第1章-微机基础知识-李朝青-单片机原理及接口技术(第3版)ppt课件.ppt
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- 微机 基础知识 李朝青 单片机 原理 接口 技术 ppt 课件
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1、设计者:刘艳玲设计者:刘艳玲22:42目 录& 第第1 1章章 微机基础知识微机基础知识& 第第2 2章章 89C5189C51单片机硬件结构和原理单片机硬件结构和原理& 第第3 3章章 指令系统指令系统& 第第4 4章章 汇编语言程序设计知识汇编语言程序设计知识& 第第5 5章章 中断系统中断系统& 第第6 6章章 定时器及应用定时器及应用& 第第7章章 89C51串行口及串行通信技术串行口及串行通信技术& 第第8章章 单片机小系统及扩展单片机小系统及扩展& 第第9章章 应用系统配置及接口技术应用系统配置及接口技术& 第第10章章 系统实用程序系统实用程序参考资料参考资料Exit22:42第
2、一章第一章 微机基础知识微机基础知识1.1 1.1 微处理器、微机和单片机的概念微处理器、微机和单片机的概念Back1.2 1.2 常用数制和编码常用数制和编码1.3 1.3 数据在计算机中的表示数据在计算机中的表示1.4 89C511.4 89C51单片机单片机 1.5 1.5 思考题与习题思考题与习题22:421.1 1.1 微处理器、微机和单片机的概念微处理器、微机和单片机的概念Back*1.1.21.1.2 存储器和输入输出接口存储器和输入输出接口*1.1.11.1.1 微处理器微处理器( (机机) )的组成的组成22:42概念概念1 1、微处理器、微处理器3 3、单片机、单片机2 2
3、、微型计算机、微型计算机22:42微处理器微处理器(Microprocessor)(Microprocessor)是小型计算机或微型计算机的控制和处理部分。是小型计算机或微型计算机的控制和处理部分。 又称中央处理单元又称中央处理单元CPUCPU(Central Processing Central Processing UnitUnit)。)。22:42微型计算机微型计算机(Microcomputer,Microcomputer,简称微机简称微机 MCMC)是具有完整运算及控制功能的计算机。是具有完整运算及控制功能的计算机。包括包括微处理器微处理器(CPU)(CPU) 如图如图1-11-1所示
4、。所示。存储器存储器接口适配器(输入输出接口电路)接口适配器(输入输出接口电路)输入输入/ /输出(输出(I/OI/O)设备。)设备。图图1-1 微机的组成微机的组成 微处理器由控制器、运算器和若干个寄存器组成;微处理器由控制器、运算器和若干个寄存器组成;/设备与微处理器的连接需要通过接口适配器设备与微处理器的连接需要通过接口适配器(即即/接口接口);存储器是指微机内部的存储器存储器是指微机内部的存储器(RAM、ROM和和EPROM等芯片等芯片)。22:42单片机单片机(Single-Chip MicrocomputerSingle-Chip Microcomputer) 是将微处理器、一定容
5、量是将微处理器、一定容量RAMRAM和和ROMROM以及以及I/OI/O口、定时器等电路集成在一块芯片上,构口、定时器等电路集成在一块芯片上,构成单片微型计算机。成单片微型计算机。微处理器微处理器RAM RAM ROMROMI/OI/O口口定时器定时器单片微型计算机单片微型计算机Back22:421.1.1 1.1.1 微处理器(机)的组成微处理器(机)的组成Back2 1、运算器、运算器2 2 2、控制器、控制器2 3 3、CPUCPU中的主要寄存器中的主要寄存器22:42计算机的模型计算机的模型微处理单元与存储器及微处理单元与存储器及I/OI/O接口组成的计算机模型如接口组成的计算机模型如
6、 图图1-21-2所示。所示。 图中只画出图中只画出CPUCPU主要的寄存器和控制电路,并且假设所有的计数器、寄主要的寄存器和控制电路,并且假设所有的计数器、寄存器和总线都是存器和总线都是8 8位宽度。位宽度。 ALUALU、计数器、寄存器和控制部分除在微处理器内通过内部总线相互联系以外,还通过外、计数器、寄存器和控制部分除在微处理器内通过内部总线相互联系以外,还通过外部总线和外部的存储器和输入部总线和外部的存储器和输入/ /输出接口电路联系。输出接口电路联系。 外部总线一般分为数据总线、地址总线和控制总线,统称为系统总线。外部总线一般分为数据总线、地址总线和控制总线,统称为系统总线。 存储器
7、包括存储器包括RAMRAM和和ROMROM。 微计算机通过输入微计算机通过输入/ /输出接口电路可与各种外围设备联接输出接口电路可与各种外围设备联接。! 22:42图图1-2 一个计算机模型一个计算机模型22:421 1、运算器、运算器Back1 1)、组成)、组成2 2)、作用作用3 3)、ALUALU的两个主要的输入来源的两个主要的输入来源4 4)、运算器的两个主要功能)、运算器的两个主要功能22:421 1)运算器的组成)运算器的组成算术逻辑单元算术逻辑单元( (简称简称ALUALU)Back运算器运算器累加器累加器 寄存器寄存器22:422 2)运算器的作用运算器的作用是把传送到微处理
8、器的数据进行运算或逻辑是把传送到微处理器的数据进行运算或逻辑运算。运算。举例举例ALUALU可对两个操作数进行加、减、与、或、可对两个操作数进行加、减、与、或、比较大小等操作,最后将结果存入累加器。比较大小等操作,最后将结果存入累加器。ALUALU执行不同的运算操作是由不同控制线上执行不同的运算操作是由不同控制线上的信息所确定的。的信息所确定的。Back22:42例如:例如: 两个数(两个数(7 7和和9 9)相加,在相加之前,操作)相加,在相加之前,操作数数9 9放在累加器中,放在累加器中,7 7放在数据寄存器中,执放在数据寄存器中,执行两数相加运算的控制线发出行两数相加运算的控制线发出“加
9、加”操作信操作信号,号,ALUALU即把两个数相加并把结果(即把两个数相加并把结果(1616)存入)存入累加器,取代累加器前面存放的数累加器,取代累加器前面存放的数9 9。Back22:423 3)ALUALU的两个主要的输入来源的两个主要的输入来源输入来源输入来源数据寄存器数据寄存器累加器累加器Back22:424 4)运算器的两个主要功能运算器的两个主要功能(1 1)执行各种算术运算。)执行各种算术运算。(2 2)执行各种逻辑运算,并进行逻辑测试。)执行各种逻辑运算,并进行逻辑测试。如零值测试或两个值的比较。如零值测试或两个值的比较。Back22:422 2、控制器、控制器1 1)、控制器
10、的组成)、控制器的组成2 2)、控制器的作用)、控制器的作用3 3)、控制器的主要功能)、控制器的主要功能Back22:42Back控制器的组成控制器的组成程序计数器程序计数器指令寄存器指令寄存器指令译码器指令译码器时序产生器时序产生器操作控制器操作控制器1 1)控制器的组成)控制器的组成22:422 2)作用)作用它是发布命令的它是发布命令的“决策机构决策机构”,即协,即协调和指挥整个计算机系统的操作。调和指挥整个计算机系统的操作。Back22:423 3)控制器的主要功能)控制器的主要功能对指令进行译码或测试,并产生相应对指令进行译码或测试,并产生相应的操作控制信号,以便启动规定的动作。的
11、操作控制信号,以便启动规定的动作。指挥并控制指挥并控制CPUCPU、内存和输入、内存和输入/ /输出设输出设备之间数据流动的方向。备之间数据流动的方向。从内存中取出一条指令,并指出下一从内存中取出一条指令,并指出下一条指令在内存中的位置。条指令在内存中的位置。Back22:423 3、CPUCPU中的主要寄存器中的主要寄存器1 1)累加器()累加器(A A)2 2)数据寄存器()数据寄存器(DRDR)3 3)指令寄存器()指令寄存器(IRIR)4 4)指令译码器()指令译码器(IDID)6 6)地址寄存器()地址寄存器(ARAR)5 5)程序计数器()程序计数器(PCPC)Back22:421
12、 1)累加器()累加器(A A)Back在算术和逻辑运算时,它具有双重功能:在算术和逻辑运算时,它具有双重功能: 运算前,用于保存一个操作数;运算前,用于保存一个操作数; 运算后,用于保存所得的和、差或逻辑运算结果。运算后,用于保存所得的和、差或逻辑运算结果。累加器是微处理器中最繁忙的寄存器。累加器是微处理器中最繁忙的寄存器。22:422 2)数据寄存器()数据寄存器(DRDR)数据(缓冲)寄存器(数据(缓冲)寄存器(DRDR)是通过数据总)是通过数据总线(线(DBUSDBUS)向存储器()向存储器(M M)和输入)和输入/ /输出设输出设备备I/OI/O送(写)或取(读)数据的暂存单元。送(
13、写)或取(读)数据的暂存单元。Back22:423 3)指令寄存器()指令寄存器(IRIR)指令寄存器用来保存当前正在执行的一条指指令寄存器用来保存当前正在执行的一条指令。令。当执行一条指令时先把它从内存取到数据寄当执行一条指令时先把它从内存取到数据寄存器中,然后再传送到指令译码器中。存器中,然后再传送到指令译码器中。Back22:424 4)指令译码器()指令译码器(IDID)指令分为操作码和地址码字段,由二进制数字组指令分为操作码和地址码字段,由二进制数字组成。当执行任何给定的指令,必须对操作码进行成。当执行任何给定的指令,必须对操作码进行译码,以便确定所要求的操作。译码,以便确定所要求的
14、操作。指令寄存器中操作码字段的输出就是指令译码器指令寄存器中操作码字段的输出就是指令译码器的输入。的输入。操作码一经译码后,即可向控制器发出具体操作操作码一经译码后,即可向控制器发出具体操作的特定信号。的特定信号。Back22:425 5)程序计数器()程序计数器(PCPC) 通常又称为指令地址计数器。通常又称为指令地址计数器。在程序开始执行前,必须将其起始地址,即程在程序开始执行前,必须将其起始地址,即程序的第一条指令所在的内存单元地址送到序的第一条指令所在的内存单元地址送到PCPC。当执行指令时,当执行指令时,CPUCPU将自动修改将自动修改PCPC的内容,使之总是的内容,使之总是保存将要
15、执行的下一条指令的地址。保存将要执行的下一条指令的地址。由于大多数指令都是按顺序执行的,所以修改的由于大多数指令都是按顺序执行的,所以修改的过程通常是简单的加过程通常是简单的加1 1操作。操作。Back22:426 6)地址寄存器)地址寄存器 (ARAR)地址寄存器用来保存当前地址寄存器用来保存当前CPUCPU所要访问的内存单元所要访问的内存单元或或I/OI/O设备的地址。设备的地址。因为内存(因为内存(I/OI/O设备)和设备)和CPUCPU之间存在着速度上的之间存在着速度上的差别,所以必须使用地址寄存器来保存地址信息,差别,所以必须使用地址寄存器来保存地址信息,直到内存(直到内存(I/OI
16、/O设备)读设备)读/ /写操作完成为止。写操作完成为止。Back22:421.1.2 1.1.2 存储器和输入输出接口存储器和输入输出接口1 1、存储器、存储器2 2、I/OI/O接口及外设接口及外设Back22:421 1、存储器、存储器 如图如图1-41-4所示。所示。 地址总线、数据总线和若干控制线把存储器和微处理器连接起地址总线、数据总线和若干控制线把存储器和微处理器连接起来。来。 存储器从存储器从CPUCPU接收控制信号,以确定存储器执行读接收控制信号,以确定存储器执行读/ /写操作。写操作。 地址总线将地址总线将8 8位地址信息送入地址译码器,地址译码器的输出位地址信息送入地址译
17、码器,地址译码器的输出可以确定唯一的存储单元。可以确定唯一的存储单元。 数据总线用来传送存储器到数据总线用来传送存储器到CPUCPU或或CPUCPU到存储器的数据信息到存储器的数据信息。22:42Back图图1-4 随机存取存储器随机存取存储器22:422 2、I/OI/O接口及外设接口及外设每个外设与微处理器的连接必须经过接口每个外设与微处理器的连接必须经过接口适配器(适配器(I/OI/O接口)。接口)。每个每个I/OI/O接口及其对应的外设都有一个固定接口及其对应的外设都有一个固定的地址,在的地址,在CPUCPU的控制下实现对外设的输入的控制下实现对外设的输入(读)和输出(写)操作。(读)
18、和输出(写)操作。Back22:421.2 1.2 常用数制和编码常用数制和编码Back* 1.2.1 数制及数制间转换数制及数制间转换 * 1.2.2计算机中常用编码计算机中常用编码 22:42 1.2.1 数制及数制间转换数制及数制间转换Back* 1.1. 数制数制计数的进位制计数的进位制* 2 2、不同数制之间的转换、不同数制之间的转换22:421. 1. 数制数制计数的进位制计数的进位制Back* 1.1.二进制:二进制:是是“0”0”和和“1”1”这样的数、逢这样的数、逢2 2进位。按权展开时权的基进位。按权展开时权的基数为数为2 2。用后缀字母。用后缀字母“B”B”表示。表示。如
19、:如:1001=11001=12 23 3+0+02 22 2+0+02 21 1+1+12 20 0 =9=9(十进制数)(十进制数)* 2.2.十进制十进制:是:是“0”0”“9”“9”之间的数、逢之间的数、逢1010进位。按权展开时权的进位。按权展开时权的基数为基数为1010。用后缀字母。用后缀字母“D”D”表示。表示。如:如:1135=11135=110103 3+1+110102 2+3+310101 1+5+510100 0 * 3.3.十六进制:十六进制:是是“0”0”“9”“9”,“A,B,C,D,E,F”A,B,C,D,E,F”之间的数、逢之间的数、逢1616进进位。按权展开
20、时权的基数为位。按权展开时权的基数为1616。用后缀字母。用后缀字母“H”H”表示。表示。如:如:1C5H=11C5H=116162 2+12+1216161 1+5+516160 0 =453D=453D22:422 2、不同数制之间的转换、不同数制之间的转换Back1 1、二进制、十六进制转化成十进制:、二进制、十六进制转化成十进制:将二、十六进制数按权展开相加即为相应的十进制数。将二、十六进制数按权展开相加即为相应的十进制数。如:如:1101=11101=12 23 3+1+12 22 2+0+02 21 1+1+12 20 0 =13D=13D如:如:1FH=11FH=116161 1
21、+15+1516160 0 =31D=31D2 2、十进制转换成二进制数:、十进制转换成二进制数:将十进制数除将十进制数除2 2取余,商为取余,商为0 0止余数倒置。止余数倒置。如:如:11D=1011B11D=1011B 3 3、十进制转换成十六进制数:、十进制转换成十六进制数:将十进制数除将十进制数除1616取余,商为取余,商为0 0止余数倒置。止余数倒置。如:如:100D=64H100D=64H4 4、二进制转换成十六进制数:、二进制转换成十六进制数:将二进制数以小数点为界四位一分,不足补将二进制数以小数点为界四位一分,不足补0 0,用一位十六进制数代,用一位十六进制数代替四位二进制数。
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