单片机第一章计算机基础知识精.ppt

单片机第一章计算机基础知识第1页，本讲稿共29页第2页，本讲稿共29页课程简介v授课教师：周静电话：88382636v授课时数：课堂讲授-56学时 实验-16学时（刘选朝，88382637）v考试成绩：平时作业：10%实验：20%期末考试：70%第3页，本讲稿共29页授课内容：讲 课 内 容学 时1.计算机基础知识42.MCS-51单片机硬件结构63、MCS-51单片机指令系统104.汇编语言程序设计105.MCS-51定时/计数器、串行口、中断系统106MCS-51单片机存储系统扩展67并行I/O接口电路扩展设计及应用68单片机与数模（D/A）及模数（A/D）转换器接口4合 计56第4页，本讲稿共29页建议教材与教学参考书v万福君编著，单片微机原理、系统设计与开发应用，中国科技大学出版社，1994v徐杰民等，单片微型计算机原理、接口、应用，北京邮电学院出版社，1990v徐淑华等，单片微型机原理及应用，哈尔滨工业大学出版社，1991v孙涵芳等，MCS-51、96系列单片机的原理及应用，北京航空航天大学出版社，(5).何立民等，MCS-51 系列单片机应用系统设计，北京航空航天大学出版社，1998第5页，本讲稿共29页关于测控技术与仪器v测控系统构成测量、处理、控制。举例XTCS:Xian Trajectory Control Ststemv测控系统涉及的相关技术传感技术(电信号变送和电源)：物理，传感器，模电物理，传感器，模电数据采集和数据处理技术计算机技术，数据处理计算机技术，数据处理机电接口技术_液压和电力传动技术液压器件和电力传动器件的驱动和控制液压器件和电力传动器件的驱动和控制v单片机技术在测控技术与仪器中的地位与应用实例第6页，本讲稿共29页第7页，本讲稿共29页总体方案及总体方案及实施方案框图实施方案框图实施方案框图实施方案框图地地面面钻钻井井信信息息处处理理控控制制井井下下闭闭环环地地面面监监控控装装置置下下下下 行行行行通通通通 道道道道闭环旋转导向工具闭环旋转导向工具闭环旋转导向工具闭环旋转导向工具接接接接 口口口口上传通道上传通道（MWD MWD）接接接接 口口口口井下数据地面接收处理装置地面部分地面部分地面部分地面部分井井 下下 部部 分分钻钻钻钻头头头头钻压、扭矩探测器接口接口电 阻 率 探 测 器接口接口第8页，本讲稿共29页第9页，本讲稿共29页第10页，本讲稿共29页第11页，本讲稿共29页第一章 计算机概述 第12页，本讲稿共29页微型计算机发展史微型计算机发展史 v1946年诞生第一台电子计算机以来 电子管计算机 晶体管计算机 集成电路计算机 大规模集成电路 超大规模集成电路计算机v微型计算机是第四代计算机的重要代表v微型计算机以微处理器为核心，以系统总线为信息传输的中枢，配以大规模集成电路的存储器、输入/输出接口电路所组成的计算机，称为微型计算机。v从1971年开始：第13页，本讲稿共29页第一代 第二代 第三代 第四代 年代 1971 1973年 1974 1978年1979 1982年1983 1993年字长 4/8位 8位16位32位代表 4004/80088080/8085/Z80/68008086/8088/80186/80286386/486/pentium集成晶体管 1200个9000个1.34万个120万个时钟 1MHz24MHz 510MHz 10MHz指令执行时间 20s 1s 12MIPS 1236MIPS MIPS百万条指令/秒 第14页，本讲稿共29页微型计算机的分类微型计算机的分类 v单片机(Single Chip Microcomputer or One Chip Microcomputer)是将微机的CPU、存储器、I/O接口和总线制作在一块芯片上的超大规模集成电路。v单板机（Single Board Microcomputer）是将CPU、存储器、I/O接口及多片附加逻辑电路和简单的键盘/显示器组装在一块印制版上。v台式微机，由主机板（又称系统板）、扩充板、磁盘、光盘驱动器和系统电源等组装在一个机箱中，配以必要的外设（键盘/CRT显示器等）和系统软件。第15页，本讲稿共29页微型计算机的应用微型计算机的应用 v科学计算与数据处理 v生产过程中的实时控制和自动化管理 v计算机辅助设计 v军事领域的应用 v家用电器和民用产品控制 v多媒体系统、网络技术 第16页，本讲稿共29页微型机技术发展的两个方向：v 一个是高性能、多功能的方向，从这方面不断取得的成就使微型机逐步代替价格昂贵、功能优越的中、小型机；v 一个是价格低廉、性能专一的方向，这方面的发展使微型机在生产领域、服务部门和日常生活中得到越来越广泛的应用。第17页，本讲稿共29页何谓单片机 一台能够工作的计算机要有这样几个部份构成：CPU（进行运算、控制）、RAM（数据存储）、ROM（程序存储）、输入/输出设备（例如：串行口、并行输出口等）。在个人计算机上这些部份被分成若干块芯片，安装一个称之为主板的印刷线路板上。而在单片机中，这些部份，全部被做到一块集成电路芯片中了，所以就称为单片（单芯片）机，而且有一些单片机中除了上述部份外，还集成了其它部份如A/D，D/A等。单片机与微机第18页，本讲稿共29页单片机SingleChipMicrocomputer将中央处理单元CPU和一定容量的数据存储器RAM、程序存储器ROM、定时/计数器T/C、并行输入输出接口I/O和串行通讯接口UART 等多个功能部件集成在一块芯片上。由于单片机面向控制，又被称为微控制器Microcontroller。第19页，本讲稿共29页单片机与微机vPC中的CPU一块就要卖几千块钱，这么多东西做在一起，还不得买个天价！再说这块芯片也得非常大了。不，价格并不高，从几元人民币到几十元人民币，体积也不大，一般用40脚封装，当然功能多一些单片机也有引脚比较多的，如68引脚，功能少的只有10多个或20多个引脚，有的甚至只8只引脚。为什么会这样呢？功能有强弱。另外这种芯片的生产量很大，技术也很成熟，51系列的单片机已经做了二十几年，所以价格就低了。既然如此，单片机的功能肯定不强，干吗要学它呢？因为实际工作中并不是任何需要计算机的场合都要求计算机有很高的性能，一个控制电冰箱温度的计算机用不着PIII。应用的关键是看是否够用，是否有很好的性能价格比。所以8051出来二十多年，依然没有被淘汰，还在不断的发展中。第20页，本讲稿共29页MCS-51单片机系列vMCS51单片机和8051、8031、89C51等的关系我们平常老是讲8051，又有什么8031，现在又有89C51，它们之间究竟是什么关系?MCS51是指由美国INTEL公司生产的一系列单片机的总称，这一系列单片机包括了好些品种，如8031，8051，8751，8032，8052，8752等，其中8051是最早最典型的产品，该系列其它单片机都是在8051的基础上进行功能的增、减、改变而来的，所以人们习惯于用8051来称呼MCS51系列单片机，而8031是前些年在我国最流行的单片机，所以很多场合会看到8031的名称。INTEL公司将MCS51的核心技术授权给了很多其它公司，所以有很多公司在做以8051为核心的单片机，当然，功能或多或少有些改变，以满足不同的需求，其中89C51就是这几年在我国非常流行的单片机，它是由美国ATMEL公司开发生产的。第21页，本讲稿共29页关于计算机的几个基本概念 v计算机中的数：我们知道，计算机可以进行数学运算，但它总只是一些电子元器件，怎么可以进行数学运算呢？我们做数学题如37+45是这样做的，先在纸上写37，然后在下面写45，然后大脑运算，最后写出结果，运算的原材料：37、45和结果：82都是写在纸上的，计算机中又是放在什么地方呢？为了解决这个问题，先让我们做一个实验：这里有一盏灯，我们知道灯要么亮，要么不亮，就有两种状态，我们可以用0和1来代替这两种状态，规定亮为1，不亮为0。现在放上两盏灯，一共有几种状态呢？我们列表来看一下：请写出3盏灯的情况000 001 010 011 100 101 110 111状态 表达 0 0 0 1 1 0 1 1 第22页，本讲稿共29页位的含义 我们来看，这个000，001，101 不就是我们学过的的二进制数吗？本来，灯的亮和灭只是一种物理现象，可当我们把它们按一定的顺序排更好后，灯的亮和灭就代表了数字了。让我们再抽象一步，灯为什么会亮呢？看电路1，是因为输出电路输出高电平，给灯通了电。因此，灯亮和灭就可以用电路的输出是高电平还是低电平来替代了。这样，数字就和电平的高、低联系上了。（请想一下，我们还看到过什么样的类似的例子呢？（海军之）灯语、旗语，电报，甚至红、绿灯）通过上面的实验我们已经知道：一盏灯亮或者说一根线的电平的高低，可以代表两种状态：0和1。实际上这就是一个二进制位，因此我们就把一根线称之为一“位”，用BIT表示。第23页，本讲稿共29页字节的含义一根线可以表于0和1，两根线可以表达00，01，10，11四种状态，也就是可以表于0到3，而三根可以表达0-7，计算机中通常用8根线放在一起，同时计数，就可以表过到0-255一共256种状态。这8根线或者8位就称之为一个字节（BYTE）。不要问为什么是8根而不是其它数，因为我也不知道。（计算机世界是一个人造的世界，不是自然界，很多事情你无法问为什么，只能说：它是一种规定，大家在以后的学习过程中也要注意这个问题）第24页，本讲稿共29页存储器M（Memory）随机读写存储器RAM（Random Access Memory）假如：假如：假如：假如：将将将将55H55H55H55H写入写入写入写入到到到到01H01H01H01H单元单元单元单元第25页，本讲稿共29页 1.1.指令和指令系统指令和指令系统 程序即用户要解决某一特定问题所编排的指令序列，编排的过程称为程序设计。0111 0100MOV A，#15H ;(A)=15H0001 0101 ;取数到A0010 0100 ADD A，#30H ;(A)=(A)+30H 0011 0000;相加1111 0101 MOV 30H，A ;(30H)(A)0011 0000 ;保存结果指令的机器码或机器语言指令的助记符或汇编语言注释计算机的工作过程第26页，本讲稿共29页（1）指令的格式 所谓指令就是使计算机完成某种基本操作，如加、减、乘、除、移位、与、或、非等操作命令。全部指令的集合构成指令系统。指令通常由两部分组成：第一部分为操作码（OPC），表示计算机要作何种操作；第二部分为操作数（OPD），指明参加运算的操作数或存放该数的地址。格式：操作码操作数或地址在计算机中，指令是以一组二进制编码的数来表示和存储的 第27页，本讲稿共29页（2）指令执行过程取指令PC+1操作译码取操作数地址地址译码取操作数执行操作取下一条指令PC+1开始一个CPU周期一个CPU周期一个CPU周期一个指令周期取指阶段执指阶段第28页，本讲稿共29页举例：相加程序地址内容指令助记符注释00H01H02H03H04H05H011101000001010100100100001100001000000011111110MOVA，#15HADDA，#30HSJMP$取数指令，第一字节是操作码第二字节就是指令的操作数加法指令，第一字节是操作码第二字节也是指令的操作数两字节指令，执行原地踏步操作第29页，本讲稿共29页