51单片机大学课程教材.ppt

《51单片机大学课程教材.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《51单片机大学课程教材.ppt（27页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。

1、第1章 绪 论, 教学目标： 介绍计算机的发展历史和单片机发展趋势 介绍计算机数的表示方法及运算 介绍计算机中常用数制与编码 介绍微型计算机基本概念和软硬件结构 学习要求： 熟悉计算机和单片机的发展历史； 掌握各进制数之间的转换和原码、反码、补码的表示及BCD码、ASCII码的表示； 掌握微型计算机常用基本概念；了解微型计算机的硬件结构和软件系统。,1.1计算机和单片机的发展,1.1.1计算机的发展历史 1946年2月，第一台数字式电子计算机诞生。 到今天为止，计算机的发展已经历了四代。 19461957年，第一代计算机是电子管计算机。 计算机的逻辑元件采用的是电子管；主存储器采用磁鼓、磁芯；

2、外存储器开始采用磁带。 软件主要用机器语言编写程序，后期发展为 采用汇编语言编写程序。 这时的计算机主要用于科学计算。,19571965年，第二代计算机是晶体管计算机。 计算机的逻辑元件为晶体管；主存储器仍用磁芯；外存储器已开始使用磁盘。软件有了很大发展，出现了各种高级语言及编译程序。 用于各种事务的数据处理，并开始用于工业控制。19651971年，第三代计算机是集成电路计算机 。 计算机逻辑元件已开始采用小规模和中规模的集成电路(SSI和MSI)，主存储器仍以磁芯为主。 软件方面已出现了分时操作系统，会话式的高级语言也有相当的发展。计算机的应用范围也日益扩大，小型计算机已开始用于企事业管理与

3、工业控制。,从1971年以后，出现了第四代计算机。 计算机逻辑元件采用大规模、超大规模集成电路为主要部件。内存储器逻辑元件开始采用半导体存储器，外存储器采用磁盘和光盘。在软件方法上产生了结构化程序设计和面向对象程序设计的思想。另外，网络操作系统、数据库管理系统得到广泛应用。微处理器(Microprocessor)和微型计算机(Microcomputer)也在这一阶段诞生，并获得飞速发展。 从以上可以看出，每次计算机逻辑元件的改变，硬件结构和软件技术的改进，都会使计算机得到一次质的飞跃发展。这主要体现在与以前相比：在速度方面，提高了千万倍；在存储容量方面，提高了千万倍；在体积方面，缩小了千万倍；

4、在软件性能方面，提高了百万倍；而在价格方面，降为万分之几。,计算机的发展趋势主要有两方面： 一方面向着高速、智能化的超级巨型机的方向发展；另一方面向着微型机的方向发展。 巨型计算机主要用于大型科学研究和实验以及超高速数学计算。它的研制水平标志着整个国家的科学技术和工业发展的程度，象征着一个国家的实力。 微型机的诞生揭开了计算机神秘的面纱。微型计算机与巨、大、中、小型机的区别主要是，其中央处理器CPU(Central Processing Unit)是集成在一个小硅片上，而巨、大、中、小型计算机的CPU则是由相当多的电路组成的。 在微机的大家族中，单片微型计算机(以下简称单片机)异军突起，发展极

5、为迅速。 单片机也被称作“单片微型计算机”、“微控制器”、“嵌入式微控制器”。单片机一词最初来源于“Single Chip Microcomputer，简称SCM。,1.1.2单片机的发展历史 单片机的发展过程： (1)第一阶段(1976一1978) 以Intel公司首先推出的MCS-48系列单片微型计算机为代表。它以体积小、功能全、价格低等特点，赢得了广泛的应用，为单片机的发展奠定了基础，成为单片机发展过程中的一个重要阶段。,(2)第二阶段(19781982) Intel公司在MCS-48基础上推出了完善的、典型的MCS-51单片机系列。它在以下几个方面完善了单片机体系。 MCS-51设置了

6、经典的8位单片机的总线结构，包括8位数据总线、16位地址总线、控制总线及具有多机通信功能的串行通信接口。 CPU外围功能单元的集中管理模式。 体现工控特性的位地址空间及位操作方式。 指令系统趋于丰富和完善，增加了许多突出控制功能的指令。 Intel公司在MCS-48基础上推出了完善的、典型的MCS-51单片机系列。,(3)第三阶段(19821990) 在8位单片机的基础上，推出了16位单片机 ，也是单片机向微控制器发展的阶段。 随着MCS5l系列的广泛应用，许多电气厂商竞相使用80C51的内核技术，将许多测控系统中使用的电路技术、接口技术、多通道AD转换部件、可靠性技术等应用到单片机中，增强了

7、外围电路功能，强化了智能控制器的特征。,(4)第四阶段(1990之后) 在此阶段，随着单片机在各个领域全面、深入地发展和应用，出现了高速、大寻址范围、强运算能力的8位16位32位通用型单片机，以及小型廉价的专用型单片机。 单片机的种类很多，到目前为止，世界各国厂商已研制出大约50个系列、30多个品种的单片机的产品。 最具典型代表的应属Intel公司的MCS-51系列单片机。 虽然它仍然是8位的单片机，但其功能强，具有品种全、兼容性强、软硬件资料丰富等特点。因此，MCS-51应用非常广泛，直到现在MCS-51仍不失为单片机中的主流机型。这主要由于在工业控制、智能仪表、家用电器、IC卡等诸多应用领

8、域，8位单片机系列在性能、价格两方面都做到了较好的兼顾。 估计在未来十年内，8位单片机仍将是单片机中的主流机型。故而本书仍以MCS-51系列单片机为主线来进行讲授。,1.1.3单片机的发展趋势 发展趋势主要有以下几个方面 1多功能 在单片机中尽可能多地把应用所需的存储器、各种功能的I/O口都集成在一块芯片内，使单片机的功能更加强大。如把LED、LCD或VFD显示驱动器也开始集成在8位单片机中。,2高性能 进一步改进CPU的性能，加快指令运算的速度和提高系统控制的可靠性，采用精简指令系统计算机RISC（Reduced Instruction Set Computer）结构和流水线技术，大幅度提高

9、运行速度。现指令速度最高者已达100MIPS(Million Instruction Per Seconds，即兆指令每秒)，并加强了位处理功能、中断和定时控制功能，使单片机的性能明显地优于同类型的微处理器。单片机集成度进步提高，有的单片机的寻址能力已突破64 KB的限制，8位、16位的单片机有的寻址能力已达到1 MB和16 MB。片内ROM的容量可达64 KB，RAM的容量可达2 KB。,3低电压、低功耗 允许使用的电压范围越来越宽，一般在36V范围内工作，有的已能在1.2V或0.9V电压下工作。几乎所有的单片机都具有省电运行方式。单片机的功耗已从mA级降到A级，甚至1A以下，在一粒钮扣电池

10、下就可长期工作。低功耗化的效应不仅是功耗低，而且带来了产品的高可靠性、高抗干扰能力以及产品的便携化。4低价格现在，市面上8031，89c51单片机12元15元左右。,1.4 微型计算机的结构,1.4.1微处理器、微型计算机和单片机的概念 微处理器也称中央处理器CPU（Central Processing Unit），它是采用大规模集成电路技术做成的芯片，芯片内集成了运算器、控制器和若干高速存储单元（寄存器）。 微型计算机（Microcomputer）是计算机的微型化，微型计算机又简称微机。它的基本结构同样也是由输入设备、输出设备、运算器，控制器和存储器五个部分组成。,微型计算机的CPU一定是微

11、处理器，或者说采用微处理器作CPU的计算机就是微型计算机。但它还必须配有一定容量的半导体存储器，输入输出设备的接口电路，以及系统总线，才能组成一台计算机,微型计算机系统（Microcomputer system）由硬件和软件两大部分组成。所谓“硬件”，指的是构成计算机的“硬”设备；所谓“软件”，指的是能在计算机上运行的程序，广义的软件还包括由计算机管理的数据以及有关的文档资料。 具体讲，微型计算机系统就是指以微型计算机为中心，再配上所需的外部设备(如键盘、打印机、屏幕显示器、磁盘驱动器等)、电源以及足够的软件而构成的系统。 单片微型计算机(Single chip microcomputer)是

12、指把CPU，内存贮器和某些IO接口电路集成在一块大规模芯片上的微型计算机，简称为单片机。它主要用于工业控制，故又叫单片微控制器。,1.4.2 微型计算机硬件结构,一般微型计算机的结构组成框图如图11所示。它有以下两个特点： 采用了集成在LSI（大规模集成电路）或VLSI（超大规模集成电路）芯片上的微处理器。 整个计算机采用总线结构，所有的部件都与三条总线相连，各部件之间的数据和信号传送均通过总线传送。,图1-1中，从微处理器（CPU）引出了若干信号线，即系统总线。CPU通过它们与存储器、I/O接口和I/O设备进行信息交换。,1系统总线（System Bus）,总线（Bus）就是将多个装置或部件

13、连接起来并传送信息的公共通道。总线实际上是一组传输信号的线路。 系统总线一般分为三种类型，即地址总线、数据总线和控制总线，有时也称为三大总线。 （1）地址总线(Address Bus简称AB) 传输CPU发出的地址信息，选择需要访问的存贮单元和IO接口电路。 地址总线是单向的，只能由CPU向外传送地址信息。地址总线的位数决定了可以直接访问的内存贮器的单元数目。,（2）数据总线(Data Bus简称DB) 用来在微处理器和存贮器以及输入输出（I/O）接口之间传送数据，如从存贮器中取数据到CPU，把运算结果从CPU送到外部输出设备等。微处理器的位数和外部数据总线的位数一致。 数据总线是双向的，即数

14、据可从CPU传出，也可以从外部送入CPU。,（3）控制总线(Control Bus简称CB),可以是CPU的控制信号或状态信号送往外界，也可以是外部设备的请求信号或联络信号输入到CPU。对于每一条具体的控制线，信号的传送方向则是固定的，个别信号线还兼有双向功能。 系统总线是传送信息的通道，非常繁忙。其使用特点如下： 在某一时刻，只能由一个总线主控设备控制总线，其它总线主控设备必须放弃总线的控制权。 在连接系统总线的各个设备中，同时只能有一个发送者向总线发送信号，但可以从总线上同时获取信号。,2存储器（Memory）,存储器就是存放程序和数据的部件。有了存储器，计算机才能进行程序的运行和数据的处

15、理。 微机上的存储器分为“主存”和“辅存”两类，当前它们主要由半导体存储器和磁盘、光盘存储器等分别构成。 比较： （1）半导体存储器造价高、速度快、但容量小，主要用来存放当前正在运行的程序和正在待处理的数据；磁盘、光盘造价低、容量大、信息可长期保存，但速度慢，主要用来存放暂不运行的程序和暂不处理的数据。 （2）半导体存储器被安排在机内的电路板上，CPU可以通过总线直接存取，因而也称“内存”； 磁盘、光盘被安装在主机箱内或主机箱外，CPU通过I/O接口进行存取，所以也称“外存”。,半导体存储器分为“只读存储器”ROM （Read Only Memory）和“随机存取存储器”RAM（Random

16、Access Memory）。 ROM只允许只读操作，即在正常工作时只能读取其中的信息；RAM可进行读写操作，除读出外也可写入，所以又称为“读写存储器”。 一般的RAM在断电后原存放信息将会丢失，而ROM中的信息可在断电后长期保存。,3 I/O设备和I/O接口,I/O设备是指微机上配备的输入输出设备，也称外部设备或外围设备（简称外设），其功能是为微机提供具体的输入输出手段。 微机配置的常见I/O设备： 键盘、显示器、鼠标器、打印机、绘图仪、扫描仪磁盘驱动器等。 I/O接口：匹配外设与CPU的工作速度、完成信号变换、数据缓冲和CPU联络等工作。 在微机系统中，较复杂的I/O接口电路一般都被做在电

17、路插板上，这种电路插板又被称为“卡”（Card），只要将它们插入总线插槽(I/O通道)就等于将它们连到了系统总线。,微机的软件系统由系统软件和应用软件组成:,1系统软件 系统软件通常包括：操作系统、语言处理程序、诊断调试程序、设备驱动程序、以及为提高机器效率而设计的各种程序。 在系统软件中，最重要的软件是操作系统、即OS (Operating system)。所有的应用程序、包括系统软件中的一些程序，都要在操作系统构筑的平台上运行。,操作系统的基本功能是：, 负责管理、调度整个系统的软硬件资源，包括：CPU、存储器、各I/O设备等硬件资源，以及文件、目录、进程、任务等软件资源。 向用户提供最基

18、本的交互界面，以方便用户的使用、提高系统的工作效率。当前，新型操作系统还向用户提供了更多可利用的软件资源，如各种实用程序和函数库等。 对于单片机控制系统开发完成后，其系统里的监控程序，也相当一个小的操作系统的功能，它完成管理和协调各控制源的要求任务。,小 结,本章主要介绍了计算机和单片机的发展历史及单片机的发展趋势，对计算机的一些基础知识和概念做了阐述。要求掌握的内容有：各进制数之间的转换；原码、反码和补码的表示；BCD码、ASCII码的表示；微处理器、微型计算机、单片机、三大总线即地址总线、数据总线、控制总线等概念的解释；微型计算机硬件结构和软件系统的基本框架内容。,思考题与习题一,1将下列

19、二进制数转换为十进制数和十六进制数。 (1) 0001 1010 B (2) 0011 0100 B (3) 1010 1011 B 2将下列十进制数转换成BCD码和十六进制数。 （1）29 （2）53 （3）35.75 （4）47.5 3将下列BCD码转换为十进制数。 （1）（0100 0011）BCD （2）（0010 1001）BCD 4什么叫原码、反码和补码? 5已知原码如下，写出其反码和补码。 (1) X原0101 1001 (3) X原1101 1011 (2) X原0011 1110 (4) X原1111 1100 6当微机把下列数看成无符号数时，它们相应的十进制数为多少? 若把它们看成是补码，最高位为符号位，求其真值? （1）1000 1110 （2）1011 0000 （3）0001 0001 （4）0111 0101 7何谓微处理器、微型计算机、单片机？ 8什么叫总线？系统总线分为哪三大总线，各有什么作用？ 9什么叫系统软件？什么叫应用软件？,