第01章微处理机概论概要

微机原理与接口技术,任课教师联系方法,叶炜 办公室：工程中心大楼510 （控制系新楼510） 电话：13957131776 电子邮件：wye,课程简介,课程简介： 讲授微处理机原理； 讲授微处理机机系统接口技术； 培养学生针对实际应用，设计现代微型计算机系统的能力； 增强学生实践能力，解决实际问题。 课程目标： 掌握基础知识、增强实践能力！,课程简介,教材：微处理机原理与接口技术（主编：王汀，浙大出版社） 参考书 单片机原理及接口技术，清华大学出版社 张迎新等，单片机初级教程单片机基础，北京航空航天大学出版社。 上课时间：每周二上午 上课地点：玉泉校区教7 实验课时间地点：另行通知,教学日历,第1周 绪论 第2周 单片机的体系结构（1） 第3周 单片机的体系结构（2） 第4周 单片机的指令系统（1） 第5周 单片机的指令系统（2） 第6周 汇编语言程序设计（1） 第7周 汇编语言程序设计（2） 第8周 MCS-51中断系统 期中考试（不考）,教学日历,第9周 MCS-51定时器与计数器 第10周 MCS-51存储器及扩展 第11周 MCS-51并行接口及扩展 第12周 D/A转换接口 第13周 A/D转换接口 第14周 MCS-51串行接口 第15周 人机I/O接口 第16周 综合设计；复习 期末考试,实验和作业,实验时间：16学时，分45次； 实验内容： 1、软件实验：46个，在自己的电脑上完成。 2、硬件实验：4个。 作业： 1、微机原理部分：主要是软件编程 2、接口技术部分：包括硬件设计和软件编程 实验也是作业的重要组成部分 特点：本课程具有很强的实践性，因此实验环节十分重要 要求：独立完成。,考试和成绩,没有期中考试 作业、实验、到课情况、听课情况这几项作为平时学习成绩，占总成绩的10；要求：听好每一堂课 实验课成绩占总成绩的30； 期末考试成绩占总成绩的60。,第一章 微处理机概论,§1-1 课程学习概论： §1-2 基本概念： §1-3 基础知识：,§1-1 课程学习概论：,一、什么是微处理机 二、为什么要学习微处理机原理课程 三、如何学习微处理机原理课程,一、什么是微处理机,眼睛，耳朵，鼻子等构成大脑的输入传感器,通过手，胳膊，腿等构成运动控制,各种物理传感器输入构成输入设备,电机，阀门等输出设备,二、为什么要学习微处理机原理课程 （1）,1、 微处理机的作用： 构成巨型计算机 构成微型计算机 台式计算机 笔记本计算机 掌上计算机 构成专用控制器,二、为什么要学习微处理机原理课程 （2）,构成专用控制器： 家电控制：空调器、电冰箱、电视机、洗衣机等 交通设施：汽车、交通控制等,二、为什么要学习微处理机原理课程 （3）,通讯设施：手机、传呼机、电话机、交换机等 工业控制：温度控制、顺序控制、过程控制等各种自动控制设施 仪器仪表：测试仪器、计算机外设、各种附加仪表等 医疗设施：保健设备、检查设备、治疗设备等 娱乐设施：音响设备、声像设备、游戏设备等,二、为什么要学习微处理机原理课程 （4）,2、 微处理机在摄影专业中的应用： 普通摄影： 摄影器材：电子快门、自动调焦、自动闪光灯、自动测距等 冲印器材：自动冲卷、自动扩印、自动补偿、自动送纸、自动裁切等 数码摄影： 摄影器材：传统器材功能之外还要数码传输、数码压缩、数码存储等 冲印器材：数码还原、数码输出,微处理机已经遍布国民经济的各个领域,三、如何学习微处理机原理课程,1、 发挥主体的主观能动性： 注重课堂听课，发挥主体主观能动性。 2、 重视实践环节： 作业、编程、实验 3、 教材与参考书： 脱开书本的索缚，学会自主学习。,§1-2 基本概念：,一、计算机的产生与发展 二、单片机的发展 三、微处理器的分类与特点 四、冯·诺依曼计算机结构 五、相关概念,一、计算机的产生与发展（1）,1、 数字式电子计算机的产生： 1946年产生第一台数字式电子计算机,图片,一、计算机的产生与发展（2）,随着电子技术的发展，计算机集成化程度越来越高,电子管晶体管集成电路大规模集成电路超大规模集成电路 第一代第二代第三代第四代 （46-57） （58-64） （65-71） （72-今）,一、计算机的产生与发展（3）,2、微处理器的产生： 1968年3个从美国仙童公司跳槽的学者成立Intel公司 1969年日本一公司要求Intel公司为其设计一组用于高性能可编程计算器的芯片，日本客户的原始设计方案至少需要12块专用芯片，Intel公司的Hoff工程师拒绝了这种笨拙的设计方案，代之以四块芯片构成： 4001 RAM、 4002 ROM、 4003 寄存器、 4004 4位CPU 该四块芯片的组合即可达简单通用计算机的功能。,图片,微处理器之父 Ted Hoff,一、计算机的产生与发展（4）,3、 Intel架构PC机的产生： 1975年美国MITS公司用8080CPU芯片结合存储器芯片制造了世界上第一台PC机Altair 8800，销售量6万多台，1975年1月，盖茨和艾伦为Altair 8800 开发出Basic语言,一、计算机的产生与发展（5）,苹果电脑公司，Apple IIc于1976年由Steve Jobs和Steve Wozniak和Ron Wayn创立。在当年开发并销售Apple I电脑。 1977年发售最早的个人电脑Apple II。 Apple Macintosh在1984年投放市场，首次结合了16位CPU，鼠标，硬盘，以及支持图形用户界面和多任务的操作系统。 1981年美国IBM公司用8088CPU芯片制造了世界上第一台Intel架构PC机。 其操作系统MS-DOS成就了微软公司。,一、计算机的产生与发展（5）,4、微处理器的发展向着高速度和高集成度方向发展！ 年 份 型 号 位数 集成度 运算速度 1946 ENIAC 18000个电子管、70000个电阻 0.005 MIPS 1000个电容、1500个继电器） 1970 4004 4位 2000个晶体管 0.06 MIPS 45条指令 1971 4040 4位 2250个晶体管 1972 8008 8位 3300个晶体管 0.03 MIPS 1974 8080 8位 4500个晶体管 0.2 MIPS 1976 8085A 8位 6200个晶体管 0.3 MIPS 1978 8086 16位 25000个晶体管 1 MIPS 1979 8088 准16位 29000个晶体管 1 MIPS 80186 以8086为核的单片机 80188 以8088为核的单片机,一、计算机的产生与发展（6）,1982 80286 16位 13.4万个晶体管 1.5 MIPS 1985 80386 32位 27.5万个晶体管 5 MIPS 1989 80486 32位 160万个晶体管 7 MIPS 1993 80586 64位 330万个晶体管 90 MIPS 1995 P- 64位 550万个晶体管 300 MIPS 1998 P- 64位 ？万个晶体管 800 MIPS 2001 P- 64位 4200万个晶体管 2000 MIPS 注：MIPS即为：百万条指令/秒,图片,一、计算机的产生与发展（7）,5、计算机的发展方向： 微型化： 目标是：缩小体积、降低功耗、减少成本； 巨型化： 目标是：提高速度、增强功能、追求效率； 网络化： 目标是：资源共享、使用方便、减小空间； 智能化： 目标是：知识总结、工作辅助、思维方式。 多媒体技术：,二、单片机的发展（1）,单片机诞生于20世纪70年代末，经历了SCM、MCU、SoC三大阶段。 SCM：即单片微型计算机（Single Chip Microcomputer）阶段，在开创嵌入式系统独立发展道路上，Intel公司功不可没。 MCU：即微控制器（Micro Controller Unit）阶段，主要的技术发展方向是：不断扩展满足嵌入式应用时，对象系统要求的各种外围电路与接口电路，突显其对象的智能化控制能力。在发展MCU方面，Philips公司其中皎皎者。 SoC：片上系统（System on Chip），寻求应用系统在芯片上的最大化解决；因此，专用单片机的发展自然形成了SoC化趋势。随着微电子技术、IC设计、EDA工具的发展，对单片机的理解可以从单片微型计算机、单片微控制器延伸到单片应用系统。,二、单片机的发展（2）,（1）第一阶段（1976-1978）：初始阶段。以Intel公司的MCS 48为代表。其他公司还有Motorola 、Zilog等，都取得了满意的效果。这就是SCM的诞生年代，“单机片”一词即由此而来。 （2）第二阶段（1978-1982）：完善阶段。Intel公司在MCS 48 基础上推出了完善的、典型的单片机系列MCS 51。它在以下几个方面奠定了典型的通用总线型单片机体系结构。 完善的外部总线。MCS-51设置了经典的8位单片机的总线结构，包括8位数据总线、16位地址总线、控制总线及具有很多机通信功能的串行通信接口。 CPU外围功能单元的集中管理模式。 位地址空间及位操作方式。 指令系统趋于丰富和完善，并且增加了许多突出控制功能的指令。,二、单片机的发展（3）,（3）第三阶段（1982-1990）：8位单片机的巩固发展及16位单片机的推出阶段，也是单片机向微控制器发展的阶段。Intel公司推出的MCS 96系列单片机，将一些用于测控系统的模数转换器、程序运行监视器、脉宽调制器等纳入片中，体现了单片机的微控制器特征。随着MCS 51系列的推广应用，许多电气厂商竞相使用80C51为内核，将许多测控系统中使用的电路技术、接口技术、多通道A/D转换部件、可靠性技术等应用到单片机中，增强了外围电路功能，强化了智能控制的特征。 （4）第四阶段（1990）：微控制器的全面发展阶段。随着单片机在各个领域全面深入地发展和应用，出现了高速、大寻址范围、强运算能力的8位/16位/32位通用型单片机，以及小型廉价的专用型单片机。,二、单片机的发展（4）,单片机的发展趋势 CMOS化：CMOS芯片除了低功耗特性之外，还具有功耗的可控性，使单片机可以工作在功耗精细管理状态。这也是今后以80C51取代8051为标准MCU芯片的原因。 低功耗化：单片机的功耗已从mA级，甚至到uA级以下；使用电压在36V之间，完全适应电池工作。低功耗化的效应不仅是功耗低，而且带来了产品的高可靠性、高抗干扰能力以及产品的便携化。 低电压化：几乎所有的单片机都有WAIT、STOP等省电运行方式。允许使用的电压范围越来越宽，一般在36V范围内工作。低电压供电的单片机电源下限已可达12V。目前0.8V供电的单片机已经问世。,二、单片机的发展（5）,低噪声与高可靠性：提高单片机的抗电磁干扰能力，使产品能适应恶劣的工作环境，满足电磁兼容性方面更高标准的要求。 大容量化：以往单片机内的ROM为1KB4KB，RAM为64128B。目前，单片机内ROM最大可达64KB，RAM为4KB 高性能化：进一步改进CPU的性能，加快指令运算的速度和提高系统控制的可靠性。采用精简指令集（RISC）结构和流水线技术，可以大幅度提高运行速度。现指令速度最高者已达100MIPS（Million Instruction Per Seconds，即兆指令每秒）。,二、单片机的发展（6）,小容量、低价格化：以4位、8位机为中心的小容量、低价格化也