单片机原理及接口技术-李朝青-(第版)-课件.ppt
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- 单片机 原理 接口 技术 李朝青 课件
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1、设计者:刘艳玲设计者:刘艳玲1ppt课件第第1 1章章 微机基础知识微机基础知识o1.1 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o1.2 微机的工作过程微机的工作过程o1.3 常用数制和编码常用数制和编码o1.4 数据在计算机中的表示数据在计算机中的表示o1.5 89C51/S51单片机单片机o1.6 思考题与习题思考题与习题2ppt课件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*1.1.2 1.1.2 存储器和输入输出接口存储器和输入输出接口*1.1.1 1.1.1 微处理器微处理器(机机)的组成的组成3ppt课件概念概念1 1、微处理器、微处
2、理器3 3、单片机、单片机2 2、微型计算机、微型计算机4ppt课件微处理器微处理器(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)。)。5ppt课件 微型计算机微型计算机(Microcomputer,Microcomputer,简称微机简称微机 MCMC)是具是具有完整运算及控制功能的计算机。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)
3、(CPU)如图如图1-11-1所示。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)。6ppt课件单片机单片机(Single-Chip MicrocomputerSingle-Chip Microcomp
4、uter)是将微处理器、一定容量是将微处理器、一定容量RAMRAM和和ROMROM以及以及I/OI/O口、口、定时器等电路集成在一块芯片上,构成单片微定时器等电路集成在一块芯片上,构成单片微型计算机。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7ppt课件1.1.1 1.1.1 微处理器(机)的组成微处理器(机)的组成2 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8ppt课件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
5、口组成的计算机模型如 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、寄存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,还通过外部总、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
6、。存储器包括存储器包括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。!9ppt课件图图1-2 一个计算机模型一个计算机模型10ppt课件1 1、运算器、运算器1 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11ppt课件1 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)运算器运算器累加器累加器 寄存器寄存器12ppt课件2 2)运算器的作用运算器的作用 是把传送到微处理器的
7、数据进行运算或逻辑运是把传送到微处理器的数据进行运算或逻辑运算。算。举例举例 ALUALU可对两个操作数进行加、减、与、或、比较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。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的信执行不同的运算操作是由不同控制线上的信息所确定的。息所确定的。13ppt课件 例如:例如:两个数(两个数(7 7和和9 9)相加,在相加之前,操作数)相加,在相加之前,操作数9 9放在累加器中,放在累加器中,7 7放在数据寄存器中,执行两放在数据寄存器中,执行两数相加运算的控制线发出数相加运算的控制线发出“加加”操
8、作信号,操作信号,ALUALU即把两个数相加并把结果(即把两个数相加并把结果(1616)存入累加器,)存入累加器,取代累加器前面存放的数取代累加器前面存放的数9 9。14ppt课件3 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15ppt课件4 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。16ppt课件2 2、控制器、控制器1 1)、控制器的组成)、控制器的
9、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17ppt课件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18ppt课件2 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”,即协调,即协调和指挥整个计算机系统的操作。和指挥整个计算机系统的操作。19ppt课件3 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,并产生相应的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。操作控制信号,以便启动规定
10、的动作。指挥并控制指挥并控制CPUCPU、内存和输入、内存和输入/输出设备输出设备之间数据流动的方向。之间数据流动的方向。从内存中取出一条指令,并指出下一条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。指令在内存中的位置。20ppt课件3 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)21ppt课件1 1)累加器()累加器(A A)在算术
11、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。22ppt课件2 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)是通过数据总线)是通过数据总线(DBUSDBUS)向存储器()向存储器(M M)和输入)和输入/输出设备输出设备I/OI/O送送(写)或取(读)数据的暂存单元。(写)或取(读)数据的暂存单元。23ppt课件3 3)
12、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令。指令寄存器用来保存当前正在执行的一条指令。当执行一条指令时先把它从内存取到数据寄存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。器中,然后再传送到指令译码器中。24ppt课件4 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,由二进制数字组成。当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,必须对操作码进行译码,以便确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。定所要求的操作。指令寄存器中操作码字段的输出就是指令译码器的输指令寄存
13、器中操作码字段的输出就是指令译码器的输入。入。操作码一经译码后,即可向控制器发出具体操作的特操作码一经译码后,即可向控制器发出具体操作的特定信号。定信号。25ppt课件5 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,即程序的在程序开始执行前,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,使之总是保的内容,使之总是保存将要执行的下一条指令的地址。存将要执行的下一条指令的地址。由于大多数
14、指令都是按顺序执行的,所以修改的过程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通常是简单的加1 1操作。操作。26ppt课件6 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或所要访问的内存单元或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差别,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,直到内存所以必须使用地址寄存器来保存地址信息,直到内存(I/OI/O设备)读设备)读/写操作完成为止。写操作完成为止。27ppt课件1.
15、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28ppt课件1 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来。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。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,地址译码器的输出可以位地址信息送入地址译码器,地址译码器的输出可以确定唯一的存储单元。确定唯一的存储单元。数据总线用来传送存储器到数
16、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。29ppt课件图图1-4 随机存取存储器随机存取存储器30ppt课件2 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适配每个外设与微处理器的连接必须经过接口适配器(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的接口及其对应的外设都有一个固定的地址,在地址,在CPUCPU的控制下实现对外设的输入(读)的控制下实现对外设的输入(读)和输出(写)操作。和输出(写)操作。31ppt课件1.2 微机的工作过程o 计算机采取“存储程序”的工作方式,即事
17、先把程序加载到计算机的存储器中,当启动运行后,计算机便自动进行工作。计算器虽然也有运算和控制的功能,但它不是“存储程序”式的自动工作方式,所以不能称为计算机。o 任何计算机都有它的指令系统,有十几条至一百多条指令,并有若干种寻址方式。我们假设图1-2所示的模型计算机有4条指令,并只有一种寻址方式直接寻址方式,模型机的指o 令及其说明如表1-1所列。32ppt课件表1-1模型机指令表名称助记符操作码注释取入累加器LDA1001 0110(96H)将存储单元的内容取入累加器,其单元地址由下一个字节给出加法ADD1001 1011(9BH)将存储单元的内容和累加器的现有内容相加,结果放在累加器中,存
18、储单元的地址由下一字节给出累加器送存STA1001 0111(97H)累加器内容送存,存储单元的地址由下一字节给出停机HLT0011 1110(3EH)停止全部操作33ppt课件o 寻址方式是指用什么方法寻找指令的操作数。上述4条指令除HLT外,LDA、ADD和STA都有操作数。直接寻址方式的指令格式如图1-5所示。o 指令中应有一部分数位(8位,即1字节)用于指明所执行的特定操作,这部分(图1-5中的第1字节)称为操作码。o 该模型机的操作有数据传送(LDA)、相加(ADD)、送存(STA)和停机(HLT)4种。它们的操作码如表1-1所列。34ppt课件图图1-5 直接寻址方式的指令格式直接
19、寻址方式的指令格式35ppt课件o指令中还应有一部分数位(图1-5中的第2字节)用于说明被操作的数据来自什么地方,这一部分叫操作数的地址。o在这种寻址方式中,一条指令(如LDA、ADD和STA)需要2个字节:第1个字节是操作码,第2个字节不是操作数,而是存放操作数的内存单元的地址。例如:LDA 23;将地址为23的内存单元中的内容7装入累加器A中。23为操作数的地址o在图1-6所示的内存单元23中存放的7为操作数。执行上述指令后就将7装入累加器A中。图1-6 执行“LDA23”指令36ppt课件1.2.1 执行一条指令的顺序o 计算机执行程序是一条指令一条指令执行的。执行一条指令的过程可分为两
20、个阶段,如图1-7所示。图图1-7 取指令、执行指令序列取指令、执行指令序列37ppt课件o在计算机中,“存储程序”第1条指令的第1个字节一定是操作码。这样,CPU首先进入取指阶段,从存储器中取出指令并通过CPU译码后,转入执指阶段,在这期间,CPU执行指令指定的操作。o取指阶段是由一系列相同的操作组成的,因此,取指阶段的时间总是相同的。而执行指令的阶段是由不同的事件顺序组成的,它取决于被执行指令的类型。执行完一条指令后接着执行下一条指令。所以,程序的执行顺序是取指执指,取指执指如此反复直至程序结束。38ppt课件1.2.2 执行一条指令的过程o 指令“LDA 23”的执行过程是怎样的呢?这是
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