单片机工程实践讲稿(初级) 第一讲微型计算机的组成及工作过程 、基本组成 控制总线 数据总线 PU 外部 设备 地址总线 1.中央处理器CPU CPU( Central Processing Unit)是计算机的核心部件,它由运算器和控制器组成,完 成计算机的运算和控制功能 运算器又称算术逻辑部件(ALU, Aithmctieal Logic Unit),主要完成对数据的算术运算和 逻辑运算 控制器( Controller)是整个计算机的指挥中心,它负责从内部存储器中取出指令并对指令 进行分析、判断,并根据指令发出控制信号,使计算机的有关部件及设备有条不紊地协调工作, 保证计算机能自动、连续地运行 寄存器( Register):其作用是存放运算过程中的各种数据、地址或其它信息。寄存器种类很多,主 要有 通用寄存器:向ALU提供运算数据,或保留运算中间或最终的结果 累加器A:这是 一个使用相对频繁的特殊的通用寄存器,有重复累加数据的功能 程序计数器PC:存放将要执行的指令地址。 指令存储器IR:存放根据PC的内容从存储器中取出的指令。 在微型计算机中,CPU一般集成在一块被称为微处理器(MPU, Micro Process ing Unit)的芯 2.存储器M 存储器( Memory)是具有记忆功能的部件,用来存储数据和程序。存储器根据其位置不 同可分为两类:内存储器和外存储器。内存储器(简称内存)和CPU直接相连,存放当前要运 行的程序和数据,故也称主存储器(简称主存)。它的特点是存取速度快,基本上可与CPU处 理速度相匹配,但价格较贵,能存储的信息量较小。外存储器(简称外存)又称辅助存储器,主 要用于保存暂时不用但又需长期保留的程序和数据。存放在外存的程序必须调入内存才能进 行。外存的存取速度相对较慢,但价格较便宜,可保存的信息量大 (1)ROM和RAM (2)读出和写入 (3)位、字节、地址、字长 (4)外存储器
单片机工程实践讲稿（初级） 第一讲 微型计算机的组成及工作过程 一、基本组成 1. 中央处理器 CPU CPU（Central Processing Unit）是计算机的核心部件, 它由运算器和控制器组成, 完 成计算机的运算和控制功能。 运算器又称算术逻辑部件（ALU, Aithmctieal Logic Unit）, 主要完成对数据的算术运算和 逻辑运算。 控制器（Controller）是整个计算机的指挥中心, 它负责从内部存储器中取出指令并对指令 进行分析、判断, 并根据指令发出控制信号, 使计算机的有关部件及设备有条不紊地协调工作, 保证计算机能自动、连续地运行。 寄存器(Register)：其作用是存放运算过程中的各种数据、地址或其它信息。寄存器种类很多, 主 要有: 通用寄存器: 向 ALU 提供运算数据, 或保留运算中间或最终的结果。 累加器 A: 这是 一个使用相对频繁的特殊的通用寄存器, 有重复累加数据的功能。 程序计数器 PC: 存放将要执行的指令地址。 指令存储器 IR: 存放根据 PC 的内容从存储器中取出的指令。 在微型计算机中, CPU 一般集成在一块被称为微处理器（MPU, Micro Processing Unit）的芯 片上。 2. 存储器 M 存储器（Memory）是具有记忆功能的部件, 用来存储数据和程序。存储器根据其位置不 同可分为两类: 内存储器和外存储器。内存储器（简称内存）和 CPU 直接相连, 存放当前要运 行的程序和数据, 故也称主存储器（简称主存）。它的特点是存取速度快, 基本上可与 CPU 处 理速度相匹配, 但价格较贵, 能存储的信息量较小。外存储器（简称外存）又称辅助存储器, 主 要用于保存暂时不用但又需长期保留的程序和数据。 存放在外存的程序必须调入内存才能进 行。外存的存取速度相对较慢, 但价格较便宜, 可保存的信息量大。 （1）ROM 和 RAM （2）读出和写入 （3）位、字节、地址、字长 （4）外存储器
3.输入输出接口(IO接口) 输入输出(IO)接口由大规模集成电路组成的IAO器件构成,用来连接主机和相应的IO 设备(如:键盘、鼠标、显示器、打印机等),使得这些设备和主机之间传送的数据、信息 在形式上和速度上都能匹配。不同的LO设备必须配置与其相适应的IO接口。 4.总线 总线(BUS)是计算机各部件之间传送信息的公共通道。微机中有内部总线和外部总线两 类。内部总线是CPU内部之间的连线。外部总线是指CPU与其它部件之间的连线。外部总 线有三种数据总线DB( Data bus),地址总线AB( Address Bus)和控制总线 CBControl Bus)。 基本工作过程 根据冯·诺依曼原理构成的现代计算机的工作原理可概括为:存储程序和程序控制。存储 程序是指人们必须事先把计算机的执行步骤序列(即程序)及运行中所需的数据,通过一定的 方式输入并存储在计算机的存储器中。程序控制是指计算机能自动地逐一取出程序中的一条条 指令,加以分析并执行规定的操作 Z=X+Y的执行过程。 假定我们有一个虚拟机SAM,主存储器由4K16位的字组成,CPU中有一个可被程序员使 用的16位累加器A 指令名称机器语言格式 汇编语言格式 功能 加法 0001a ADD A+(A)+(a) 取数 1000a LOAd a 存数 1001a StORe a 假设X和Y均已存放在存储单元中。注意,X是个变量名,可以是某个存储单元的地址 该单元中存放的是X的值。 (1)从地址为X的单元中取出X的值送到累加器中 (2)把累加器中的X与地址为Y的单元的内容相加,结果存放在累加器中。 (3)把累加器中的内容送到地址为Z的单元中。 相应的SAM指令是 LOAD X ADD Y STORE Z 指令被取出后送入指令寄存器IR( Instrction Register),由控制器中的译码器对指令 进行分析,识别不同的指令类别及各种获得操作数的方法。以加法指令ADDY为例,译码器分 析后得到如下结果 (1)这是一个加法指令 (2)一个操作数存放在Y(地址为AOIH)中,另一操作数隐含在累加器A中。接着 操作进入指令执行阶段。仍以ADDY为例,将Y与A中内容送入ALU,进行加法运算 结果送入A。 计算机的基本工作过程:取指令、分析指令、执行指令
3. 输入/输出接口（I/O 接口） 输入/输出（I/O）接口由大规模集成电路组成的 I/O 器件构成, 用来连接主机和相应的 I/O 设备（如: 键盘、 鼠标、显示器、 打印机等）, 使得这些设备和主机之间传送的数据、信息 在形式上和速度上都能匹配。不同的 I/O 设备必须配置与其相适应的 I/O 接口。 4. 总线 总线（BUS）是计算机各部件之间传送信息的公共通道。微机中有内部总线和外部总线两 类。内部总线是 CPU 内部之间的连线。外部总线是指 CPU 与其它部件之间的连线。 外部总 线有三种: 数据总线 DB（Data Bus）, 地址总线 AB（Address Bus）和控制总线 CBControl Bus）。 二、 基本工作过程 根据冯·诺依曼原理构成的现代计算机的工作原理可概括为: 存储程序和程序控制。存储 程序是指人们必须事先把计算机的执行步骤序列（即程序）及运行中所需的数据, 通过一定的 方式输入并存储在计算机的存储器中。程序控制是指计算机能自动地逐一取出程序中的一条条 指令, 加以分析并执行规定的操作。 Z=X+Y 的执行过程。 假定我们有一个虚拟机 SAM, 主存储器由 4K16 位的字组成, CPU 中有一个可被程序员使 用的 16 位累加器 A。 假设 X 和 Y 均已存放在存储单元中。注意, X 是个变量名, 可以是某个存储单元的地址, 该单元中存放的是 X 的值。 (1) 从地址为 X 的单元中取出 X 的值送到累加器中。 (2) 把累加器中的 X 与地址为 Y 的单元的内容相加, 结果存放在累加器中。 (3) 把累加器中的内容送到地址为 Z 的单元中。 相应的 SAM 指令是: LOAD X ADD Y STORE Z 指令被取出后送入指令寄存器 IR（Instrction Register）, 由控制器中的译码器对指令 进行分析, 识别不同的指令类别及各种获得操作数的方法。以加法指令 ADD Y 为例, 译码器分 析后得到如下结果: (1) 这是一个加法指令; (2) 一个操作数存放在 Y（地址为 A01H）中, 另一操作数隐含在累加器 A 中。 接着, 操作进入指令执行阶段。仍以 ADD Y 为例, 将 Y 与 A 中内容送入 ALU, 进行加法运算, 结果送入 A。 计算机的基本工作过程:取指令、分析指令、执行指令
单片机的发展 1、什么单片机 在一片集成电路芯片上集成微处理器、存储器、IO接口电路,从而构成了单芯片微型计 算机,即单片机 单片机的发展简史 (1)4位单片机(1971~1974) (2)低档8位单片机(1974~1978) (3)高档8位单片机(1978~1982) (4)16位单片机(1982~1990 (5)新一代单片机(90年代以来) 四单片机的特点及应用 单片机的特点 (1)控制性能和可靠性高 (2)体积小、价格低、易于产品化 (3)功能扩展性强,可以扩展ROM、RAM、IO口等,与许多微 机通用接口芯片兼容 在现代的各种电子器件中,单片机具有良好的性能价格比。是单片机得 以广泛应用的重要原因 2、单片机的应用 单机应用 (1)测控系统 (2)智能仪表 (3)机电一体化产品 (4)智能接口 (5)智能民用产品 多机应用 (1)功能集散系统:为了满足工程系统多种外围及局部网络系统 (2)并行多控制系统:主要解决工程应用系统的快速问题,以便构成大型实时工程应用系统 (3)局部网络系统:用于分布式测控系统 单片机应用案例
三、 单片机的发展 1、 什么单片机 在一片集成电路芯片上集成微处理器、存储器、I/O 接口电路，从而构成了单芯片微型计 算机，即单片机 单片机的发展简史 （1）4 位单片机（1971～1974） （2）低档 8 位单片机（1974～1978） （3）高档 8 位单片机（1978～1982） （4）16 位单片机（1982～1990） （5）新一代单片机（90 年代以来） 四 单片机的特点及应用 1、单片机的特点 （1）控制性能和可靠性高 （2）体积小、价格低、易于产品化 （3）功能扩展性强，可以扩展 ROM、RAM、I/O 口等，与许多微 机通用接口芯片兼容。 在现代的各种电子器件中，单片机具有良好的性能价格比。——是单片机得 以广泛应用的重要原因。 2、单片机的应用 单机应用 （1） 测控系统。 （2） 智能仪表。 （3） 机电一体化产品。 （4） 智能接口。 （5） 智能民用产品。 多机应用 （1） 功能集散系统：为了满足工程系统多种外围及局部网络系统。 （2） 并行多控制系统：主要解决工程应用系统的快速问题，以便构成大型实时工程应用系统。 （3） 局部网络系统：用于分布式测控系统。 单片机应用案例
PD 案例 调制冷控制系统 220V 课堂小结 1)数制、编码、带符号数的表示。 2)单片机的发展、特点及应用 3)单片机应用案例
案例二：空 调制冷控制系统 课堂小结 1) 数制、编码、带符号数的表示。 2) 单片机的发展、特点及应用 3) 单片机应用案例
引入新课 5min 简要回顾上次关于单片机概述的有关内容,特别指出其特点,引入本次将学 习MCS-51单片机的结构、CPU的内部组成、存储器的组成及配置 新课教些 80min 第二讲MCS51单片机硬件结构 1.MCS-51系列单片机的分类 (1)51子系列 (2)52子系列 2.MCS-51系列单片机的内部结构 8051的组成: (1)8位CPU (2)128BRAM (3) 4KB ROM 30min (4)4个8位并行口 10min (5)1个串行口 (6)2个16位的定时/计数器 (7)5个中断源、2个优先级嵌套的中断系统 (8)21个SFG (9)片内振荡器和时钟电路。 2.1中央处理器(CPU) 1.运算器 (1)算术逻辑单元ALU:算术运算逻辑单位,完成各种基本的算术逻辑运算 (2)累加器ACC( Accumulator):即可参加运算,又保存结果 (3)寄存器B:专用的乘除法寄存器 (4)程序状态字PSW( Programe State Word)用来反映当前程序的状态 信息 CY一进位标志 ①用来反映8位算术运算产生的进位 ②在移位等逻辑运算时C受影响 ③兼作位累加器 AC一辅助进位 FO一用户自定义的状态标志位 RS1、RS2——工作寄存器区选择控制位 00—一工作寄存器组0 01——工作寄存器组1 10——工作寄存器组2 11——工作寄存器组3 0V——溢出标志位 P—一奇偶标志位 2.控制器
引入新课 简要回顾上次关于单片机概述的有关内容，特别指出其特点，引入本次将学 习 MCS-51 单片机的结构、CPU 的内部组成、存储器的组成及配置。 新课教学 第二讲 MCS-51 单片机硬件结构 1．MCS-51 系列单片机的分类 (1)51 子系列 (2)52 子系列 2．MCS-51 系列单片机的内部结构 8051 的组成： （1） 8 位 CPU； （2） 128B RAM （3） 4KB ROM； （4） 4 个 8 位并行口； （5） 1 个串行口； （6） 2 个 16 位的定时/计数器； （7） 5 个中断源、2 个优先级嵌套的中断系统； （8） 21 个 SFG； （9） 片内振荡器和时钟电路。 2.1 中央处理器（CPU） 1.运算器 （1）算术逻辑单元 ALU：算术运算逻辑单位，完成各种基本的算术逻辑运算 （2） 累加器 ACC（Accumulator）：即可参加运算，又保存结果 （3） 寄存器 B ：专用的乘除法寄存器 （4） 程序状态字 PSW（Programe State Word）：用来反映当前程序的状态 信息 CY—进位标志 ①用来反映 8 位算术运算产生的进位 ②在移位等逻辑运算时 C 受影响 ③兼作位累加器 AC—辅助进位 F0—用户自定义的状态标志位 RS1、RS2——工作寄存器区选择控制位 00——工作寄存器组 0 01——工作寄存器组 1 10——工作寄存器组 2 11——工作寄存器组 3 OV——溢出标志位 P——奇偶标志位 2．控制器 5min 80min 15’ 30min 10min 5min