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1、单片计算机概述第1页，共42页，编辑于2022年，星期五2 本课程的时间安排本课程的时间安排总总 学学 时：时：36授授 课：课：32学时学时实实 验：验：4学时学时授课时间：授课时间：1-9周（周（2月月22日日-4月月20日）日）实验时间：根据授课情况穿插安排实验时间：根据授课情况穿插安排考试时间：大约在五一前后考试时间：大约在五一前后第2页，共42页，编辑于2022年，星期五3 本课程的主要内容本课程的主要内容1、什么是单片计算机？、什么是单片计算机？2、单片计算机的发展历史及现状；、单片计算机的发展历史及现状；3、单片计算机的特点和应用范围；、单片计算机的特点和应用范围；4、单片机的内
2、部硬件机构；、单片机的内部硬件机构；5、单片机的指令系统；、单片机的指令系统；6、单片机的接口；、单片机的接口；7、单片机系统的扩展和开发；、单片机系统的扩展和开发；*8、单片机系统的汇编语言；、单片机系统的汇编语言；*9、单片机系统的、单片机系统的C语言；语言；*第3页，共42页，编辑于2022年，星期五4 第一章第一章 单片计算机概述单片计算机概述第4页，共42页，编辑于2022年，星期五5 1.1 微型计算机、单板机与单片机微型计算机、单板机与单片机1、结构特点、结构特点（1）、计算机发展的两个方向）、计算机发展的两个方向高性能、高价格：高性能、高价格：超级计算机、微型个人计算机、服务器
3、等超级计算机、微型个人计算机、服务器等 用途：用途：科学计算、数据、通讯服务、办公领域、复杂工业控制科学计算、数据、通讯服务、办公领域、复杂工业控制 特点：特点：结构复杂、体积相对较大、能耗高、价格贵结构复杂、体积相对较大、能耗高、价格贵低价格、功能单一低价格、功能单一：单片机、单片机、DSP等等用途：用途：简单的工业、民用控制、大型控制系统中功能相对单一简单的工业、民用控制、大型控制系统中功能相对单一 的控制单的控制单元元特点：特点：结构简单、体积小、耗能低、价格低廉结构简单、体积小、耗能低、价格低廉第5页，共42页，编辑于2022年，星期五6 天河一号超级计算机第6页，共42页，编辑于20
4、22年，星期五7第7页，共42页，编辑于2022年，星期五8 第8页，共42页，编辑于2022年，星期五9第9页，共42页，编辑于2022年，星期五10 （2）、计算机的组成）、计算机的组成计算机计算机：运算器、控制器、存储器、输入：运算器、控制器、存储器、输入/输出接口输出接口主机主机微型计算机微型计算机：CPU、存储器、输入、存储器、输入/输出口（外设）输出口（外设）把运算器与控制器集成在一个芯片上，组成单硅片把运算器与控制器集成在一个芯片上，组成单硅片的中央处理器的中央处理器CPU是微型计算机区别于大中小型计算是微型计算机区别于大中小型计算机的主要结构特征。机的主要结构特征。第10页，共
5、42页，编辑于2022年，星期五11 单板机单板机：把中央处理器：把中央处理器CPU、存储器、输入输、存储器、输入输 出接口装在一块印刷电路板上（简单外出接口装在一块印刷电路板上（简单外 设、键盘、设、键盘、LED显示）显示）单片机单片机：在一个晶体芯片上，集成了计算机的全：在一个晶体芯片上，集成了计算机的全 部单元要素：部单元要素：CPU,ROM(EPROM),RAM 和I/O(有的集成有的集成A/D、CTC、串口、并口、串口、并口)同是一个芯片，同是一个芯片，CPU只是计算机的一个组只是计算机的一个组成部分，而单片机是一个完整的计算机成部分，而单片机是一个完整的计算机第11页，共42页，编
6、辑于2022年，星期五12 .微型计算机的应用模式微型计算机的应用模式微机用于微机用于基本计算机外设基本计算机外设科学计算：科学计算：CRT、键盘、打印机等、键盘、打印机等工业控制：基本计算机简单外设工业控制：基本计算机简单外设LED、LCD、简易键盘、简易键盘第12页，共42页，编辑于2022年，星期五13 应用举例应用举例单板机单板机+模入、模出模入、模出开入、开出开入、开出用户计算机用户计算机控制系统控制系统工业控制 计算机基本计算机+开入开出小型PLC 基本计算机+模入、模出开入、开出STD总线控制机PC总线控制机第13页，共42页，编辑于2022年，星期五14 应用举例应用举例第14
7、页，共42页，编辑于2022年，星期五15 应用举例应用举例第15页，共42页，编辑于2022年，星期五16 3、单片机的发展历史（1）、单片机的发展基础大规模集成电路生产技术的发展工业控制的实际需求特点：集成度高，性能价格比优越、体积重量小第16页，共42页，编辑于2022年，星期五17 4位机：位机：1971年年 Intel公司推出四位单片机公司推出四位单片机（2）单片机的发展）单片机的发展代表机型：代表机型：Intel公司：公司：4004 国家半导体：国家半导体：COP444C NEC:UPD75206、UPD172特点：特点：处理能力有限、市场存活期短、市场占有率低处理能力有限、市场存
8、活期短、市场占有率低第17页，共42页，编辑于2022年，星期五18 8位机：位机：1976年年 Intel公司推出公司推出MCS-48八位单片机八位单片机 1980年年 Intel公司又推出公司又推出MCS-51八位单片机八位单片机同期代表机型：同期代表机型：Intel公司：公司：8048、8051 MOTOROLA：MC6801、MC6805 Zilog:Z8其他公司产品：其他公司产品：Intel架构：架构：Philips、Siemens、AMD、OKI、Atmel MOTO架构：架构：Hitachi、RockWell、WDC Zilog架构架构:NEC、Hitachi、SGS-Thoms
9、on 第18页，共42页，编辑于2022年，星期五19 8位机特点：能满足一般简单控制的要求位机特点：能满足一般简单控制的要求、改进型号众多、适应性广、价格低廉、改进型号众多、适应性广、价格低廉、市场占有率最高、市场占有率最高MCS-51系列特点：系列特点：硬件乘除法指令硬件乘除法指令定时计数器定时计数器串口串口位处理机位处理机第19页，共42页，编辑于2022年，星期五20 16位机：位机：1982年年 Intel公司推出公司推出16位单片机位单片机MCS-96同期代表机型：同期代表机型：Intel公司：公司：8096、8098、8097 MOTOROLA：MC68000 Zilog:Z80
10、0016位机特点：能满足较高控制要求、高速计算和高位机特点：能满足较高控制要求、高速计算和高速处理能力。速处理能力。例：例：Intel-80c196：CMOS技术、技术、12万晶体管、万晶体管、4A/D、PWM、HIS/HSO、WATCHDOG。第20页，共42页，编辑于2022年，星期五21 32位机：位机：1994年年 Intel公司推出公司推出32位单片机位单片机80960同期代表机型：同期代表机型：Intel公司：公司：80960 MOTOROLA：MC68300 Microchip:PIC32 32位机特点：定位于高端应用：智能机器人、位机特点：定位于高端应用：智能机器人、光盘、激光
11、打印机、网络服务器等。光盘、激光打印机、网络服务器等。寻址在寻址在GB以上以上晶振可达晶振可达66MHz具有浮点运算能力具有浮点运算能力支持高级语言和实时多任务支持高级语言和实时多任务第21页，共42页，编辑于2022年，星期五22 64位机：位机：Inmos Transputer T80064位机定位于更高端应用：引擎控制、语言图位机定位于更高端应用：引擎控制、语言图像处理、大计算量的控制算法等像处理、大计算量的控制算法等32位和位和64位单片机应用很少、一般控制中以位单片机应用很少、一般控制中以8位位和和16位单片机为主位单片机为主第22页，共42页，编辑于2022年，星期五23 4、单片
12、机应用现状及趋势、单片机应用现状及趋势 八位机MCS-51系列单片机高速数字信号处理器DSP得到广泛应用共有5类产品：基本型、增强型、高速处理型、马达控制型、高性型 十六位机十六位机CMOS芯片芯片,取代取代8086,8088第23页，共42页，编辑于2022年，星期五24 发展趋势（1）8位机更新换代，功能更加完善、速度更快、体积更小、性能更强、接口更多、兼容MCS-51指令。代表：中晶公司的 MCS-251系列单片机：使用 MCS-51指令，性能提高5倍，使用MCS-251扩展指令，性能提高15倍。第24页，共42页，编辑于2022年，星期五25 发展趋势（2）16位采用CMOS，向低功耗
13、发展：用 80C196/80c198取代8096/8098。功能与96/98相同，性能倍增、功耗降低。第25页，共42页，编辑于2022年，星期五26 发展趋势（3）专用数字信号处理器DSP的发展代表：TI公司的TMS320c80。用途：通讯、语言图像处理、信号处理，在高端可取代单片机。第26页，共42页，编辑于2022年，星期五27 发展趋势CPU采用类RISC结构或具有DSP处理功能类似RISC流水线结构通用寄存器结构固定指令长度（4）单片机的功能更加强大第27页，共42页，编辑于2022年，星期五28 片内ROM/RAM增大,存储空间大于1M字节增强I/O处理力快速中断处理高速数据传送：
14、如具有DMA功能多协议通讯：在异步通讯上增加同步接口第28页，共42页，编辑于2022年，星期五29 高级玩具电机控制语音处理（5）针对行业应用，各种专用芯片不断涌现电量检测第29页，共42页，编辑于2022年，星期五30 单片机总体发展趋势升级换代，增强功能；降低功耗、体积，如采用CMOS工艺；专用芯片和定制芯片大量涌现；分工更细，如高端DSP、通讯专用芯片等；很多公司对单片机技术的投入一如既往第30页，共42页，编辑于2022年，星期五31 5、选用、选用MCS-51单片机原因单片机原因8051系列单片机是国内引进的主导产品系列单片机是国内引进的主导产品应用广泛应用广泛开发系统成熟开发系统
15、成熟产品众多，选型方便产品众多，选型方便价格低廉、易于获得价格低廉、易于获得结构典型，是其他单片机学习的基础。结构典型，是其他单片机学习的基础。第31页，共42页，编辑于2022年，星期五32 6、MCS-51单片机简介单片机简介产品8031系列：基本型8051系列：增强型8751系列：EPROM型第32页，共42页，编辑于2022年，星期五33 基本型8751：片内EPROM,价格是8051的10 倍左右,开发样机,小批量生产8051：片内ROM，低成本，大批量 生产，程序要厂家烧制8031：片内无ROM，需外接,大量使用区别在存储器的区别在存储器的有无、种类有无、种类8051：4KROM、
16、128字节RAM、2个16位CTC、4个并口、1个串口。第33页，共42页，编辑于2022年，星期五34 超级型：8x252 增加高速输入/输出脉冲宽度调制输出 嵌入式系统单片机为主嵌入对象体系中,不影响对象性能嵌入式控制单元增强型8x52：片内ROM（EPROM）由4K 8K RAM由128B 256B CTC由2个 3个第34页，共42页，编辑于2022年，星期五35 片上系统片上系统SOC（System on Chip）以以CPU为核心为核心 系统不再需要外部总线系统不再需要外部总线避免避免了大量印刷板调试工作了大量印刷板调试工作超大规模高速集成电路VHSIC的发展用集成电路ASIC设计
17、条件：特点：PLD、A/D、D/A、前置电路和接口、前置电路和接口电路等全部设计制造在一个芯片上电路等全部设计制造在一个芯片上第35页，共42页，编辑于2022年，星期五36 1.21.2、单片机的开发与开发工具、单片机的开发与开发工具1、开发定义对一个单片机系统，从提出任务到定对一个单片机系统，从提出任务到定型生产、投入使用的过程称为单片机型生产、投入使用的过程称为单片机系统开发。系统开发。总体方案论证总体方案论证系统设计系统设计硬件与软件开发硬件与软件开发目标样机调试目标样机调试第36页，共42页，编辑于2022年，星期五37 2 2、开发特点、开发特点软硬件不分软硬件不分软件需要专门的工
18、具软件需要专门的工具大部分采用可编程器件大部分采用可编程器件第37页，共42页，编辑于2022年，星期五38 3 3、开发工具应具有的功能、开发工具应具有的功能编程功能：编译、汇编、反汇编、编程功能：编译、汇编、反汇编、EPROM写入写入排错：对寄存器、排错：对寄存器、RAM内容修改、单内容修改、单 步、设断点运行错误跟踪功能步、设断点运行错误跟踪功能仿真：借助于系统资源仿真目标机，仿真：借助于系统资源仿真目标机，是软硬件联合排错的一种方法是软硬件联合排错的一种方法第38页，共42页，编辑于2022年，星期五39 1.31.3、MCS-51MCS-51单片机的结构特点单片机的结构特点1、CPU
19、32个寄存器在个寄存器在RAM中中寄存器分为寄存器分为4组，切换方便组，切换方便21个个SFR可实现内部状态控制、可实现内部状态控制、I/O口控制、口控制、中断控制等中断控制等2、存储器程序和数据存储器各程序和数据存储器各64K，逻辑空间独立逻辑空间独立8051具有片内具有片内ROM128字节内部字节内部RAM独立独立第39页，共42页，编辑于2022年，星期五40 3、I/O口P0P3四个四个I/O口口P0、P2、P3在程序控制下具有第二功能在程序控制下具有第二功能2个个16位的位的CTC具有具有4种工作方式种工作方式具有一个全双工的串口具有一个全双工的串口4、指令系统具有硬件乘除法具有硬件乘除法具有专门的布尔处理机具有专门的布尔处理机第40页，共42页，编辑于2022年，星期五41 1.41.4、MCS-51MCS-51单片机的应用特性单片机的应用特性1、可靠性军品：军品：-50 125工业品：工业品：-40 85商业品：商业品：0 702、三个系列产品可选8031系列：片内无系列：片内无ROM，需外接，需外接8051系列：具有片内系列：具有片内ROM，适合大批量产，适合大批量产8751系列：具有片内系列：具有片内ROM，适合小批量产，适合小批量产第41页，共42页，编辑于2022年，星期五42 第一章结束第42页，共42页，编辑于2022年，星期五