第00章微型计算机基础

1、微机原理及实验微机原理及实验主讲：王强主讲：王强Telmail：兰州大学核科学与技术学院兰州大学核科学与技术学院课程目标u 单片机的组成和工作原理u 了解微处理器的内部结构及外部引脚功能u 掌握单片机指令系统的寻址方式和指令系统u 掌握存储器扩展技术u 熟悉常用的输入输出技术u 掌握单片机的接口设计方法课堂讲授及实验课堂讲授课堂讲授 54学时 单片机原理及其接口技术（第三版）胡汉才，清华大学出版社实验实验 36学时 星研单片机实验仪 自编教材 考查方式期末考试： 60 %实验成绩： 30 %作业及平时： 10 %第第1章章 微型计算机基础微型计算机基础主讲：王强主讲：

2、王强兰州大学核学院兰州大学核学院教学目的：教学目的： 了解计算机的发展了解计算机的发展 ； 微型计算机的发展及微型计算机的发展及2 2大分支；大分支； 单片机与微机的主要异同点；单片机与微机的主要异同点； 嵌入式系统定义、组成及特点；嵌入式系统定义、组成及特点； 微型计算机系统概述微型计算机系统概述 。教学重点：教学重点：微型计算机与单片机的组成、发展及特点。微型计算机与单片机的组成、发展及特点。 1.1.1 1.1.1 计算机发展简史计算机发展简史 l第一代：第一代： 194619461958 1958 电子管时代电子管时代l第二代：第二代： 195819581964 1964 晶体管时代晶

3、体管时代l第三代：第三代： 196419641971 1971 集成电路时代集成电路时代l第四代：第四代： 7070年代以后年代以后 大规模集成电路大规模集成电路l第五代：第五代： 人工智能机算机人工智能机算机l第六代：第六代： 神经电脑计算机神经电脑计算机1.1.2 微型计算机的发展及2大分支嵌入式计算机（单片机）通用微型计算机（PC机）Intel MCS-8051, 8096, Intel8080, Z80, MC6800, 6502, 微型处理器：286,386,486,586,Pentium,Core,Xeon操作系统：Windows系列， Unix类操作系统 Linux类操作系统 M

4、ac操作系统 1.1.3单片机与微机的主要异同点 相同点：计计算算机机微处理器微处理器（CPU）存储器存储器（内存）（内存）RAMROM输入输入/输出接口输出接口（I/O接口）接口）并行并行串行接口串行接口定时器定时器总线总线运算器运算器控制器控制器寄存器寄存器不同点：用途不同，发展方向不同。因而结构、外形、功能有很大差异单片机：所有的电路都集成在一块芯片上，通常还包括其他辅助功能电路。一块单片机芯片就是一台计算机。微型计算机：把不同功能的芯片组成在一块底板上，然后配上其他外设。1.1.3计算机的主要技术指标字长主频运算速度内存容量1.2.1嵌入式系统的定义与特点嵌入式系统的定义嵌入式系统的定

5、义l嵌入到对象系统（可以是一种装置、仪表或设备等）中的专用计算机系统 l嵌入式系统shi由嵌入式计算机、外围设备、嵌入式操作系统、应用软件等组成。光传感器光传感器A/D转换转换系统系统控制器控制器电机电机闪存单元闪存单元计算机计算机接口接口用户开关用户开关图像存储图像存储LCD显示器显示器镜头镜头例2.洗衣机控制原理功能专一； 抗干扰能力强、可靠性高；自动化程度高；体积小；功耗低；性能价格比高 。嵌入式系统shi由嵌入式计算机、外围设备、嵌入式操作系统、应用软件等组成。嵌入式计算机 (1) 嵌入式微处理器(EMPU) (2) 微控制器(MCU) (3) 嵌入式DSP处理器(EDSP) (4)

6、嵌入式片上系统 (SoC) (5) 片上可编程系统（SoPC）外围设备 存储器、 接口、 人机交互设备嵌入式操作系统应用软件 u第一阶段（19761978）探索阶段，MCS-48为代表u第二阶段（19781982）完善阶段，MCS-51为代表u第三阶段（19821990）发展阶段，51系列大发展，MCS-96系列产生u第四阶段（1990）微处理器全面发展阶段，出现了高速、大容量、强运算能力的32位单片机主要器件厂家美国：Intel、Motorola、Microchip 、Atmel、 SCT、Winbond、 荷兰: Philips 德国：Siemens台湾：华邦典型MCS-51单片机产品 最

7、早Intel推出的6个芯片：8051、8751、8031、8052、8752、8032 随后推出的CMOS型芯片：80C51、87C51、80C31、80C52、87C52、80C32 兼容厂家（Atmel, Philips）推出的Flash ROM 型: 89C51、89C52、89C58、89C2051、89C4051 Atmel推出的在线编程型：AT89S51/89S52、AT89Cxx停产 其它厂家命名规则可能相同或不同，但都采用8051内核：如ADuC812(AD公司)、77E58、78LE52/54/58（华邦）等等。MCS-51系列单片机配置一览表89系列单片机1） 内部含Fla

8、sh存储器。 2） 89系列单片机的内部结构和80C51相近 3）工作原理和指令系统完全相同。 4）有些型号和80C51的引脚完全兼容。 主要特点如下：89系列单片机是MCS-51的典型代表1.4.1 微型计算机系统的基本组成微机主板及接口1.4.2 微型计算机系统的发展芯片的发展芯片的发展1.5.1 常用简单逻辑电路 1.5.2 触发器 1.5.3 寄存器 （1）缓冲寄存器 （2） 移位寄存器 图1-5所示即为一串行输入移位寄存器电路。 （3）计数器 图2.5就是由J-K触发器组成的行波计数器的工作原理图。 （4） 三态门 见图2.6 为三态门 原理图。图2.7所示为一个4位的三态输出缓冲寄

9、存器 三态门 三态输出缓冲寄存器1.6.1 存储器的分类1.6.2 半导体存储器的分类（1）只读存储器）只读存储器ROM（ReadOnlyMemory） （2）随机存储器随机存储器RAM(RandomAccessMemory) （3） 可改写的非易失存储器1.常用名词术语常用名词术语 存储单元存储单元 、位（bit） 、字长 、字节 （Byte） 。2. 主要指标1）容量 2) 存取速度1静态RAM基本存储电路六管 MOS静态存储单元 图2.9动态基本存储电路l图 2.10随机存储器的基本结构框图The ENDl手动式计算工具手动式计算工具:算筹，算盘算筹，算盘l机械式计算工具机械式计算工具:

10、手摇式计算机，主要由机械齿轮组成。手摇式计算机，主要由机械齿轮组成。l机电式计算机机电式计算机:由电动、齿轮、继电器组成。由电动、齿轮、继电器组成。打孔计算机打孔计算机分析机分析机（1） 世界上公认的第一台计算机是世界上公认的第一台计算机是1946年由年由 美国的美国的宾西法尼亚大宾西法尼亚大学学研制出来的，研制出来的，ENIAC (Electronic Numerical Integrater And Computer)电子电子数字积分器和计数器数字积分器和计数器第一代第一代计算机电子管计算机计算机电子管计算机埃克特（右）和莫克利（左）因共同研埃克特（右）和莫克利（左）因共同研制成功制成功E

11、NIAC而名垂青史而名垂青史（2）第一台通用）第一台通用电子电子计算机：计算机： EDVAC( Electric Discrete Variable Automatic Computer) 电子离散变量自动电子离散变量自动计算机。计算机。第一台并行计算机第一台并行计算机冯冯.诺伊曼计算机，诺伊曼计算机，两个重要设想：两个重要设想：采用二进制和采用二进制和“存储存储程序程序”。，并且进一步明确指出，并且进一步明确指出了整个计算机的结构应由五个部分了整个计算机的结构应由五个部分组成：组成：运算器运算器、控制器控制器、存储器存储器、输入装置输入装置和和输出装置输出装置应用应用晶体管晶体管代替电子管代

12、替电子管广泛使用了广泛使用了磁芯磁芯存储器。存储器。晶体管晶体管的特点：比电子管更可靠、成本也更的特点：比电子管更可靠、成本也更低。低。第二代第二代计算机晶体管计算机计算机晶体管计算机19511951年，中国移民王安发明了磁年，中国移民王安发明了磁芯存储器，芯存储器，IBMIBM于于19561956年购买了这年购买了这项技术专利。项技术专利。集成电路集成电路是将单个的晶体管集成到一个硅片是将单个的晶体管集成到一个硅片上，从而极大的降低了成本，增加了稳定性、上，从而极大的降低了成本，增加了稳定性、速度、可靠性。速度、可靠性。集成电路的出现，使计算机的集成电路的出现，使计算机的普及普及成为可能。成

13、为可能。第三代第三代集成电路计算机集成电路计算机大规模集成电路大规模集成电路LSI (Large Scale Integration)，指单片硅上能集成指单片硅上能集成1000个以上的晶体管。个以上的晶体管。1999年奔年奔腾腾微处理器上有微处理器上有750750万个晶体管。万个晶体管。一个一个超大规模集成电路，可集成上亿个晶体管。可以使超大规模集成电路，可集成上亿个晶体管。可以使小型计算机中整个的中央处理器和大部分存储器集成小型计算机中整个的中央处理器和大部分存储器集成在一个芯片上，这就是在一个芯片上，这就是微处理器微处理器。第四代第四代大规模集成电路计算机大规模集成电路计算机 它能理解人的

14、语言，文字和图形，人无需编写程序，靠它能理解人的语言，文字和图形，人无需编写程序，靠讲话就能对计算机下达命令，驱使它工作。讲话就能对计算机下达命令，驱使它工作。它能将一种知识信息与有关的知识信息连贯起来，作为它能将一种知识信息与有关的知识信息连贯起来，作为对某一知识领域具有渊博知识的专家系统，成为人对某一知识领域具有渊博知识的专家系统，成为人们从事某方面工作的得力助手和参谋。们从事某方面工作的得力助手和参谋。还是能还是能思考思考的计算机，能帮助人进行推理、判断，具的计算机，能帮助人进行推理、判断，具有逻辑思维能力。有逻辑思维能力。巨型化巨型化、微型化微型化、网络化、智能化、网络化、智能化人们普遍认为新一代计算机应该是智能型的，它能模人们普遍认为