利用非獨立型仿真器開發(fā).ppt

本章分為五節(jié)，主要介紹：,1.2 電子計算機的發(fā)展概述,1.3 單片機的發(fā)展過程及產(chǎn)品近況,1.4 單片機的特點及應(yīng)用領(lǐng)域,1.5 單片機應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)簡介,1.1 數(shù)制與編碼的簡單回顧,1.1 數(shù)制與編碼的簡單回顧,1.1.1 數(shù)制,數(shù)制（即計數(shù)制，亦稱記數(shù)制）是計數(shù)的規(guī)則。,十進制是人們?nèi)粘Ｉ钪凶钍煜さ倪M位計數(shù)制。,二進制是在計算機系統(tǒng)中采用的進位計數(shù)制。,單字節(jié)表示范圍： 0255,雙字節(jié)表示范圍：065535,十六進制是人們在計算機指令代碼和數(shù)據(jù)的書寫中經(jīng)常使用的數(shù)制。,用0，1，9和A，B，F(xiàn)（或a，b，f）這16個符號來描述 。 ,部分自然數(shù)的3種進制表示,1.1.2 編碼,計算機中數(shù)以及數(shù)以外的其它信息（如字符或字符串）要用二進制代碼來表示。這些二進制代碼稱為二進制編碼。,一、字符的二進制編碼-ASCII碼,常用字符的ASCII碼,二、二進制編碼的十進制數(shù)-BCD碼,用二進制碼表示十進制數(shù)的代碼稱為BCD碼 。,8421BCD碼表,用1個字節(jié)表示2位十進制數(shù)的代碼，稱為壓縮的BCD碼。,二進制碼在1010B1111B范圍時，屬于非法碼。,1.1.3 計算機中帶符號數(shù)的表示,一、機器數(shù)及其真值,帶符號的正數(shù) +100 0101B（+45H），可以表示成 0100 0101B；（45H） 帶符號的負數(shù) - 101 0101B（- 55H），可以表示成 1101 0101B。（D5H）,數(shù)在計算機內(nèi)的表示形式稱為機器數(shù)。而這個數(shù)本身稱為該機器數(shù)的真值。 如，上述的“45H”和“D5H”為2個機器數(shù)，它們的真值分別為“+45H”和“-55H”。 ,二、原碼和反碼,對于帶符號二進制數(shù)（字節(jié)、字或雙字），直接用最高位表示數(shù)的符號，數(shù)值用其絕對值表示的形式稱為原碼。 正數(shù)的反碼與其原碼相同；負數(shù)的反碼符號位為1，數(shù)值位為其原碼數(shù)值位逐位取反。如：,帶符號正數(shù) +100 0101B，原碼為 0100 0101B，反碼為0100 0101B；（45H） 帶符號負數(shù) - 101 0101B，原碼為 1101 0101B，反碼為1010 1010B。（AAH）,二進制數(shù)采用原碼和反碼表示時，符號位不能同數(shù)值一道參加運算。,三、補碼,在計算機中，對帶符號數(shù)的運算均采用補碼。正數(shù)的補碼與其原碼相同；負數(shù)的補碼為其反碼末位加1。如：,帶符號正數(shù) +100 0101B，反碼為 0100 0101B，補碼為0100 0101B；（45H） 帶符號負數(shù) - 101 0101B，反碼為1010 1010B，補碼為1010 1011B。（ABH）,已知一個負數(shù)的補碼求其真值的方法是：對該補碼求補（符號位不變，數(shù)值位取反加1）即得到該負數(shù)的原碼（符號位+數(shù)值位），依該原碼可知其真值。,補碼的優(yōu)點是可以將減法運算轉(zhuǎn)換為加法運算，同時數(shù)值連同符號位可以一起參加運算。如： 45H-55H= -10H，用補碼運算時可以表示為：45H補+-55H補= -10H補,結(jié)果1111 0000B為補碼； 求補得到原碼為：1001 0000B； 真值為 -001 0000B（即 -10H）。,幾個典型的帶符號數(shù)據(jù)的8位編碼表,采用補碼時，“0”只有一種表示方式，單字節(jié)表示的范圍是：+127 -128。,1.2 電子計算機的發(fā)展概述,1.2.1 電子計算機的問世及其經(jīng)典結(jié)構(gòu),1946年2月15日，第一臺電子數(shù)字計算機問世，這標(biāo)志著計算機時代的到來。 （CALCULATOR） ENIAC,ENIAC是電子管計算機，時鐘頻率僅有100 KHz，但能在1秒鐘的時間內(nèi)完成5000次加法運算。,與現(xiàn)代的計算機相比，有許多不足，但它的問世開創(chuàng)了計算機科學(xué)技術(shù)的新紀(jì)元，對人類的生產(chǎn)和生活方式產(chǎn)生了巨大的影響 。,匈牙利籍?dāng)?shù)學(xué)家馮諾依曼在方案的設(shè)計上做出了重要的貢獻。1946年6月，他又提出了“程序存儲”和“二進制運算”的思想，進一步構(gòu)建了計算機由運算器、控制器、存儲器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備組成這一計算機的經(jīng)典結(jié)構(gòu)。 （EDVAC-ELECTRONIC DISCRETE VARIABLE AUTOMATIC COMPUTER）,電子計算機技術(shù)的發(fā)展，相繼經(jīng)歷了五個時代：,電子管計算機； 晶體管計算機； 集成電路計算機； 大規(guī)模集成電路計算機； 超大規(guī)模集成電路計算機。,計算機的結(jié)構(gòu)仍然沒有突破馮諾依曼提出的計算機的經(jīng)典結(jié)構(gòu)框架。,1.2.2 微型計算機的組成及其應(yīng)用形態(tài) 一、微型計算機的組成,1971年1月，INTEL公司的特德霍夫在與日本商業(yè)通訊公司合作研制臺式計算器時，將原始方案的十幾個芯片壓縮成三個集成電路芯片。其中的兩個芯片分別用于存儲程序和數(shù)據(jù)，另一芯片集成了運算器和控制器及一些寄存器，稱為微處理器（即Intel 4004）。,4004微處理器,微處理器、存儲器加上I/O接口電路組成微型計算機。各部分通過地址總線（AB）、數(shù)據(jù)總線（DB）和控制總線（CB）相連。,二、微型計算機的應(yīng)用形態(tài) 從應(yīng)用形態(tài)上，微機可以分成三種：,多板機（系統(tǒng)機） 將CPU、存儲器、I/O接口電路和總線接口等組裝在一塊主機板（即微機主板）。各種適配板卡插在主機板的擴展槽上并與電源、軟/硬盤驅(qū)動器及光驅(qū)等裝在同一機箱內(nèi)，再配上系統(tǒng)軟件，就構(gòu)成了一臺完整的微型計算機系統(tǒng)（簡稱系統(tǒng)機）。 工業(yè)PC機 也屬于多板機。,單板機 將CPU芯片、存儲器芯片、I/O接口芯片和簡單的I/O設(shè)備（小鍵盤、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)成了一臺單板微型計算機（簡稱單板機）。,單板機,單板機的I/O設(shè)備簡單，軟件資源少，使用不方便。早期主要用于微型計算機原理的教學(xué)及簡單的測控系統(tǒng)，現(xiàn)在已很少使用。,單片機 在一片集成電路芯片上集成微處理器、存儲器、I/O接口電路，從而構(gòu)成了單芯片微型計算機，即單片機。 三種應(yīng)用形態(tài)的比較 ：,單板機,單片機,系統(tǒng)機（多板機）,系統(tǒng)機（桌面應(yīng)用）屬于通用計算機，主要應(yīng)用于數(shù)據(jù)處理、辦公自動化及輔助設(shè)計。,單片機（嵌入式應(yīng)用）屬于專用計算機，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、汽車及軍事電子設(shè)備等應(yīng)用系統(tǒng)。,單片機體積小、價格低、可靠性高，其非凡的嵌入式應(yīng)用形態(tài)對于滿足嵌入式應(yīng)用需求具有獨特的優(yōu)勢。,1.3 單片機的發(fā)展過程及產(chǎn)品近況,1.3.1 單片機的發(fā)展過程,單片機技術(shù)發(fā)展過程可分為三個主要階段： 單芯片微機形成階段 1976年，Intel公司推出了MCS-48系列單片機 。8位CPU、1K字節(jié)ROM、64字節(jié)RAM、27根I/O線和1個8位定時/計數(shù)器。,特點是：存儲器容量較小，尋址范圍?。ú淮笥?K），無串行接口，指令系統(tǒng)功能不強。,性能完善提高階段 1980年，Intel公司推出了MCS-51系列單片機：8位CPU、4K字節(jié)ROM、128字節(jié)RAM、4個8位并口、1個全雙工串行口、2個16位定時/計數(shù)器。尋址范圍64K，并有控制功能較強的布爾處理器。,特點是：結(jié)構(gòu)體系完善，性能已大大提高，面向控制的特點進一步突出?，F(xiàn)在，MCS-51已成為公認的單片機經(jīng)典機種 。,微控制器化階段,特點是：片內(nèi)面向測控系統(tǒng)外圍電路增強，使單片機可以方便靈活地用于復(fù)雜的自動測控系統(tǒng)及設(shè)備。 “微控制器”的稱謂更能反應(yīng)單片機的本質(zhì)。,1982年，Intel推出MCS-96系列單片機。 芯片內(nèi)集成：16位CPU、8K字節(jié)ROM、232字節(jié)RAM、5個8位并口、1個全雙工串行口、2個16位定時/計數(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/O部件等。,1.3.2 單片機產(chǎn)品近況,ATMEL公司融入Flash存儲器技術(shù)的AT89系列； Philips公司的80C51、80C552系列； 華邦公司的W78C51、W77C51高速低價系列； ADI公司的ADC8xx高精度ADC系列； LG公司的GMS90/97低壓高速系列； Maxim公司的DS89C420高速（50MIPS）系列； Cygnal公司的C8051F系列高速SOC單片機。, 80C51系列單片機產(chǎn)品繁多，主流地位已經(jīng)形成，近年來推出的與80C51兼容的主要產(chǎn)品有：,非80C51結(jié)構(gòu)單片機新品不斷推出，給用戶提供了更為廣泛的選擇空間 ，近年來推出的非80C51系列的主要產(chǎn)品有：,Intel的MCS-96系列16位單片機 ； Microchip的PIC系列RISC單片機 ； TI的MSP430F系列16位低功耗單片機 。,1.4 單片機的特點及應(yīng)用領(lǐng)域,1.4.1 單片機的特點,近期推出的單片機產(chǎn)品，內(nèi)部集成有高速I/O口、ADC、PWM、WDT等部件，并在低電壓、低功耗、串行擴展總線、控制網(wǎng)絡(luò)總線和開發(fā)方式（如在系統(tǒng)編程ISP）等方面都有了進一步的增強。,控制性能和可靠性高 實時控制功能特別強，其CPU可以對I/O端口直接進行操作，位操作能力更是其它計算機無法比擬的。另外，由于CPU、存儲器及I/O接口集成在同一芯片內(nèi)，各部件間的連接緊湊，數(shù)據(jù)在傳送時受干擾的影響較小，且不易受環(huán)境條件的影響，所以單片機的可靠性非常高。,體積小、價格低、易于產(chǎn)品化 單片機芯片即是一臺完整的微型計算機，對于批量大的專用場合，一方面可以在眾多的單片機品種間進行匹配選擇；同時還可以專門進行芯片設(shè)計，使芯片的功能與應(yīng)用具有良好的對應(yīng)關(guān)系；在單片機產(chǎn)品的引腳封裝方面，有的單片機引腳已減少到8個或更少。 從而使應(yīng)用系統(tǒng)的印制板減小、接插件減少、安裝簡單方便。,1.4.2 單片機的應(yīng)用領(lǐng)域,智能儀器儀表,單片機用于各種儀器儀表，一方面提高了儀器儀表的使用功能和精度，使儀器儀表智能化，同時還簡化了儀器儀表的硬件結(jié)構(gòu)，從而可以方便地完成儀器儀表產(chǎn)品的升級換代。如各種智能電氣測量儀表、智能傳感器等。,機電一體化產(chǎn)品,機電一體化產(chǎn)品是集機械技術(shù)、微電子技術(shù)、自動化技術(shù)和計算機技術(shù)于一體，具有智能化特征的各種機電產(chǎn)品。單片機在機電一體化產(chǎn)品的開發(fā)中可以發(fā)揮巨大的作用。典型產(chǎn)品如機器人、數(shù)控機床、自動包裝機、點鈔機、醫(yī)療設(shè)備、打印機、傳真機、復(fù)印機等。,實時工業(yè)控制,單片機還可以用于各種物理量的采集與控制。電流、電壓、溫度、液位、流量等物理參數(shù)的采集和控制均可以利用單片機方便地實現(xiàn)。在這類系統(tǒng)中，利用單片機作為系統(tǒng)控制器，可以根據(jù)被控對象的不同特征采用不同的智能算法，實現(xiàn)期望的控制指標(biāo)，從而提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。典型應(yīng)用如電機轉(zhuǎn)速控制、溫度控制、自動生產(chǎn)線等 。,分布式系統(tǒng)的前端模塊,在較復(fù)雜的工業(yè)系統(tǒng)中，經(jīng)常要采用分布式測控系統(tǒng)完成大量的分布參數(shù)的采集。在這類系統(tǒng)中，采用單片機作為分布式系統(tǒng)的前端采集模塊，系統(tǒng)具有運行可靠，數(shù)據(jù)采集方便靈活，成本低廉等一系列優(yōu)點。,家用電器,家用電器是單片機的又一重要應(yīng)用領(lǐng)域，前景十分廣闊。如空調(diào)器、電冰箱、洗衣機、電飯煲、高檔洗浴設(shè)備、高檔玩具等。,另外，在交通領(lǐng)域中，汽車、火車、飛機、航天器等均有單片機的廣泛應(yīng)用。如汽車自動駕駛系統(tǒng)、航天測控系統(tǒng)、黑匣子等 。,1.5 單片機應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)簡介,1.5.1 單片機應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā) 正確無誤的硬件設(shè)計和良好的軟件功能設(shè)計是一個實用的單片機應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計目標(biāo)。完成這一目標(biāo)的過程稱為單片機應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)。,單片機作為一片集成了微型計算機基本部件的集成電路芯片，與通用微機相比，它自身沒有開發(fā)功能，必須借助開發(fā)機（一種特殊的計算機系統(tǒng)）來完成如下任務(wù)： 排除應(yīng)用系統(tǒng)的硬件故障和軟件錯誤； 程序固化到內(nèi)部或外部程序存儲器芯片中。,指令的表示形式 指令是讓單片機執(zhí)行某種操作的命令。在單片機中，指令按一定的順序以二進制碼的形式存放于程序存儲器中。為了書寫、輸入和顯示方便，人們通常將二進制的機器碼寫成十六進制形式。,如，二進制碼0000 0100B可以表示為04H。04H所對應(yīng)的指令意義是累加器A的內(nèi)容加1。若寫成INC A則要清楚得多，這就是該指令的符號表示，稱為符號指令。,匯編或編譯 符號指令要轉(zhuǎn)換成計算機所能執(zhí)行的機器碼并存入計算機的程序存儲器中，這種轉(zhuǎn)換稱為匯編。常用的匯編方法有三種：,手工匯編； 利用開發(fā)機的駐留匯編程序進行匯編； 交叉匯編。,現(xiàn)在人們還可以常常采用高級語言（如C51）進行單片機應(yīng)用程序的設(shè)計。這種方法具有周期短、移植和修改方便的優(yōu)點，適合于較為復(fù)雜系統(tǒng)的開發(fā)。,1.5.2 單片機應(yīng)用系統(tǒng)傳統(tǒng)開發(fā)方式 利用獨立型仿真器開發(fā),利用非獨立型仿真器開發(fā),SST公司推出的SST89C54和SST89C58芯片分別有20KB和30KB的SuperFLASH存儲器，利用這種存儲器可以進行高速讀寫的特點，能夠?qū)崿F(xiàn)在系統(tǒng)編程（ISP）和在應(yīng)用編程（IAP）功能。首先在PC機上完成應(yīng)用程序的編輯、匯編（或編譯）、模擬運行，然后實現(xiàn)目標(biāo)程序的串行下載。,1.5.3 單片機開發(fā)方式的發(fā)展,Microchip公司推出的RISC結(jié)構(gòu)單片機PIC16F87X中內(nèi)置有在線調(diào)試器IC