误， 因为运算结果200超过了8比特的补码表示范围(-128127 )，所以O=1、溢出标志o (接下来是2 )、无符号符号数(补码) MOV A #0FFH 255 -1 (0FFH )算术结果： 426-86 (0a ah ) 10101011 b 111 如果D7为0，则表示溢出。其他标记比特，零标记z :如果运算结果为0，则z标记被设为1，否则z始终被设为0码元标记s。 也就是说，如果最高有效位

9、为1，则s也为1；如果最高有效位为0，则s也为0奇偶校验标志p :奇偶校验标志在运算结果中采用设置偶数检查，则如果偶数个有1，则标志为0。 寄存器组、通用寄存器组数据寄存器组、CPU内部的小容量、高速存储单元的作用：暂时存储参加运算的数据、中间结果或地址的示例：累加器专用寄存器组专用的用途示例：标志寄存器、堆栈指针(stack PP ) 索引寄存器(index )接下来执行的指令地址变更方式1、程序计数器的内容自动地各加1，接下来执行的指令地址(或多字指令的后续指令字) 2、分支迁移指令的目标3、中断矢量、控制器部件， 指定指令寄存器(IR )的指令解码器id对从指令寄存器传送来的指令操作码进

10、行解码，生成各种组合逻辑电平的控制信号，并将该控制信号传送到控制信号发生器。 控制信号发生器从指令解码器送出的电平信号和外部时钟脉冲与控制信号发生电路组合，形成以一定的节拍变化的各种电平和脉冲、即各种控制信号。 这些既可以传送到运算器，也可以传送到存储器或IO接口电路。 典型存储器的内部结构存储器是存储程序和数据的部件，由地址解码器、存储单元等构成。 详细说明存储单元的存储单元的地址存储单元的内容、存储器的读写动作，存储单元存储信息的基本单元。 每个存储芯片有多个存储单元。 每个单元可以存储1位或多位等二进制数。 存储单元的地址是区别各存储单元的，每个存储单元对应一个地址。 地址线上的数据被解

11、码，仅选择唯一的存储单元。 存储单元的内容保存在各存储单元中的二进制数据。 向存储器的读/写动作CPU发出地址信号，选择相应的存储单元。 如果是读取动作，则CPU发出存储器读取控制信号，被选择的存储单元通过数据总线将其内容发送到CPU。 如果是写入动作，则CPU产生存储器写入控制信号，CPU通过数据总线将写入的内容写入所选择的存储单元。 内存：内存、外部存储器： RAM、ROM高速缓存Cache、外围设备和输入输出接口(I/O接口)外围设备的电信号、动作速度与CPU不一致，无法与CPU直接连接，无法通过I/O接口与CPU连接、总线、微型计算机内连接多个部件并传输信息的公共信道称为总线(Bus

12、)，实际上传输特定信号的传输线路数据总线(Data Bus简称db):cpu与存储器、I/O设备之间的数据地址总线(Address Bus ) 传送存储单元和IO接口电路控制总线(简称CB ) :传送由CPU发送的控制信号和外部设备的输入信号总线，使微机在系统构成上简单、规则、易于扩展、芯片总线、内部总线工作的本质：冯诺伊曼电脑的结构是，“保存程序”“程序控制”的要点： 1以二进制形式显示数据和指令(程序)2.将程序保存在内存中，然后由控制器自动读取、分析和执行。微机的动作过程分为2个阶段：指令PC、IR执行指令IR、ID、PLA例： 56？ 第一步编程，5 6=？ 的计算机组件程序(参考用)

13、设存储器中有65536个存储单元的存储状况为0000 h 1100001 h 000001 h 00010002 h 0000003 h 000010004 h 11111 fffh 111111111、第二根据PLA发出的控制信号可知，由B0H 05H (2)执行的第一命令将5发送到a，该命令将5取出到0001H单元，然后将第(3)条命令ADD A，06H发送到a，以便存储在下一个存储器单元中。 根据来自PLA的用于执行第二命令的控制信号，该命令将6与a的数量相加，并且6将存储在下一存储单元中，该命令将6取回03H单元，并且将ALU与a的5相加，然后返回到a。 更详细地说，指令阶段(CPU读取存储器动作):经由地址地址总线地址解码器、选择具有指令的存储单元，CPU发出存储器读取控制信号，从存储器数据总线数据堆叠指令寄存器、指令解码器对指令进行解码，从PC 对标志寄存器指令的程序数据，数据总线DB，控制总线CB，地址编码器，命令1命令2命令3命令4，数据1数据2数据3 R3，R4，寄存器组合，运算器，运算器，运算器，运算