单片机原理及基于单片机的嵌入式系统设计第1章节

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1、单片机原理及基于单片机的嵌入式系统设计蔡方凯主编中国水利水电出版社绪论在工业、农业、军事、保安、金融、仪器仪表、航空航天、医疗、通讯、办公设备、娱乐休闲、健身、体育竞赛、服务领域……,大量单片机-嵌入式技术已经无处不在。正迅速改变着人们传统的生产和生活方式。请稍微留心一下我们的周围，看看身边到底发生了什么变化？单片机技术的应用遍布国民经济与人民生活的各个领域1.1微型计算机系统结构微机的工作过程按照“程序存储，程序控制”的方式工作。程序存储是指用户根据实际应用需要将程序编写完毕，并将程序的机器码存放在存储器中。用户编程的根本目的是要求计算机能够按照用户需求一步步的执行该段程序

2、。那么计算机如何能够理解用户程序，并按要求去执行该段程序呢？这就是程序控制。程序控制是指CPU内的控制器按照用户程序中的指令顺序，从存储器中取出指令，并分析指令的功能，进而发出各种控制信号，指挥计算机中的各类部件来执行该指令。这种通过取指令、分析指令、执行指令的操作重复执行，直到完成程序中的全部指令操作为止。1.2微型计算机工作过程一、如何将程序的机器码存储到程序存储器中？二、如何将程序的机器码从程序存储器中取出？三、当CPU完成从程序存储器中读出程序的机器码后，如何执行该语句？按照“程序存储，程序控制”的方式工作，微机必须解决以下几个问题：对51单片机而言，将程序存储到程序程

3、序器中则相对复杂，必须利用51单片机芯片厂家提供的专用设备（烧写器）来完成，市场上有专门的单片机烧写器销售。烧写器实际上就是完成对程序存储器的写操作。利用烧写器可以将用户程序的机器码存储到单片机中。1.2.1如何将程序机器码烧写到程序存储器中对于普通PC而言，其程序存放在硬盘中，此时面临的问题就是将文件、程序内容写入硬盘，在Windows操作系统中提供了图形化的操作环境，读者不必了解对硬盘的写操作原理，仅需要按“保存”按钮或“保存”菜单就可以很方便的完成该操作。1.2.2如何将程序从程序存储器中取出最基本的计算机组成存储器非常简单的CPU设计与实现如何从程序存储器中取程序数据一

4、台简单的计算机通常包括三个主要的子系统，中央处理单元（CPU）、存储系统（用来存储CPU正在执行的程序和数据）、输入/输出子系统（如键盘、显示等）1最基本的计算机组成计算机系统采用了三总线结构。从物理上说，总线是一组导线，计算机的部件都是连在总线上的，为了将信息从一个部件传到另一个部件，源部件先将数据输出到总线上，然后目标部件在从总线上接收这些数据。●地址总线：与其他总线不同，地址总线是单向的，地址总线的内容总是由CPU送到地址总线上，而CPU不读取地址总线上的数据。例如，当CPU从存储器读取数据或指令，或写数据到存储器时，必须指明要访问的存储器单元地址，CPU输出地址内容到地

5、址总线上，而存储器从地址总线上读取地址，并且用它来访问正确的存储单元。对应I/O子系统，比如键盘、显示等，都有一个唯一的地址，当访问某个I/O子系统时，CPU将此设备的地址放到地址总线上，每一个设备均从总线上读取地址并且判断自己是不是CPU正要访问的设备。若不是则不作任何响应，若是则和CPU进行相应的数据传输。●数据总线：数据是通过数据总线来传送的，当CPU从存储器中读取数据时，它首先把需要访问的存储器地址输出到地址总线上，发出读操作命令，然后存储器从地址总线上读取地址，并根据地址访问相应的存储单元，同时将该存储器单元中的数据输出到数据总线上，这样CPU就可以从数据总线上读取数

6、据了。当CPU向存储器写入数据时，它首先输出地址到地址总线上，发出写操作命令，然后输出数据到数据总线上，这样存储器就可以从数据总线上读取数据并将它存储到正确的存储单元中。当访问某个I/O子系统时其数据总线功能类似于对存储器的访问。●控制总线：控制总线是控制信号的集合，这些信号用来控制数据要读入CPU还是要写入CPU，CPU要访问存储器还是访问I/O子系统等。答：只有数据总线，没有地址和控制总线，则通信方式只能采用“广播通信方式”，若只有数据和控制总线，没有地址总线，则每个外部设备都必须有控制总线，若外部设备多，则控制总线就必须增加，控制总线必然称为外部设备扩展的“瓶颈”。若没有

7、地址总线，对应存储器而言，在没法确定当前数据需要存放在存储器的那个地址单元中。问1、为什么需要三总线，只有数据总线不可以？问2、鼠标、键盘是外部IO设备，为什么不是三总线？答：在计算机中硬件设计了三总线协议和PS/2或USB协议的接口转换电路，即将并行数据改为串行数据传输方式存储器用于存储数据的一组电路，虽然在设计中它不是严格的组合电路，一个存储器元件有多个存储单元，每个单元存储固定长度的二进制值，不同的存储器芯片，其存储单元的数量和大小也不相同，存储器芯片存储容量大小由单元数乘以每个单元的