單片機(jī)原理嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)PPT課件

1、電子計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，相繼經(jīng)歷了五個(gè)時(shí)代：電子管計(jì)算機(jī)；晶體管計(jì)算機(jī)；集成電路計(jì)算機(jī)；大規(guī)模集成電路計(jì)算機(jī)；超大規(guī)模集成電路計(jì)算機(jī)。計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu)仍然沒(méi)有突破馮諾依曼提出的計(jì)算機(jī)的經(jīng)典結(jié)構(gòu)框架。第1頁(yè)/共435頁(yè)1 11 1 微型計(jì)算機(jī)概述微型計(jì)算機(jī)概述一、發(fā)展一、發(fā)展二、分類(lèi)二、分類(lèi)三、特點(diǎn)三、特點(diǎn)四、應(yīng)用四、應(yīng)用五、發(fā)展趨勢(shì)五、發(fā)展趨勢(shì)第2頁(yè)/共435頁(yè)一、微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展一、微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展 六個(gè)時(shí)期： 第一時(shí)期（19711973年） 4位或8位低檔微處理器和微機(jī)； 第二時(shí)期（19731977年） 8位中高檔微處理器和微機(jī)； 第三時(shí)期（19781984年） 16位微處理器和微機(jī)；第3頁(yè)/共

2、435頁(yè) 第四時(shí)期（19851992年） 32位微處理器和微機(jī)； 第五時(shí)期（19931999年） 超級(jí)32位Pentium微處理器和微機(jī)第六時(shí)期（2000年以后） 新一代64位微處理器Merecd和微機(jī)第4頁(yè)/共435頁(yè)二、二、MCMC的分類(lèi)的分類(lèi)共有4種分類(lèi)方法。1 1 按微處理器的位數(shù)（字長(zhǎng)）分按微處理器的位數(shù)（字長(zhǎng)）分 4位機(jī)、8位機(jī)、16位機(jī)、32位機(jī)、64位機(jī)2 2 按微型計(jì)算機(jī)的用途分按微型計(jì)算機(jī)的用途分 通用機(jī)和專(zhuān)用機(jī)兩類(lèi)第5頁(yè)/共435頁(yè)3 3、按微型計(jì)算機(jī)的檔次分、按微型計(jì)算機(jī)的檔次分 低檔機(jī)、中檔機(jī)和高檔機(jī) 4 4、按微型計(jì)算機(jī)的組裝形式和系、按微型計(jì)算機(jī)的組裝形式和系統(tǒng)規(guī)

3、模分統(tǒng)規(guī)模分 單片機(jī)、單板機(jī)、個(gè)人計(jì)算機(jī) 第6頁(yè)/共435頁(yè) 從應(yīng)用形態(tài)上，微機(jī)可以分成三種： 多板機(jī)（系統(tǒng)機(jī)） 將CPU、存儲(chǔ)器、I/O接口電路和總線接口等組裝在一塊主機(jī)板（即微機(jī)主板）。各種適配板卡插在主機(jī)板的擴(kuò)展槽上并與電源、軟/硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器及光驅(qū)等裝在同一機(jī)箱內(nèi)，再配上系統(tǒng)軟件，就構(gòu)成了一臺(tái)完整的微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱(chēng)系統(tǒng)機(jī)）。工業(yè)PC機(jī) 也屬于多板機(jī)。第7頁(yè)/共435頁(yè) 單板機(jī) 將CPU芯片、存儲(chǔ)器芯片、I/O接口芯片和簡(jiǎn)單的I/O設(shè)備（小鍵盤(pán)、LED顯示器）等裝配在一塊印刷電路板上，再配上監(jiān)控程序（固化在ROM中），就構(gòu)成了一臺(tái)單板微型計(jì)算機(jī)（簡(jiǎn)稱(chēng)單板機(jī)）。單板機(jī)第8頁(yè)/共435頁(yè) 單

4、片機(jī)是將中央處理器（CPUCPU）, ,隨機(jī)存儲(chǔ)器（RAMRAM），只讀存儲(chǔ)器（ROMROM或EPROMEPROM）, ,定時(shí)器/ /計(jì)數(shù)器芯片和一些輸入/ /輸出接口電路集成在一個(gè)芯片上的微型計(jì)算機(jī)，有的甚至包含A/DA/D、D/AD/A轉(zhuǎn)換器?？偠灾?，一塊單片機(jī)芯片，就相當(dāng)于一臺(tái)微型計(jì)算機(jī)。又稱(chēng)為微控制器（MicrocontrollerMicrocontroller）。 它是專(zhuān)為工業(yè)控制和智能儀器設(shè)計(jì)的一種集成度很高的微型計(jì)算機(jī)。 單片機(jī) 第9頁(yè)/共435頁(yè) 三種應(yīng)用形態(tài)的比較 ：?jiǎn)伟鍣C(jī)單片機(jī)系統(tǒng)機(jī)（多板機(jī)） 系統(tǒng)機(jī)（桌面應(yīng)用）屬于通用計(jì)算機(jī)，主要應(yīng)用于數(shù)據(jù)處理、辦公自動(dòng)化及輔助設(shè)計(jì)。

5、單片機(jī)（嵌入式應(yīng)用）屬于專(zhuān)用計(jì)算機(jī)，主要應(yīng)用于智能儀表、智能傳感器、智能家電、智能辦公設(shè)備、汽車(chē)及軍事電子設(shè)備等應(yīng)用系統(tǒng)。第10頁(yè)/共435頁(yè)圖1-1 微處理器、微計(jì)算機(jī)和微計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的關(guān)系微計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概念第11頁(yè)/共435頁(yè)單片機(jī)的發(fā)展 單片機(jī)技術(shù)發(fā)展過(guò)程可分為三個(gè)主要階段： 單芯片微機(jī)形成階段 1976年，Intel公司推出了MCS-48系列單片機(jī) 。8位CPU、1K字節(jié)ROM、64字節(jié)RAM、27根I/O線和1個(gè)8位定時(shí)/計(jì)數(shù)器。 特點(diǎn)是：存儲(chǔ)器容量較小，尋址范圍小（不大于4K），無(wú)串行接口，指令系統(tǒng)功能不強(qiáng)。 第12頁(yè)/共435頁(yè) 性能完善提高階段 1980年，Intel公司推出了MC

6、S-51系列單片機(jī)：8位CPU、4K字節(jié)ROM、128字節(jié)RAM、4個(gè)8位并口、1個(gè)全雙工串行口、2個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器。尋址范圍64K，并有控制功能較強(qiáng)的布爾處理器。 特點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)體系完善，性能已大大提高，面向控制的特點(diǎn)進(jìn)一步突出?，F(xiàn)在，MCS-51已成為公認(rèn)的單片機(jī)經(jīng)典機(jī)種 。第13頁(yè)/共435頁(yè) 微控制器化階段 特點(diǎn)是：片內(nèi)面向測(cè)控系統(tǒng)，外圍電路增強(qiáng)，使單片機(jī)可以方便靈活地用于復(fù)雜的自動(dòng)測(cè)控系統(tǒng)及設(shè)備。“微控制器”的稱(chēng)謂更能反應(yīng)單片機(jī)的本質(zhì)。 1982年，Intel推出MCS-96系列單片機(jī)。 芯片內(nèi)集成：16位CPU、8K字節(jié)ROM、232字節(jié)RAM、5個(gè)8位并口、1個(gè)全雙工串行口、2

7、個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器。尋址范圍64K。片上還有8路10位ADC、1路PWM輸出及高速I(mǎi)/O部件等。第14頁(yè)/共435頁(yè)三、三、MCMC特點(diǎn)特點(diǎn) （1）體積小、重量輕、功耗低 （2）可靠性高、使用環(huán)境條件要求低 （3）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單靈活、系統(tǒng)設(shè)計(jì)方便、適應(yīng)性強(qiáng) （4）性能價(jià)格比高 第15頁(yè)/共435頁(yè)四、四、MCMC應(yīng)用應(yīng)用 （1）科學(xué)計(jì)算 （2）數(shù)據(jù)處理和與信息管理 （3）CAD、CAM、CAA和CAI的應(yīng)用 （4 4）過(guò)程控制和儀器儀表智能化）過(guò)程控制和儀器儀表智能化 （5）軍事領(lǐng)域的應(yīng)用 （6）多媒體系統(tǒng)和信息高速公路 （7）家用電器和家庭自動(dòng)化 （8）人工智能的應(yīng)用 第16頁(yè)/共435頁(yè)五、五

8、、MCMC發(fā)展趨勢(shì)發(fā)展趨勢(shì) 多級(jí)流水線結(jié)構(gòu) 芯片上存儲(chǔ)器管理技術(shù) 虛擬存儲(chǔ)技術(shù) 并行處理的哈佛結(jié)構(gòu) RISC結(jié)構(gòu) 整片集成技術(shù) 第17頁(yè)/共435頁(yè)1 12 2 微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)一、微型計(jì)算機(jī)基本結(jié)構(gòu)一、微型計(jì)算機(jī)基本結(jié)構(gòu) 二、微處理器、微型計(jì)算機(jī)、微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)二、微處理器、微型計(jì)算機(jī)、微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)三、微型計(jì)算機(jī)的主要術(shù)語(yǔ)及性能指標(biāo)三、微型計(jì)算機(jī)的主要術(shù)語(yǔ)及性能指標(biāo) 第18頁(yè)/共435頁(yè)一、微型計(jì)算機(jī)基本結(jié)構(gòu)一、微型計(jì)算機(jī)基本結(jié)構(gòu) MC機(jī)是由硬件硬件和軟件軟件兩大部分組成。 硬件硬件是指為組成計(jì)算機(jī)而有機(jī)聯(lián)系的電子、電磁、機(jī)械、光學(xué)的元件、部件或裝置的總和，它是有型的物理實(shí)體。

9、 軟件軟件是相對(duì)于硬件而言的，從狹義的角度看，軟件包括計(jì)算機(jī)運(yùn)行所需要的各種程序；而從廣義角度講，軟件還包括手冊(cè)、說(shuō)明書(shū)和有關(guān)資料。第19頁(yè)/共435頁(yè)1 1、硬件基本結(jié)構(gòu)、硬件基本結(jié)構(gòu) MC由運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器、輸入設(shè)備及輸出設(shè)備五大部分組成。第20頁(yè)/共435頁(yè)運(yùn)算器+控制器+存儲(chǔ)器=主機(jī)主機(jī)；輸入+輸出設(shè)備則稱(chēng)為計(jì)算機(jī)的外圍設(shè)備（簡(jiǎn)稱(chēng)“外設(shè)外設(shè)”）；運(yùn)算器+控制器=中央處理單元中央處理單元CPU（Central Process Unit）。第21頁(yè)/共435頁(yè)2 2微型計(jì)算機(jī)的軟件微型計(jì)算機(jī)的軟件 計(jì)算機(jī)能夠脫離人的直接控制而自動(dòng)地操作與運(yùn)算，還必須要有軟件。 軟件是指使用和管理計(jì)算

10、機(jī)的各種程序（Program），而程序是由一條條指令指令（Instruction）組成的。 程序的集合構(gòu)成了計(jì)算機(jī)中的軟件系統(tǒng)。 第22頁(yè)/共435頁(yè)（1 1）指令）指令 控制計(jì)算機(jī)完成各種操作的命令稱(chēng)為指令。 例如： ADDA，#38 指令分成操作碼和操作數(shù)兩大部分。 操作碼表示該指令執(zhí)行何種操作，操作數(shù)表示參加運(yùn)算的數(shù)據(jù)或數(shù)據(jù)所在的地址。第23頁(yè)/共435頁(yè)（2 2）程序）程序 為了計(jì)算一個(gè)數(shù)學(xué)式，或者要控制一個(gè)生產(chǎn)過(guò)程，需要事先制定計(jì)算機(jī)的計(jì)算步驟或操作步驟。計(jì)算步驟是由一條條指令來(lái)實(shí)現(xiàn)的。這種一系列指令的有序集合稱(chēng)為程序。編制程序的過(guò)程稱(chēng)為程序設(shè)計(jì)：例如，計(jì)算63+56+36+14=？

11、 編制的程序如下：MOVA，#63ADDA，#56ADDA，#36 ADDA，#14第24頁(yè)/共435頁(yè)（3 3）匯編語(yǔ)言、高級(jí)語(yǔ)言和機(jī)器語(yǔ)言）匯編語(yǔ)言、高級(jí)語(yǔ)言和機(jī)器語(yǔ)言 匯編語(yǔ)言與機(jī)器語(yǔ)言的對(duì)照：MOV A，#63 0111 0100 0011 1111 ADD A，#56 0010 0100 0011 1000 ADD A，#36 0010 0100 0010 0100 ADD A，#14 0010 0100 0000 1110第25頁(yè)/共435頁(yè)（4 4）匯編、編譯與解釋程序）匯編、編譯與解釋程序第26頁(yè)/共435頁(yè)3 3硬件和軟件的關(guān)系硬件和軟件的關(guān)系 微機(jī)系統(tǒng)是硬件和軟件有機(jī)結(jié)合的

12、整體。計(jì)算機(jī)的硬件和軟件是密可不分但又相互獨(dú)立的。 硬件是基礎(chǔ) 軟件是靈魂第27頁(yè)/共435頁(yè)二、微處理器、二、微處理器、MCMC、MCMC系統(tǒng)系統(tǒng) 微處理器、微型計(jì)算機(jī)、微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)微處理器、微型計(jì)算機(jī)、微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是不同的概念，有必要對(duì)它們加以說(shuō)明。第28頁(yè)/共435頁(yè)1 1、微處理器、微處理器-CPU-CPU 微處理器是利用微電子技術(shù)將計(jì)算機(jī)的核心部件（運(yùn)算器和控微處理器是利用微電子技術(shù)將計(jì)算機(jī)的核心部件（運(yùn)算器和控制器）集中做在一塊集成電路上的一個(gè)獨(dú)立芯片。它具有解釋制器）集中做在一塊集成電路上的一個(gè)獨(dú)立芯片。它具有解釋指令、執(zhí)行指令和與外界交換數(shù)據(jù)的能力。指令、執(zhí)行指令和與外界交

13、換數(shù)據(jù)的能力。 無(wú)論那種無(wú)論那種CPUCPU，其內(nèi)部基本組成總是大同小異，其內(nèi)部包括三部，其內(nèi)部基本組成總是大同小異，其內(nèi)部包括三部分：運(yùn)算器、控制器、內(nèi)部寄存器陣列（工作寄存器組）分：運(yùn)算器、控制器、內(nèi)部寄存器陣列（工作寄存器組） 第29頁(yè)/共435頁(yè)典型微處理器結(jié)構(gòu)圖典型微處理器結(jié)構(gòu)圖 ：第30頁(yè)/共435頁(yè) （1）運(yùn)算器： 算術(shù)邏輯運(yùn)算單元和累加器、標(biāo)志寄存器、二十進(jìn)制調(diào)整電路 （2）控制器： 控制器包括指令寄存器IR、指令譯碼器ID和定時(shí)與控制電路三部分。 （3）內(nèi)部寄存器陣列 （4）程序計(jì)數(shù)器第31頁(yè)/共435頁(yè)功能：功能： 可以進(jìn)行算術(shù)和邏輯運(yùn)算； 可保存小量數(shù)據(jù)； 能對(duì)指令進(jìn)行譯

14、碼并執(zhí)行規(guī)定的動(dòng)作； 能和存儲(chǔ)器、外設(shè)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換； 提供整個(gè)系統(tǒng)所需要的定時(shí)和控制； 可以響應(yīng)其他部件發(fā)來(lái)的中斷請(qǐng)求 第32頁(yè)/共435頁(yè)使用：使用：內(nèi)部的寄存器-名字（符號(hào)）、大小、特殊性名字（符號(hào)）、大小、特殊性（關(guān)鍵是使用）（關(guān)鍵是使用）第33頁(yè)/共435頁(yè)2 2、微型計(jì)算機(jī)、微型計(jì)算機(jī) 由：CPU、存儲(chǔ)器、輸入/輸出（I/O）口電路構(gòu)成，各部分之間通過(guò)總線（Bus）連接。第34頁(yè)/共435頁(yè)（1 1）CPUCPU： CPU是微型計(jì)算機(jī)的核心，它的性能決定了整個(gè)微型計(jì)算的各項(xiàng)關(guān)鍵指標(biāo)。 微處理器本身不能構(gòu)成獨(dú)立工作的系統(tǒng)，也不能獨(dú)立執(zhí)行程序，必須配上存儲(chǔ)器、外部輸入/輸出接口構(gòu)成一臺(tái)微

15、型計(jì)算機(jī)方能工作。第35頁(yè)/共435頁(yè)（2 2）存儲(chǔ)器）存儲(chǔ)器 存儲(chǔ)器是微型計(jì)算機(jī)的重要組成部分，是用來(lái)存放程序和數(shù)據(jù)的，計(jì)算機(jī)有了存儲(chǔ)器才具備記憶的能力。計(jì)算機(jī)有了存儲(chǔ)器才具備記憶的能力。 存儲(chǔ)器是由存儲(chǔ)器單元組成的存儲(chǔ)器是由存儲(chǔ)器單元組成的由地址確定。由地址確定。 從應(yīng)用的角度講，計(jì)算機(jī)工作時(shí)，CPU對(duì)存儲(chǔ)器的操作只有“讀讀”和和“寫(xiě)寫(xiě)”操作。 第36頁(yè)/共435頁(yè)（3 3）輸入）輸入/ /輸出接口電路輸出接口電路 輸入/輸出接口作橋梁，起到信息轉(zhuǎn)換與協(xié)調(diào)的作用。 從應(yīng)用的角度講，計(jì)算機(jī)工作時(shí)，CPU對(duì)I/O口的操作只有“讀”和“寫(xiě)” 。 操作時(shí)對(duì)端口號(hào)的操作。 第37頁(yè)/共435頁(yè)（4

16、4）總線）總線 所謂總線，就是在微型計(jì)算機(jī)各芯片之間或芯片內(nèi)部各部件之間傳輸信息的一組公共通信線 。 微型計(jì)算機(jī)總線的種類(lèi)非常多，可分為內(nèi)部總線、元件級(jí)總線、系統(tǒng)總線、外部總線四大類(lèi)。 在微型計(jì)算機(jī)中使用比較多的是元件級(jí)總線。 計(jì)算機(jī)元件級(jí)總線包括地址總線地址總線ABAB（Address BusAddress Bus）、數(shù)據(jù)總）、數(shù)據(jù)總線線DBDB（Data BusData Bus）、控制總線）、控制總線CBCB（Control BusControl Bus）三種。第38頁(yè)/共435頁(yè) 地址線總線： 三態(tài)單向 A15A0 1K=1024 數(shù)據(jù)線： 三態(tài)雙向 D7D0 控制線： /RD、/WR、

17、 三態(tài)門(mén)第39頁(yè)/共435頁(yè)3 3、微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)以微型計(jì)算機(jī)為主體，配上外部輸入/輸出設(shè)備、外圍設(shè)備、電源、系統(tǒng)軟件一起構(gòu)成應(yīng)用系統(tǒng)，稱(chēng)為微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)第40頁(yè)/共435頁(yè)第41頁(yè)/共435頁(yè)三、常用的術(shù)語(yǔ)三、常用的術(shù)語(yǔ) 二進(jìn)制、十進(jìn)制、十六進(jìn)制 位、字節(jié)、半字節(jié)、字 字長(zhǎng) CPU、存儲(chǔ)器、I/O口 總線：AB、DB、CB 地址空間、I/O口口地址第42頁(yè)/共435頁(yè)1 13 3 數(shù)字電路基礎(chǔ)數(shù)字電路基礎(chǔ) 計(jì)算機(jī)由大量的數(shù)字電路組成，它所處理的是二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)，即只有0和1兩種狀態(tài)信號(hào)。 所有的數(shù)據(jù)、程序和各種邏輯控制部分都是由大量能記錄這兩種狀態(tài)的電子器件和能

18、實(shí)現(xiàn)0、1基本邏輯控制的單元組成的。 這種基本的邏輯控制電路包括邏輯門(mén)電路、組合邏輯電路（編碼器、譯碼器、數(shù)據(jù)選擇器等）和時(shí)序電路（觸發(fā)器、寄存器、計(jì)數(shù)器等）。第43頁(yè)/共435頁(yè)包括：包括：一、基本的門(mén)電路一、基本的門(mén)電路 二、三態(tài)門(mén)與緩沖器二、三態(tài)門(mén)與緩沖器 三、觸發(fā)器與鎖存器三、觸發(fā)器與鎖存器 第44頁(yè)/共435頁(yè)一、基本的門(mén)電路一、基本的門(mén)電路 在數(shù)字電路中，所謂“門(mén)”就是實(shí)現(xiàn)一些基本邏輯關(guān)系的電路。 最基本的邏輯關(guān)系可歸納為與、或、非與、或、非三種，所以最基本的邏輯門(mén)為與門(mén)、或門(mén)和非門(mén)與門(mén)、或門(mén)和非門(mén)。第45頁(yè)/共435頁(yè) 1 1“與與”邏輯關(guān)系及與門(mén)電路邏輯關(guān)系及與門(mén)電路 2 2“

19、或或“邏輯關(guān)系及或門(mén)電路邏輯關(guān)系及或門(mén)電路 3 3“非非”邏輯關(guān)系及非門(mén)（反相器）邏輯關(guān)系及非門(mén)（反相器）第46頁(yè)/共435頁(yè)二、三態(tài)門(mén)與緩沖器二、三態(tài)門(mén)與緩沖器 三態(tài)門(mén)有三種輸出狀態(tài)，即高電平（1），低電平（0）和高阻態(tài)，其中高阻態(tài)也稱(chēng)為浮空狀態(tài)。 第47頁(yè)/共435頁(yè)第48頁(yè)/共435頁(yè)典型的典型的TTLTTL三態(tài)門(mén)集成電路三態(tài)門(mén)集成電路 ： 常用的三態(tài)門(mén)芯片有74LS240、241、242、244、245、366、367等。 如：74LS244、74LS245第49頁(yè)/共435頁(yè)第50頁(yè)/共435頁(yè)第51頁(yè)/共435頁(yè)三、觸發(fā)器與鎖存器三、觸發(fā)器與鎖存器 觸發(fā)器是一種具有記憶功能的器件，

20、有兩種穩(wěn)定狀態(tài)，分別表示1和0。 在數(shù)字電路中，常用來(lái)構(gòu)成寄存器、計(jì)數(shù)器等部件。 觸發(fā)器有多種形式，常用的有R-S觸發(fā)器、D觸發(fā)器、J-K觸發(fā)器及T觸發(fā)器等。以計(jì)算機(jī)中常用的D D觸發(fā)器觸發(fā)器為例說(shuō)明觸發(fā)器的工作原理。第52頁(yè)/共435頁(yè)三態(tài)鎖存器 對(duì)于輸出設(shè)備的接口電路，一定要通過(guò)三態(tài)鎖存器。當(dāng)允許接收輸出數(shù)據(jù)時(shí)閂鎖打開(kāi)，當(dāng)不允許接收輸出數(shù)據(jù)閂鎖關(guān)閉。常用的三態(tài)鎖存器是74LS373， 74LS377， 74LS273。第53頁(yè)/共435頁(yè)1 14 4 計(jì)算機(jī)中的數(shù)制和編碼計(jì)算機(jī)中的數(shù)制和編碼 計(jì)算機(jī)在工作過(guò)程中就是對(duì)數(shù)據(jù)的處理。 計(jì)算機(jī)是一個(gè)典型的數(shù)字化設(shè)備，它只能識(shí)別0和1，所有的計(jì)算機(jī)

21、都是以二進(jìn)制數(shù)的形式進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算和邏輯操作的。一、一、計(jì)算機(jī)中的數(shù)制及轉(zhuǎn)換計(jì)算機(jī)中的數(shù)制及轉(zhuǎn)換 二、二、帶符號(hào)數(shù)的表示帶符號(hào)數(shù)的表示 三、三、計(jì)算機(jī)中常用的編碼計(jì)算機(jī)中常用的編碼 第54頁(yè)/共435頁(yè)一、數(shù)制及轉(zhuǎn)換一、數(shù)制及轉(zhuǎn)換 1 1、 計(jì)算機(jī)中的數(shù)制計(jì)算機(jī)中的數(shù)制 二進(jìn)制：0、1 十六進(jìn)制：0-9、A-F 十進(jìn)制：0-9 分別后綴 B、H、D 運(yùn)算時(shí)分別為: 逢2進(jìn)1、逢10進(jìn)1、逢16進(jìn)1 三者的關(guān)系：P19 P19 表表1-41-4第55頁(yè)/共435頁(yè)2 2 不同數(shù)制之間的轉(zhuǎn)換不同數(shù)制之間的轉(zhuǎn)換 （1 1）二進(jìn)制數(shù)和十六進(jìn)制數(shù)）二進(jìn)制數(shù)和十六進(jìn)制數(shù) 非常方便。P19表1-4 4位二進(jìn)制

22、數(shù)可用1位十六進(jìn)制數(shù)表示。如： 1111111000111B=1FC7H 第56頁(yè)/共435頁(yè)（2 2）十六進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制數(shù)）十六進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制數(shù) 十六進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)十分簡(jiǎn)單，只需將十六進(jìn)制數(shù)按權(quán)展開(kāi)即可。如： 1F3DH=1163+15162+3161+13160 =14096+15256+316+131 =4096+3840+48+13 =7997第57頁(yè)/共435頁(yè)（3 3）十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成十六進(jìn)制數(shù)）十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成十六進(jìn)制數(shù) 十進(jìn)制整數(shù)轉(zhuǎn)換為十六進(jìn)制數(shù)：十進(jìn)制整數(shù)轉(zhuǎn)換為十六進(jìn)制數(shù)： 可用除除1616取余數(shù)法取余數(shù)法，即用16不斷去除待轉(zhuǎn)換的十進(jìn)制數(shù)，直到商等于零為止。將所得

23、的各次余數(shù)，依倒序倒序排列排列，即可得到所轉(zhuǎn)換的十六進(jìn)制數(shù)。如將38947轉(zhuǎn)換為十六進(jìn)制數(shù)，其方法及算式如下：第58頁(yè)/共435頁(yè)即38947=9823H。第59頁(yè)/共435頁(yè) 十進(jìn)制小數(shù)轉(zhuǎn)換成十六進(jìn)制小數(shù)： 采用乘16取整的方法進(jìn)行 。 0.7875十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為十六進(jìn)制數(shù)，其方法和算式如下：第60頁(yè)/共435頁(yè)可得可得0.7875D=0.C99H 0.7875D=0.C99H 第61頁(yè)/共435頁(yè)二、帶符號(hào)數(shù)的表示二、帶符號(hào)數(shù)的表示1機(jī)器數(shù)與真值2機(jī)器數(shù)的原碼、反碼、補(bǔ)碼3帶符號(hào)數(shù)溢出及其判斷方法第62頁(yè)/共435頁(yè)1 1機(jī)器數(shù)與真值機(jī)器數(shù)與真值 在計(jì)算機(jī)中，用二進(jìn)制數(shù)表示有符號(hào)數(shù)，用最高

24、位表示符號(hào)，其余的為數(shù)值位，這樣一組連同符號(hào)也編碼化的二進(jìn)制數(shù)稱(chēng)為機(jī)器數(shù)；機(jī)器數(shù)； 對(duì)于正數(shù)，最高位規(guī)定為“0”，對(duì)于負(fù)數(shù)，最高位為“1”， 機(jī)器數(shù)所代表的數(shù)值大小稱(chēng)為機(jī)器數(shù)的真值。真值。 如：如：P21 P21 例例第63頁(yè)/共435頁(yè)2 2機(jī)器數(shù)的原碼、反碼、補(bǔ)碼機(jī)器數(shù)的原碼、反碼、補(bǔ)碼 （1 1）原碼：）原碼：對(duì)于帶符號(hào)數(shù)來(lái)說(shuō)，用最高位表示數(shù)的正負(fù)，其余各位表示數(shù)的絕對(duì)值，這種表示方法稱(chēng)為原碼原碼表示法表示法，即僅將符號(hào)位數(shù)字化表示為0或1，數(shù)的絕對(duì)值與符號(hào)一起編碼，或者稱(chēng)為“符號(hào)符號(hào)- -絕對(duì)值絕對(duì)值”的編碼。第64頁(yè)/共435頁(yè)原碼表示的特點(diǎn)：原碼表示的特點(diǎn)： 最高位為符號(hào)位，正數(shù)為

25、0，負(fù)數(shù)為1； 8位二進(jìn)制原碼表示數(shù)的范圍是-127+127，十六位二進(jìn)制原碼表示數(shù)的范圍是-32767+32767； 0的原碼有兩種表示方法，即+0和-0，設(shè)字長(zhǎng)為8位：+0原=00000000B-0原=10000000B第65頁(yè)/共435頁(yè)（2 2）反碼：）反碼：正數(shù)的反碼與原碼相同，負(fù)數(shù)的反碼符號(hào)位為1，其數(shù)值部分按位取反。 求-56H反碼的過(guò)程如下： 對(duì)應(yīng)的原碼為1 101 0110B；按位求反后為1 010 1001B，即-56H的反碼為1010 1001B。 第66頁(yè)/共435頁(yè)反碼的特點(diǎn)：反碼的特點(diǎn)： 反碼表示法中，最高位仍為符號(hào)位，正數(shù)為0，負(fù)數(shù)為1； “0”有兩種表示方法：

26、當(dāng)字長(zhǎng)是8位時(shí)，+0反=00000000B，-0反=11111111B 8位二進(jìn)制反碼表示數(shù)的范圍是-127+127。 正數(shù)的反碼與原碼相同，負(fù)數(shù)的反碼符號(hào)位為1，其數(shù)值部分按位取反。 第67頁(yè)/共435頁(yè)（3 3）補(bǔ)碼：）補(bǔ)碼： 在計(jì)算機(jī)內(nèi)，帶符號(hào)數(shù)并不是用反碼表示，而是用補(bǔ)碼表示 。 例：56H-23H=56H-23H+100H =56H+100H-23H =56H+0DDH =1 33H =33H第68頁(yè)/共435頁(yè)正數(shù)的補(bǔ)碼與反碼、原碼相同；負(fù)數(shù)的補(bǔ)碼等于它的反碼加1。補(bǔ)碼的特點(diǎn)：補(bǔ)碼的特點(diǎn)： 補(bǔ)碼表示中，最高位仍為符號(hào)位，正數(shù)為0，負(fù)數(shù)為1； 0僅有一種表示方法，即+0補(bǔ)=-0補(bǔ)；第

27、69頁(yè)/共435頁(yè) 8位二進(jìn)制補(bǔ)碼表示數(shù)的范圍是-128+127，十六位二進(jìn)制補(bǔ)碼表示數(shù)的范圍是-32768+32767；對(duì)于同一個(gè)數(shù)，作為8位二進(jìn)制數(shù)的補(bǔ)碼和作為16位二進(jìn)制數(shù)的補(bǔ)碼不同，這一點(diǎn)要特別注意。 注意：對(duì)于8位二進(jìn)制數(shù)10000000B，若為補(bǔ)碼表示為-128補(bǔ)，若為原碼表示-0原，若為反碼表示為-127反；第70頁(yè)/共435頁(yè) P24 表1-5 從表1-5可以看出，8位二進(jìn)制數(shù)， 無(wú)符號(hào)數(shù)表示范圍是0255； 有符號(hào)數(shù)： 原碼表示范圍-127+127； 反碼表示范圍是-127+127； 補(bǔ)碼表示范圍是-128+127。第71頁(yè)/共435頁(yè)3 3帶符號(hào)數(shù)溢出及其判斷方法帶符號(hào)數(shù)溢

28、出及其判斷方法 如前所述，帶符號(hào)數(shù)表示方法都有一定的范圍，對(duì)于8位的原碼、反碼和補(bǔ)碼表示的范圍分別為： 原碼 -127+127（0FFH7FH） 反碼 -127+127（80H7FH） 補(bǔ)碼 -128+127（80H7FH） 當(dāng)8位帶符號(hào)數(shù)的運(yùn)算結(jié)果超過(guò)以上范圍時(shí)，就會(huì)出生溢出溢出。第72頁(yè)/共435頁(yè) 在微型計(jì)算機(jī)中所有帶符號(hào)的數(shù)都是用補(bǔ)碼表示的。 所謂溢出所謂溢出，是指帶符號(hào)數(shù)的補(bǔ)碼加、減運(yùn)算的結(jié)果超出了補(bǔ)碼表示的范圍。若發(fā)生了溢出，則帶符號(hào)數(shù)的運(yùn)算結(jié)果必然是錯(cuò)誤的。 第73頁(yè)/共435頁(yè)（2 2）判斷溢出的方法）判斷溢出的方法 兩種方法： 結(jié)果分析；結(jié)果分析；X=01000000B，Y=

29、01000001B X+Y=？ 利用最高位和次高位的進(jìn)位利用最高位和次高位的進(jìn)位/ /借位狀態(tài)進(jìn)行借位狀態(tài)進(jìn)行“異或異或”來(lái)判斷的來(lái)判斷的。 在微機(jī)中，可用多字節(jié)表示更大的數(shù)，避免產(chǎn)生溢出錯(cuò)誤。第74頁(yè)/共435頁(yè)四、計(jì)算機(jī)中常用的編碼四、計(jì)算機(jī)中常用的編碼 目前計(jì)算機(jī)中最常用的兩中編碼：目前計(jì)算機(jī)中最常用的兩中編碼： 美國(guó)信息交換標(biāo)準(zhǔn)代碼（美國(guó)信息交換標(biāo)準(zhǔn)代碼（ASCIIASCII碼碼） 二二十進(jìn)制編碼（十進(jìn)制編碼（BCDBCD碼碼）。）。第75頁(yè)/共435頁(yè)1 1美國(guó)信息交換標(biāo)準(zhǔn)代碼（美國(guó)信息交換標(biāo)準(zhǔn)代碼（ASCIIASCII碼）碼） P311 P311 附錄附錄A A 如“8”的7位AS

30、CII碼 0111000B 奇校驗(yàn)ASCII碼為00111000B； 偶校驗(yàn)ASCII碼為10111000B；第76頁(yè)/共435頁(yè)2 2、BCDBCD碼碼 二進(jìn)制編碼的十進(jìn)制數(shù) 09 A F非法 一個(gè)字節(jié)-8位 壓縮與非壓縮第77頁(yè)/共435頁(yè)強(qiáng)調(diào)：強(qiáng)調(diào)： 計(jì)算機(jī)只認(rèn)二進(jìn)制數(shù)，并不認(rèn)什么十六、十、ASCII、BCD碼等 其他數(shù)的大小和性質(zhì)需要人來(lái)分析 1111 1111B 多大？什么性質(zhì)的數(shù)？ 無(wú)符號(hào)：255 帶符號(hào)：負(fù)數(shù)-1 ASCII碼： “DEL”鍵的ASCII碼第78頁(yè)/共435頁(yè)總結(jié)：總結(jié)： 本章從微處理器的產(chǎn)生和發(fā)展開(kāi)始，對(duì)微機(jī)的基本概念、硬件結(jié)構(gòu)、工作原理、系統(tǒng)組成、應(yīng)用特點(diǎn)等知

31、識(shí)作了相應(yīng)的概述；介紹了計(jì)算機(jī)中數(shù)據(jù)的表示方法，重點(diǎn)介紹了二進(jìn)制數(shù)、十進(jìn)指數(shù)、十六進(jìn)制數(shù)的相關(guān)概念及各類(lèi)數(shù)制之間相互轉(zhuǎn)換的方法、無(wú)符號(hào)數(shù)和有符號(hào)數(shù)的機(jī)器內(nèi)部表示、BCD碼和ASCII碼等。通過(guò)本章的學(xué)習(xí)，要重點(diǎn)掌握以下幾個(gè)方面： 微型計(jì)算機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)：CPU、存儲(chǔ)器、I/O口、總線； 微型計(jì)算機(jī)的軟件：源程序、匯編（編譯）程序、目標(biāo)程序； 計(jì)算機(jī)的數(shù)值及轉(zhuǎn)換：二進(jìn)制數(shù)、十進(jìn)制數(shù)、十六進(jìn)制數(shù)； 帶符號(hào)數(shù)的表示：原碼、反碼、補(bǔ)碼； 計(jì)算機(jī)中的常用的編碼：ASCII碼、BCD碼。 本章是微型計(jì)算機(jī)的基礎(chǔ)。第79頁(yè)/共435頁(yè)第第2 2章章 半導(dǎo)體存儲(chǔ)器基礎(chǔ)半導(dǎo)體存儲(chǔ)器基礎(chǔ) 半導(dǎo)體存儲(chǔ)器是用來(lái)存儲(chǔ)二進(jìn)

32、制信息的器件，是微機(jī)系統(tǒng)中的重要組成部分。計(jì)算機(jī)的工作依賴(lài)于存儲(chǔ)器中的程序和數(shù)據(jù)。包括： 2 21 1 存儲(chǔ)器系統(tǒng)存儲(chǔ)器系統(tǒng) 2 22 2 半導(dǎo)體存儲(chǔ)器概述半導(dǎo)體存儲(chǔ)器概述 2 23 3 典型存儲(chǔ)器芯片介紹典型存儲(chǔ)器芯片介紹 2 24 4 堆棧堆棧 第80頁(yè)/共435頁(yè)2 21 1 存儲(chǔ)器系統(tǒng)存儲(chǔ)器系統(tǒng)第81頁(yè)/共435頁(yè)2 22 2 半導(dǎo)體存儲(chǔ)器概述半導(dǎo)體存儲(chǔ)器概述一、分類(lèi)一、分類(lèi) 二、存儲(chǔ)器芯片的一般結(jié)構(gòu)二、存儲(chǔ)器芯片的一般結(jié)構(gòu)三、主要性能指標(biāo)三、主要性能指標(biāo)四、存儲(chǔ)器地址空間的結(jié)構(gòu)形式四、存儲(chǔ)器地址空間的結(jié)構(gòu)形式 第82頁(yè)/共435頁(yè)一、分類(lèi)一、分類(lèi)1 1按用途分按用途分 內(nèi)部存儲(chǔ)器內(nèi)部

33、存儲(chǔ)器 外部存儲(chǔ)器外部存儲(chǔ)器 2 2按存儲(chǔ)器性質(zhì)分按存儲(chǔ)器性質(zhì)分 隨機(jī)存取存儲(chǔ)器隨機(jī)存取存儲(chǔ)器RAMRAM 只讀存儲(chǔ)器只讀存儲(chǔ)器ROMROM 第83頁(yè)/共435頁(yè)第84頁(yè)/共435頁(yè)二、存儲(chǔ)器芯片的一般結(jié)構(gòu)二、存儲(chǔ)器芯片的一般結(jié)構(gòu) 由存儲(chǔ)體、地址譯碼器、控制邏輯電路、數(shù)據(jù)緩沖器4部分組成 第85頁(yè)/共435頁(yè)三、主要性能指標(biāo)三、主要性能指標(biāo) 存儲(chǔ)容量、存取速度、功耗 、可靠性 、性能/價(jià)格比 存儲(chǔ)容量：存儲(chǔ)容量： 存儲(chǔ)單元個(gè)數(shù)每個(gè)單元的存儲(chǔ)位數(shù)第86頁(yè)/共435頁(yè)四、存儲(chǔ)器地址空間的結(jié)構(gòu)形式四、存儲(chǔ)器地址空間的結(jié)構(gòu)形式 存儲(chǔ)器用于存放程序與數(shù)據(jù)。 半導(dǎo)體存儲(chǔ)器由一個(gè)個(gè)單元組成，每個(gè)單元有一個(gè)編

34、號(hào)（稱(chēng)為地址），一個(gè)單元存放一個(gè)8位的二進(jìn)制數(shù)（一個(gè)字節(jié)）。 計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)器地址空間有兩種結(jié)構(gòu)形式：普林斯頓結(jié)構(gòu)和哈佛結(jié)構(gòu)普林斯頓結(jié)構(gòu)和哈佛結(jié)構(gòu) 。第87頁(yè)/共435頁(yè)第88頁(yè)/共435頁(yè)2 23 3 典型存儲(chǔ)器芯片介紹典型存儲(chǔ)器芯片介紹一、靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器一、靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器 (SRAM) (SRAM) 二、紫外線擦除可編程二、紫外線擦除可編程ROM(EPROMROM(EPROM） 三、電擦除可編程三、電擦除可編程ROM(EEPROM)ROM(EEPROM) 第89頁(yè)/共435頁(yè)一、靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器一、靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(SRAM)(SRAM)第90頁(yè)/共435頁(yè)二、紫外線擦除二、紫外

35、線擦除可編程可編程ROM(EPROMROM(EPROM 第91頁(yè)/共435頁(yè)三、電擦除可編程三、電擦除可編程ROM(EEPROM)98C64ROM(EEPROM)98C64第92頁(yè)/共435頁(yè) A12A11A10A9A8A7A6A5A4A3A2A1A0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 可用十六進(jìn)制數(shù)表示為： 0000H0000H1FFFH1FFFH。第93頁(yè)/共435頁(yè)2 24 4 堆棧堆棧微型計(jì)算機(jī)中的堆棧是讀寫(xiě)存儲(chǔ)器RAM中的一個(gè)特殊區(qū)域，是一組按照“先進(jìn)后出先進(jìn)后出”的方式工作的、用于暫存信息的存儲(chǔ)單元。所謂堆棧堆棧

36、是在存儲(chǔ)器中開(kāi)辟一個(gè)區(qū)域，用來(lái)存放需要暫時(shí)保存的數(shù)據(jù)。 第94頁(yè)/共435頁(yè)1 1堆棧的作用堆棧的作用第95頁(yè)/共435頁(yè)2 2堆棧操作堆棧操作 堆棧有兩種操作方式。 將數(shù)據(jù)送入堆棧稱(chēng)為推入操作推入操作，又叫壓入操作壓入操作，如推入指令PUSH A執(zhí)行把累加器A內(nèi)容推入堆棧的操作。 把堆棧中內(nèi)容取出來(lái)的操作稱(chēng)為彈出操作，彈出操作，如彈出指令POP A執(zhí)行把棧頂內(nèi)容送回A的操作。 第96頁(yè)/共435頁(yè)3 3堆棧指針堆棧指針第97頁(yè)/共435頁(yè)4 4注意注意 （1）先進(jìn)入的內(nèi)容要后彈出，保證返回寄存器的內(nèi)容不發(fā)生錯(cuò)誤。如： PUSHA PUSHB POPA POPB第98頁(yè)/共435頁(yè) （2）PU

37、SH和POP的指令要成對(duì)，若不匹配的話，會(huì)造成返回主程序的地址出錯(cuò)。如： PUSHA PUSHB POPBRET第99頁(yè)/共435頁(yè)本章小結(jié)本章小結(jié) 半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的分類(lèi)：SRAM、EPROM、EEPROM、Flash Memory； 存儲(chǔ)器的主要指標(biāo)：存儲(chǔ)器容量、存儲(chǔ)容量和地址線的關(guān)系； 典型的存儲(chǔ)器芯片：SRAM6264、EPROM2764、并行EEPROMNMC98C64A； 堆棧：作用、操作、堆棧指針。第100頁(yè)/共435頁(yè)第第3 3章章 輸入輸入/ /輸出接口基礎(chǔ)輸出接口基礎(chǔ) 3 31 MC1 MC接口與接口技術(shù)接口與接口技術(shù) 3 32 CPU2 CPU與外設(shè)的數(shù)據(jù)傳送方式與外設(shè)的數(shù)據(jù)

38、傳送方式 3 33 3 串行通信串行通信 3 34 4 中斷中斷 3 35 5 可編程的定時(shí)器可編程的定時(shí)器/ /計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器第101頁(yè)/共435頁(yè)3 31 1 微型計(jì)算機(jī)接口與接口技術(shù)微型計(jì)算機(jī)接口與接口技術(shù) MCMC中接口是必須的。中接口是必須的。 MCMC接口包括硬件接口的設(shè)計(jì)和編制使這些電路按要求工作的驅(qū)動(dòng)程序。接口包括硬件接口的設(shè)計(jì)和編制使這些電路按要求工作的驅(qū)動(dòng)程序。 一、接口的基本概念一、接口的基本概念 二、二、I/OI/O接口的端口及編址接口的端口及編址 三、三、I/OI/O接口的發(fā)展接口的發(fā)展第102頁(yè)/共435頁(yè)一、接口的基本概念一、接口的基本概念 所謂接口，就是指兩臺(tái)計(jì)算

39、機(jī)之間、所謂接口，就是指兩臺(tái)計(jì)算機(jī)之間、計(jì)算機(jī)與外設(shè)之間計(jì)算機(jī)與外設(shè)之間、計(jì)算機(jī)內(nèi)部各部件之間起連接作用的邏輯電路，、計(jì)算機(jī)內(nèi)部各部件之間起連接作用的邏輯電路，是是CPUCPU與外界進(jìn)行信息交換的中轉(zhuǎn)站。與外界進(jìn)行信息交換的中轉(zhuǎn)站。 接口是連接接口是連接CPUCPU和外設(shè)之間的一個(gè)和外設(shè)之間的一個(gè)橋梁橋梁。第103頁(yè)/共435頁(yè)1 1MCMC接口和接口和I/OI/O設(shè)備之間的信號(hào)設(shè)備之間的信號(hào)把計(jì)算機(jī)與外設(shè)間的這種交換數(shù)據(jù)、狀態(tài)和控制把計(jì)算機(jī)與外設(shè)間的這種交換數(shù)據(jù)、狀態(tài)和控制命令的過(guò)程統(tǒng)稱(chēng)為通信命令的過(guò)程統(tǒng)稱(chēng)為通信（CommunicationCommunication）。）。MCMC與外設(shè)間的

40、信號(hào)：與外設(shè)間的信號(hào)： 數(shù)據(jù)信息、狀態(tài)信息、控制信息。數(shù)據(jù)信息、狀態(tài)信息、控制信息。 第104頁(yè)/共435頁(yè) （1 1）數(shù)據(jù)信息）數(shù)據(jù)信息 ： 數(shù)字量數(shù)字量 、模擬量、模擬量 、開(kāi)關(guān)量、開(kāi)關(guān)量 （2 2）狀態(tài)信息：）狀態(tài)信息： 外設(shè)提供的外設(shè)提供的 （3 3）控制信息：）控制信息： MCMC提供給外設(shè)的提供給外設(shè)的 數(shù)據(jù)信息、狀態(tài)信息和控制信息的含義不同，但都是數(shù)據(jù)信息、狀態(tài)信息和控制信息的含義不同，但都是數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)；第105頁(yè)/共435頁(yè) 在接口中，這三種信息進(jìn)入不同的寄存器：在接口中，這三種信息進(jìn)入不同的寄存器：數(shù)據(jù)緩沖器、狀態(tài)寄存器、控制寄存器。數(shù)據(jù)緩沖器、狀態(tài)寄存器、控制寄存器。第106

41、頁(yè)/共435頁(yè)3 3設(shè)置設(shè)置I/OI/O接口的原因接口的原因 （1 1）速度的不匹配）速度的不匹配 （2 2）時(shí)序的不匹配）時(shí)序的不匹配 （3 3）信息格式不匹配）信息格式不匹配 （4 4）信息類(lèi)型與電平的不匹配）信息類(lèi)型與電平的不匹配第107頁(yè)/共435頁(yè)4 4接口的功能接口的功能 （1 1）對(duì)輸入）對(duì)輸入/ /輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行緩沖、隔離和鎖存輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行緩沖、隔離和鎖存 （2 2）對(duì)信號(hào)的形式和數(shù)據(jù)格式進(jìn)行交換與匹配）對(duì)信號(hào)的形式和數(shù)據(jù)格式進(jìn)行交換與匹配 （3 3）提供信息相互交換的應(yīng)答聯(lián)絡(luò)信號(hào)）提供信息相互交換的應(yīng)答聯(lián)絡(luò)信號(hào) （4 4）根據(jù)尋址信息選擇相應(yīng)的外設(shè)）根據(jù)尋址信息選擇相應(yīng)的外設(shè)第

42、108頁(yè)/共435頁(yè)二、二、I/OI/O接口的端口及編址接口的端口及編址 1 1端口端口 所謂端口，是指所謂端口，是指I/OI/O接口中供接口中供CPUCPU直接存取訪問(wèn)的那些寄存器或某些硬件特定電路。直接存取訪問(wèn)的那些寄存器或某些硬件特定電路。 一個(gè)一個(gè)I/OI/O接口總要包括若干個(gè)端口。接口總要包括若干個(gè)端口。 2 2端口編址方式端口編址方式 （1 1）端口統(tǒng)一編址）端口統(tǒng)一編址 (2) (2) 端口獨(dú)立編址端口獨(dú)立編址第109頁(yè)/共435頁(yè)三、三、I/OI/O接口的發(fā)展接口的發(fā)展 （1 1）簡(jiǎn)單接口）簡(jiǎn)單接口 （2 2）可編程接口）可編程接口 （3 3）智能接口和通用外圍接口）智能接口和

43、通用外圍接口 （4 4）功能接口板）功能接口板 總之，總之，MCMC接口技術(shù)發(fā)展較快，正沿著提高集成度、增強(qiáng)功能、接口技術(shù)發(fā)展較快，正沿著提高集成度、增強(qiáng)功能、加大靈活性、適應(yīng)性、提高智能化程度的道路發(fā)展，將給用戶加大靈活性、適應(yīng)性、提高智能化程度的道路發(fā)展，將給用戶帶來(lái)更大的方便。帶來(lái)更大的方便。第110頁(yè)/共435頁(yè)3 32 CPU2 CPU與外設(shè)的數(shù)據(jù)傳送方式與外設(shè)的數(shù)據(jù)傳送方式 外圍設(shè)備與微機(jī)之間的信息傳送實(shí)際上是外圍設(shè)備與微機(jī)之間的信息傳送實(shí)際上是CPUCPU與接口之間的信息傳送。傳送的方式不同，與接口之間的信息傳送。傳送的方式不同，CPUCPU對(duì)外設(shè)的控制對(duì)外設(shè)的控制方式不同，從而

44、使接口電路的結(jié)構(gòu)及功能也不同。方式不同，從而使接口電路的結(jié)構(gòu)及功能也不同。 MCMC和外設(shè)之間的數(shù)據(jù)傳送有四種方式，即和外設(shè)之間的數(shù)據(jù)傳送有四種方式，即無(wú)條件方式、查詢(xún)方式、中斷方式、直接存儲(chǔ)器存取方式（無(wú)條件方式、查詢(xún)方式、中斷方式、直接存儲(chǔ)器存取方式（DMADMA方式）。方式）。第111頁(yè)/共435頁(yè)一、無(wú)條件傳輸方式一、無(wú)條件傳輸方式 第112頁(yè)/共435頁(yè)二、程序查詢(xún)傳輸方式二、程序查詢(xún)傳輸方式 對(duì)應(yīng)條件傳送，一個(gè)數(shù)據(jù)傳送過(guò)程由個(gè)環(huán)節(jié)組成：對(duì)應(yīng)條件傳送，一個(gè)數(shù)據(jù)傳送過(guò)程由個(gè)環(huán)節(jié)組成： CPUCPU從接口中讀出狀態(tài)字；從接口中讀出狀態(tài)字； CPUCPU檢測(cè)狀態(tài)字的對(duì)應(yīng)位是否滿足檢測(cè)狀態(tài)字

45、的對(duì)應(yīng)位是否滿足“就緒就緒”條件，如果不滿足，則回到前一步讀出狀態(tài)字；條件，如果不滿足，則回到前一步讀出狀態(tài)字； 如果狀態(tài)字表明外設(shè)已處于如果狀態(tài)字表明外設(shè)已處于“就緒就緒”狀態(tài)，則傳送數(shù)據(jù)。狀態(tài)，則傳送數(shù)據(jù)。第113頁(yè)/共435頁(yè) 第114頁(yè)/共435頁(yè)三、中斷傳輸方式三、中斷傳輸方式 在中斷傳送方式下，外設(shè)具有申請(qǐng)?jiān)谥袛鄠魉头绞较拢庠O(shè)具有申請(qǐng)CPUCPU服務(wù)的主動(dòng)權(quán)，當(dāng)輸入設(shè)備將數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好或者輸出設(shè)備可以接收數(shù)據(jù)服務(wù)的主動(dòng)權(quán)，當(dāng)輸入設(shè)備將數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好或者輸出設(shè)備可以接收數(shù)據(jù)時(shí)，便可以向時(shí)，便可以向CPUCPU發(fā)中斷請(qǐng)求，使發(fā)中斷請(qǐng)求，使CPUCPU暫時(shí)停下目前的工作而和外設(shè)進(jìn)行一次數(shù)據(jù)傳輸

46、，等輸入操作或者輸暫時(shí)停下目前的工作而和外設(shè)進(jìn)行一次數(shù)據(jù)傳輸，等輸入操作或者輸出操作結(jié)束以后，出操作結(jié)束以后，CPUCPU繼續(xù)進(jìn)行原來(lái)的工作繼續(xù)進(jìn)行原來(lái)的工作。第115頁(yè)/共435頁(yè)四、四、DMADMA傳輸方式傳輸方式 DMADMA方式也要利用系統(tǒng)的數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線來(lái)傳送方式也要利用系統(tǒng)的數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線來(lái)傳送數(shù)據(jù)。原先這些總線是由數(shù)據(jù)。原先這些總線是由CPUCPU管理的，但當(dāng)外設(shè)需要利用管理的，但當(dāng)外設(shè)需要利用DMADMA方方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送時(shí)，接口電路可以向式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送時(shí)，接口電路可以向CPUCPU提出請(qǐng)求，要求提出請(qǐng)求，要求CPUCPU讓讓出對(duì)總線的控制權(quán)，用一種

47、稱(chēng)為出對(duì)總線的控制權(quán)，用一種稱(chēng)為DMADMA控制器的專(zhuān)用硬件接口電路控制器的專(zhuān)用硬件接口電路來(lái)取代來(lái)取代CPUCPU臨時(shí)接管總線，控制外設(shè)和存儲(chǔ)器之間直接進(jìn)行高速臨時(shí)接管總線，控制外設(shè)和存儲(chǔ)器之間直接進(jìn)行高速的數(shù)據(jù)傳送，而不要的數(shù)據(jù)傳送，而不要CPUCPU進(jìn)行干預(yù)。進(jìn)行干預(yù)。第116頁(yè)/共435頁(yè)第117頁(yè)/共435頁(yè)3 33 3 串行通信串行通信并行通信與串行通信：并行通信與串行通信：第118頁(yè)/共435頁(yè)包括：包括：一、串行通信數(shù)據(jù)傳送的方向一、串行通信數(shù)據(jù)傳送的方向 二、串行通信的方式二、串行通信的方式 三、串行接口芯片三、串行接口芯片UARTUART和和USARTUSART四、調(diào)制解調(diào)

48、器四、調(diào)制解調(diào)器第119頁(yè)/共435頁(yè)一、串行通信數(shù)據(jù)傳送的方向一、串行通信數(shù)據(jù)傳送的方向單工、半雙工、全雙工單工、半雙工、全雙工第120頁(yè)/共435頁(yè)二、串行通信的方式二、串行通信的方式 常用的通信方式有兩種：同步方式和異步方式，也稱(chēng)同步通信和異步通信。常用的通信方式有兩種：同步方式和異步方式，也稱(chēng)同步通信和異步通信。 1 1異步通信異步通信第121頁(yè)/共435頁(yè) 例如，傳送一個(gè)例如，傳送一個(gè)7 7位的位的ASCIIASCII碼字符，再加上一個(gè)起始位、一個(gè)奇偶校驗(yàn)位和一個(gè)停止位組成的一幀共碼字符，再加上一個(gè)起始位、一個(gè)奇偶校驗(yàn)位和一個(gè)停止位組成的一幀共1010位。位。傳輸字符傳輸字符“E E

49、”的的ASCIIASCII碼的波形。碼的波形。第122頁(yè)/共435頁(yè)2 2同步通信同步通信第123頁(yè)/共435頁(yè)3 3 比較比較 從硬件設(shè)備的要求看從硬件設(shè)備的要求看 從數(shù)據(jù)的傳輸效率看從數(shù)據(jù)的傳輸效率看 第124頁(yè)/共435頁(yè)4 4串行傳送速率串行傳送速率-波特率波特率 所謂的所謂的波特率，波特率，是指每秒鐘內(nèi)所傳送二進(jìn)制數(shù)據(jù)的位數(shù)，單位是指每秒鐘內(nèi)所傳送二進(jìn)制數(shù)據(jù)的位數(shù)，單位為波特（為波特（BdBd），實(shí)際上它是傳送每一位信息所用時(shí)間內(nèi)的倒數(shù)。），實(shí)際上它是傳送每一位信息所用時(shí)間內(nèi)的倒數(shù)。 如果一個(gè)串行字符由個(gè)起始位，個(gè)數(shù)據(jù)位，個(gè)奇偶校驗(yàn)如果一個(gè)串行字符由個(gè)起始位，個(gè)數(shù)據(jù)位，個(gè)奇偶校驗(yàn)位和

50、個(gè)停止位等位和個(gè)停止位等1010個(gè)數(shù)位構(gòu)成，每秒鐘傳送個(gè)數(shù)位構(gòu)成，每秒鐘傳送120120個(gè)字符，則實(shí)個(gè)字符，則實(shí)際傳送的波特率為：際傳送的波特率為： 1010位位/ /字符字符120120字符字符/ /秒秒12001200位位/ /秒秒12001200波特波特 傳送每位信息所占用的時(shí)間：傳送每位信息所占用的時(shí)間： 秒秒/1200/12000.8330.833毫秒毫秒第125頁(yè)/共435頁(yè)常用的標(biāo)準(zhǔn)波特率：常用的標(biāo)準(zhǔn)波特率： 110110、300300、600600、10001000、12001200、24002400、48004800、96009600和和1920019200波特。它也是國(guó)際上

51、規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)波特率。同步波特。它也是國(guó)際上規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)波特率。同步傳送的波特率高于異步方式，可達(dá)到傳送的波特率高于異步方式，可達(dá)到6400064000波特。波特。 第126頁(yè)/共435頁(yè)三、串行接口芯片三、串行接口芯片UARTUART和和USARTUSART 由于計(jì)算機(jī)是按并行方式傳送數(shù)據(jù)的，當(dāng)它采用串行方式與外由于計(jì)算機(jī)是按并行方式傳送數(shù)據(jù)的，當(dāng)它采用串行方式與外部通信時(shí)，必須進(jìn)行串并行變換。發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，需通過(guò)并行輸部通信時(shí)，必須進(jìn)行串并行變換。發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，需通過(guò)并行輸入、串行輸出移位寄存器將入、串行輸出移位寄存器將CPUCPU送來(lái)的并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成串行數(shù)據(jù)送來(lái)的并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成串行數(shù)據(jù)后，再?gòu)拇?/p>

52、數(shù)據(jù)線上發(fā)送出去；接收數(shù)據(jù)時(shí)，則需經(jīng)串行輸后，再?gòu)拇袛?shù)據(jù)線上發(fā)送出去；接收數(shù)據(jù)時(shí)，則需經(jīng)串行輸入、并行輸出移位寄存器，將接收到的串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成并行數(shù)入、并行輸出移位寄存器，將接收到的串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成并行數(shù)據(jù)后送到據(jù)后送到CPUCPU去。去。 異步收發(fā)器異步收發(fā)器 UART UART 、 通用同步異步收發(fā)器通用同步異步收發(fā)器 USART USART 。第127頁(yè)/共435頁(yè)3 34 4 中斷中斷 中斷技術(shù)是中斷技術(shù)是MCMC在實(shí)時(shí)處理和實(shí)時(shí)控制中不可缺少的一個(gè)很重要的技術(shù)。而中斷系統(tǒng)是為在實(shí)時(shí)處理和實(shí)時(shí)控制中不可缺少的一個(gè)很重要的技術(shù)。而中斷系統(tǒng)是為MCMC具有對(duì)外界異步具有對(duì)外界異步發(fā)生的事件

53、能夠及時(shí)處理的功能而設(shè)置的。發(fā)生的事件能夠及時(shí)處理的功能而設(shè)置的。 一臺(tái)一臺(tái)MCMC的中斷系統(tǒng)是否完善，是反映其功能強(qiáng)弱的一個(gè)重要標(biāo)志。的中斷系統(tǒng)是否完善，是反映其功能強(qiáng)弱的一個(gè)重要標(biāo)志。 一、概述一、概述 二、中斷處理過(guò)程二、中斷處理過(guò)程第128頁(yè)/共435頁(yè)一、概述一、概述 （1 1）中斷）中斷-過(guò)程（主程序與中斷程序）過(guò)程（主程序與中斷程序） （2 2）中斷源：內(nèi)部與外部（硬件）中斷源：內(nèi)部與外部（硬件） （3 3）中斷申請(qǐng)（中斷請(qǐng)求）、中斷響應(yīng)）中斷申請(qǐng)（中斷請(qǐng)求）、中斷響應(yīng) （4 4）中斷服務(wù)程序、中斷服務(wù)程序入口地址）中斷服務(wù)程序、中斷服務(wù)程序入口地址 （5 5）可屏蔽中斷與非屏蔽

54、中斷）可屏蔽中斷與非屏蔽中斷 （6 6）中斷的開(kāi)放與禁止）中斷的開(kāi)放與禁止 （7 7）中斷優(yōu)先級(jí)與中斷嵌套）中斷優(yōu)先級(jí)與中斷嵌套第129頁(yè)/共435頁(yè)二、中斷處理過(guò)程二、中斷處理過(guò)程 （1 1）中斷請(qǐng)求）中斷請(qǐng)求 （2 2）中斷優(yōu)先權(quán)判別）中斷優(yōu)先權(quán)判別 （3 3）中斷響應(yīng)）中斷響應(yīng) （4 4）中斷處理）中斷處理 （5 5）中斷返回）中斷返回第130頁(yè)/共435頁(yè)3 35 5 可編程的定時(shí)器可編程的定時(shí)器/ /計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器計(jì)算機(jī)在工作過(guò)程，需要知道從某個(gè)時(shí)間開(kāi)始經(jīng)計(jì)算機(jī)在工作過(guò)程，需要知道從某個(gè)時(shí)間開(kāi)始經(jīng)過(guò)多長(zhǎng)時(shí)間之后做什么；或從某個(gè)時(shí)間開(kāi)始，記過(guò)多長(zhǎng)時(shí)間之后做什么；或從某個(gè)時(shí)間開(kāi)始，記幾個(gè)數(shù)

55、之后做什么。幾個(gè)數(shù)之后做什么。 一、概述一、概述 二、可編程定時(shí)器二、可編程定時(shí)器/ /計(jì)數(shù)器工作原理計(jì)數(shù)器工作原理 第131頁(yè)/共435頁(yè)一、一、概述概述 1 1定時(shí)和計(jì)數(shù)是同一回事定時(shí)和計(jì)數(shù)是同一回事 都是一個(gè)計(jì)數(shù)的問(wèn)題。都是一個(gè)計(jì)數(shù)的問(wèn)題。 2 2系統(tǒng)定時(shí)的分類(lèi)系統(tǒng)定時(shí)的分類(lèi) （1 1）軟件定時(shí)）軟件定時(shí) （2 2）不可編程的硬件定時(shí)）不可編程的硬件定時(shí) （3 3）可編程的硬件定時(shí)）可編程的硬件定時(shí)第132頁(yè)/共435頁(yè)二、可編程定時(shí)器二、可編程定時(shí)器/ /計(jì)數(shù)器工作原理計(jì)數(shù)器工作原理 核心部件：計(jì)數(shù)器（加法或減法）核心部件：計(jì)數(shù)器（加法或減法）第133頁(yè)/共435頁(yè)第第4 4章章 單片

56、機(jī)概述單片機(jī)概述一、概述一、概述二、常用的單片機(jī)產(chǎn)品二、常用的單片機(jī)產(chǎn)品 三、單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)三、單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)四、單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)開(kāi)發(fā)概述四、單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)開(kāi)發(fā)概述 第134頁(yè)/共435頁(yè)一、概述一、概述 1.1.定義：定義： 采用一定的采用一定的工藝手段工藝手段將將CPUCPU、存儲(chǔ)器、存儲(chǔ)器、I/OI/O口集成口集成在一個(gè)芯片上。在一個(gè)芯片上。 2.2.特點(diǎn)：特點(diǎn)： 抗干擾性強(qiáng)，工作溫度范圍寬抗干擾性強(qiáng)，工作溫度范圍寬 ； 可靠性高；可靠性高； 控制功能很強(qiáng)，數(shù)值計(jì)算能力較差；控制功能很強(qiáng)，數(shù)值計(jì)算能力較差； 指令系統(tǒng)比通用微機(jī)系統(tǒng)簡(jiǎn)單；指令系統(tǒng)比通用微機(jī)系統(tǒng)簡(jiǎn)單； 更新?lián)Q代速度比通用微機(jī)處

57、理器慢多。更新?lián)Q代速度比通用微機(jī)處理器慢多。第135頁(yè)/共435頁(yè)3.3.應(yīng)用：應(yīng)用： 智能儀表中的應(yīng)用智能儀表中的應(yīng)用 機(jī)電一體化中的應(yīng)用機(jī)電一體化中的應(yīng)用 實(shí)時(shí)控制中的應(yīng)用實(shí)時(shí)控制中的應(yīng)用 軍工領(lǐng)域的應(yīng)用軍工領(lǐng)域的應(yīng)用 分布式多機(jī)系統(tǒng)中的應(yīng)用分布式多機(jī)系統(tǒng)中的應(yīng)用 民用電子產(chǎn)品中的應(yīng)用民用電子產(chǎn)品中的應(yīng)用 第136頁(yè)/共435頁(yè)4.4.發(fā)展趁勢(shì)發(fā)展趁勢(shì) CPUCPU的改進(jìn)的改進(jìn) 存儲(chǔ)器的發(fā)展存儲(chǔ)器的發(fā)展 片內(nèi)片內(nèi)I/OI/O的改進(jìn)的改進(jìn) 外圍電路內(nèi)裝化外圍電路內(nèi)裝化 低功耗與工作電壓范圍加寬低功耗與工作電壓范圍加寬 低噪聲與高可靠性技術(shù)低噪聲與高可靠性技術(shù) ISPISP及及IAP IAP

58、第137頁(yè)/共435頁(yè)二、常用的單片機(jī)產(chǎn)品二、常用的單片機(jī)產(chǎn)品 MCSMCS單片機(jī)單片機(jī) AVRAVR單片機(jī)單片機(jī) PICPIC單片機(jī)單片機(jī) MSPMSP單片機(jī)單片機(jī) ARMARM處理器處理器 DSPDSP處理器處理器 第138頁(yè)/共435頁(yè)三、單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)三、單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)第139頁(yè)/共435頁(yè)第140頁(yè)/共435頁(yè)四、單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)開(kāi)發(fā)概述四、單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)開(kāi)發(fā)概述 開(kāi)發(fā)環(huán)境的軟硬件構(gòu)成開(kāi)發(fā)環(huán)境的軟硬件構(gòu)成 第141頁(yè)/共435頁(yè) 單片機(jī)的在線編程單片機(jī)的在線編程 ISP-ISP-在線系統(tǒng)編程在線系統(tǒng)編程 IAP-IAP-在線應(yīng)用編程在線應(yīng)用編程第142頁(yè)/共435頁(yè)嵌入式系統(tǒng)概述 定義

59、 特點(diǎn)第143頁(yè)/共435頁(yè)第第5 5章章 MCS-51MCS-51系列單片機(jī)硬件結(jié)構(gòu)系列單片機(jī)硬件結(jié)構(gòu) 5.1 5.1 總體結(jié)構(gòu)總體結(jié)構(gòu)5.2 CPU5.2 CPU5.3 5.3 存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器5.4 5.4 硬件資源硬件資源5.5 5.5 輔助電路及時(shí)序輔助電路及時(shí)序第144頁(yè)/共435頁(yè)2.1 2.1 總體結(jié)構(gòu)總體結(jié)構(gòu)一、系列問(wèn)題一、系列問(wèn)題二、內(nèi)部結(jié)構(gòu)二、內(nèi)部結(jié)構(gòu)三、外部引腳三、外部引腳四、總線圖四、總線圖第145頁(yè)/共435頁(yè)一、系列問(wèn)題一、系列問(wèn)題 講到單片機(jī)都有個(gè)系列問(wèn)題講到單片機(jī)都有個(gè)系列問(wèn)題 MCS-51MCS-51： 基本型基本型 5151子系列子系列(80318051875

60、1)(803180518751) 增強(qiáng)型增強(qiáng)型 5252子系列子系列(803280528752)(803280528752) 特殊型特殊型 所有的基礎(chǔ)都是所有的基礎(chǔ)都是基本型?；拘汀５?46頁(yè)/共435頁(yè)二、內(nèi)部結(jié)構(gòu)二、內(nèi)部結(jié)構(gòu) P87P87第147頁(yè)/共435頁(yè)CPU內(nèi)存儲(chǔ)器RAMROM I/O接口I/O接口 I/O設(shè)備 I/O設(shè)備ABDBCB微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖復(fù)習(xí)第148頁(yè)/共435頁(yè) 8 8位的位的CPUCPU； 128128個(gè)字節(jié)的片內(nèi)個(gè)字節(jié)的片內(nèi)RAMRAM； 4 4K K字節(jié)的片內(nèi)字節(jié)的片內(nèi)ROMROM程序存儲(chǔ)器程序存儲(chǔ)器(8031(8031無(wú)無(wú)) ) 外部的外部的RAMRAM