計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用第二章-單片機(jī)基礎(chǔ)課件

,單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級(jí),第三級(jí),第四級(jí),第五級(jí),*,計(jì)算機(jī)原理及接口技術(shù),教學(xué)要求,參考教材,主 講：吉 濤,辦 公 室：實(shí)驗(yàn)樓,2B-316,室,聯(lián)系電話：,2.1.1,微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展？,一、計(jì)算機(jī)的誕生,1945,年底，世界上第一臺(tái),使用電子管制造的電子數(shù)字,計(jì)算機(jī)在美國(guó)賓夕法尼亞大學(xué)莫爾學(xué)院研制成功，并在,1946,年,2,月,15,日舉行了計(jì)算機(jī)的正式揭幕典禮。這臺(tái)電子計(jì)算機(jī)總共用了,18800,個(gè)電子管，耗電,140,千瓦，占地,150,平方米，重達(dá),30,噸，每秒鐘可進(jìn)行,5000,次加法運(yùn)算。,電子計(jì)算機(jī)的誕生是人類最偉大的發(fā)明之一。,第二章 單片機(jī)基礎(chǔ),1.,哈弗式,2.,馮,諾依曼,匈牙利數(shù)學(xué)家,馮,諾依曼,提出了“,程序存儲(chǔ),”和“,用二進(jìn)制代替十進(jìn)制運(yùn)算,”的思想；,構(gòu)建了計(jì)算機(jī)由,運(yùn)算器、控制器、存貯器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備,所組成這一計(jì)算機(jī)的基本結(jié)構(gòu)。,二、計(jì)算機(jī)的基本結(jié)構(gòu),數(shù)據(jù),輸入設(shè)備,數(shù)據(jù),運(yùn)算器,數(shù)據(jù),存儲(chǔ)器,輸出設(shè)備,控制器,外圍設(shè)備,接口,CPU,內(nèi)存,圖,1.1,計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu),主機(jī),輸入命令,指令,存取命令,輸出命令,操作命令,二、計(jì)算機(jī)的基本結(jié)構(gòu),三微型計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu),將運(yùn)算器、控制器集成在一塊芯片上，形成,CPU,。,圖,1-2,微型計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu),微處理器,微處理器,存儲(chǔ)器,外 設(shè),設(shè),微,處,理,器,I/O,接,口,存,儲(chǔ),器,外 設(shè),三微型計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu),說明：,1,、存儲(chǔ)器的容量：存儲(chǔ)器所能存放的最大字節(jié)數(shù)。,存儲(chǔ)器地址與存儲(chǔ)器容量,地址位數(shù)（,N,）,存儲(chǔ)器容量（,Q,）,8,2,8,=256B,10,2,10,=1KB,11,2,11,=2KB,12,2,12,=4KB,16,2,16,=64KB,字節(jié),存儲(chǔ)器容量的單位，,8,位二進(jìn)制數(shù)稱為一個(gè)字 節(jié)，記為,B,。常用的單位有：,KB,、,MB,、,GB,。,一、,微處理器（,Microprocessor，,簡(jiǎn)稱：,P）,組成：小型計(jì)算機(jī)或微型計(jì)算機(jī)的控制和處理部分,(,CPU),發(fā)展歷史：?jiǎn)柺烙?0年代，歷經(jīng)了4、8、16、32、64位不斷升級(jí)的發(fā)展過程,三、單片機(jī),（,SCM）,即單片微型計(jì)算機(jī),Singl,Chip Microcomputer,組成：,P、RAM、ROM,以及,I/O,口、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器,、AD/DA,等,集成在一塊芯片上，具有一臺(tái)計(jì)算機(jī)的功能,又稱：嵌入式微控制器（,Embedded Microcontroller),二、微機(jī),（,Microcomputer,簡(jiǎn)稱：,C),是具有完整運(yùn)算與控制功能的計(jì)算機(jī),組成：中央處理單元（,CPU)、,存儲(chǔ)器、,I/O,接口電路及,I/O,設(shè)備,2.1.2,什么是單片機(jī),第二章 單片機(jī)基礎(chǔ),時(shí)間,廠 家,型 號(hào),位數(shù),1980,Motorola,68000,16,1983,INTEL,80286,16,Motorola,68010,32,1985,INTEL,80386,32,Motorola,68020,32,1988,INTEL,80486,32,INTEL,80860,64,1993,INTEL,Pentium,64,Motorola,Power PC,64,1995,INTEL,Pentium Pro,64,1997,INTEL,PII,64,1999,INTEL,PIII,64,2000,INTEL,PIV,64,2001,IBM,Power 4(,雙核,),64,時(shí)間,廠 家,型 號(hào),位數(shù),1971,INTEL,4004,4,1972,INTEL,8008,8,1974,INTEL,8080,8,Motorola,6800,8,1976,Zilog,Z80,8,INTEL,8085,8,1978,INTEL,8086,16,Zilog,Z8000,16,2.1.4 INTEL,單片機(jī)簡(jiǎn)介,一、,MCS-48,系列單片機(jī),1、產(chǎn)品系列,2、性能,8位,CPU，,單一內(nèi)部總線；,1個(gè)8位定時(shí)計(jì)數(shù)器；,27根,I/O,口線；,單級(jí)中斷系統(tǒng)，2個(gè)中斷源；,411,MHZ,外部晶振，內(nèi)部有時(shí)鐘電路；,單一+5,V,電源，功耗為1.5,W；,96,條指令，其中70%指令為單字節(jié)指令，50%以上指令執(zhí)行時(shí)間為一個(gè)機(jī)器周期；,ROM,EPROM,無,ROM,ROM,RAM,48,8048,8748,8035,1,KB,64,B,49,8049,8749,8039,2,KB,128,B,50,8050,8750,8040,4,KB,256,B,二、,MCS-51,系列單片機(jī),1、產(chǎn)品系列,2、主要特征,8位,CPU；,32,條,I/O,口線；,2個(gè)（3個(gè)）16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器；,2個(gè)優(yōu)先級(jí)，5個(gè)（6個(gè)）中斷源；,1個(gè)全雙工串行,I/O,口；,1個(gè)布爾處理器；,有硬件乘除指令；,112,MHZ,晶振，片內(nèi)振蕩器；,ROM,EPROM,無,ROM,ROM,RAM,51,8051,8751,8031,4,KB,128,B,52,8052,8752,8032,8,KB,256,B,44,8044,8744,8344,4,KB,192,B,四、,MCS-51,系列單片機(jī)配置一覽表,系列,片內(nèi),ROM,型式,ROM,大小,RAM,大小,尋址范圍,I/O,特性,中斷源,數(shù),無,ROM,EPROM,EEPROM,FLASH,計(jì)數(shù)器,并口,51,8031,8051,8751,4KB,128B,64KB,2*16,4*8,5,80C31,80C51,87C51,89C51,89S51,4KB,128B,64KB,2*16,4*8,5,52,8032,8052,8752,8KB,256B,64KB,3*16,4*8,6,80C32,80C52,87C52,89C52,89S52,8KB,256B,64KB,3*16,4*8,6/8,注：,C,：,CHMOS,互補(bǔ)對(duì)稱高密度金屬氧化物半導(dǎo)體；,S,：,FLASH ROM,支持,ISP(,在系統(tǒng)可編程，,1000,次,),，,ATMEL,產(chǎn)品，,33M,頻率,.,2.1.6,單片機(jī)工業(yè)產(chǎn)品的概念,一、民用級(jí)產(chǎn)品,主要是用于機(jī)房、辦公環(huán)境，其工作環(huán)境溫度為070；,二、軍用級(jí)產(chǎn)品,工作環(huán)境有求較高，其工作環(huán)境溫度要求在-65+125；,三、工業(yè)級(jí)產(chǎn)品,工作環(huán)境在-4085，在生產(chǎn)流程上具有：,1、采用密封式封裝；,2、在規(guī)定的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行電氣特性測(cè)試；,3、產(chǎn)品經(jīng)過125 溫度下44小時(shí)老化；,4、老化后100%進(jìn)行電氣特性測(cè)試及最終質(zhì)量檢查。,2.1.7,單片機(jī)的特點(diǎn)及應(yīng)用,特點(diǎn),小而靈活、成本低、易于產(chǎn)品化,可靠性好，適應(yīng)溫度范圍寬,易擴(kuò)展、控制功能強(qiáng),可方便地實(shí)現(xiàn)多級(jí)和分布控制,應(yīng)用領(lǐng)域,商業(yè)營(yíng)銷,電子秤、收款機(jī)、條形碼識(shí)別,空調(diào)系統(tǒng)、制冷系統(tǒng)等家電,報(bào)警系統(tǒng)等,辦公自動(dòng)化,通訊、信息產(chǎn)業(yè),通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)(考勤機(jī)、電話、,復(fù)印機(jī)）,工業(yè)自動(dòng)化,測(cè)控系統(tǒng),數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),智能儀器,工業(yè)機(jī)器人,機(jī)、電一體化產(chǎn)品等,國(guó)防軍事裝備,航天飛機(jī)導(dǎo)航系統(tǒng),智能武器裝備、導(dǎo)彈控制等,1,、工業(yè)控制,數(shù)控車床,數(shù)控線切割機(jī)床,用單片機(jī)可以構(gòu)成形式多樣的控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。例如工廠流水線的智能化管理，電梯智能化控制、各種報(bào)警系統(tǒng)，與計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)構(gòu)成二級(jí)控制系統(tǒng)等。,2.,制造與過程控制,自動(dòng)化工廠、柔性制造系統(tǒng)（,FMS,）、無人物流小車、機(jī)器人、加工中心、核電站、污水處理系統(tǒng)、發(fā)（變）電站、能源控制系統(tǒng)、石化企業(yè)的控制設(shè)備、建筑設(shè)備等。,3,、智能儀器儀表上,數(shù)字式測(cè)角儀,交直流電壓電流表,位移傳感器,單片機(jī)具有體積小、功耗低、控制功能強(qiáng)、擴(kuò)展靈活、微型化和使用方便等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于儀器儀表中，結(jié)合不同類型的傳感器，可實(shí)現(xiàn)諸如電壓、功率、頻率、濕度、溫度、流量、速度、厚度、角度、長(zhǎng)度、硬度、元素、壓力等物理量的測(cè)量。采用單片機(jī)控制使得儀器儀表數(shù)字化、智能化、微型化，且功能比起采用電子或數(shù)字電路更加強(qiáng)大。例如精密的測(cè)量設(shè)備（功率計(jì)，示波器，各種分析儀）。,4,、家用電器,1.,智能冰箱,2,智能飯煲,3,智能食品配料機(jī),可以這樣說，現(xiàn)在的家用電器基本上都采用了單片機(jī)控制，從電飯褒、洗衣機(jī)、電冰箱、空調(diào)機(jī)、彩電、其他音響視頻器材、再到電子秤量設(shè)備，五花八門，無所不在。,5.,家庭中的應(yīng)用,每個(gè)家庭使用的嵌入式處理器約,30,40,個(gè)。,一臺(tái),PC,機(jī)中就可能使用了,10,來個(gè)嵌入式處理器。,其他家電中，電冰箱、微波爐、洗衣機(jī)、錄像機(jī)、電子鐘、洗碗機(jī)、,DVD,播放機(jī)、電視機(jī)、音響設(shè)備、通用遙控器、電子玩具、電子寵物等。,7,、醫(yī)用設(shè)備,醫(yī)用呼吸機(jī),各種分析儀,監(jiān)護(hù)儀,超聲診斷設(shè)備,病床呼叫系統(tǒng)等等,電池分析儀,醫(yī)用呼吸機(jī),麻醉信息管理系統(tǒng),8.,汽車中的嵌入式系統(tǒng),汽車內(nèi)部正迅速發(fā)展成為一個(gè)具有相當(dāng)規(guī)模的局域網(wǎng)，如,CAN,（控制局域網(wǎng)）總線網(wǎng)絡(luò)。,汽車中的,GPS,系統(tǒng)與電子導(dǎo)航系統(tǒng)（電子地圖）、防碰撞系統(tǒng)（安全氣囊）、油,/,氣比控制、車用電腦、音響、車燈、智能化的側(cè)視鏡。,據(jù)資料介紹，,S,級(jí)的梅塞德斯轎車，每輛車內(nèi)平均裝有,64,個(gè)微處理器。,小知識(shí),：,嵌入式系統(tǒng)是指,操作系統(tǒng),和功能,軟件,集成于,計(jì)算機(jī)硬件,系統(tǒng)之中。簡(jiǎn)單的說就是系統(tǒng)的應(yīng)用軟件與系統(tǒng)的硬件一體化，類似與,BIOS,的工作方式。具有軟件代碼小，高度自動(dòng)化，響應(yīng)速度快等特點(diǎn)。特別適合于要求實(shí)時(shí)的和多任務(wù)的體系。,工業(yè)控制中智能家用電器、智能儀器設(shè)備、數(shù)控機(jī)床、自動(dòng)生產(chǎn)線、智能玩具、相關(guān)的數(shù)據(jù)采集處理顯示等等。,日常生活中常見的霓虹燈顯示、比賽搶答器、報(bào)警器、電子時(shí)鐘、點(diǎn)陣和液晶顯示屏等等。,END,應(yīng)用實(shí)例,推薦參考書：,1.,張毅剛 等,MCS-51,單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì),哈工大出版社（很配套，比咱們的教材講的深）,2,.,徐愛鈞 彭秀華,單片機(jī)高級(jí)語(yǔ)言,C51,應(yīng)用程序設(shè)計(jì),（很實(shí)用的書）,3.AT89S52,的,Datasheet,（從互聯(lián)網(wǎng)下載）,4.,網(wǎng)絡(luò)文章：從,Cygnal C8051F,看,8,位單片機(jī)發(fā)展之路 北京航空航天大學(xué)何立民,5.,鄭學(xué)堅(jiān) 周斌,微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用,清華大學(xué)出版社（這本書可以好好看看）,