第1章 单片机原理及应用 概述.ppt

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1、单片机原理及应用教材及参考书教材及参考书n n教材教材教材教材单片机原理及接口技术单片机原理及接口技术(第三版第三版)-李朝青，李朝青，北京航空航天大学出版社北京航空航天大学出版社北京航空航天大学出版社北京航空航天大学出版社n n参考书参考书参考书参考书 单片机中级教程单片机中级教程单片机中级教程单片机中级教程 -何立民，北京航空航天大学出版社何立民，北京航空航天大学出版社何立民，北京航空航天大学出版社何立民，北京航空航天大学出版社 单片微型计算机原理及其单片微型计算机原理及其单片微型计算机原理及其单片微型计算机原理及其C C语言程序设计语言程序设计语言程序设计语言程序设计-陈光东，华中科技大

2、学出版社陈光东，华中科技大学出版社陈光东，华中科技大学出版社陈光东，华中科技大学出版社 单片机的单片机的单片机的单片机的C C语言应用程序设计语言应用程序设计语言应用程序设计语言应用程序设计-马忠梅编，北京航空航天大学出版社马忠梅编，北京航空航天大学出版社马忠梅编，北京航空航天大学出版社马忠梅编，北京航空航天大学出版社 单片机原理与接口技术单片机原理与接口技术单片机原理与接口技术单片机原理与接口技术 -牛昱光，电子工业出版社牛昱光，电子工业出版社牛昱光，电子工业出版社牛昱光，电子工业出版社课程特点及考核要求课程特点及考核要求n n应用性强：多动手、多实践应用性强：多动手、多实践n n考核方法：

3、平时成绩考核方法：平时成绩+实验实验+期末考试期末考试 n n实践环节：实践环节：Keil+Proteus 虚拟仿真虚拟仿真n n考考 试：基本概念原理试：基本概念原理+设计编程设计编程理论课主要内容理论课主要内容 n n第一部分：第一部分：第一部分：第一部分：MCS-51MCS-51MCS-51MCS-51系列单片机的基本硬件结构系列单片机的基本硬件结构系列单片机的基本硬件结构系列单片机的基本硬件结构 介绍介绍介绍介绍51515151单片机内部硬件结构（数据寄存器、程序存储器、单片机内部硬件结构（数据寄存器、程序存储器、单片机内部硬件结构（数据寄存器、程序存储器、单片机内部硬件结构（数据寄存

4、器、程序存储器、输入输出端口、定时计数器、串行口及中断等）输入输出端口、定时计数器、串行口及中断等）输入输出端口、定时计数器、串行口及中断等）输入输出端口、定时计数器、串行口及中断等）n n第二部分：第二部分：第二部分：第二部分：MCS-51MCS-51MCS-51MCS-51单片机的指令系统单片机的指令系统单片机的指令系统单片机的指令系统 51515151单片机的单片机的单片机的单片机的111111111111条指令的分类、寻址方式、伪指令及使用条指令的分类、寻址方式、伪指令及使用条指令的分类、寻址方式、伪指令及使用条指令的分类、寻址方式、伪指令及使用中的注意事项，和编程基础中的注意事项，和

5、编程基础中的注意事项，和编程基础中的注意事项，和编程基础n n第三部分：第三部分：第三部分：第三部分：MCS-51MCS-51MCS-51MCS-51单片机的系统扩展及应用单片机的系统扩展及应用单片机的系统扩展及应用单片机的系统扩展及应用 程序与数据存储器的扩展、定时程序与数据存储器的扩展、定时程序与数据存储器的扩展、定时程序与数据存储器的扩展、定时/计数器的应用、串行口计数器的应用、串行口计数器的应用、串行口计数器的应用、串行口的应用及的应用及的应用及的应用及A/DA/DA/DA/D、D/AD/AD/AD/A转换器与单片机的接口和键盘扫描转换器与单片机的接口和键盘扫描转换器与单片机的接口和键

6、盘扫描转换器与单片机的接口和键盘扫描/动态显示接口电路。动态显示接口电路。动态显示接口电路。动态显示接口电路。如何学好本门课程如何学好本门课程n理论课是整个课程的基础。理论课是整个课程的基础。它包含了它包含了MCS-51MCS-51单片机的硬件组成及工单片机的硬件组成及工作原理。只有熟练地掌握这些才能正确地使用指令进行各种编程、作原理。只有熟练地掌握这些才能正确地使用指令进行各种编程、应用和开发。应用和开发。n正确的理解和掌握指令的正确的理解和掌握指令的寻址方式寻址方式，掌握程序设计的一般方法。掌握程序设计的一般方法。n掌握外围芯片的使用方法，以及与单片机的接口原理掌握外围芯片的使用方法，以及

7、与单片机的接口原理。这是进行各。这是进行各种应用系统设计的基础。种应用系统设计的基础。n认真完成实验。认真完成实验。实验前，分析每个实验程序，独立地完成思考题的实验前，分析每个实验程序，独立地完成思考题的编程，掌握程序的各种调试方法编程，掌握程序的各种调试方法。对于综合设计的内容要注意程序。对于综合设计的内容要注意程序的整体结构（流程图），调试方法和步骤，要学会如何利用调试软的整体结构（流程图），调试方法和步骤，要学会如何利用调试软件，使用不同的方法来调试、运行程序、寻找程序中的错误。件，使用不同的方法来调试、运行程序、寻找程序中的错误。第第1 1章章 概概 述述n本章教学要求本章教学要求n掌

8、握常用数制与编码的基础知识；掌握常用数制与编码的基础知识；n了解单片机与微型计算机的区别；了解单片机与微型计算机的区别；n熟悉单片机的结构组成；熟悉单片机的结构组成；n了解单片机的特点与指标；了解单片机的特点与指标；n了解单片机的发展历史、常用产品及应用领域；了解单片机的发展历史、常用产品及应用领域；主要内容主要内容0 0、数制与编码的基础知识、数制与编码的基础知识1 1、微型计算机及系统、微型计算机及系统2 2、单片机单片机及单片机系统及单片机系统3 3、单片机的发展、单片机的发展4 4、单片机的特点、单片机的特点5 5、主流单片机厂家、主流单片机厂家0 数制与数制与编码编码的的简单简单回回

9、顾顾n n 1 数制及数制间转换数制及数制间转换 n n 2 计算机中常用编码计算机中常用编码 0.1 数制计数的进位制*1.1.二二进进制制：是是“0”0”和和“1”1”这这样样的的数数、逢逢2 2进进位位。按按权权展展开开时时权权的的基基数数为为2 2。用用后后缀字母缀字母“B”B”表示。表示。如如：1001B=121001B=123 3+02+022 2+02+021 1+12+120 0=9=9（十进制数）（十进制数）*2.2.十十进进制制：是是“0”“9”0”“9”之之间间的的数数、逢逢1010进进位位。按按权权展展开开时时权权的的基基数数为为1010。用用后缀字母后缀字母“D”D”

10、表示。表示。如：如：1135=1101135=1103 3+110+1102 2+310+3101 1+510+5100 0*3.3.十十六六进进制制：是是“0”“9”0”“9”，“A,B,C,D,E,F”A,B,C,D,E,F”之之间间的的数数、逢逢1616进进位位。按按权权展展开时权的基数为开时权的基数为1616。用后缀字母。用后缀字母“H”H”表示。表示。如：如：1C5H=1161C5H=1162 2+1216+12161 1+516+5160 0=453D=453D2 2、不同数制之间的转换、不同数制之间的转换1 1、二进制、十六进制转化成十进制：、二进制、十六进制转化成十进制：将将二

11、二、十十六六进进制制数数按按权权展展开开相相加加即即为为相相应应的的十进制数。十进制数。如：如：1101 B=11101 B=12 23 3+1+12 22 2+0+02 21 1+1+12 20 0 =13D=13D如：如：1F H=11F H=116161 1+15+1516160 0=31D=31D2 2、不同数制之间的转换、不同数制之间的转换2 2、十进制转换成二进制数：、十进制转换成二进制数：将十进制数除将十进制数除2 2取余，商为取余，商为0 0止余数倒置。止余数倒置。如：如：11D=1011B 11D=1011B 3 3、十进制转换成十六进制数：、十进制转换成十六进制数：将十进制

12、数除将十进制数除1616取余，商为取余，商为0 0止余数倒置。止余数倒置。如：如：100D=64H100D=64H2 11 余数余数 2 5 1 2 2 1 2 1 0 0 116 100 余数余数 16 6 4 0 6 2 2、不同数制之间的转换、不同数制之间的转换4 4、二进制转换成十六进制数：、二进制转换成十六进制数：将将二二进进制制数数以以小小数数点点为为界界四四位位一一分分，不不足足补补0 0，用一位十六进制数代替四位二进制数。用一位十六进制数代替四位二进制数。如：如：1 1 0011 0011 11001100 B=B=0001 0001 00110011 11001100 B=B

13、=1 13 3C C H H5 5、十六进制转换成二进制数：、十六进制转换成二进制数：将将十十六六进进制制数数以以小小数数点点为为界界，用用四四位位二二进进制制数数代代替一位十六进制数。替一位十六进制数。如：如：D D4 4E E H=H=11011101 01000100 11101110 B B 0.2 计算机中常用编码1.1.BCDBCD（Binary Coded DecimalBinary Coded Decimal）码）码二十进制码二十进制码2.2.ASCIIASCII（American American Standard Standard Code Code for for Inf

14、ormation Information InterchangeInterchange）码）码1.BCD1.BCD（Binary Coded DecimalBinary Coded Decimal）码）码二十进制码二十进制码*BCDBCD码码是是一一种种二二进进制制形形式式的的十十进进制制码码，也也称称二二十十进进制制码码。它它用用4 4位位二二进进制制数数表表示示1 1位位十十进进制制数，最常用的是数，最常用的是8421BCD8421BCD码。码。n8421BCD8421BCD码用码用0000H0000H1001H1001H代表十进制数代表十进制数0 09 9，运算法则是逢十进一。，运算法则

15、是逢十进一。8421BCD8421BCD码每位的码每位的权分别是权分别是8 8，4 4，2 2，1 1，故得此名。，故得此名。n例如，例如，1 6491 649的的BCDBCD码为码为0001 0110 0100 10010001 0110 0100 1001。n用用1 1个字节表示个字节表示2 2位十进制数的代码，称为压缩位十进制数的代码，称为压缩的的BCDBCD码。码。表表 1-2 8421 BCD1-2 8421 BCD码表码表十进制十进制数数8421BCD码码二进制二进制数数十进制十进制数数8421BCD码码二进制二进制数数0000000008100010001000100019100

16、11001200100010100001 0000 1010300110011110001 00011011401000100120001 0010 1100501010101130001 0011 1101601100110140001 01001110701110111150001 010111112.ASCII（American Standard Code for Information Interchange）码）码n nASCIIASCII码是一种字符编码，是美国信息交换码是一种字符编码，是美国信息交换码是一种字符编码，是美国信息交换码是一种字符编码，是美国信息交换标准代码的简称，见

17、表标准代码的简称，见表标准代码的简称，见表标准代码的简称，见表1-31-3。它由。它由。它由。它由7 7位二进制位二进制位二进制位二进制数码构成，共有数码构成，共有数码构成，共有数码构成，共有128128个字符。个字符。个字符。个字符。n nASCIIASCII码主要用于微机与外设通信。当微机码主要用于微机与外设通信。当微机码主要用于微机与外设通信。当微机码主要用于微机与外设通信。当微机与与与与ASCIIASCII码制的键盘、打印机及码制的键盘、打印机及码制的键盘、打印机及码制的键盘、打印机及CRTCRT等连用等连用等连用等连用时，均以时，均以时，均以时，均以ASCIIASCII码形式进行数据

18、传输。码形式进行数据传输。码形式进行数据传输。码形式进行数据传输。n n例如，当按微机的某一键时，键盘中的单片例如，当按微机的某一键时，键盘中的单片例如，当按微机的某一键时，键盘中的单片例如，当按微机的某一键时，键盘中的单片机便将所按的键码转换成机便将所按的键码转换成机便将所按的键码转换成机便将所按的键码转换成ASCIIASCII码传入微机码传入微机码传入微机码传入微机进行相应处理。进行相应处理。表表 1-3 ASCII1-3 ASCII码字符表码字符表 高位高位高位高位低位低位低位低位0 01 12 23 34 45 56 67 78 89 9A AB BC CDDE EF F0000000

19、00001000100100010001100110100010001010101011001100111011110001000100110011010101010111011110011001101110111101110111111110 0000000NUNUL LSOHSOHSTXSTXETXETXEOTEOTENENQQACKACKDELDELBSBSHTHTLFLFVTVTFFFFCRCRSOSOSISI1 1001001DLEDLEDC1DC1DC2DC2DC3DC3DC4DC4NAKNAKSYNSYNETBETBCANCANEMEMSUBSUBESCESCFSFSGSGSRS

20、RSUSUS2 2010010SPSP!“#$%&()*+,-。、3 30110110 01 12 23 34 45 56 67 78 89 9：；?4 4100100A AB BC CDDE EF FG GHHI IJ JK KL LMMNNOO5 5101101P PQQR RS ST TUUV VWWX XY YZ Z 6 6110110、a ab bc cd de ef fg gh hi ij jk kl lmmn no o7 7111111p pq qr rs st tu uv vw wx xy yz z|DELDEL 0.3 数据在计算机中的表示 0.3.1 0.3.1 有符号数有

21、符号数有符号数有符号数 0.3.2 0.3.2 无符号数无符号数无符号数无符号数 0.3.1 有符号数有符号数n n有符号的有符号的有符号的有符号的8 8位二进制数用最高位位二进制数用最高位位二进制数用最高位位二进制数用最高位D7D7表示数的正或负表示数的正或负表示数的正或负表示数的正或负n n0 0代表代表代表代表“+”+”，1 1代表代表代表代表“-”-”，n nD7D7称为符号位，称为符号位，称为符号位，称为符号位，D6D6D0D0为数值位。为数值位。为数值位。为数值位。D7D7D6 D0D6 D0符号位符号位符号位符号位数值位数值位数值位数值位上述的上述的8位带符号二进制数又有位带符号

22、二进制数又有3种不同表达形式，即种不同表达形式，即原码、反码和补码。原码、反码和补码。在计算机中，所有有符号数都是以补码形式存放的。在计算机中，所有有符号数都是以补码形式存放的。n1.原码原码 一个二进制数，用最高位表示数的符号，一个二进制数，用最高位表示数的符号，其后各位表示数值本身，这种表示方法称其后各位表示数值本身，这种表示方法称为原码。为原码。原码的表示范围是原码的表示范围是-127+127例如例如:X=+1011010B X原原=01011010B；X=-1011010B X原原=11011010Bn2.反码反码 正数的反码与原码相同。正数的反码与原码相同。符号位一定为符号位一定为0

23、，其余位为数值位。，其余位为数值位。负数的反码符号位为负数的反码符号位为1，数值位将其原码的数值位逐位求反。，数值位将其原码的数值位逐位求反。反码的表示范围是反码的表示范围是-127+127例如例如:X=-1011010B X 原原=11011010B X 反反=10100101B3.3.补码补码正数的补码与原码相同。正数的补码与原码相同。负数的补码符号位为负数的补码符号位为1 1，数值位将其原码的数值位逐位求反，数值位将其原码的数值位逐位求反后加后加1 1，即负数的反码加，即负数的反码加1 1。补码的表示范围是补码的表示范围是-128-128+127+127例如例如:X=-1011010B

24、X=-1011010B X X 补补=10100110B=10100110B通常计算机中的数用补码表示，用补码进行运算。一个很通常计算机中的数用补码表示，用补码进行运算。一个很明显的优点是减法可以用补码的加法来运算。明显的优点是减法可以用补码的加法来运算。这里还要特别提示这里还要特别提示“溢出溢出”的概念。溢出与进位不同，溢的概念。溢出与进位不同，溢出是指有符号数的运算结果超出了数出是指有符号数的运算结果超出了数-128-128+127+127的表示范的表示范围，破坏了符号位。围，破坏了符号位。补码的优点是可以将减法运算转换为加法运算，补码的优点是可以将减法运算转换为加法运算，同时数值连同符号

25、位可以一起参加运算。如：同时数值连同符号位可以一起参加运算。如：45H-55H=-10H，用补码运算时可以表示为：，用补码运算时可以表示为：45H补补+-55H补补=-10H补补 结果结果1111 0000B为补码；为补码；求补得到原码为：求补得到原码为：1001 0000B；真值为真值为-001 0000B（即（即-10H）。）。45H补补：0 1 0 0 0 1 0 1-55H补补：1 0 1 0 1 0 1 1结结果：果：1 1 1 1 0 0 0 0几个典型的带符号数据的几个典型的带符号数据的8位编码表位编码表 采用补码时，采用补码时，“0”只有一种表示方式，单字节只有一种表示方式，单

26、字节表示的范围是：表示的范围是：-128 +127。真真 值值原原 码码反反 码码补补 码码+127+1270111 1111B0111 1111B0111 1111B0111 1111B0111 1111B0111 1111B（7FH7FH）+1+10000 0001B0000 0001B0000 0001B0000 0001B0000 0001B0000 0001B（01H01H）+0+00000 0000B0000 0000B0000 0000B0000 0000B0000 0000B0000 0000B（00H00H）-0-01000 0000B1000 0000B1111 1111B

27、1111 1111B0000 0000B0000 0000B（00H00H）-1-11000 0001B1000 0001B1111 1110B1111 1110B1111 1111B1111 1111B（FFHFFH）-127-1271111 1111B1111 1111B1000 0000B1000 0000B1000 0001B1000 0001B（81H81H）-128-128-1000 0000B1000 0000B（80H80H）4 机器数与真值机器数与真值n机器数：机器数：计算机中以二进制形式表示的数。计算机中以二进制形式表示的数。n真值：真值：机器数所代表的数值。机器数所代表的

28、数值。例如，机器数例如，机器数10001010B，它的真值为，它的真值为138（无符号数）（无符号数）-10（原码）（原码）-117（反码）（反码）-118（补码）（补码）【例例15】怎样根据真值求补码，或根据补码求真值？怎样根据真值求补码，或根据补码求真值？答：答：只有两种求补码的方法：只有两种求补码的方法：一是求负数的补码，用绝对值一是求负数的补码，用绝对值“取反加取反加1”来求补码；来求补码；二是求负数（补码）的真值，可先将该补码数用二是求负数（补码）的真值，可先将该补码数用“取反加取反加1”的方法得到其的方法得到其绝对值，再在绝对值前添加一负号。绝对值，再在绝对值前添加一负号。n无符号

29、的无符号的8位二进制数没有符号位，从位二进制数没有符号位，从D7D0皆为数值位，所以皆为数值位，所以8位无符号二进制数的位无符号二进制数的表示范围是表示范围是0+255。n n8位二进制数码的不同表达含义见表位二进制数码的不同表达含义见表1-4。0.3.2 无符号数表表 1-4 1-4 数的表示方法数的表示方法8位二十进制数位二十进制数无符号数无符号数原码原码反码反码补码补码0000 00000+0+0+00000 00011+1+1+10000 00102+2+2+20111 1100124+124+124+1240111 1101125+125+125+1250111 1110126+12

30、6+126+1260111 1111127+127+127+1271000 0000128-0-127-1281000 0001129-1-126-1271000 0010130-2-125-1261111 1100252-124-3-41111 1101253-125-2-31111 1110254-126-1-21111 1111255-127-0-1n一、电子计算机一、电子计算机 以存储程序的方式、自动地进行算术和逻辑运算 的数字电子装置称电子计算机。n1946年年2月月15日日，世界上第一台数字式电子计算机 是在美国费城宾夕法宾夕法尼亚大学尼亚大学莫尔学院研制成功并运 行，名为(ENI

31、AC)。1955年年10月月切断电源。1 微型计算机及系统微型计算机及系统 ENIACENIAC是是电电子子管管计计算算机机，时时钟钟频频率率仅仅有有100 100 KHzKHz，但但能能在在1 1秒秒钟钟的的时时间间内内完完成成50005000次次加加法法运运算算。有有1800018000个个电电子子管。管。它它的的问问世世开开创创了了计计算算机机科科学学技技术术的的新新纪纪元元，对对人人类类的的生生产产和和生生活活方方式式产产生了巨大的影响生了巨大的影响 。1 微型计算机及系统微型计算机及系统1 微型计算机及系统微型计算机及系统 匈牙利籍数学家冯诺依曼在方案的设计上做出了重要的贡献。“指令

32、和数据一起以二进制的形式存放在存储器中。”由由计计算算机机之之父父美美籍籍匈匈牙牙利利数数学学家家冯冯 诺诺依依曼曼1945年年3月月提提出出，标标志志着着电电子子计计算算机机时代的真正开始。时代的真正开始。19461946年年6 6月月，他他又又提提出出了了“程程序序存存储储”和和“二二进进制制运运算算”的的思思想想，进进一一步步构构建建了了计计算算机机由由运运算算器器、控控制制器器、存存储储器器、输输入入设设备备和和输输出出设设备备组组成成这这一一计计算算机机的的经经典典结结构构。（EDVAC-ELECTRONIC DISCRETE VARIABLE AUTOMATIC COMPUTER）

33、存储器输出设备输入设备控制器运算器 19711971年年1 1月，月，INTELINTEL公司公司的特德的特德霍夫在与日本商霍夫在与日本商业业通通讯讯公司合作研制台式公司合作研制台式计计算器算器时时，将原始方案的，将原始方案的十几个芯片十几个芯片压缩压缩成三个集成三个集成成电电路芯片。其中的两个路芯片。其中的两个芯片分芯片分别别用于存用于存储储程序和程序和数据，数据，另一芯片集成了运另一芯片集成了运算器和控制器及一些寄存算器和控制器及一些寄存器，称器，称为为微微处处理器理器（即（即Intel 4004Intel 4004）。）。40044004微微处处理器理器电电子子计计算算机机技技术术的的发

34、发展展，相相继继经经历历了了五五个时代：个时代：电子管计算机；电子管计算机；晶体管计算机；晶体管计算机；集成电路计算机；集成电路计算机；大规模集成电路计算机；大规模集成电路计算机；超大规模集成电路计算机。超大规模集成电路计算机。计计算算机机的的结结构构仍仍然然没没有有突突破破冯冯诺诺依依曼曼提出的计算机的经典结构框架。提出的计算机的经典结构框架。1 微型计算机及系统微型计算机及系统n微机系统具有硬件功能强大、数据处理能力强等优点，已微机系统具有硬件功能强大、数据处理能力强等优点，已经成为当今社会普遍应用的不可替代的经成为当今社会普遍应用的不可替代的“通用通用”工具工具n硬件：由硬件：由CPUC

35、PU、存储器、定时存储器、定时/计数器、并行输入计数器、并行输入/输出接输出接口电路、中断控制器等大规模口电路、中断控制器等大规模ICIC芯片安置在一个（或多个）芯片安置在一个（或多个）电路板上，配合键盘、显示器等构成了微型计算机的硬体电路板上，配合键盘、显示器等构成了微型计算机的硬体部分。部分。n软件：微型计算机的硬件在其丰富的软件（系统软件软件：微型计算机的硬件在其丰富的软件（系统软件+应应用软件）支持下，可以进行各种复杂的数据处理、过程控用软件）支持下，可以进行各种复杂的数据处理、过程控制等领域中的应用。制等领域中的应用。返回软件系统硬件系统控 制 器运 算 器存 储 器输入设备CPU微

36、型计算机系统输入接口电路输出设备输出接口电路1.1 基本概念基本概念n微处理器微处理器-把运算器与控制器封装在一把运算器与控制器封装在一小块芯片上，称该芯片为微处理器。小块芯片上，称该芯片为微处理器。n微型计算机微型计算机-微处理器与存储器，输入微处理器与存储器，输入输出接口电路在印制电路板上用总线连输出接口电路在印制电路板上用总线连接起来，就构成了微型计算机。包括运接起来，就构成了微型计算机。包括运算器、控制器、存储器、输入输出接口算器、控制器、存储器、输入输出接口组成。组成。n单片机单片机-在一块芯片上，集成一台微型计算在一块芯片上，集成一台微型计算机的四个基本组成部分，则这种芯片称为单机

37、的四个基本组成部分，则这种芯片称为单片微型计算机片微型计算机，简称单片机。简称单片机。n单片机系统单片机系统-以单片机为核心的系统称为单以单片机为核心的系统称为单片机系统。片机系统。1.1.1 微型计算机基本结构微型计算机基本结构n它由控制器它由控制器、运算器运算器、存储器存储器、输入输入/输出接口电路输出接口电路、输入设备和输出设备几部分组成，它们之间由总线连输入设备和输出设备几部分组成，它们之间由总线连接进行信息传输。控制器和运算器综合起来称接进行信息传输。控制器和运算器综合起来称中央处中央处理器（理器（CPUCPU），也称为也称为微处理器微处理器。1.1.1 微型计算机基本结构微型计算机

38、基本结构1 1 1 1控制器控制器控制器控制器n控制器控制器是计算机的控制核心，它负责从内部存储器中是计算机的控制核心，它负责从内部存储器中1.1.1 微型计算机基本结构微型计算机基本结构取取取取出出出出指指指指令令令令并并并并对对对对指指指指令令令令进进进进行行行行分分分分析析析析、根根根根据据据据指指指指令令令令发发发发出出出出控控控控制制制制信信信信号号号号，指指指指挥挥挥挥输输输输入入入入、输输输输出出出出、运运运运算算算算器器器器、存存存存储储储储器器器器等等等等功功功功能能能能部部部部件件件件协调工作。协调工作。协调工作。协调工作。2 2 2 2运算器运算器运算器运算器n运算器运算

39、器（AithmctiealAithmctieal Logic Unit Logic Unit，ALUALU）1.1.1 微型计算机基本结构微型计算机基本结构运运算算器器又又称称算算术术逻逻辑辑部部件件，主主要要完完成成算算术术运运算算和逻辑运算和逻辑运算。3 3 3 3存储器存储器存储器存储器n存储器存储器用于存储程序和数据。存储器根据其位置不同用于存储程序和数据。存储器根据其位置不同可分为两类：内部存储器和外部存储器。可分为两类：内部存储器和外部存储器。1.1.1 微型计算机基本结构微型计算机基本结构内内内内部部部部存存存存储储储储器器器器(简简简简称称称称内内内内存存存存)和和和和CPUC

40、PU直直直直接接接接相相相相连连连连，存存存存放放放放当当当当前前前前要要要要运运运运行行行行的的的的程程程程序序序序和和和和数数数数据据据据，故称主存储器故称主存储器故称主存储器故称主存储器(简称主存简称主存简称主存简称主存)。外外外外部部部部存存存存储储储储器器器器(简简简简称称称称外外外外存存存存)，主主主主要要要要用用用用于于于于保保保保存存存存暂暂暂暂时时时时不不不不用用用用但但但但又又又又需需需需长长长长时时时时间间间间保保保保留留留留的的的的数数数数据据据据和和和和程程程程序序序序。存存存存放放放放在在在在外外外外存存存存的的的的程程程程序必须调入内存才能运行。序必须调入内存才能

41、运行。序必须调入内存才能运行。序必须调入内存才能运行。4 4 4 4输入输入输入输入/输出接口输出接口输出接口输出接口I/OI/OI/OI/On输输入入/输输出出接接口口（又又称称I/OI/O接接口口）是是CPUCPU与与外外设设之之间间相相连连的的逻逻辑辑电电路路，外外设设必必须须通通过过 接接 口口 才才 能能 和和CPUCPU相连。相连。1.1.1 微型计算机基本结构微型计算机基本结构5 5 5 5输入和输出设备输入和输出设备输入和输出设备输入和输出设备n输输入入和和输输出出设设备备（如如：键键盘盘、鼠鼠标标、显显示示器器、打打印印机机等等）用用于于完完成成和和计计算算机机进进行行信信息

42、息交交流流的的输输入入和输出操作。和输出操作。1.1.1 微型计算机基本结构微型计算机基本结构6 6 6 6总线（总线（总线（总线（BusBusBusBus）n总线总线是控制器、运是控制器、运算器、存储器、算器、存储器、I/OI/O接口之间相连的一接口之间相连的一组线。组线。n数据总线数据总线（Data BusData Bus，DBDB）；）；n地址总线地址总线（Address Address BusBus，ABAB）n控制总线控制总线（Control Control BusBus，CBCB）。）。1.1.1 微型计算机基本结构微型计算机基本结构2、单片机及单片机系统单片机及单片机系统n n单

43、片机的概念单片机的概念 我们将组成微型计算机的各功能部件：中央处理器（CPU）、存储器（RAM、ROM）I/O接口电路及定时/计数器等制作在一块集成电路芯片中从而构成完整的微型计算机。故称作单晶片微型计算机，简称单片机（Single chip microcomputer)。或称微控制器(MCU:Microcontroller)返回微型计算机与单片机在硬件结构上的比较微型计算机与单片机在硬件结构上的比较 微型计算机微型计算机微型计算机微型计算机 单片机单片机单片机单片机数据RAMCPU并行I/O程序ROM定时/计数器串型端口中断控制器扩展I/O端口系统总线（DB、AB、CB）微型计算机的组成框图

44、（由多个IC芯片组装在一个主电路板上）MCS-51单片机所有单元都组装在一个IC芯片上返回3、单片机的发展n1976年，年，Intel公司首先推出了公司首先推出了MCS-48系列的单片系列的单片微型计算机，微型计算机，n单片机的发展历史大致可分为三个阶段。单片机的发展历史大致可分为三个阶段。第一阶段第一阶段 低性能阶段低性能阶段（19761978年）：以年）：以Intel公司的公司的MCS-48系列为代表，此单片微型计算机具系列为代表，此单片微型计算机具有有8位位CPU、并行、并行I/O端口、端口、8位时序同步计数器，位时序同步计数器，寻址范围不大于寻址范围不大于4KB，但没有串口。，但没有串

45、口。第第二二阶阶段段 高高性性能能阶阶段段（19781982年年）：如如Intel公公司司的的MCS-51系系列列、Motorola公公司司的的6801和和Zilog公公司司的的Z-8等等。该该类类单单片片机机具具有有串串口口、多多级级中中断断处处理理系系统统和和16位位时时序序同同步步计计数数器器，RAM、ROM容容量量加加大大，寻寻址址范围可达范围可达64KB，有的芯片还有有的芯片还有A/D转换接口。转换接口。第第三三阶阶段段（1982至至今今）：8位位单单片片微微型型计计算算机机改改良良型型及及16与与32位位单单片片微微型型计计算算机机阶阶段段，如如Intel公公司司的的16位位单片机

46、单片机MCS-96系列，系列，32位单片机位单片机ARM系列。系列。n n 电子计算机是科技发展的产物电子计算机是科技发展的产物电子计算机是科技发展的产物电子计算机是科技发展的产物n n 计算机的飞速发展归功于半导体集成技术的发展计算机的飞速发展归功于半导体集成技术的发展计算机的飞速发展归功于半导体集成技术的发展计算机的飞速发展归功于半导体集成技术的发展n n 计算机的发展趋势计算机的发展趋势计算机的发展趋势计算机的发展趋势n n微型化微型化微型化微型化n n巨型化巨型化巨型化巨型化n n网络化网络化网络化网络化n n智能模拟化智能模拟化智能模拟化智能模拟化单片机学科的发展趋势单片机学科的发展

47、趋势单片机学科的发展趋势单片机学科的发展趋势n自从自从1974年美国年美国Fairchild公司研制出第一台单片机公司研制出第一台单片机F8之后，迄今为止，单片机经历了由之后，迄今为止，单片机经历了由4位机到位机到8位位机再到机再到16位机以及位机以及32位的发展过程。位的发展过程。n单片机制造商很多，目前，单片机正朝着高性能、单片机制造商很多，目前，单片机正朝着高性能、多品种方向发展。多品种方向发展。n近年来，近年来，32位单片机已进入了实用阶段，但是由位单片机已进入了实用阶段，但是由于于8位单片机在性能价格比上占有优势，而且位单片机在性能价格比上占有优势，而且8位位增强型单片机在速度和功能

48、上向现在的增强型单片机在速度和功能上向现在的16位单片位单片机挑战，因此在未来相当长的时期内，机挑战，因此在未来相当长的时期内，8位单片机位单片机仍是单片机的主流机型。仍是单片机的主流机型。4 4、单片机的特点、单片机的特点n1、产品特点、产品特点n n体积小：基本功能部件满足要求体积小：基本功能部件满足要求体积小：基本功能部件满足要求体积小：基本功能部件满足要求n n可靠性高：可靠性高：可靠性高：可靠性高：BUSBUS大多在内部；易采取电磁屏蔽大多在内部；易采取电磁屏蔽大多在内部；易采取电磁屏蔽大多在内部；易采取电磁屏蔽n n功能强：实时响应速度；功能强：实时响应速度；功能强：实时响应速度；

49、功能强：实时响应速度；I/OI/O直接操作直接操作直接操作直接操作n n使用方便：硬件设计简单；提供开发工具资料使用方便：硬件设计简单；提供开发工具资料使用方便：硬件设计简单；提供开发工具资料使用方便：硬件设计简单；提供开发工具资料n n性能价格比高：电路板小；接插件少性能价格比高：电路板小；接插件少性能价格比高：电路板小；接插件少性能价格比高：电路板小；接插件少n易产品化：研制周期短易产品化：研制周期短n2、硬件结构与功能上特点、硬件结构与功能上特点n存储器存储器存储器存储器ROMROM和和和和RAMRAM严格分工严格分工严格分工严格分工n采用面向控制的指令系统采用面向控制的指令系统采用面向

50、控制的指令系统采用面向控制的指令系统n输入输入输入输入/输出端口引脚具有复用功能输出端口引脚具有复用功能输出端口引脚具有复用功能输出端口引脚具有复用功能n品种规格的系列化品种规格的系列化品种规格的系列化品种规格的系列化n硬件功能具有广泛的通用性硬件功能具有广泛的通用性硬件功能具有广泛的通用性硬件功能具有广泛的通用性n3、应用面广、应用面广n n智能化测控系统智能化测控系统智能化测控系统智能化测控系统n n智能化接口智能化接口智能化接口智能化接口n n机电一体化：电脑缝纫机机电一体化：电脑缝纫机机电一体化：电脑缝纫机机电一体化：电脑缝纫机n n智能仪表：测量仪智能仪表：测量仪智能仪表：测量仪智能