第一章 单片机结构与时序.doc

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1、第一章MCS-51单片机结构与时序总学时8学时教学目的：通过本章的学习，使学生了解MCS－51系列单片机的结构和工作原理，包括硬件和软件的构成以及相互配合。初步建立采用单片机和中小规模集成电路来构建一个单片机应用（控制）系统的概念（思路）。教学重点：1、单片机组成部件及作用2、引脚功能和工作方式；单片机最小系统。3、单片机工作时序教学难点：1、PC.PSC.SP控制作用2、ALE/PROGRDWRHEPSED的控制作用教学方法：讲授法教学过程：第一章MCS-51单片机结构与时序第一节绪论单片机（singlechipmicrocomputer）又称单片微型计算机。其实质仍然是计算机，主要用于

2、工业控制而不是像通用计算机主要用于海量数据计算。故在内部结构和功能上，它还与通用计算机有一定的区别。如功能简单，存储容量小，自身不能进行的开发，要借助开发机进行硬件测试和软件修正以及程序的固化。一、计算机的经典结构在设计计算机时匈牙利籍数学家冯.诺依曼提出的“程序存储”和“二进制运算”的思想。1、二进制运算决定了计算机的硬件结构。二进制运算包括二进制算术运算和逻辑运算（逻辑运算的基础是逻辑代数，又称布尔代数）。逻辑量只表示两种不同的状态，可以对应电子线路中的电阻高低、二极管、三极管的通断等。因此，二进制运算决定了计算机可以由电子元器件，特别是集成电路组成。2、程序存储决定了软件控制硬件工作

3、。因此，计算机的基本结构包括硬件和软件两部分。计算机的工作原理：由输入设备将软件送入存储器，然后由控制器逐条取出存储器中的控制软件，并运行，再将运行结果送到输出设备。3、计算机的经典结构根据以上思路，计算机由运算器、控制器、存储器和输入设备、输出设备组成。图1.1.1计算机经典结构图对经典结构中各部分有机组合，就构成了微型计算机。由于各部分的具体电路（元器件及元器件的组合方式）不同，又形成了各种应用形态。一、微型计算机（Microcomputer）组成及应用形态1、微型计算机组成将经典结构中的运算器、控制器组合在一起，再增加一些寄存器等，集成为一个芯片，这个芯片称为微处理器（Microco

4、ntroller），即CPU(CenterProcessingUnit)。这样微型计算机就由CPU、存储器、输入/输出（I/O）接口组成。再配以输入/输出（I/O）设备和软件，就构成了微型计算机应用系统，简称微型计算机。图1.1.2微型计算机系统结构图2、应用形态（1）系统机（多版机）微处理器CPU、存储器、I/O端口电路和总线接口等组装在一块主板上，再通过系统总线和外设适配卡连接键盘、显示器、打印机等，再配上系统软件就构成了一个完整的计算机系统。图1.1.3微型计算机结构图这就是办公室、家庭使用的PC机的典型形态。由于较大的存储容量（存储器、硬盘、软盘、光盘等），输入、输出设备齐全，而且

5、软件丰富（系统软件和应用软件），能够进行海量计算和应用系统开发。(2)单板机将CPU、存储器、I/O接口芯片和简单的I/O设备等装配在一块线路板上，再配上监控程序（固化在ROM中）就构成了单板机。图1.1.4单板机结构图实验开发系统就是单板机的典型形态：由于有硬件和软件，能独立运行，但I/O设备简单，特别是软件资源少（只有监控程序），不能应用于海量计算和大型应用程序的开发，主要用于计算机原理教学和简单的测试（调试）系统。（3）单片机将CPU、存储器、I/O接口电路集成到一块芯片上，这个芯片称为单片机。图1.1.5单片机结构图单片机作为一片集成了微型计算机基本部件的集成电路芯片，与通用计算机

6、相比，自身不带软件，不能独立运行；存储容量小，没有输入、输出设备，不能将系统软件和应用软件存储到自身的存储器中并加以运行，它自身没有开发功能。所以，必须借助开发机（一种特殊的计算机系统）来完成开发任务。即相应的软、硬件设计和调试以及将调试好的程序固化到自身的存储器中。完成单片机的硬件和软件设计、调试，把软件固化（下载）到单片机应用系统中，是《单片机原理与应用》课程的主要学习任务，也是检查这门课程学习效果的基本标准。一、单片机应用系统开发1、单片机开发系统和单片机应用系统开发单片机开发系统又称为开发机或仿真机。单片机的实质仍然是计算机，其工作的基本条件就是软件配合硬件才能正常工作。但单片机自

7、身没有开发能力。即不能用自身系统检查硬件故障和软件错误；也不能用自身的系统将软件程序写入自己的存储器中。在设计计算机应用系统时，完成软件、硬件设计后，必须使用开发系统（其它设备）完成软件、硬件的测试和程序写入。完成这一目标的过程，称为单片机应用系统的开发。完成开发的设备，称开发系统（仿真器）2、单片机应用系统开发方式（1）、仿真：利用开发机的资源（CPU、存储器、I/O设备等）来模拟欲开发的单片机应用系统（即目标机）的C