[信息与通信]单片机

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1、单片机原理与应用48学时第1章基础知识1.1计算机的基本知识1.2单片机及其发展概况1.3本课程应掌握的内容1.1计算机的基本知识1.1.1计算机的基本结构人脑计算28*3+4*9=？算盘用来计算……………………运算器纸笔用来存储中间结果…………存储器1.基本结构图1—12.总线概念（1）地址总线用于传送地址信息，是单向传送。1条地址线可以区分2个存储单元，N条地址线可以区分(寻址)2N个存储单元。（2）数据总线用于CPU与存储器，CPU与外设，外设与外设之间传送数据。在运算器中，数据线的数目应与待处理的数据位数相同。运算器内数据线的条数称为微处理器

2、的“字长“。（3）控制总线控制信号线的总称，传送控制信息。3.时钟周期、机器周期和指令周期（1）时钟周期输入微处理器的时钟信号的周期，叫时钟周期，也叫振荡周期。（2）机器周期是单片机完成一个基本操作所需的时间。在51系列单片机中，一个机器周期由12(或6)个时钟周期组成。（3）指令周期CPU执行一条指令所需的时间，通常由几个机器周期组成。1.1.2计算机的内部结构及工作过程1.CPU的内部结构图1—2CPU通常由算术逻辑运算单元ALU，累加器A，寄存器B，程序状态寄存器PSW，程序计数器PC，地址寄存器AR，数据寄存器DR，指令寄存器IR，指令译码器

3、ID，控制器等部分组成。(1)程序计数器PC16位存放将要执行的指令代码所在存储单元的地址编码，一条指令取出后，PC内容自动加1。PC位数与CPU地址线数目一致。PC复位后有确定值。(2)地址寄存器AR16位存放将要寻址的外部存储器单元的地址，地址寄存器通过地址总线与外部存储器相连。例：将外部存储器单元3FFFH的内容读到累加器A中(3)指令寄存器IR存放取指阶段读出的指令代码的第一个字节。即操作码。例：ADDA，#30H(4)数据寄存器DR存放写入(到)外部存储器或I/O端口的数据信息。数据寄存器与外部数据总线相连。(5)算术逻辑运算单元ALU用于

4、算术逻辑运算。(6)程序状态寄存器PSW存放运算结果的状态信息。2.存储器存放程序和数据。（１）存储器内部结构由地址译码器，存储单元，读写控制电路等组成。图1—3要点：*存储器中的一个存储单元等效于一组触发器，每个触发器有两个稳定状态，可以记录1位2进制数。*每个存储单元包含的触发器的个数称为存储单元的“字长”。*存储器芯片内存储单元数目M与存储芯片的地址线条数N有关，M=2N*存储单元有地址编码，如32K存储器有32X1024个存储单元，地址编码为：0000H——7FFFH（２）存储器工作状态存储器工作状态由控制信号决定，表1—1*地址寄存器AR给

5、出存储单元的地址编号例：CPU读取地址编号为0000H存储单元的内容。*地址总线将地址编号送到存储器的地址线上*存储器的地址译码器译码，选中0000H单元*CPU给出读控制信号RD*0000H存储单元内容送到数据总线上。不是DR中（3）存储器的读操作图1—4*AR给出存储单元的地址编号0003H例：CPU把55H写入0003H存储单元*地址总线将地址编号送到存储器的地址线上*存储器的地址译码器译码，选中0003H单元*CPU给出写控制信号WR*存于数据寄存器DR中的55H通过总线送到0003H中。（４）存储器写操作图1—43.指令的执行过程例:将存储

6、器0020H单元与0021H单元中的内容相加,和值存在002FH单元，程序如下：写操作后，被写入存储单元的原有信息将不复存在。读操作后，被读存储单元的内容不变。MOVA，0020HADDA，0021HMOV002FH，A分析指令的执行过程：图1-5取操作码(指令第一字节)；——〉译码；——〉取操作数；——〉执行指令规定的操作。CPU的所有工作可概括之：从存储器中取出指令；——〉译码；——〉执行指令规定的操作（经过算术和逻辑运算后，输出相应的结果）。——〉取下一条指令；如此循环往复……4.总结：1.2单片机发展概况1.2.1单片机及其特点通用微机中把运

7、算器、控制器做在一个芯片上，称中央处理器CPU，也称微处理器.单片机则把运算器、控制器、输入输出接口、时钟电路、以及存储器等做在一个芯片上，称微控制器MCU.单片机一个芯片就具备了一个完整计算机系统所必须的基本功能。*通用微机与单片机功能区别：*微处理器CPU与微控制器MCU(单片机)的主要区别：通用微机主要任务是数值计算和信息处理，运算速度和存储容量越大越好。时钟频率已达几个Ｇ。单片机主要面对工业控制，一般8位字长已够用。时钟频率在几兆——数十兆内。单片机特点：*抗干扰性强*可靠性高*控制功能强,数值计算能力较差*指令系统简单*更新换代慢1.2.2

8、单片机的技术现状及发展趋势1.发展过程4位机，8位机，16位机，32位机，嵌入式控制芯片8位单片机发展过程: