单片机原理嵌入式系统基础.pptx

匈匈牙牙利利籍籍数数学学家家冯冯诺诺依依曼曼在在1946年年提提出出了了“程程序序存存储储”和和“二二进进制制运运算算”的的思思想想，进进一一步步构构建建了了计计算算机机由由运运算算器器、控控制制器器、存存储储器器、输输入入设设备备和输出设备组成和输出设备组成这一计算机的经典结构。这一计算机的经典结构。（EDVAC-ELECTRONICDISCRETEVARIABLEAUTOMATICCOMPUTER）电电子子计计算算机机技技术术的的发发展，相继经历了五个时代：展，相继经历了五个时代：电子管计算机；电子管计算机；晶体管计算机；晶体管计算机；集成电路计算机；集成电路计算机；大规模集成电路计算机；大规模集成电路计算机；超大规模集成电路计算机。超大规模集成电路计算机。计计算算机机的的结结构构仍仍然然没没有有突突破破冯冯诺诺依依曼曼提提出的计算机的经典结构框架。出的计算机的经典结构框架。1 11 1 微型计算机概述微型计算机概述一、发展一、发展二、分类二、分类三、特点三、特点四、应用四、应用五、发展趋势五、发展趋势一、微型计算机的发展一、微型计算机的发展六个时期：第一时期（19711973年）4位或8位低档微处理器和微机；第二时期（19731977年）8位中高档微处理器和微机；第三时期（19781984年）16位微处理器和微机；第四时期（19851992年）32位微处理器和微机；第五时期（19931999年）超级32位Pentium微处理器和微机第六时期（2000年以后）新一代64位微处理器Merecd和微机二、二、MCMC的分类的分类共有4种分类方法。1 1 按微处理器的位数（字长）分按微处理器的位数（字长）分 4位机、8位机、16位机、32位机、64位机2 2 按微型计算机的用途分按微型计算机的用途分 通用机和专用机两类3 3、按微型计算机的档次分、按微型计算机的档次分 低档机、中档机和高档机 4 4、按微型计算机的组装形式和系统、按微型计算机的组装形式和系统规模分规模分 单片机、单板机、个人计算机 从应用形态上，微机可以分成三种：从应用形态上，微机可以分成三种：多板机（系统机）多板机（系统机）将将CPU、存储器、存储器、I/O接口电路和总线接接口电路和总线接口等组装在一块主机板（即微机主板）。各口等组装在一块主机板（即微机主板）。各种适配板卡插在主机板的扩展槽上并与电源、种适配板卡插在主机板的扩展槽上并与电源、软软/硬盘驱动器及光驱等装在同一机箱内，再硬盘驱动器及光驱等装在同一机箱内，再配上系统软件，就构成了一台完整的微型计配上系统软件，就构成了一台完整的微型计算机系统（简称系统机）。算机系统（简称系统机）。工业工业PC机机也属于多板机。也属于多板机。单板机单板机将将CPU芯片、芯片、存储器存储器芯片、芯片、I/O接口接口芯片芯片和简单的和简单的I/O设备设备（小键盘、（小键盘、LED显示器）显示器）等装配在一块印刷电路板上，再配上等装配在一块印刷电路板上，再配上监控程监控程序序（固化在（固化在ROM中），就构成了一台单板中），就构成了一台单板微型计算机（简称单板机）。微型计算机（简称单板机）。单板机单板机 单片机是将中央处理器（单片机是将中央处理器（CPUCPU）,随机存随机存储器（储器（RAMRAM），只读存储器（），只读存储器（ROMROM或或EPROMEPROM）,定时器定时器/计数器芯片和一些输入计数器芯片和一些输入/输出接口电输出接口电路集成在一个芯片上的微型计算机，有的甚路集成在一个芯片上的微型计算机，有的甚至包含至包含A/DA/D、D/AD/A转换器。总而言之，一块单转换器。总而言之，一块单片机芯片，就相当于一台微型计算机。又称片机芯片，就相当于一台微型计算机。又称为微控制器（为微控制器（MicrocontrollerMicrocontroller）。）。它是专为工业控制和智能仪器设计的一它是专为工业控制和智能仪器设计的一种集成度很高的微型计算机。种集成度很高的微型计算机。单片机单片机 三种应用形态的比较三种应用形态的比较：单板机单板机单片机单片机系统机（多板机）系统机（多板机）系系统统机机（桌桌面面应应用用）属属于于通通用用计计算算机机，主主要要应应用用于于数数据据处处理理、办办公公自自动动化化及及辅辅助助设计。设计。单单片片机机（嵌嵌入入式式应应用用）属属于于专专用用计计算算机机，主主要要应应用用于于智智能能仪仪表表、智智能能传传感感器器、智智能能家家电电、智智能能办办公公设设备备、汽汽车车及及军军事电子设备等应用系统。事电子设备等应用系统。图图1-1微处理器、微计算机和微计算机系统的关系微处理器、微计算机和微计算机系统的关系微计算机系统概念微计算机系统概念单片机的发展单片机的发展 单片机技术发展过程可分为三个主要阶段：单片机技术发展过程可分为三个主要阶段：单芯片微机形成阶段单芯片微机形成阶段1976年，年，Intel公司推出了公司推出了MCS-48系列单片系列单片机机。8位位CPU、1K字节字节ROM、64字节字节RAM、27根根I/O线和线和1个个8位定时位定时/计数器计数器。特点是特点是：存储器容量较小，寻址范围小（不：存储器容量较小，寻址范围小（不大于大于4K），无串行接口，指令系统功能不强。），无串行接口，指令系统功能不强。性能完善提高阶段性能完善提高阶段1980年，年，Intel公司推出了公司推出了MCS-51系列单系列单片机：片机：8位位CPU、4K字节字节ROM、128字节字节RAM、4个个8位并口、位并口、1个全双工串行口、个全双工串行口、2个个16位定时位定时/计数器。寻址范围计数器。寻址范围64K，并有控制，并有控制功能较强的布尔处理器。功能较强的布尔处理器。特点是特点是：结构体系完善，性能已大大提高，：结构体系完善，性能已大大提高，面向控制的特点进一步突出。现在，面向控制的特点进一步突出。现在，MCS-51已成为公认的单片机经典机种已成为公认的单片机经典机种。微控制器化阶段微控制器化阶段 特点是特点是：片内面向测控系统，外围电路增强，：片内面向测控系统，外围电路增强，使单片机可以方便灵活地用于复杂的自动测控使单片机可以方便灵活地用于复杂的自动测控系统及设备。系统及设备。“微控制器微控制器”的称谓更能反应单片机的本质的称谓更能反应单片机的本质。1982年，年，Intel推出推出MCS-96系列单片机。系列单片机。芯片内集成：芯片内集成：16位位CPU、8K字节字节ROM、232字节字节RAM、5个个8位并口、位并口、1个全双工串行口、个全双工串行口、2个个16位定时位定时/计数器。寻址范围计数器。寻址范围64K。片上还有。片上还有8路路10位位ADC、1路路PWM输出及高速输出及高速I/O部件等。部件等。三、三、MCMC特点特点（1）体积小、重量轻、功耗低（2）可靠性高、使用环境条件要求低（3）结构简单灵活、系统设计方便、适应性强（4）性能价格比高 四、四、MCMC应用应用（1）科学计算（2）数据处理和与信息管理（3）CAD、CAM、CAA和CAI的应用（4 4）过程控制和仪器仪表智能化）过程控制和仪器仪表智能化（5）军事领域的应用（6）多媒体系统和信息高速公路（7）家用电器和家庭自动化（8）人工智能的应用 五、五、MCMC发展趋势发展趋势多级流水线结构 芯片上存储器管理技术 虚拟存储技术 并行处理的哈佛结构 RISC结构 整片集成技术 1 12 2 微型计算机系统微型计算机系统一、微型计算机基本结构一、微型计算机基本结构 二、微处理器、微型计算机、微型二、微处理器、微型计算机、微型计算机系统计算机系统三、微型计算机的主要术语及性能三、微型计算机的主要术语及性能指标指标 一、微型计算机基本结构一、微型计算机基本结构MC机是由硬件硬件和软件软件两大部分组成。硬件硬件是指为组成计算机而有机联系的电子、电磁、机械、光学的元件、部件或装置的总和，它是有型的物理实体。软件软件是相对于硬件而言的，从狭义的角度看，软件包括计算机运行所需要的各种程序；而从广义角度讲，软件还包括手册、说明书和有关资料。1 1、硬件基本结构、硬件基本结构 MC由运算器、控制器、存储器、输入设备及输出设备五大部分组成。运算器+控制器+存储器=主机主机；输入+输出设备则称为计算机的外围设备（简称“外设外设”）；运算器+控制器=中央处理单元中央处理单元CPU（Central Process Unit）。2 2微型计算机的软件微型计算机的软件计算机能够脱离人的直接控制而自动地操作与运算，还必须要有软件。软件是指使用和管理计算机的各种程序（Program），而程序是由一条条指令指令（Instruction）组成的。程序的集合构成了计算机中的软件系统。（1 1）指令）指令控制计算机完成各种操作的命令称为指令。例如：ADDA，#38指令分成操作码和操作数两大部分。操作码表示该指令执行何种操作，操作数表示参加运算的数据或数据所在的地址。（2 2）程序）程序为了计算一个数学式，或者要控制一个生产过程，需要事先制定计算机的计算步骤或操作步骤。计算步骤是由一条条指令来实现的。这种一系列指令的有序集合称为程序。编制程序的过程称为程序设计：例如，计算63+56+36+14=？编制的程序如下：MOVA，#63ADDA，#56ADDA，#36 ADDA，#14（3 3）汇编语言、高级语言和机器）汇编语言、高级语言和机器语言语言汇编语言与机器语言的对照：汇编语言与机器语言的对照：MOV A，#63 0111 0100 0011 1111 ADD A，#56 0010 0100 0011 1000 ADD A，#36 0010 0100 0010 0100 ADD A，#14 0010 0100 0000 1110（4 4）汇编、编译与解释程序）汇编、编译与解释程序3 3硬件和软件的关系硬件和软件的关系微机系统是硬件和软件有机结合的整体。计算机的硬件和软件是密可不分但又相互独立的。硬件是基础软件是灵魂二、微处理器、二、微处理器、MCMC、MCMC系统系统微处理器、微型计算机、微型计算机系微处理器、微型计算机、微型计算机系统统是不同的概念，有必要对它们加以说明。1 1、微处理器、微处理器-CPU-CPU微处理器是利用微电子技术将计算机的核心微处理器是利用微电子技术将计算机的核心部件（运算器和控制器）集中做在一块集成部件（运算器和控制器）集中做在一块集成电路上的一个独立芯片。它具有解释指令、电路上的一个独立芯片。它具有解释指令、执行指令和与外界交换数据的能力。执行指令和与外界交换数据的能力。无论那种无论那种CPUCPU，其内部基本组成总是大同小异，其内部基本组成总是大同小异，其内部包括三部分：运算器、控制器、内部其内部包括三部分：运算器、控制器、内部寄存器阵列（工作寄存器组）寄存器阵列（工作寄存器组）典型微处理器结构图典型微处理器结构图：（1）运算器：算术逻辑运算单元和累加器、标志寄存器、二十进制调整电路（2）控制器：控制器包括指令寄存器IR、指令译码器ID和定时与控制电路三部分。（3）内部寄存器阵列（4）程序计数器功能：功能：可以进行算术和逻辑运算；可保存小量数据；能对指令进行译码并执行规定的动作；能和存储器、外设进行数据交换；提供整个系统所需要的定时和控制；可以响应其他部件发来的中断请求 使用：内部的寄存器-名字（符号）、大名字（符号）、大小、特殊性小、特殊性（关键是使用）（关键是使用）2 2、微型计算机、微型计算机由：CPU、存储器、输入/输出（I/O）口电路构成，各部分之间通过总线（Bus）连接。（1 1）CPUCPU：CPU是微型计算机的核心，它的性能决定了整个微型计算的各项关键指标。微处理器本身不能构成独立工作的系统，也不能独立执行程序，必须配上存储器、外部输入/输出接口构成一台微型计算机方能工作。（2 2）存储器）存储器存储器是微型计算机的重要组成部分，是用来存放程序和数据的，计算机有了计算机有了存储器才具备记忆的能力。存储器才具备记忆的能力。存储器是由存储器单元组成的存储器是由存储器单元组成的由地址由地址确定。确定。从应用的角度讲，计算机工作时，CPU对存储器的操作只有“读读”和和“写写”操作。（3 3）输入）输入/输出接口电路输出接口电路输入/输出接口作桥梁，起到信息转换与协调的作用。从应用的角度讲，计算机工作时，CPU对I/O口的操作只有“读”和“写”。操作时对端口号的操作。（4 4）总线）总线所谓总线，就是在微型计算机各芯片之间或芯片内部各部件之间传输信息的一组公共通信线。微型计算机总线的种类非常多，可分为内部总线、元件级总线、系统总线、外部总线四大类。在微型计算机中使用比较多的是元件级总线。计算机元件级总线包括地址总线地址总线ABAB（Address Address BusBus）、数据总线）、数据总线DBDB（Data BusData Bus）、控制总线）、控制总线CBCB（Control BusControl Bus）三种。地址线总线：三态单向 A15A0 1K=1024数据线：三态双向 D7D0控制线：/RD、/WR、三态门3 3、微型计算机系统、微型计算机系统以微型计算机为主体，配上外部输入/输出设备、外围设备、电源、系统软件一起构成应用系统，称为微型计算机系统微型计算机系统三、常用的术语三、常用的术语二进制、十进制、十六进制位、字节、半字节、字字长CPU、存储器、I/O口总线：AB、DB、CB地址空间、I/O口口地址1 13 3 数字电路基础数字电路基础计算机由大量的数字电路组成，它所处理的是二进制数字信号，即只有0和1两种状态信号。所有的数据、程序和各种逻辑控制部分都是由大量能记录这两种状态的电子器件和能实现0、1基本逻辑控制的单元组成的。这种基本的逻辑控制电路包括逻辑门电路、组合逻辑电路（编码器、译码器、数据选择器等）和时序电路（触发器、寄存器、计数器等）。包括：一、基本的门电路一、基本的门电路 二、三态门与缓冲器二、三态门与缓冲器 三、触发器与锁存器三、触发器与锁存器 一、基本的门电路一、基本的门电路在数字电路中，所谓“门”就是实现一些基本逻辑关系的电路。最基本的逻辑关系可归纳为与、或、非与、或、非三种，所以最基本的逻辑门为与门、或与门、或门和非门门和非门。1 1“与与”逻辑关系及与门电路逻辑关系及与门电路2 2“或或“逻辑关系及或门电路逻辑关系及或门电路3 3“非非”逻辑关系及非门（反相器）逻辑关系及非门（反相器）二、三态门与缓冲器二、三态门与缓冲器三态门有三种输出状态，即高电平（1），低电平（0）和高阻态，其中高阻态也称为浮空状态。典型的典型的TTLTTL三态门集成电路三态门集成电路：常用的三态门芯片有74LS240、241、242、244、245、366、367等。如：74LS244、74LS245三、触发器与锁存器三、触发器与锁存器触发器是一种具有记忆功能的器件，有两种稳定状态，分别表示1和0。在数字电路中，常用来构成寄存器、计数器等部件。触发器有多种形式，常用的有R-S触发器、D触发器、J-K触发器及T触发器等。以计算机中常用的D D触发器触发器为例说明触发器的工作原理。三态锁存器三态锁存器对于输出设备的接口电路，一定要通过三态对于输出设备的接口电路，一定要通过三态锁存器。当允许接收输出数据时闩锁打开，当锁存器。当允许接收输出数据时闩锁打开，当不允许接收输出数据闩锁关闭。常用的三态锁不允许接收输出数据闩锁关闭。常用的三态锁存器是存器是74LS373，74LS377，74LS273。1 14 4 计算机中的数制和编码计算机中的数制和编码计算机在工作过程中就是对数据的处理。计算机在工作过程中就是对数据的处理。计算机是一个典型的数字化设备，它只能识计算机是一个典型的数字化设备，它只能识别别0和和1，所有的计算机都是以二进制数的形，所有的计算机都是以二进制数的形式进行算术运算和逻辑操作的。式进行算术运算和逻辑操作的。一、一、计算机中的数制及转换计算机中的数制及转换 二、二、带符号数的表示带符号数的表示 三、三、计算机中常用的编码计算机中常用的编码 一、数制及转换一、数制及转换1 1、计算机中的数制计算机中的数制 二进制：0、1 十六进制：0-9、A-F 十进制：0-9 分别后缀 B、H、D运算时分别为:逢2进1、逢10进1、逢16进1三者的关系：P19 P19 表表1-41-42 2 不同数制之间的转换不同数制之间的转换（1 1）二进制数和十六进制数）二进制数和十六进制数 非常方便。P19表1-44位二进制数可用1位十六进制数表示。如：1111111000111B=1FC7H（2 2）十六进制数转换成十进制数）十六进制数转换成十进制数十六进制数转换为十进制数十分简单，只需将十六进制数按权展开即可。如：1F3DH=1163+15162+3161+13160 =14096+15256+316+131 =4096+3840+48+13 =7997（3 3）十进制数转换成十六进制数）十进制数转换成十六进制数十进制整数转换为十六进制数：十进制整数转换为十六进制数：可用除除1616取余数法取余数法，即用16不断去除待转换的十进制数，直到商等于零为止。将所得的各次余数，依倒序排列倒序排列，即可得到所转换的十六进制数。如将38947转换为十六进制数，其方法及算式如下：即38947=9823H。十进制小数转换成十六进制小数：采用乘16取整的方法进行。0.7875十进制数转换为十六进制数，其方法和算式如下：可得0.7875D=0.C99H 二、带符号数的表示二、带符号数的表示1机器数与真值2机器数的原码、反码、补码3带符号数溢出及其判断方法1机器数与真值在计算机中，用二进制数表示有符号数，用最高位表示符号，其余的为数值位，这样一组连同符号也编码化的二进制数称为机器数；机器数；对于正数，最高位规定为“0”，对于负数，最高位为“1”，机器数所代表的数值大小称为机器数的真值。真值。如：如：P21 P21 例例2 2机器数的原码、反码、补码机器数的原码、反码、补码（1 1）原码：）原码：对于带符号数来说，用最高位表示数的正负，其余各位表示数的绝对值，这种表示方法称为原码表示法原码表示法，即仅将符号位数字化表示为0或1，数的绝对值与符号一起编码，或者称为“符号符号-绝对值绝对值”的编码。原码表示的特点：原码表示的特点：最高位为符号位，正数为0，负数为1；8位二进制原码表示数的范围是-127+127，十六位二进制原码表示数的范围是-32767+32767；0的原码有两种表示方法，即+0和-0，设字长为8位：+0原=00000000B-0原=10000000B（2 2）反码：）反码：正数的反码与原码相同，负数的反码符号位为1，其数值部分按位取反。求-56H反码的过程如下：对应的原码为1 101 0110B；按位求反后为1 010 1001B，即-56H的反码为1010 1001B。反码的特点：反码的特点：反码表示法中，最高位仍为符号位，正数为0，负数为1；“0”有两种表示方法：当字长是8位时，+0反=00000000B，-0反=11111111B 8位二进制反码表示数的范围是-127+127。正数的反码与原码相同，负数的反码符号位为1，其数值部分按位取反。（3 3）补码：）补码：在计算机内，带符号数并不是用反码表示，而是用补码表示。例：56H-23H=56H-23H+100H =56H+100H-23H =56H+0DDH =1 33H =33H正数的补码与反码、原码相同；负数的补码等于它的反码加1。补码的特点：补码的特点：补码表示中，最高位仍为符号位，正数为0，负数为1；0仅有一种表示方法，即+0补=-0补；8位二进制补码表示数的范围是-128+127，十六位二进制补码表示数的范围是-32768+32767；对于同一个数，作为8位二进制数的补码和作为16位二进制数的补码不同，这一点要特别注意。注意：对于8位二进制数10000000B，若为补码表示为-128补，若为原码表示-0原，若为反码表示为-127反；P24 表1-5从表1-5可以看出，8位二进制数，无符号数无符号数表示范围是0255；有符号数：有符号数：原码表示范围-127+127；反码表示范围是-127+127；补码表示范围是-128+127。3 3带符号数溢出及其判断方法带符号数溢出及其判断方法如前所述，带符号数表示方法都有一定的范围，对于8位的原码、反码和补码表示的范围分别为：原码 -127+127（0FFH7FH）反码 -127+127（80H7FH）补码 -128+127（80H7FH）当8位带符号数的运算结果超过以上范围时，就会出生溢出溢出。在微型计算机中所有带符号的数都是用补码表示的。所谓溢出所谓溢出，是指带符号数的补码加、减运算的结果超出了补码表示的范围。若发生了溢出，则带符号数的运算结果必然是错误的。（2 2）判断溢出的方法）判断溢出的方法两种方法：结果分析；结果分析；X=01000000B，Y=01000001BX+Y=？利用最高位和次高位的进位利用最高位和次高位的进位/借位状态借位状态进行进行“异或异或”来判断的来判断的。在微机中，可用多字节表示更大的数，避免产生溢出错误。四、计算机中常用的编码四、计算机中常用的编码 目前计算机中最常用的两中编码：目前计算机中最常用的两中编码：美国信息交换标准代码（美国信息交换标准代码（ASCIIASCII码码）二二十进制编码（十进制编码（BCDBCD码码）。）。1 1美国信息交换标准代码美国信息交换标准代码（ASCIIASCII码）码）P311 P311 附录附录A A如“8”的7位ASCII码 0111000B 奇校验ASCII码为00111000B；偶校验ASCII码为10111000B；2 2、BCDBCD码码二进制编码的十进制数09A F非法一个字节-8位压缩与非压缩强调：强调：计算机只认二进制数，并不认什么十六、十、ASCII、BCD码等其他数的大小和性质需要人来分析1111 1111B 多大？什么性质的数？无符号：255带符号：负数-1ASCII码：“DEL”键的ASCII码总结：本章从微处理器的产生和发展开始，对微机的基本概念、硬件结构、工作原理、系统组成、应用特点等知识作了相应的概述；介绍了计算机中数据的表示方法，重点介绍了二进制数、十进指数、十六进制数的相关概念及各类数制之间相互转换的方法、无符号数和有符号数的机器内部表示、BCD码和ASCII码等。通过本章的学习，要重点掌握以下几个方面：微型计算机的硬件结构：CPU、存储器、I/O口、总线；微型计算机的软件：源程序、汇编（编译）程序、目标程序；计算机的数值及转换：二进制数、十进制数、十六进制数；带符号数的表示：原码、反码、补码；计算机中的常用的编码：ASCII码、BCD码。本章是微型计算机的基础。第第2 2章章 半导体存储器基础半导体存储器基础 半导体存储器是用来存储二进制信息的器件，是微机系统中的重要组成部分。计算机的工作依赖于存储器中的程序和数据。包括：2 21 1 存储器系统存储器系统 2 22 2 半导体存储器概述半导体存储器概述 2 23 3 典型存储器芯片介绍典型存储器芯片介绍 2 24 4 堆栈堆栈 2 21 1 存储器系统存储器系统2 22 2 半导体存储器概述半导体存储器概述一、分类一、分类 二、存储器芯片的一般结构二、存储器芯片的一般结构三、主要性能指标三、主要性能指标四、存储器地址空间的结构形式四、存储器地址空间的结构形式 一、分类一、分类1 1按用途分按用途分 内部存储器内部存储器 外部存储器外部存储器 2 2按存储器性质分按存储器性质分 随机存取存储器随机存取存储器RAMRAM 只读存储器只读存储器ROMROM 二、存储器芯片的一般结构二、存储器芯片的一般结构由存储体、地址译码器、控制逻辑电路、数据缓冲器4部分组成 三、主要性能指标三、主要性能指标存储容量、存取速度、功耗、可靠性、性能/价格比 存储容量：存储容量：存储单元个数每个单元的存储位数四、存储器地址空间的结构形式四、存储器地址空间的结构形式存储器用于存放程序与数据。半导体存储器由一个个单元组成，每个单元有一个编号（称为地址），一个单元存放一个8位的二进制数（一个字节）。计算机的存储器地址空间有两种结构形式：普林斯顿结构和哈佛结构普林斯顿结构和哈佛结构。2 23 3 典型存储器芯片介绍典型存储器芯片介绍一、静态随机存取存储器一、静态随机存取存储器 (SRAM)(SRAM)二、紫外线擦除可编程二、紫外线擦除可编程ROM(EPROMROM(EPROM）三、电擦除可编程三、电擦除可编程ROM(EEPROM)ROM(EEPROM)一、静态随机存取存储器一、静态随机存取存储器(SRAM)(SRAM)二、紫外线擦除二、紫外线擦除可编程可编程ROM(EPROMROM(EPROM 三、电擦除可编程三、电擦除可编程ROM(EEPROM)98C64ROM(EEPROM)98C64A12A11A10A9A8A7A6A5A4A3A2A1A00 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1可用十六进制数表示为：0000H0000H1FFFH1FFFH。2 24 4 堆栈堆栈微型计算机中的堆栈是读写存储器RAM中的一个特殊区域，是一组按照“先进后出先进后出”的方式工作的、用于暂存信息的存储单元。所谓堆栈堆栈是在存储器中开辟一个区域，用来存放需要暂时保存的数据。1 1堆栈的作用堆栈的作用2 2堆栈操作堆栈操作堆栈有两种操作方式。将数据送入堆栈称为推入操作推入操作，又叫压压入操作入操作，如推入指令PUSH A执行把累加器A内容推入堆栈的操作。把堆栈中内容取出来的操作称为弹出操弹出操作，作，如弹出指令POP A执行把栈顶内容送回A的操作。3 3堆栈指针堆栈指针4 4注意注意（1）先进入的内容要后弹出，保证返回寄存器的内容不发生错误。如：PUSHAPUSHBPOPAPOPB（2）PUSH和POP的指令要成对，若不匹配的话，会造成返回主程序的地址出错。如：PUSHAPUSHBPOPBRET本章小结 半导体存储器的分类：SRAM、EPROM、EEPROM、Flash Memory；存储器的主要指标：存储器容量、存储容量和地址线的关系；典型的存储器芯片：SRAM6264、EPROM2764、并行EEPROMNMC98C64A；堆栈：作用、操作、堆栈指针。第第3 3章章 输入输入/输出接口基础输出接口基础 3 31 MC1 MC接口与接口技术接口与接口技术 3 32 CPU2 CPU与外设的数据传送方式与外设的数据传送方式 3 33 3 串行通信串行通信 3 34 4 中断中断 3 35 5 可编程的定时器可编程的定时器/计数器计数器3 31 1 微型计算机接口与接口技术微型计算机接口与接口技术MCMC中接口是必须的。中接口是必须的。MCMC接口包括硬件接口的设计和编制使这接口包括硬件接口的设计和编制使这些电路按要求工作的驱动程序。些电路按要求工作的驱动程序。一、接口的基本概念一、接口的基本概念二、二、I/OI/O接口的端口及编址接口的端口及编址 三、三、I/OI/O接口的发展接口的发展一、接口的基本概念一、接口的基本概念所谓接口，就是指两台计算机之间、所谓接口，就是指两台计算机之间、计计算机与外设之间算机与外设之间、计算机内部各部件之、计算机内部各部件之间起连接作用的逻辑电路，是间起连接作用的逻辑电路，是CPUCPU与外与外界进行信息交换的中转站。界进行信息交换的中转站。接口是连接接口是连接CPUCPU和外设之间的一个和外设之间的一个桥梁桥梁。1 1MCMC接口和接口和I/OI/O设备之间的信号设备之间的信号把计算机与外设间的这种交换数据、把计算机与外设间的这种交换数据、状态和控制命令的过程统称为通信状态和控制命令的过程统称为通信（CommunicationCommunication）。）。MCMC与外设间的信号：与外设间的信号：数据信息、状态信息、控制信息。数据信息、状态信息、控制信息。（1 1）数据信息）数据信息 ：数字量数字量 、模拟量、模拟量 、开关量、开关量（2 2）状态信息：）状态信息：外设提供的外设提供的（3 3）控制信息：）控制信息：MCMC提供给外设的提供给外设的数据信息、状态信息和控制信息的含义数据信息、状态信息和控制信息的含义不同，但都是不同，但都是数据数据；在接口中，这三种信息进入不同的寄存在接口中，这三种信息进入不同的寄存器：器：数据缓冲器、状态寄存器、控制寄数据缓冲器、状态寄存器、控制寄存器。存器。3 3设置设置I/OI/O接口的原因接口的原因（1 1）速度的不匹配）速度的不匹配（2 2）时序的不匹配）时序的不匹配（3 3）信息格式不匹配）信息格式不匹配（4 4）信息类型与电平的不匹配）信息类型与电平的不匹配4 4接口的功能接口的功能 （1 1）对输入）对输入/输出数据进行缓冲、隔离输出数据进行缓冲、隔离和锁存和锁存（2 2）对信号的形式和数据格式进行交）对信号的形式和数据格式进行交换与匹配换与匹配（3 3）提供信息相互交换的应答联络信）提供信息相互交换的应答联络信号号（4 4）根据寻址信息选择相应的外设）根据寻址信息选择相应的外设二、二、I/OI/O接口的端口及编址接口的端口及编址1 1端口端口所谓端口，是指所谓端口，是指I/OI/O接口中供接口中供CPUCPU直接存直接存取访问的那些寄存器或某些硬件特定电取访问的那些寄存器或某些硬件特定电路。路。一个一个I/OI/O接口总要包括若干个端口。接口总要包括若干个端口。2 2端口编址方式端口编址方式（1 1）端口统一编址）端口统一编址 (2)(2)端口独立编址端口独立编址三、三、I/OI/O接口的发展接口的发展（1 1）简单接口）简单接口（2 2）可编程接口）可编程接口（3 3）智能接口和通用外围接口）智能接口和通用外围接口（4 4）功能接口板）功能接口板总之，总之，MCMC接口技术发展较快，正沿着提高集接口技术发展较快，正沿着提高集成度、增强功能、加大灵活性、适应性、提成度、增强功能、加大灵活性、适应性、提高智能化程度的道路发展，将给用户带来更高智能化程度的道路发展，将给用户带来更大的方便。大的方便。3 32 CPU2 CPU与外设的数据传送方式与外设的数据传送方式外外围围设设备备与与微微机机之之间间的的信信息息传传送送实实际际上上是是CPUCPU与与接接口口之之间间的的信信息息传传送送。传传送送的的方方式式不不同同，CPUCPU对对外外设设的的控控制制方方式式不不同同，从而使接口电路的结构及功能也不同。从而使接口电路的结构及功能也不同。MCMC和和外外设设之之间间的的数数据据传传送送有有四四种种方方式式，即即无无条条件件方方式式、查查询询方方式式、中中断断方方式式、直接存储器存取方式（直接存储器存取方式（DMADMA方式）。方式）。一、无条件传输方式一、无条件传输方式 二、程序查询传输方式二、程序查询传输方式对应条件传送，一个数据传送过程由对应条件传送，一个数据传送过程由个环节组成：个环节组成：CPUCPU从接口中读出状态字；从接口中读出状态字；CPUCPU检测状态字的对应位是否满检测状态字的对应位是否满足足“就绪就绪”条件，如果不满足，则回到条件，如果不满足，则回到前一步读出状态字；前一步读出状态字；如果状态字表明外设已处于如果状态字表明外设已处于“就绪就绪”状态，则传送数据。状态，则传送数据。三、中断传输方式三、中断传输方式 在中断传送方式下，外设具有申请在中断传送方式下，外设具有申请CPUCPU服务的主动权，当输入设备将数据准备服务的主动权，当输入设备将数据准备好或者输出设备可以接收数据时，便可好或者输出设备可以接收数据时，便可以向以向CPUCPU发中断请求，使发中断请求，使CPUCPU暂时停下目暂时停下目前的工作而和外设进行一次数据传输，前的工作而和外设进行一次数据传输，等输入操作或者输出操作结束以后，等输入操作或者输出操作结束以后，CPUCPU继续进行原来的工作继续进行原来的工作。四、四、DMADMA传输方式传输方式 DMADMA方式也要利用系统的数据总线、地址总线方式也要利用系统的数据总线、地址总线和控制总线来传送数据。原先这些总线是由和控制总线来传送数据。原先这些总线是由CPUCPU管理的，但当外设需要利用管理的，但当外设需要利用DMADMA方式进行方式进行数据传送时，接口电路可以向数据传送时，接口电路可以向CPUCPU提出请求，提出请求，要求要求CPUCPU让出对总线的控制权，用一种称为让出对总线的控制权，用一种称为DMADMA控制器的专用硬件接口电路来取代控制器的专用硬件接口电路来取代CPUCPU临临时接管总线，控制外设和存储器之间直接进时接管总线，控制外设和存储器之间直接进行高速的数据传送，而不要行高速的数据传送，而不要CPUCPU进行干预。进行干预。3 33 3 串行通信串行通信并行通信与串行通信：并行通信与串行通信：包括：包括：一、串行通信数据传送的方向一、串行通信数据传送的方向 二、串行通信的方式二、串行通信的方式 三、串行接口芯片三、串行接口芯片UARTUART和和USARTUSART四、调制解调器四、调制解调器一、串行通信数据传送的方向一、串行通信数据传送的方向单工、半双工、全双工单工、半双工、全双工二、串行通信的方式二、串行通信的方式常用的通信方式有两种：同步方式和异常用的通信方式有两种：同步方式和异步方式，也称同步通信和异步通信。步方式，也称同步通信和异步通信。1 1异步通信异步通信例如，传送一个例如，传送一个7 7位的位的ASCIIASCII码字符，再码字符，再加上一个起始位、一个奇偶校验位和一加上一个起始位、一个奇偶校验位和一个停止位组成的一帧共个停止位组成的一帧共1010位。传输字符位。传输字符“E E”的的ASCIIASCII码的波形。码的波形。2 2同步通信同步通信3 3 比较比较 从硬件设备的要求看从硬件设备的要求看 从数据的传输效率看从数据的传输效率看 4 4串行传送速率串行传送速率-波特率波特率所谓的所谓的波特率，波特率，是指每秒钟内所传送二进制是指每秒钟内所传送二进制数据的位数，单位为波特（数据的位数，单位为波特（BdBd），实际上它），实际上它是传送每一位信息所用时间内的倒数。是传送每一位信息所用时间内的倒数。如果一个串行字符由个起始位，个数据如果一个串行字符由个起始位，个数据位，个奇偶校验位和个停止位等位，个奇偶校验位和个停止位等1010个数个数位构成，每秒钟传送位构成，每秒钟传送120120个字符，则实际传送个字符，则实际传送的波特率为：的波特率为：1010位位/字符字符120120字符字符/秒秒12001200位位/秒秒12001200波特波特传送每位信息所占用的时间：传送每位信息所占用的时间：秒秒/1200/12000.8330.833毫秒毫秒常用的标准波特率：常用的标准波特率：110110、300300、600600、10001000、12001200、24002400、48004800、96009600和和1920019200波特。它也是国际波特。它也是国际上规定的标准波特率。同步传送的波特上规定的标准波特率。同步传送的波特率高于异步方式，可达到率高于异步方式，可达到6400064000波特。波特。三、串行接口芯片三、串行接口芯片UARTUART和和USARTUSART由于计算机是按并行方式传送数据的，当它由于计算机是按并行方式传送数据的，当它采用串行方式与外部通信时，必须进行串并采用串行方式与外部通信时，必须进行串并行变换。发送数据时，需通过并行输入、串行变换。发送数据时，需通过并行输入、串行输出移位寄存器将行输出移位寄存器将CPUCPU送来的并行数据转换送来的并行数据转换成串行数据后，再从串行数据线上发送出去；成串行数据后，再从串行数据线上发送出去；接收数据时，则需经串行输入、并行输出移接收数据时，则需经串行输入、并行