单片机ppt..

1微机原理及应用(A)机电工程系余为清2教学方法与考核方式教学方法课堂教学上机教学实验教学考核方式期未考试平时成绩作业上机/实验考勤1.1有关术语(P5-P17)1.2计算机发展简史(P18)1.3单片微型计算机概述(P19-P41)1.4计算机中的数和编码(P42-P67)第1章微型计算机概述31.位(bit)2.字节(Byte)3.字和字长(word)4.位编号5.指令、指令系统和程序6.寄存器7.译码器1.1有关术语451.位(bit)指计算机能表示的最基本最小的单位在计算机中采用二进制表示数据和指令，故位就是一个二进制位，有两种状态，“0”和“1”.62.字节(Byte)相邻的8位二进制数称为一个字节1Byte=8bit如：110000110101011173．字和字长字长：是每一个字所包含的二进制位数。它常与CPU内部的寄存器、运算装置、总线宽度一致。字：CPU内部进行数据处理的基本单位。[例]某CPU内含8位运算器，则：参加运算的数及结果均以8位表示,最高位产生的进位或借位在8位运算器中不保存，而将其保存到标志寄存器中。10110101被加数8位+10001111加数8位进位111111101000100和8位PSW标志寄存器运算器标志寄存器运算器被加数加数和进位8▲字长是衡量CPU工作性能的一个重要参数。不同类型的CPU有不同的字长。如:Intel4004是4位8080是8位8088/8086/80286是16位80386/80486、Pentium是32位10101100011001011001100001000011被加数+11000011110000110001010101011000加数进位11111111111101110000001010001010110110011011和4位8次8位4次16位2次32位1次9位1或01位字节110000118位字110000110011110016位双字1100001100111100110000110011110032位高字节低字节高字低字一个字定为16位，1Word=2Byte一个双字定为32位1DWord=4Byte一个英文字母是8位字，汉字的字是16位。104.位编号为便于描述，对字节,字和双字中的各位进行编号。从低位开始，从右到左依次为0、1、2．．．←位编号7654321010100010D7D6D5D4D3D2D1D0A7A6A5A4A3A2A1A0字节数据Data地址Address11D0D7D15D8158101010101010101070A0A7A15A8字的编号为15~0双字的编号依此类推，为31~012指令是CPU能执行的一个基本操作。如：取数、加、减、乘、除、存数等指令系统是CPU所能执行的全部操作。不同的CPU，其指令系统不同。程序是用户在使用计算机时，为要解决的问题，用一条条指令编写的指令序列。5.指令、指令系统和程序136．寄存器寄存器是用来存放数据和指令的一种基本逻辑部件。根据存放信息的不同，有指令寄存器、数据寄存器、地址寄存器等。标志寄存器地址总线AB数据总线DB控制总线CB指令寄存器数据寄存器控制电路指令译码器地址寄存器指令指针寄存器R1R2R3R4寄存器组运算器IPCPU结构示意图147．译码器译码器是将输入代码转换成相应输出信号的逻辑电路。指令是CPU能执行的一个基本操作，用户用编码形式的指令进行编程，程序存放在内存中;CPU的设计者对CPU的所有指令进行编码;CPU从内存取来编码形式的指令，对指令进行译码，发出执行该指令功能所需的信号15CPU总线内存标志寄存器地址总线AB程序数据数据总线DB控制总线CB地址译码器、、、指令1指令2指令3指令4、、、、、、数据1数据2数据3、、、指令寄存器数据暂存器控制电路指令译码器地址寄存器指令指针寄存器R1R2R3R4寄存器组运算器IP根据译码内容的不同分：指令译码器:将指令代码转换成该指令所需的各种控制信号。地址译码器:将地址信号转换成各地址单元相应的选通信号。161.2计算机发展简史根据使用的基本电子器件，计算机经历了四个阶段：电子管计算机(1946—1956)晶体管计算机(1957—1964)集成电路计算机(1965—1970)超大规模集成电路计算机(1971—至今)用机器语言、汇编语言编写程序用于军事和国防尖端技术开始使用高级语言开始用于工程技术、数据处理和其它科学领域采用微程序、流水线等技术，提高运行速度出现操作系统、诊断程序等软件采用半导体存储器采用图形界面操作系统器件速度更快,软件、外设更加丰富主要特点171.3.1微型计算机的基本结构及微型计算机系统1.3.2微型计算机的分类及IBMPC机的发展简史1.3.3单片微型计算机的特点及发展概况1.3单片微型计算机概述181.3.1微型计算机的基本结构及微型计算机系统1）微型计算机的基本结构微机的硬件由CPU、存储器、输入/输出设备构成；输入/输出设备通过输入/输出(I/O)接口与系统相连；各部件通过总线连接。构成部件19(1)总线总线是连接多个功能部件的一组公共信号线。微机中各功能部件之间的信息是通过总线传输的。总线BUS存储器I/O接口输入设备I/O接口输出设备CPU20按信号的作用，总线分为三类：地址总线、数据总线、控制总线存储器I/O接口输入设备I/O接口数据总线DB控制总线CB地址总线AB输出设备CPU21地址总线的条数决定CPU的寻址能力。10根→21010241K20根→2201024K1M32根→23222×2304G36根→23626×23064G地址总线AB(AddressBus)：单向，用来传送CPU输出的地址信号，确定被访问的存储单元、I/O端口。22数据总线DB(DataBus)：双向用来在CPU与存储器、I/O接口之间进行数据传送。存储器I/O接口输入设备I/O接口数据总线DB控制总线CB地址总线AB输出设备CPU23数据总线条数决定一次可最多传送数据的宽度8根→一次传送8位16根→一次传送16位32根→一次传送32位64根→一次传送64位24控制总线CB(ControlBus)：双向用于传送各种控制信号。有的是CPU发出的，有的是发向CPU的。存储器I/O接口输入设备I/O接口数据总线DB控制总线CB地址总线AB输出设备CPU25(2)中央处理器CPU计算机的核心部件。用来实现指令的自动装入和自动执行，实现计算机本身的自动化。存储器I/O接口输入设备I/O接口数据总线DB控制总线CB地址总线AB输出设备CPU26CPU结构示意图地址信号标志寄存器指令寄存器数据暂存器控制电路指令译码器地址寄存器指令指针寄存器R1R2R3R4寄存器组运算器IP数据信号控制信号ALUALU控制器27(3)内存内存是存储程序和数据的部件，由地址译码器、内存单元等构成。n根CPU地址线AB数据线DB控制线CB地址译码器1100110000110011101010101111000010001000地址00...0000地址00...0001地址00...0010地址00...0011地址11…1111内存结构示意图28(4)外设和输入/输出接口（I/O接口）外设的电信号、运行速度与CPU不匹配，不能与CPU直接相连，必须通过I/O接口与CPU相连。CPU通过对I/O端口进行读/写操作，实现对外设的控制。存储器I/O接口输入设备I/O接口数据总线DB控制总线CB地址总线AB输出设备CPU29键盘→键盘接口显示器→显示卡鼠标→串行接口网络→网卡打印机→并行接口音箱、麦可风→声卡IDE2PentiumIII北桥440BX南桥PIIX4ECMOS&RTCUSB超级I/OIDE1COM1COM2LPT1L1CacheL2CachePCI插槽ISA插槽内存条ROMBIOS显示器硬盘光驱软驱键盘鼠标打印机MODEM显卡30I/O接口结构示意图I/O端口1I/O端口2I/O端口3地址译码数据缓冲控制电路外设ABDBCBCPU3132系统软件:DOS、Windows95/98/2000应用软件:WPS、Word、Photoshop微处理器CPU存储器(RAM,ROM)I/O接口总线硬件软件微型系计统算机主机外设ALU寄存器控制部件键盘、鼠标显示器软驱、硬盘、光驱打印机、扫描仪2）微型计算机系统1)按构成分类2)按CPU的字长分类3)按主机装置分类4)IBMPC机的发展简史1.3.2微型计算机的分类及IBMPC机的发展简史331)按构成分类单片机、单板机、多板机单片机将CPU、内存、I/O接口电路全部集成一块芯片上，构成具备基本功能的计算机，称单片机。特点：超小型、高可靠性、价廉应用：智能仪表、工业实时控制、家用电器等产品：Intel的8051、8096/8098系列(有选修课)Motorola的6801、6805系列Hitachi(日立)的H8S、SH系列(有选修课)3435单板机将CPU、内存、I/O接口及其它辅助电路全部装在一块印刷电路板上，组成单板机。特点：结构简单、价廉应用：过程控制、数据处理产品：TP-801以Z80CPU为核心的单板机80年代各院校“微机原理”的实验机36多板机把CPU、内存、I/O接口芯片装在多块电路板上，各印刷板插在主机板的总线插槽上，通过系统总线连接起来，构成多板机。特点：见前面微型计算机的特点产品：IBMPC/XT、486机、Pentium机等90年代以来各院校“微机原理”和计算机硬件的实验机2)按CPU的字长分类CPU的性能可以用两个主要参数来描述：速度：用CPU的工作频率表示，单位MHzCPU内部寄存器宽度：寄存器的位数宽度：外部数据总线宽度：数据线的根数地址总线宽度：地址线的根数按CPU的字长，微机可分为：4位机、8位机、16位机、32位机CPU内部的寄存器宽度可用字长描述373)按主机装置分类桌上型：台式电脑便携型：笔记本、掌上电脑等38名称推出年代采用CPU特点IBMPC19818088准16位微机内存寻址1MBDOS操作系统IBMPC/XT19838088比IBMPC多一个10MB硬盘IBMPC/AT198480286内存寻址增至16MB具有虚拟存储器功能Windows操作系统386机486机PentiumPentiumIIPentiumIII198619901993199719998038680486PentiumPentiumIIPentiumIII内存容量更大32MB、64MB支持虚拟8086模式可执行多任务支持多媒体、网络技术4)IBMPC机的发展简史3940单片机体积小、功能强、功耗低、可靠性高和性价比高的特点，在过程控制、机电一体化产品、智能仪器、家用电器、计算机网络及通讯等方面得到广泛应用。单片机经历了一位、4位、8位、16位及32位的发展阶段，Intel、Motorola、Zilog、Philips等半导体器件厂家都开发了单片机。在众多的通用型单片机里，以Intel公司的MCS系列单片机最为著名。1.3.3单片微型计算机的发展概况411.4.1进位计数制及数制间的转换1.4.2二进制的运算1.4.3带符号数的表示法1.4.4定点数与浮点数1.4.5BCD码和ASCⅡ码1.4计算机中的数和编码例如：二进制数B=10011101B=127+124+123+122+120=（157）10日常生活常用十进制数，计算机则是按二进制数进行运算和处理。二进制数写麻烦，故书写时又以八进制或十六进制表示。因此就有：二十八十二八数制之间转换问题十六十二十六1.4.1进位计数制及数制间的转换一、进位计数制4243例：十进制数有:0、1、2、3、4、5、6、7、8、9十种状态。我们说：十进制数基数10，变化范围0~（10-1）,逢十进一。看一个十进制数：4094每一位十种数码的状态(0~9)千百十个本位绝对值的大小=数×位权103102101100如：千位