單片計算機(jī)概述

單片計算機(jī)概述第1頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月2

本課程的時間安排總學(xué)時：36授課：32學(xué)時實驗：4學(xué)時授課時間：1-9周（2月22日-4月20日）實驗時間：根據(jù)授課情況穿插安排考試時間：大約在五一前后第2頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月3

本課程的主要內(nèi)容1、什么是單片計算機(jī)？2、單片計算機(jī)的發(fā)展歷史及現(xiàn)狀；3、單片計算機(jī)的特點和應(yīng)用范圍；4、單片機(jī)的內(nèi)部硬件機(jī)構(gòu)；5、單片機(jī)的指令系統(tǒng)；6、單片機(jī)的接口；7、單片機(jī)系統(tǒng)的擴(kuò)展和開發(fā)；*8、單片機(jī)系統(tǒng)的匯編語言；*9、單片機(jī)系統(tǒng)的C語言；*第3頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月4

第一章

單片計算機(jī)概述第4頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月5

1.1微型計算機(jī)、單板機(jī)與單片機(jī)1、結(jié)構(gòu)特點（1）、計算機(jī)發(fā)展的兩個方向高性能、高價格：超級計算機(jī)、微型個人計算機(jī)、服務(wù)器等

用途：科學(xué)計算、數(shù)據(jù)、通訊服務(wù)、辦公領(lǐng)域、復(fù)雜工業(yè)控制

特點：結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積相對較大、能耗高、價格貴低價格、功能單一：單片機(jī)、DSP等

用途：簡單的工業(yè)、民用控制、大型控制系統(tǒng)中功能相對單一的控制單元

特點：結(jié)構(gòu)簡單、體積小、耗能低、價格低廉第5頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月6

天河一號超級計算機(jī)第6頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月7第7頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月8

第8頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月9第9頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月10

（2）、計算機(jī)的組成計算機(jī)：運(yùn)算器、控制器、存儲器、輸入/輸出接口主機(jī)微型計算機(jī)：CPU、存儲器、輸入/輸出口（外設(shè)）把運(yùn)算器與控制器集成在一個芯片上，組成單硅片的中央處理器CPU是微型計算機(jī)區(qū)別于大中小型計算機(jī)的主要結(jié)構(gòu)特征。第10頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月11

單板機(jī)：把中央處理器CPU、存儲器、輸入／輸出接口裝在一塊印刷電路板上（簡單外設(shè)、鍵盤、LED顯示）

單片機(jī)：在一個晶體芯片上，集成了計算機(jī)的全部單元要素：CPU,ROM(EPROM),RAM

和I/O(有的集成A/D、CTC、串口、并口)同是一個芯片，CPU只是計算機(jī)的一個組成部分，而單片機(jī)是一個完整的計算機(jī)第11頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月12

２.微型計算機(jī)的應(yīng)用模式微機(jī)用于基本計算機(jī)＋外設(shè)科學(xué)計算：CRT、鍵盤、打印機(jī)等工業(yè)控制：基本計算機(jī)＋簡單外設(shè)LED、LCD、簡易鍵盤第12頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月13

應(yīng)用舉例單板機(jī)+模入、模出開入、開出用戶計算機(jī)控制系統(tǒng)工業(yè)控制計算機(jī)基本計算機(jī)+開入開出小型PLC基本計算機(jī)+模入、模出開入、開出STD總線控制機(jī)PC總線控制機(jī)第13頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月14

應(yīng)用舉例第14頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月15

應(yīng)用舉例第15頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月16

3、單片機(jī)的發(fā)展歷史（1）、單片機(jī)的發(fā)展基礎(chǔ)大規(guī)模集成電路生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展工業(yè)控制的實際需求特點：集成度高，性能價格比優(yōu)越、體積重量小第16頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月17

4位機(jī)：

1971年Intel公司推出四位單片機(jī)（2）單片機(jī)的發(fā)展代表機(jī)型：

Intel公司：4004

國家半導(dǎo)體：COP444CNEC:UPD75206、UPD172特點：處理能力有限、市場存活期短、市場占有率低第17頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月18

8位機(jī)：

1976年Intel公司推出MCS-48八位單片機(jī)

1980年Intel公司又推出MCS-51八位單片機(jī)同期代表機(jī)型：

Intel公司：8048、8051MOTOROLA：MC6801、MC6805Zilog:Z8其他公司產(chǎn)品：

Intel架構(gòu)：Philips、Siemens、AMD、OKI、AtmelMOTO架構(gòu)：Hitachi、RockWell、WDCZilog架構(gòu):NEC、Hitachi、SGS-Thomson第18頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月19

8位機(jī)特點：能滿足一般簡單控制的要求、改進(jìn)型號眾多、適應(yīng)性廣、價格低廉、市場占有率最高M(jìn)CS-51系列特點：硬件乘除法指令 定時計數(shù)器 串口 位處理機(jī)第19頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月20

16位機(jī)：

1982年Intel公司推出16位單片機(jī)MCS-96同期代表機(jī)型：

Intel公司：8096、8098、8097MOTOROLA：MC68000Zilog:Z800016位機(jī)特點：能滿足較高控制要求、高速計算和高速處理能力。例：Intel-80c196：CMOS技術(shù)、12萬晶體管、

4A/D、PWM、HIS/HSO、WATCHDOG。第20頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月21

32位機(jī)：

1994年Intel公司推出32位單片機(jī)80960同期代表機(jī)型：

Intel公司：80960MOTOROLA：MC68300Microchip:PIC3232位機(jī)特點：定位于高端應(yīng)用：智能機(jī)器人、光盤、激光打印機(jī)、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器等。 尋址在GB以上 晶振可達(dá)66MHz

具有浮點運(yùn)算能力 支持高級語言和實時多任務(wù)第21頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月22

64位機(jī)：

InmosTransputerT80064位機(jī)定位于更高端應(yīng)用：引擎控制、語言圖像處理、大計算量的控制算法等 32位和64位單片機(jī)應(yīng)用很少、一般控制中以8位和16位單片機(jī)為主 第22頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月23

4、單片機(jī)應(yīng)用現(xiàn)狀及趨勢

八位機(jī)MCS-51系列單片機(jī)高速數(shù)字信號處理器DSP得到廣泛應(yīng)用共有5類產(chǎn)品：基本型、增強(qiáng)型、高速處理型、馬達(dá)控制型、高性型

十六位機(jī)CMOS芯片,取代8086,8088第23頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月24

發(fā)展趨勢（1）8位機(jī)更新?lián)Q代，功能更加完善、速度更快、體積更小、性能更強(qiáng)、接口更多、兼容MCS-51指令。代表：中晶公司的MCS-251系列單片機(jī)：使用

MCS-51指令，性能提高5倍，使用MCS-251擴(kuò)展指令，性能提高15倍。第24頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月25

發(fā)展趨勢（2）16位采用CMOS，向低功耗發(fā)展：用

80C196/80c198取代8096/8098。功能與96/98相同，性能倍增、功耗降低。第25頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月26

發(fā)展趨勢（3）專用數(shù)字信號處理器DSP的發(fā)展代表：TI公司的TMS320c80。用途：通訊、語言圖像處理、信號處理，在高端可取代單片機(jī)。第26頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月27

發(fā)展趨勢CPU采用類RISC結(jié)構(gòu)或具有DSP處理功能類似RISC流水線結(jié)構(gòu)通用寄存器結(jié)構(gòu)固定指令長度（4）單片機(jī)的功能更加強(qiáng)大第27頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月28

片內(nèi)ROM/RAM增大,存儲空間大于1M字節(jié)增強(qiáng)I/O處理力快速中斷處理高速數(shù)據(jù)傳送：如具有DMA功能多協(xié)議通訊：在異步通訊上增加同步接口第28頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月29

高級玩具電機(jī)控制語音處理（5）針對行業(yè)應(yīng)用，各種專用芯片不斷涌現(xiàn)電量檢測第29頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月30

單片機(jī)總體發(fā)展趨勢升級換代，增強(qiáng)功能；降低功耗、體積，如采用CMOS工藝；專用芯片和定制芯片大量涌現(xiàn)；分工更細(xì)，如高端DSP、通訊專用芯片等；很多公司對單片機(jī)技術(shù)的投入一如既往第30頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月31

5、選用MCS-51單片機(jī)原因8051系列單片機(jī)是國內(nèi)引進(jìn)的主導(dǎo)產(chǎn)品應(yīng)用廣泛開發(fā)系統(tǒng)成熟產(chǎn)品眾多，選型方便價格低廉、易于獲得結(jié)構(gòu)典型，是其他單片機(jī)學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)。第31頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月32

6、MCS-51單片機(jī)簡介產(chǎn)品8031系列：基本型8051系列：增強(qiáng)型8751系列：EPROM型第32頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月33

基本型8751：片內(nèi)EPROM,價格是8051的10 倍左右,開發(fā)樣機(jī),小批量生產(chǎn)8051：片內(nèi)ROM，低成本，大批量生產(chǎn)，程序要廠家燒制8031：片內(nèi)無ROM，需外接,大量使用區(qū)別在存儲器的有無、種類8051：4KROM、128字節(jié)RAM、2個16位CTC、4個并口、1個串口。第33頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月34

超級型：8x252增加高速輸入/輸出脈沖寬度調(diào)制輸出

嵌入式系統(tǒng)單片機(jī)為主嵌入對象體系中,不影響對象性能嵌入式控制單元增強(qiáng)型8x52：片內(nèi)ROM（EPROM）由4K8K

RAM由128B256BCTC由2個3個第34頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月35

片上系統(tǒng)SOC（SystemonChip）以CPU為核心

系統(tǒng)不再需要外部總線避免了大量印刷板調(diào)試工作超大規(guī)模高速集成電路VHSIC的發(fā)展用集成電路ASIC設(shè)計條件：特點：PLD、A/D、D/A、前置電路和接口電路等全部設(shè)計制造在一個芯片上第35頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月36

1.2、單片機(jī)的開發(fā)與開發(fā)工具1、開發(fā)定義對一個單片機(jī)系統(tǒng)，從提出任務(wù)到定型生產(chǎn)、投入使用的過程稱為單片機(jī)系統(tǒng)開發(fā)。總體方案論證系統(tǒng)設(shè)計硬件與軟件開發(fā)目標(biāo)樣機(jī)調(diào)試第36頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月37

2、開發(fā)特點軟硬件不分軟件需要專門的工具大部分采用可編程器件第37頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月38

3、開發(fā)工具應(yīng)具有的功能編程功能：編譯、匯編、反匯編、

EPROM寫入排錯：對寄存器、RAM內(nèi)容修改、單步、設(shè)斷點運(yùn)行錯誤跟蹤功能仿真：借助于系統(tǒng)資源仿真目標(biāo)機(jī)，是軟硬件聯(lián)合排錯的一種方法第38頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月39

1.3、MCS-51單片機(jī)的結(jié)構(gòu)特點1、CPU32個寄存器在RAM中寄存器分為4組，切換方便21個SFR可實現(xiàn)內(nèi)部狀態(tài)控制、I/O口控制、中斷控制等2、存儲器程序和數(shù)據(jù)存儲器各64K，邏輯空間獨(dú)立8051具有片內(nèi)ROM128字節(jié)內(nèi)部RAM獨(dú)立第39頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月40

3、I/O口P0~P3四個I/O口P0、P2、P3在程序控制下具有第二功能2個16位的CTC具有4種工作方式具有一個