單片機(jī)第一章計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識

單片機(jī)第一章計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識第一頁，共二十九頁，2022年，8月28日第二頁，共二十九頁，2022年，8月28日課程簡介授課教師：周靜 電話：88382636授課時數(shù)： 課堂講授---56學(xué)時 實(shí)驗(yàn)---16學(xué)時（劉選朝，88382637）考試成績：

平時作業(yè)：10%

實(shí)驗(yàn)：20%

期末考試：70%第三頁，共二十九頁，2022年，8月28日授課內(nèi)容：講課內(nèi)容學(xué)時1.計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識42.MCS-51單片機(jī)硬件結(jié)構(gòu)63、MCS-51單片機(jī)指令系統(tǒng)104.匯編語言程序設(shè)計(jì)105.MCS-51定時/計(jì)數(shù)器、串行口、中斷系統(tǒng)106．MCS-51單片機(jī)存儲系統(tǒng)擴(kuò)展67．并行I/O接口電路擴(kuò)展設(shè)計(jì)及應(yīng)用68．單片機(jī)與數(shù)模（D/A）及模數(shù)（A/D）轉(zhuǎn)換器接口4合計(jì)56第四頁，共二十九頁，2022年，8月28日建議教材與教學(xué)參考書萬福君編著，《單片微機(jī)原理、系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開發(fā)應(yīng)用》，中國科技大學(xué)出版社，1994徐杰民等，《單片微型計(jì)算機(jī)原理、接口、應(yīng)用》，北京郵電學(xué)院出版社，1990徐淑華等，《單片微型機(jī)原理及應(yīng)用》，哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，1991孫涵芳等，《MCS-51、96系列單片機(jī)的原理及應(yīng)用》，北京航空航天大學(xué)出版社，(5).何立民等，《MCS-51系列單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)》，北京航空航天大學(xué)出版社，1998第五頁，共二十九頁，2022年，8月28日關(guān)于測控技術(shù)與儀器測控系統(tǒng)構(gòu)成 測量、處理、控制。 舉例XTCS:Xi’anTrajectoryControlStstem測控系統(tǒng)涉及的相關(guān)技術(shù) 傳感技術(shù)(電信號變送和電源)：

物理，傳感器，模電 數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理技術(shù)

計(jì)算機(jī)技術(shù)，數(shù)據(jù)處理 機(jī)電接口技術(shù)_液壓和電力傳動技術(shù)

液壓器件和電力傳動器件的驅(qū)動和控制單片機(jī)技術(shù)在測控技術(shù)與儀器中的地位與應(yīng)用實(shí)例第六頁，共二十九頁，2022年，8月28日第七頁，共二十九頁，2022年，8月28日總體方案及實(shí)施方案框圖地面鉆井信息處理控制井下閉環(huán)地面監(jiān)控裝置下行通道閉環(huán)旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具接口上傳通道（MWD）接口井下數(shù)據(jù)地面接收處理裝置地面部分井下部分鉆頭鉆壓、扭矩探測器接口接口電阻率探測器接口接口第八頁，共二十九頁，2022年，8月28日第九頁，共二十九頁，2022年，8月28日第十頁，共二十九頁，2022年，8月28日第十一頁，共二十九頁，2022年，8月28日第一章計(jì)算機(jī)概述

第十二頁，共二十九頁，2022年，8月28日微型計(jì)算機(jī)發(fā)展史

1946年誕生第一臺電子計(jì)算機(jī)以來 ?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 ?超大規(guī)模集成電路計(jì)算機(jī)微型計(jì)算機(jī)是第四代計(jì)算機(jī)的重要代表微型計(jì)算機(jī)以微處理器為核心，以系統(tǒng)總線為信息傳輸?shù)闹袠?，配以大?guī)模集成電路的存儲器、輸入/輸出接口電路所組成的計(jì)算機(jī)，稱為微型計(jì)算機(jī)。從1971年開始：第十三頁，共二十九頁，2022年，8月28日第一代第二代第三代第四代年代1971～

1973年1974～

1978年1979～

1982年1983～

1993年字長4/8位8位16位32位代表4004/80088080/8085/Z80/68008086/8088/80186/80286386/486/pentium集成晶體管1200個9000個1.34萬個120萬個時鐘1MHz2~4MHz5~10MHz〉10MHz指令執(zhí)行時間20μs1μs1～2MIPS12～36MIPSMIPS－－百萬條指令/秒第十四頁，共二十九頁，2022年，8月28日微型計(jì)算機(jī)的分類單片機(jī)(SingleChipMicrocomputerorOneChipMicrocomputer)是將微機(jī)的CPU、存儲器、I/O接口和總線制作在一塊芯片上的超大規(guī)模集成電路。單板機(jī)（SingleBoardMicrocomputer）是將CPU、存儲器、I/O接口及多片附加邏輯電路和簡單的鍵盤/顯示器組裝在一塊印制版上。臺式微機(jī)，由主機(jī)板（又稱系統(tǒng)板）、擴(kuò)充板、磁盤、光盤驅(qū)動器和系統(tǒng)電源等組裝在一個機(jī)箱中，配以必要的外設(shè)（鍵盤/CRT顯示器等）和系統(tǒng)軟件。第十五頁，共二十九頁，2022年，8月28日微型計(jì)算機(jī)的應(yīng)用

科學(xué)計(jì)算與數(shù)據(jù)處理生產(chǎn)過程中的實(shí)時控制和自動化管理計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軍事領(lǐng)域的應(yīng)用家用電器和民用產(chǎn)品控制多媒體系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)第十六頁，共二十九頁，2022年，8月28日微型機(jī)技術(shù)發(fā)展的兩個方向：一個是高性能、多功能的方向，從這方面不斷取得的成就使微型機(jī)逐步代替價格昂貴、功能優(yōu)越的中、小型機(jī)；一個是價格低廉、性能專一的方向，這方面的發(fā)展使微型機(jī)在生產(chǎn)領(lǐng)域、服務(wù)部門和日常生活中得到越來越廣泛的應(yīng)用。第十七頁，共二十九頁，2022年，8月28日何謂單片機(jī)一臺能夠工作的計(jì)算機(jī)要有這樣幾個部份構(gòu)成：CPU（進(jìn)行運(yùn)算、控制）、RAM（數(shù)據(jù)存儲）、ROM（程序存儲）、輸入/輸出設(shè)備（例如：串行口、并行輸出口等）。在個人計(jì)算機(jī)上這些部份被分成若干塊芯片，安裝一個稱之為主板的印刷線路板上。而在單片機(jī)中，這些部份，全部被做到一塊集成電路芯片中了，所以就稱為單片（單芯片）機(jī)，而且有一些單片機(jī)中除了上述部份外，還集成了其它部份如A/D，D/A等。單片機(jī)與微機(jī)第十八頁，共二十九頁，2022年，8月28日單片機(jī)

SingleChipMicrocomputer 將中央處理單元CPU和一定容量的數(shù)據(jù)存儲器RAM、程序存儲器ROM、定時/計(jì)數(shù)器T/C、并行輸入輸出接口I/O和串行通訊接口UART

等多個功能部件集成在一塊芯片上。 由于單片機(jī)面向控制，又被稱為微控制器Microcontroller。第十九頁，共二十九頁，2022年，8月28日單片機(jī)與微機(jī)PC中的CPU一塊就要賣幾千塊錢，這么多東西做在一起，還不得買個天價！再說這塊芯片也得非常大了。不，價格并不高，從幾元人民幣到幾十元人民幣，體積也不大，一般用40腳封裝，當(dāng)然功能多一些單片機(jī)也有引腳比較多的，如68引腳，功能少的只有10多個或20多個引腳，有的甚至只8只引腳。為什么會這樣呢？功能有強(qiáng)弱。另外這種芯片的生產(chǎn)量很大，技術(shù)也很成熟，51系列的單片機(jī)已經(jīng)做了二十幾年，所以價格就低了。既然如此，單片機(jī)的功能肯定不強(qiáng)，干嗎要學(xué)它呢？因?yàn)閷?shí)際工作中并不是任何需要計(jì)算機(jī)的場合都要求計(jì)算機(jī)有很高的性能，一個控制電冰箱溫度的計(jì)算機(jī)用不著PIII。應(yīng)用的關(guān)鍵是看是否夠用，是否有很好的性能價格比。所以8051出來二十多年，依然沒有被淘汰，還在不斷的發(fā)展中。第二十頁，共二十九頁，2022年，8月28日MCS-51單片機(jī)系列MCS51單片機(jī)和8051、8031、89C51等的關(guān)系我們平常老是講8051，又有什么8031，現(xiàn)在又有89C51，它們之間究竟是什么關(guān)系?MCS51是指由美國INTEL公司生產(chǎn)的一系列單片機(jī)的總稱，這一系列單片機(jī)包括了好些品種，如8031，8051，8751，8032，8052，8752等，其中8051是最早最典型的產(chǎn)品，該系列其它單片機(jī)都是在8051的基礎(chǔ)上進(jìn)行功能的增、減、改變而來的，所以人們習(xí)慣于用8051來稱呼MCS51系列單片機(jī)，而8031是前些年在我國最流行的單片機(jī)，所以很多場合會看到8031的名稱。INTEL公司將MCS51的核心技術(shù)授權(quán)給了很多其它公司，所以有很多公司在做以8051為核心的單片機(jī)，當(dāng)然，功能或多或少有些改變，以滿足不同的需求，其中89C51就是這幾年在我國非常流行的單片機(jī)，它是由美國ATMEL公司開發(fā)生產(chǎn)的。第二十一頁，共二十九頁，2022年，8月28日關(guān)于計(jì)算機(jī)的幾個基本概念計(jì)算機(jī)中的數(shù)：我們知道，計(jì)算機(jī)可以進(jìn)行數(shù)學(xué)運(yùn)算，但它總只是一些電子元器件，怎么可以進(jìn)行數(shù)學(xué)運(yùn)算呢？我們做數(shù)學(xué)題如37+45是這樣做的，先在紙上寫37，然后在下面寫45，然后大腦運(yùn)算，最后寫出結(jié)果，運(yùn)算的原材料：37、45和結(jié)果：82都是寫在紙上的，計(jì)算機(jī)中又是放在什么地方呢？為了解決這個問題，先讓我們做一個實(shí)驗(yàn)：這里有一盞燈，我們知道燈要么亮，要么不亮，就有兩種狀態(tài)，我們可以用’0’和’1’來代替這兩種狀態(tài)，規(guī)定亮為’1’，不亮為’0’?，F(xiàn)在放上兩盞燈，一共有幾種狀態(tài)呢？我們列表來看一下：請寫出3盞燈的情況000001010011100101110111狀態(tài)

表達(dá)

00

011011第二十二頁，共二十九頁，2022年，8月28日位的含義我們來看，這個000，001，101不就是我們學(xué)過的的二進(jìn)制數(shù)嗎？本來，燈的亮和滅只是一種物理現(xiàn)象，可當(dāng)我們把它們按一定的順序排更好后，燈的亮和滅就代表了數(shù)字了。讓我們再抽象一步，燈為什么會亮呢？看電路1，是因?yàn)檩敵鲭娐份敵龈唠娖?，給燈通了電。因此，燈亮和滅就可以用電路的輸出是高電平還是低電平來替代了。這樣，數(shù)字就和電平的高、低聯(lián)系上了。（請想一下，我們還看到過什么樣的類似的例子呢？（海軍之）燈語、旗語，電報(bào)，甚至紅、綠燈）通過上面的實(shí)驗(yàn)我們已經(jīng)知道：一盞燈亮或者說一根線的電平的高低，可以代表兩種狀態(tài)：0和1。實(shí)際上這就是一個二進(jìn)制位，因此我們就把一根線稱之為一“位”，用BIT表示。第二十三頁，共二十九頁，2022年，8月28日字節(jié)的含義一根線可以表于0和1，兩根線可以表達(dá)00，01，10，11四種狀態(tài)，也就是可以表于0到3，而三根可以表達(dá)0-7，計(jì)算機(jī)中通常用8根線放在一起，同時計(jì)數(shù)，就可以表過到0-255一共256種狀態(tài)。這8根線或者8位就稱之為一個字節(jié)（BYTE）。不要問為什么是8根而不是其它數(shù)，因?yàn)槲乙膊恢馈＃ㄓ?jì)算機(jī)世界是一個人造的世界，不是自然界，很多事情你無法問為什么，只能說：它是一種規(guī)定，大家在以后的學(xué)習(xí)過程中也要注意這個問題）第二十四頁，共二十九頁，2022年，8月28日存儲器M（Memory）隨機(jī)讀寫存儲器RAM（RandomAccessMemory）假如：將55H寫入到01H單元第二十五頁，共二十九頁，2022年，8月28日

1.指令和指令系統(tǒng)程序即用戶要解決某一特定問題所編排的指令序列，編排的過程稱為程序設(shè)計(jì)。01110100

MOV A，#15H;(A)=15H00010101;取數(shù)到A00100100ADDA，#30H;(A)=(A)+30H00110000

;相加11110101MOV30H，A;(30H)←(A)00110000

;保存結(jié)果指令的機(jī)器碼或機(jī)器語言指令的助記符或匯編語言注釋計(jì)算機(jī)的工作過程第二十六頁，共二十九頁，2022年，8月28日（1）指令的格式所謂指令就是使計(jì)算機(jī)完成某種基本操作，如加、減、乘、除、移位、與、或、非等操作命令。全部指令的集合構(gòu)成指令系統(tǒng)。指令通常由兩部分組成：第一部分為操作碼（OPC），表示計(jì)算機(jī)要作何種操作；第二部分為操作數(shù)（OPD），指明參加運(yùn)算的操作數(shù)或存放該數(shù)的地址。格式：操作碼

操作數(shù)或地址

在計(jì)算機(jī)中，指令是以一組二進(jìn)制編碼的數(shù)來表示和存儲的第二十七頁，共二十九頁，2022年，8月28日（2）指令執(zhí)行過程取指令PC+1操作譯碼取操作數(shù)地址地址譯碼取操作數(shù)執(zhí)行操作取下一條指令PC+1開始一個CPU周期一個CPU周期一個CPU周期一個指令周期取指階段執(zhí)指階段第二十八