(2)--[1.1]单片机设计及应用.ppt

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1、第1章 单片机的基础知识主要内容：主要内容：n1.1 1.1 微机概述微机概述n1.2 1.2 单片机概述单片机概述n1.3 1.3 微型计算机系统的结构和工作原理微型计算机系统的结构和工作原理n1.4 1.4 单片机的组成、特点与应用单片机的组成、特点与应用n1.5 1.5 常用单片机产品系列及性能简介常用单片机产品系列及性能简介n1.6 1.6 微型计算机的数制与码制微型计算机的数制与码制本章将从微机及单片机系统的总统框架入手，帮助学生建立起微机及单本章将从微机及单片机系统的总统框架入手，帮助学生建立起微机及单片机系统的概念，并通过掌握数据格式间的转换，为后继学习奠定基础。片机系统的概念，

2、并通过掌握数据格式间的转换，为后继学习奠定基础。本章的本章的重点重点是是微机的系统组成、各数制间的转换、计算机中数的表示方微机的系统组成、各数制间的转换、计算机中数的表示方法、计算机的二进制数运算等。法、计算机的二进制数运算等。本章的本章的难点难点微机的工作过程、各数制间的转换、二进制数运算。微机的工作过程、各数制间的转换、二进制数运算。本章要点 19461946年，第一台计算机在美国诞生。年，第一台计算机在美国诞生。1.1 微 机 概 述1.1.1 计算机的发展6060多年来，根据多年来，根据计算机采用的逻辑元件计算机采用的逻辑元件来分，计算机经历了来分，计算机经历了电子管、电子管、晶体管、

3、中小规模集成电路、大规模及超大规模集成电路计算机晶体管、中小规模集成电路、大规模及超大规模集成电路计算机这这5 5个阶段。个阶段。1.1 微 机 概 述1.1.1 计算机的发展（1 1）第）第1 1代计算机，即电子管时代的计算机。代计算机，即电子管时代的计算机。从从2020世纪世纪4040年代末到年代末到5050年代中期的计算机都采用年代中期的计算机都采用电子管电子管为主要为主要元件。这一代计算机主要用于科学计算。元件。这一代计算机主要用于科学计算。1.1 微 机 概 述（2 2）第）第2 2代计算机，即晶体管时代的计算机。代计算机，即晶体管时代的计算机。2020世纪世纪5050年代中期，年代

4、中期，晶体管晶体管取代电子管，大大缩小了计算机的取代电子管，大大缩小了计算机的体积，降低了成本，同时将运算速度提高了近百倍。第体积，降低了成本，同时将运算速度提高了近百倍。第2 2代计算代计算机不仅用于科学计算，而且开始用于数据处理和过程控制。机不仅用于科学计算，而且开始用于数据处理和过程控制。1.1 微 机 概 述（3 3）第）第3 3代计算机。代计算机。2020世纪世纪6060年代中期，集成电路问世之后，出现了年代中期，集成电路问世之后，出现了中、小规模集中、小规模集成电路成电路构成的计算机。这一时期，实时系统和计算机通信网络构成的计算机。这一时期，实时系统和计算机通信网络有了一定的发展。

5、有了一定的发展。1.1 微 机 概 述（4 4）第）第4 4代计算机。代计算机。2020世纪世纪7070年代初，出现了以年代初，出现了以大规模集成电路大规模集成电路为主体的计算机。为主体的计算机。这一代计算机的体积进一步缩小，性能进一步提高，发展了并这一代计算机的体积进一步缩小，性能进一步提高，发展了并行技术和多机系统，出现了精简指令集计算机（行技术和多机系统，出现了精简指令集计算机（Reduced Reduced Instruction Set ComputerInstruction Set Computer，RISCRISC）。）。微型计算机（微型计算机（MicrocomputerMicr

6、ocomputer）也是在第也是在第4 4代计算机时期产生的。代计算机时期产生的。1.1 微 机 概 述（5 5）第）第5 5代计算机。代计算机。计算机采用计算机采用超大规模集成电路超大规模集成电路，在系统结构上类似人脑的神经，在系统结构上类似人脑的神经网络，在材料上使用常温超导材料和光器件，在计算机结构上网络，在材料上使用常温超导材料和光器件，在计算机结构上采用超并行的数据流计算等。采用超并行的数据流计算等。1.1 微 机 概 述计算机有多种分类方法，按性能规模可分为计算机有多种分类方法，按性能规模可分为巨型机、大型机、中型机、巨型机、大型机、中型机、小型机、微型机和工作站小型机、微型机和工

7、作站。1.1 微 机 概 述1.1.2 计算机的分类（1 1）巨型机）巨型机 （2 2）大型机）大型机 （3 3）中型机）中型机（4 4）小型机）小型机 （5 5）微型计算机）微型计算机 微型机又称个人计算机（微型机又称个人计算机（Personal ComputerPersonal Computer，PCPC），它是日常生），它是日常生活中使用最多、最普遍的计算机，具有价格低廉、性能强、体积小、功耗低等特活中使用最多、最普遍的计算机，具有价格低廉、性能强、体积小、功耗低等特点。现在微型计算机已进入到了千家万户，成为人们工作、生活的重要工具。点。现在微型计算机已进入到了千家万户，成为人们工作、生

8、活的重要工具。（6 6）工作站）工作站 1.1 微 机 概 述1.1.2 计算机的分类 随着大规模集成电路的发展，计算机分别朝着随着大规模集成电路的发展，计算机分别朝着巨型或大型机巨型或大型机和和超小超小型或微型机型或微型机两个方向发展。两个方向发展。以以微处理器微处理器MPUMPU（Micro Processing UnitMicro Processing Unit）为核心，配上大容量的半导）为核心，配上大容量的半导体体存储器存储器及功能强大的可编程及功能强大的可编程接口芯片接口芯片，连上，连上外部设备外部设备及及电源电源所组所组成的计算机，称作成的计算机，称作微型计算机微型计算机，简称，简

9、称微型机微型机或或微机微机。在计算机中人们接触最多的是微机。在计算机中人们接触最多的是微机。1.1 微 机 概 述1.1.2 计算机的分类 微机在系统结构和基本工作原理上，与其他计算机（巨、大、微机在系统结构和基本工作原理上，与其他计算机（巨、大、中小型的计算机）并无本质差别，中小型的计算机）并无本质差别，主要差别主要差别在于微机采用了在于微机采用了集成度相当高的器件和部件，它的核心部分是集成度相当高的器件和部件，它的核心部分是微处理器微处理器。1.1 微 机 概 述1.1.3 微机的发展微处理器（或称微处理机）微处理器（或称微处理机）是指由一片或几片大规模集成电是指由一片或几片大规模集成电路

10、组成的、具有路组成的、具有运算器运算器和和控制器控制器功能的功能的中央处理器中央处理器（CPUCPU）。）。以微处理器为核心的微机是计算机的第以微处理器为核心的微机是计算机的第4 4代产品。代产品。1.1 微 机 概 述1.1.3 微机的发展按按CPUCPU字长位数和功能来划分，以时间来排序微处理器的发字长位数和功能来划分，以时间来排序微处理器的发展过程分为展过程分为8 8个阶段个阶段:1.1 微 机 概 述1.1.3 微机的发展（1 1）第）第1 1代（代（1971197119731973年）年）4 4位和位和8 8位位低档微处理器和微机时代。典型低档微处理器和微机时代。典型CPUCPU产品

11、为产品为Intel 4004/8008Intel 4004/8008。（2 2）第）第2 2代（代（1973197319781978年）年）8 8位位中高档微处理器和微机时代。典型中高档微处理器和微机时代。典型CPUCPU产品为产品为Intel 8080/8085Intel 8080/8085、Motorola MC6800Motorola MC6800、Zilog Z80Zilog Z80。（3 3）第）第3 3代（代（1978197819851985年）年）1616位位微处理器和微机时代。典型产品为微处理器和微机时代。典型产品为Intel Intel 8086/80888086/8088/

12、80286/80286、Zilog Z8000Zilog Z8000、Motorala 68000/68010Motorala 68000/68010。1.1 微 机 概 述1.1.3 微机的发展（4 4）第）第4 4代（代（1985198519931993年）年）3232位位微机处理器和微机时代。典型产品微机处理器和微机时代。典型产品为为Intel 80386/80486Intel 80386/80486和和Motorola 68040Motorola 68040。（5 5）第）第5 5代（代（1993199319951995年）年）3232位位P5P5高档微处理器和微机时代。典型高档微处理

13、器和微机时代。典型产品为产品为Intel Pentium 586Intel Pentium 586（奔腾）。（奔腾）。（6 6）第）第6 6代（代（1995199519991999年）年）3232位位P6P6高档微处理器和微机时代。典型高档微处理器和微机时代。典型产品为产品为Intel Pentium Pro/Pentium MMX/Pentium Intel Pentium Pro/Pentium MMX/Pentium/Pentium/Pentium。1.1 微 机 概 述1.1.3 微机的发展（7 7）第）第7 7代（代（2000200020072007年）年）是是3232位位P4P4高

14、档微处理器和微机时代。典高档微处理器和微机时代。典型产品为型产品为Intel Pentium 4Intel Pentium 4（如（如5XX/6XX/7XX5XX/6XX/7XX等）。等）。（8 8）第）第8 8代（代（20072007至今）至今）是是32/6432/64位位CoreCore双核双核高档微处理器和微机时高档微处理器和微机时代。典型产品为代。典型产品为Intel Core2 Duo/Core2 Quard/Core2 ExtremeIntel Core2 Duo/Core2 Quard/Core2 Extreme等。等。1.1 微 机 概 述1.1.3 微机的发展与第与第5 5代

15、之后的代之后的3232位处理器同步并行发展的还有位处理器同步并行发展的还有纯纯6464位位处理处理器，如器，如Intel Itanium/Itanium IIIntel Itanium/Itanium II等处理器，它们采用等处理器，它们采用IA-64IA-64结构。结构。微处理器发展微处理器发展特点特点是速度越来越快、集成度越来越高、功能是速度越来越快、集成度越来越高、功能越来越强。越来越强。1.1 微 机 概 述1.1.3 微机的发展Intel 4004Intel 8008Intel 8080Intel 8086Intel 8085Intel 80286 Intel 80386Intel

16、80486Intel PentiumIntel Pentium MMXIntel Pentium PROPentium IIPentium IIIPentium IVIntel ItaniumAMDAMD公司的产品公司的产品第一代第一代4 4位和低档位和低档8 8位机位机Intel 4004/8008第二代第二代中高档中高档8 8位机位机8080/80858080/8085、Z80Z80、MC6800MC6800第三代第三代1616位机位机Intel 8086Intel 8086、Z8000Z8000、8028680286第四代第四代3232位机位机8038680386、8048680486第

17、五代第五代3232位机位机Intel PentiumIntel Pentium（1971-19731971-1973）主要应用于各种袖珍计算器、家）主要应用于各种袖珍计算器、家电、交通灯控制等简单控制领域电、交通灯控制等简单控制领域（1973-19781973-1978）广泛用于数据处理、）广泛用于数据处理、工业控制智能仪器仪表及家电等各工业控制智能仪器仪表及家电等各个领域个领域（1978-19831978-1983）（1984-19921984-1992）（1993-19991993-1999）第六代第六代6464位机和双核位机和双核Intel IntaniumIntel Intanium、

18、Pentium DPentium D、Pentium EEPentium EE、（2000年以后）特点：特点：1 1、速度越来越快。、速度越来越快。2 2、容量越来越大。、容量越来越大。3 3、功能越来越强。、功能越来越强。1.1 微 机 概 述1.1.3 微机的发展 由于微机是采用由于微机是采用LSILSI和和VLSIVLSI组成的，因此它除了具有一般计算机的运组成的，因此它除了具有一般计算机的运算速度快、计算精度高、记忆功能和逻辑判断力强、自动工作等特点算速度快、计算精度高、记忆功能和逻辑判断力强、自动工作等特点外，还有其独特的优点。外，还有其独特的优点。（1 1）体积小、重量轻、功耗低。

19、）体积小、重量轻、功耗低。（2 2）可靠性高、对使用环境要求低。）可靠性高、对使用环境要求低。（3 3）结构简单、设计灵活、适应性强。）结构简单、设计灵活、适应性强。（4 4）性能价格比高。）性能价格比高。微机的特点和应用范围一、微机的特点（1 1）科学计算）科学计算（2 2）信息处理）信息处理（3 3）计算机辅助技术）计算机辅助技术（4 4）过程控制）过程控制（5 5）人工智能）人工智能（6 6）网络通信）网络通信（7 7）计算机仿真）计算机仿真微机的特点和应用范围二、微机的应用范围微机的分类方法有多种，主要有：微机的分类方法有多种，主要有：1.1.4 微型计算机的分类 字长字长是指计算机是

20、指计算机一次可处理二进制数的最大位数一次可处理二进制数的最大位数，它是微机的一个，它是微机的一个重要参数。微机按字长可分为：重要参数。微机按字长可分为：4 4、8 8、1616、3232和和6464位机位机。字长字长与微处理器与微处理器数据总线数据总线DBDB宽度宽度不是同一个概念。如不是同一个概念。如80888088的字长的字长1616位，但位，但DBDB宽度仅宽度仅8 8位；而位；而PentiumPentium系列的字长系列的字长3232位，但位，但DBDB宽度宽度6464位。位。1.1.4 微型计算机的分类一、按字长分类（1 1）单片机）单片机 又称又称微控制器微控制器或或嵌入式控制器嵌

21、入式控制器，它将，它将CPUCPU、存储器、定时、存储器、定时器器计数器、中断控制，计数器、中断控制，I/OI/O接口等集成在一片芯片上。如接口等集成在一片芯片上。如MCS-51MCS-51系列系列单片机单片机80318031、80518051、87518751等。等。（2 2）单板机）单板机 将将CPUCPU、内存储器、内存储器、I/OI/O接口组装在一块印刷电路板上的接口组装在一块印刷电路板上的微型计算机，如微型计算机，如SDK-86SDK-86和和TP86TP86单板机。单板机。（3 3）多板机（）多板机（PCPC机）机）由一块主板（包含由一块主板（包含CPUCPU、内存储、内存储、I/

22、OI/O总线插槽）总线插槽）和多块外部设备控制器插板组装而成的微型机。如和多块外部设备控制器插板组装而成的微型机。如IBM-PCIBM-PC微机及其兼微机及其兼容机。容机。1.1.4 微型计算机的分类二、按结构类型分类（1 1）个人计算机）个人计算机（2 2）工作站）工作站/服务器服务器（3 3）网络计算机）网络计算机1.1.4 微型计算机的分类三、按用途分类（1 1）台式机（也称桌上型）台式机（也称桌上型）（2 2）便携机（也称可移动微机）便携机（也称可移动微机）1.1.4 微型计算机的分类四、按体积或外形分类1.1.4 微型计算机的分类（1 1）单片机）单片机 早期的英文名称是早期的英文名

23、称是Single-chip MicrocomputerSingle-chip Microcomputer，单片机微型计算机简，单片机微型计算机简称称单片机单片机。后来将单片机称之为。后来将单片机称之为微控制器微控制器（Micro Controller UnitMicro Controller Unit）。）。SCMSCM（single chip microcomputersingle chip microcomputer）MCUMCU（Micro Controller UnitMicro Controller Unit）单单 硅硅 晶晶 片片 CPU存储器存储器控制电路控制电路定时器定时器时钟

24、电路时钟电路I/O口口单片机1.1.4 微型计算机的分类（2 2）单板机）单板机CPUCPU芯片芯片内存条内存条存储器接口存储器接口存储器芯片存储器芯片输入输出接口输入输出接口输入输出接口输入输出接口芯片芯片定时计数器定时计数器芯片芯片A/D、D/A芯片芯片单板机 印印 刷刷 电电 路路 板板1.1.4 微型计算机的分类（3 3）多板机（）多板机（PCPC机）机）多板机多板机 主板显卡显卡声卡声卡存储器接口存储器接口网卡网卡输入输出接口输入输出接口内存条内存条CPU（1 1）字长）字长 计算机能直接处理的二进制数据的位数。计算机能直接处理的二进制数据的位数。（2 2）运算速度）运算速度 微处理

25、器执行指令的速率，单位微处理器执行指令的速率，单位:百万条指令百万条指令/秒秒(MIPS)(MIPS)（3 3）存储容量）存储容量 反映了计算机存储信息的能力。反映了计算机存储信息的能力。（4 4）存取速度）存取速度 存储器完成一次读存储器完成一次读/写操作所需的时间。写操作所需的时间。（5 5）指令系统）指令系统 微处理器具有的不同指令总和。微处理器具有的不同指令总和。1.1.5 微机系统的主要性能指标（6 6）总线类型与总线速度）总线类型与总线速度 系统总线和外部总线的类型；处理器、系统系统总线和外部总线的类型；处理器、系统的总线速度的总线速度（7 7）主板与芯片组类型）主板与芯片组类型

26、不同类型的主板有不同的芯片组，其性能差异不同类型的主板有不同的芯片组，其性能差异很大。很大。（8 8）外设的配置）外设的配置 容许或实际挂接的外设数量越多，微机功能就越强。容许或实际挂接的外设数量越多，微机功能就越强。（9 9）系统软件的配置）系统软件的配置 微机系统配置的操作系统及其它系统软件和实用微机系统配置的操作系统及其它系统软件和实用程序等。程序等。（1010）可靠性、可用性和可维护性。）可靠性、可用性和可维护性。1.1.5 微机系统的主要性能指标此外，还有一些评价计算机的综合指标，例如，此外，还有一些评价计算机的综合指标，例如，系统的兼容性、完系统的兼容性、完整性和安全性以及性能价格比整性和安全性以及性能价格比。各项指标之间也不是彼此孤立的，在实际应用时，应该把它们综合各项指标之间也不是彼此孤立的，在实际应用时，应该把它们综合起来考虑。起来考虑。1.1.5 微机系统的主要性能指标