片微型計(jì)算機(jī)概述(廣東工業(yè)大學(xué)).ppt
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,1.http://www.bol-中國(guó)單片機(jī)公共實(shí)驗(yàn)室2.單片機(jī)世界廣州站3.樂清單片機(jī)聯(lián)盟4.科宇單片機(jī)工作室5.,第1章計(jì)算機(jī)技術(shù)基礎(chǔ),1.1什么是單片機(jī),單片微型計(jì)算機(jī)簡(jiǎn)稱單片機(jī)。由于它的結(jié)構(gòu)及功能均按工業(yè)控制要求設(shè)計(jì),所以又稱單片微控制器(singlechipMicrocontroller)。它是將組成微型計(jì)算機(jī)機(jī)所必須的部件(中央處理器CPU、程序存貯器(ROM)、數(shù)據(jù)存貯器(RAM)、輸入/輸出(I/O)接口、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、串行口、系統(tǒng)總線等)集成在一個(gè)超大規(guī)模集成電路芯片上。只要外加少許電子零件便可以構(gòu)成一套簡(jiǎn)易的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng),故又稱單片微型計(jì)算機(jī)(singlechipMicrocomputer),優(yōu)點(diǎn):使用單片機(jī)做設(shè)計(jì),降低硬件成本;體積小,適合設(shè)計(jì)小型而且較簡(jiǎn)單的控制系統(tǒng)。,單片機(jī)與個(gè)人PC機(jī)相比較,缺點(diǎn):由于單片機(jī)芯片設(shè)計(jì)及制造技術(shù)方面的原因,在有限的芯片上無法設(shè)計(jì)出太多的內(nèi)存空間,因此單片機(jī)上的ROM及RAM的容量都比較小。,1.2單片機(jī)的特點(diǎn),(1)體積小、重量輕、功耗低、功能強(qiáng)、性價(jià)比高??汕度敫鞣N設(shè)備中組成以之為核心的嵌入式系統(tǒng)。(2)數(shù)據(jù)大都在單片機(jī)內(nèi)部傳送,運(yùn)行速度快,抗干擾能力強(qiáng),可靠性高。(3)結(jié)構(gòu)靈活,易于組成各種微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。(4)應(yīng)用廣泛,既可用于工業(yè)自動(dòng)控制等場(chǎng)合,又可用于測(cè)量?jī)x器、醫(yī)療儀器及家用電器等領(lǐng)域。,返回本章首頁,主流產(chǎn)品——Intel單片機(jī)主流字長(zhǎng)——8位機(jī)基礎(chǔ)語言——匯編語言核心技術(shù)穩(wěn)定教學(xué)機(jī)型/典型代表:MCS-51系列(含MCS-52),,1.3單片機(jī)的發(fā)展與應(yīng)用,第一代(1974-1976):1974年美國(guó)仙童公司生產(chǎn)第一個(gè)4位單片機(jī)F8問世。發(fā)展了4位機(jī),多用于家用電器、計(jì)算器、玩具。,一、單片機(jī)的歷史,第三代(1980-1983):為高級(jí)8位機(jī)階段,發(fā)展了高性能8位機(jī),代表產(chǎn)品:MCS-51系列。普遍帶串口,有多級(jí)中斷處理系統(tǒng),多個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器,片內(nèi)ROM、RAM容量加大。尋址范圍可達(dá)64KB。有的帶A/D轉(zhuǎn)換器。用于智能終端、局部網(wǎng)絡(luò)接口。,第二代(1976-1980)為初級(jí)8位機(jī)階段,發(fā)展了各種中、低檔8位機(jī)。代表產(chǎn)品:Intel8048。片內(nèi)含有多個(gè)8位并行I/O接口、一個(gè)8位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器,尋址范圍不大于4KB,無串口??蓾M足一般工業(yè)控制和智能化儀表需要。,第四代:1983年以后,16位單片機(jī)階段。發(fā)展了MCS-96系列16位機(jī),功能強(qiáng)大,價(jià)格迅速下降。片內(nèi)含有A/D、可用于電機(jī)控制;網(wǎng)絡(luò)通訊能力增強(qiáng)。,,二、單片機(jī)的發(fā)展?fàn)顩r,1、CPU的改進(jìn)采用雙CPU結(jié)構(gòu),以提高處理能力。例:Rockwell公司的R6500/21和R65c29增加數(shù)據(jù)總線寬度例:NEC公司的uPD-7800將ALU作成16位運(yùn)算部件,內(nèi)部采用16位數(shù)據(jù)總線。采用流水線結(jié)構(gòu),具有很高的運(yùn)算速度串行總線結(jié)構(gòu)I2C和DDB三條數(shù)據(jù)總線代替現(xiàn)行的8位數(shù)據(jù)總線,從而大量減少單片機(jī)引線,降低成本。例:非力普公司的MAB8420、SCC83C51,2、存儲(chǔ)器的發(fā)展主要解決容量、ROM的易寫、不丟以及軟件保密等。,單片機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域,3、片內(nèi)I/O的狀況一般單片機(jī)都有較多并行口,以滿足外圍設(shè)備、芯片擴(kuò)展電路的需求,中高檔機(jī)還配有串口,以滿足多機(jī)通訊功能要求。(1)傳感器接口;(2)各種工業(yè)對(duì)象的電氣接口;(3)驅(qū)動(dòng)的功率接口;(4)人機(jī)對(duì)化接口;(5)通訊網(wǎng)絡(luò)接口。高速I/O能力、中斷處理能力、A/D、D/A的速度和精度、位操作能力、功率驅(qū)動(dòng)能力、程序運(yùn)行監(jiān)控能力、信號(hào)實(shí)時(shí)處理能力等。,4、片內(nèi)集成更多的外圍功能器件。A/D、D/A、DMA控制器、頻率合成器、聲音發(fā)生器、譯碼驅(qū)動(dòng)器、CRT控制器等。,5、半導(dǎo)體工藝技術(shù)的發(fā)展集成度提高(0.6um工藝)低功耗化(CMOS),總之將向高性能、高可靠性、網(wǎng)絡(luò)化、低電壓、低功耗、低噪音、低成本的方向發(fā)展。,,單片機(jī)的出現(xiàn)是計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展史上的一個(gè)重要里程碑,單片機(jī)的誕生標(biāo)志著計(jì)算機(jī)正式形成了通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)兩大分支。單片機(jī)的微小體積和極低的成本,使其可廣泛地嵌入到如儀器儀表、工業(yè)控制單元、汽車電子系統(tǒng)、辦公自動(dòng)化設(shè)備、家用電器、機(jī)器人、個(gè)人信息終端及通信產(chǎn)品中,成為現(xiàn)代電子系統(tǒng)中最重要的智能化工具。,單片機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域,,1.單片機(jī)在智能儀器儀表中的應(yīng)用;2.單片機(jī)在工業(yè)測(cè)控中的應(yīng)用;3.單片機(jī)在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和通訊技術(shù)中的應(yīng)用;4.單片機(jī)在日常生活及家電中的應(yīng)用;5.單片機(jī)在辦公自動(dòng)化方面。,遙控機(jī)器人在進(jìn)行滅火演習(xí),點(diǎn)焊,一個(gè)液晶顯示的數(shù)字式電腦溫度計(jì),出租車計(jì)價(jià)器及電子稱,,微計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概念,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,返回本章首頁,1.4計(jì)算機(jī)中的數(shù)和編碼,1.4.1計(jì)數(shù)制1.4.2二進(jìn)制數(shù)(用B表示)1.4.3十六進(jìn)制數(shù)(用H表示)1.4.4不同進(jìn)制數(shù)之間的轉(zhuǎn)換1.4.5數(shù)制書寫約定1.4.6計(jì)算機(jī)中數(shù)的表示1.4.7計(jì)算機(jī)常用編碼,返回本章首頁,1.4.1計(jì)數(shù)制,日常生活中廣泛使用的數(shù)為十進(jìn)制數(shù),這是一種逢十進(jìn)一的計(jì)數(shù)方法。用的數(shù)制還有二進(jìn)制、八進(jìn)制和十六進(jìn)制等?;鶖?shù)小于10的計(jì)數(shù)制,可用十進(jìn)制相應(yīng)的數(shù)碼作為它的數(shù)字符號(hào),一個(gè)數(shù)一般由多個(gè)數(shù)碼組成。數(shù)碼在數(shù)中的位置不同,其值也不同。,返回本節(jié),1.4.2二進(jìn)制數(shù)(用B表示),以2為基數(shù)的數(shù)制稱為二進(jìn)位計(jì)數(shù)制,它只包括0和1兩個(gè)數(shù)碼,很容易用電子元件的兩種不同的狀態(tài)來表示,例如,用高電平表示1,用低電平表示0。所以,計(jì)算機(jī)中通常采用二進(jìn)制數(shù)。二進(jìn)制數(shù)的計(jì)數(shù)特征:逢二進(jìn)一,運(yùn)算簡(jiǎn)單。在加、減、乘、除四則運(yùn)算中,乘法實(shí)質(zhì)上是做移位加法,除法則是移位減法。,返回本節(jié),1.4.3十六進(jìn)制數(shù)(用H表示),為了書寫和閱讀方便,經(jīng)常采用十六進(jìn)制數(shù)作為二進(jìn)制的縮寫形式。十進(jìn)制數(shù)、二進(jìn)制數(shù)、十六進(jìn)制數(shù)的對(duì)照表如表1-1所示。在計(jì)數(shù)時(shí),逢十六進(jìn)一,這樣書寫長(zhǎng)度短,且可方便將十六進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)或?qū)⒍M(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為十六進(jìn)制數(shù)。,表1-1十進(jìn)制數(shù)、二進(jìn)制數(shù)、十六進(jìn)制數(shù)對(duì)照表,返回本節(jié),1.4.4不同進(jìn)制數(shù)之間的轉(zhuǎn)換,1.二進(jìn)制轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制基本方法:將二進(jìn)制數(shù)按權(quán)展開式,利用十進(jìn)制數(shù)的運(yùn)算法則求和,即可得到等值的十進(jìn)制數(shù)。,,2.十進(jìn)制到二進(jìn)制的轉(zhuǎn)換l十進(jìn)制整數(shù)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制整數(shù)l十進(jìn)制小數(shù)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制小數(shù)l帶小數(shù)的十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù),3.二進(jìn)制、十六進(jìn)制之間的相互轉(zhuǎn)換將二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為十六進(jìn)制數(shù),從低位開始,每四位一組,然后將其轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的十六進(jìn)制數(shù)。如最后一組不足四位,需在左邊補(bǔ)0。用同樣方法可將二進(jìn)制小數(shù)轉(zhuǎn)換十六進(jìn)制小數(shù)。只是分組應(yīng)從小數(shù)點(diǎn)右邊開始分成四位一組。十六進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù),將每位十六進(jìn)制數(shù)直接轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的二進(jìn)制數(shù)。,返回本節(jié),二進(jìn)制與十進(jìn)制、十六進(jìn)制的轉(zhuǎn)換有專用的計(jì)算器。采用電腦,這時(shí)你可以點(diǎn)擊開始然后點(diǎn)擊程序再點(diǎn)附件這時(shí)我們會(huì)看到有一個(gè)計(jì)算器的程序,我們點(diǎn)擊一下計(jì)算器,這時(shí)一個(gè)計(jì)算器的操作界面就出來了。如果你看到的是一個(gè)跟我們普通計(jì)算器一樣的界面,這時(shí)你還需要進(jìn)行一個(gè)小小的設(shè)定,點(diǎn)擊計(jì)算器界面上的查看,這時(shí)會(huì)下拉一個(gè)菜單,即標(biāo)準(zhǔn)型,科學(xué)型,我們選擇科學(xué)型,這時(shí)一個(gè)可進(jìn)行二、十、十六進(jìn)制運(yùn)算的計(jì)算器就出來了。,1.4.5數(shù)制書寫約定,在書寫計(jì)算機(jī)程序時(shí),一般不用基數(shù)作為下標(biāo)來區(qū)分各種進(jìn)制,而是用相應(yīng)的英文字母作后綴來表示各種進(jìn)制的數(shù)。例如:B(Binary)——表示二進(jìn)制數(shù)。D(Decimal)——表示十進(jìn)制數(shù),一般D可省略,即無后綴的數(shù)字為十進(jìn)制數(shù)。H(Hexadecimal)——表示十六進(jìn)制數(shù)。,返回本節(jié),1.4.6計(jì)算機(jī)中數(shù)的表示,1.原碼、反碼和補(bǔ)碼l原碼:在符號(hào)位中用0表示正、用1表示負(fù)的二進(jìn)制數(shù),稱為原碼。例如,x1=+1110111B,[x1]原=01110111Bx2=-1110111B,[x2]原=11110111B數(shù)0可是+0或-0。因此,0在原碼中形式:[+0]原=00000000B,[-0]原=10000000B,l反碼:正數(shù)的反碼=原碼;負(fù)數(shù)的反碼=原碼的符號(hào)位不變而數(shù)值按位取反。所謂按位取反,即將各位的1變成0,0變成1。例如,x1=+13,[x1]反=[+13]原=00001101B。又如,x2=-13,[x2]原=[-13]原=10001101B,[x2]反=[-13]反=11110010B。,l補(bǔ)碼:正數(shù)的補(bǔ)碼=原碼;負(fù)數(shù)的補(bǔ)碼=反碼+1。例如,x1=+1101101B,[x1]補(bǔ)=[+1101101B]原=01101101B。又如,x2=-1101101B,[x2]反=10010010B,[x2]補(bǔ)=10010011B。在補(bǔ)碼表示中,“0”是唯一的。即[0]補(bǔ)=00000000B,2.?dāng)?shù)的小數(shù)點(diǎn)表示方法l定點(diǎn)表示法:表示小數(shù)點(diǎn)的位置是固定不變的。分為純整數(shù)和純小數(shù)兩類。,純整數(shù)表示方法,純小數(shù)表示方法,其格式如下所示:,l浮點(diǎn)表示法浮點(diǎn)表示法中小數(shù)點(diǎn)的位置是不固定的。任意二進(jìn)制數(shù)N一般可表示為:N=2PS一個(gè)浮點(diǎn)數(shù)分為階碼和尾數(shù)兩部分,二者各有表示正負(fù)的階符和數(shù)符,常用存儲(chǔ)格式:,在微計(jì)算機(jī)中常用的浮點(diǎn)數(shù)表示有:(1)四字節(jié)浮點(diǎn)數(shù)格式(如圖1-2所示),它由一個(gè)字節(jié)指數(shù)(EXP)、三個(gè)字節(jié)尾數(shù)構(gòu)成,共用四個(gè)存儲(chǔ)單元。(2)三字節(jié)浮點(diǎn)數(shù)格式(如圖1-3所示)。,圖1-2四字節(jié)浮點(diǎn)數(shù)格式,圖1-3三字節(jié)浮點(diǎn)數(shù)格式,D7D6D5……D0,返回本節(jié),1.4.7計(jì)算機(jī)常用編碼,常見的編碼有BCD碼、ASCII碼等。1.二—十進(jìn)制編碼是一種用二進(jìn)制編碼的十進(jìn)制數(shù),稱BCD碼。BCD碼用標(biāo)準(zhǔn)的8421的純二進(jìn)制碼的十六個(gè)狀態(tài)中的十個(gè)(如表1-2所示)。BCD碼用BCD碼表示十進(jìn)制數(shù),只要將每位十進(jìn)制數(shù)用適當(dāng)?shù)乃奈欢M(jìn)制碼代替即可。,表1-2BCD編碼,2.字母和符號(hào)的編碼微機(jī)普遍采用的是ASCII碼(如表1-3所示)。ASCII碼是一種八位代碼,最高位一般用于奇偶校驗(yàn),其余七位二進(jìn)制碼對(duì)128個(gè)字符進(jìn)行編碼。,表1-3ASCII(美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)信息交換碼)表,返回本節(jié),,,- 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