微机原理及应用培训

软件组成
微机软件系统包括系统软件和应用软 件，系统软件如操作系统、编译器等， 应用软件如办公软件、图像处理软件 等。
微处理器基本原理
01 02
微处理器结构
微处理器由运算器、控制器和寄存器组等部分构成，运算器负责执行算 术和逻辑运算，控制器负责指令的取指、译码和执行等操作，寄存器组 用于暂存数据和指令。
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微机原理及应用培训
目 录
• 微机原理概述 • 指令系统与汇编语言 • 存储器与I/O接口技术 • 数据传输与通信协议 • 微机系统扩展与外设连接技术 • 微机原理在嵌入式系统中的应用 • 实验与课程设计环节安排
微机原理概述
01
微机定义与发展历程
微机定义
微机，即微型计算机，是一种基于微 处理器的计算机系统，具有体积小、 功耗低、性能稳定等特点。
设计一个数据采集系统，实现对模拟信号的采集、转换和处理，并通 过微机系统进行显示和存储。
基于微机的通信接口设计
利用微机系统的串行通信接口，设计一个简单的通信协议，实现两台 微机之间的数据传输和通信。
基于微机的图形显示系统设计
利用微机系统的图形显示功能，设计一个简单的图形显示系统，如实 现图形的绘制、移动和旋转等操作。
汽车电子控制系统
将微机原理应用于汽车发动机控制、车身稳定控 制等方面，提高汽车的性能、安全性和舒适性。
实验与课程设计环节
07
安排
实验目的和要求
掌握微机系统基本组成
通过实验了解微机系统的基本组成， 包括微处理器、存储器、输入输出接 口等部分。
熟悉汇编语言编程
通过实验学习和掌握汇编语言的编程 技巧，能够编写简单的汇编程序。
数据传输在微机系统中的应用
内存与CPU之间的数据传输
01
在微机系统中，CPU通过总线与内存进行数据传输，实现指令
和数据的读取与写入。
外设与CPU之间的数据传输
02
外设如键盘、鼠标、显示器等通过接口电路与CPU连接，实现
数据的输入与输出。
网络通信中的数据传输
03
微机系统通过网络接口卡与局域网或广域网连接，实现远程数
硬件与软件协同设计
微机原理涉及硬件和软件两个方面的协同设计，有助于实现嵌入式 系统的高效、稳定和可靠运行。
嵌入式系统中典型微机原理应用案例
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智能家居控制系统
采用微处理器和传感器技术，实现对家居环境的 实时监测和智能控制，提高居住舒适度和能源利 用效率。
工业自动化控制系统
利用微机原理设计工业控制器，实现对生产设备 的远程监控和自动化控制，提高生产效率和产品 质量。
不同类型的外设。
外设连接协议
外设与微机系统间通信需遵循一定 的协议，如USB协议、IEEE 1284 并行口协议等。
外设驱动程序
为实现外设与微机系统的正常通信， 需安装相应的外设驱动程序。
典型外设连接案例分析
USB设备连接
通过USB接口连接键盘、鼠标、 打印机等外设，支持热插拔，使
用方便。
串行通信设备连接
通过RS-232接口连接调制解调 器、串行打印机等设备，实现远
距离串行通信。
并行打印设备连接
通过并行口连接打印机等打印设 备，实现高速打印输出。
微机原理在嵌入式系
06
统中的应用
嵌入式系统概述及发展趋势
嵌入式系统定义
嵌入式系统是一种专用的计算机系统，通常嵌入在更大的机械或电气系统中，用 于执行特定的任务。
数据传输与通信协议
04
并行通信与串行通信原理
并行通信原理
并行通信是一种同时传输多个比特的方式，通过并行接口和并行数据线实现。 数据传输速率快，但需要较多的传输线，成本较高。
串行通信原理
串行通信是一种逐位传输数据的方式，通过串行接口和单一的传输线实现。数 据传输速率较慢，但成本较低，适用于远距离通信。据的传输和来自享。微机系统扩展与外设
05
连接技术
总线扩展方法及其特点
总线扩展方法
通过添加总线控制器、总线收发 器等硬件设备，实现微机系统总 线的扩展。
特点
扩展性强，可灵活增加或减少设 备；传输效率高，支持多设备并 行通信；标准化程度高，不同厂 商设备间兼容性好。
外设连接技术探讨
外设连接接口
常见外设连接接口包括USB、RS232、并行口等，不同接口适用于
发展趋势
随着物联网、人工智能等技术的快速发展，嵌入式系统的应用领域不断扩展，对 系统的性能、功耗、安全性等方面的要求也越来越高。
微机原理在嵌入式系统中的作用
微处理器核心作用
微机原理是研究和应用微处理器的基础理论，微处理器是嵌入式 系统的核心部件，负责执行各种指令和操作。
系统性能提升
通过深入了解微机原理，可以优化嵌入式系统的性能，提高系统的 响应速度和运行效率。
接口技术实验
通过实验了解并掌握常用接口 技术的工作原理和使用方法。
综合设计实验
结合所学知识和技术，完成一 个综合性的设计实验，如设计 一个简单的数据采集系统。
课程设计选题建议
基于微机的温度控制系统设计
利用微机系统实现温度的实时监测和控制，通过课程设计加深对微机 系统和接口技术的理解。
基于微机的数据采集与处理系统设计
言程序。
中断处理程序
响应并处理中断事件的 汇编语言程序，用于实 现实时控制或故障处理
等。
存储器与I/O接口技
03
术
存储器类型及工作原理
RAM（随机存取存储器）
ROM（只读存储器）
Cache（高速缓冲存储器）
虚拟存储器
可随时读写，断电后数据丢失， 分为静态RAM（SRAM）和动 态RAM（DRAM）。
只能读取，不能写入，断电后 数据保留，分为可编程ROM （PROM）、可擦除可编程 ROM（EPROM）和电可擦除 可编程ROM（EEPROM）。
位于CPU与主存之间，存取速 度快，用于缓解CPU与主存速 度不匹配的问题。
将内存与外存结合使用，为用 户提供一个比实际内存空间大 得多的虚拟内存空间。
I/O接口电路设计与应用
宏指令
用户自定义的指令，通过 宏定义可以简化程序设计， 提高程序可读性。
程序结构
包括顺序结构、分支结构 和循环结构，是汇编语言 程序设计的基础。
典型汇编语言程序分析
算术运算程序
实现加、减、乘、除等 基本算术运算的汇编语
言程序。
逻辑运算程序
实现与、或、非等逻辑 运算的汇编语言程序。
输入输出程序
实现与外部设备或文件 进行数据交换的汇编语
掌握接口技术
通过实验熟悉和掌握微机系统中的常 用接口技术，如并行接口、串行接口 等。
培养实践能力
通过实验提高学生的动手实践能力， 加深对理论知识的理解。
实验内容和步骤
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03
04
微机系统认识实验
观察微机系统的基本组成，了 解各部分的功能和作用。
汇编语言编程实验
编写简单的汇编程序，并在实 验环境中进行调试和运行。
常用数据传输协议介绍
UART协议
通用异步收发器协议，是 一种简单的串行通信协议， 广泛应用于计算机与外设 之间的异步通信。
I2C协议
双向同步串行总线协议， 用于连接微处理器及其外 围设备，具有简单、高效 的特点。
SPI协议
同步串行外设接口协议， 是一种高速、全双工、同 步的通信总线，广泛应用 于嵌入式系统中。
指令系统
微处理器通过执行指令来完成各种操作，指令系统包括指令格式、寻址 方式和指令集等部分。
03
工作原理
微处理器通过取指、译码、执行和写回等操作循环执行指令，实现数据
的处理和控制信号的传输。同时，微处理器还具有中断处理、异常处理
等功能，确保系统的稳定运行。
指令系统与汇编语言
02
指令格式及寻址方式
中断类型
中断是指CPU在执行程序过程中，由于某 种原因需要暂时停止当前程序的执行，转 而去执行另一段处理程序的过程。
包括外部中断、内部中断、软件中断等。
中断处理过程
中断优先级与嵌套
包括中断请求、中断响应、中断处理和中 断返回四个阶段。
多个中断源同时请求中断时，按照优先级 高低进行处理，高优先级中断可以打断低 优先级中断的处理过程。
发展历程
微机起源于20世纪70年代，随着微处 理器技术的不断发展，微机逐渐从简 单的计算器演变为功能强大的个人计 算机，并在各个领域得到广泛应用。
微机系统组成与结构
硬件组成
结构特点
微机硬件系统主要包括微处理器、内 存储器、输入/输出设备、总线等部分。
微机采用模块化设计，各部件之间通 过总线连接，实现数据传输和指令执 行。
指令格式
指令由操作码和操作数组成，操作码指明操作性质，如算术 运算、逻辑运算等，操作数则指定参与操作的数据及数据来 源或去向。
寻址方式
寻址方式决定了操作数的有效地址如何计算。常见的寻址方 式有直接寻址、间接寻址、寄存器寻址、基址寻址、变址寻 址等。
汇编语言程序设计基础
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伪指令
用于指示汇编程序如何进 行汇编的指令，如定义数 据段、代码段和堆栈段等。
I/O接口电路功能
实现CPU与外设之间的数据传送、状态检测 和控制等操作。
数据传送方式
包括程序查询方式、中断方式和DMA方式 等。
I/O端口地址译码
通过地址译码器将I/O端口地址转换为相应 的设备选择信号。
I/O接口电路应用实例
如并行接口、串行接口、定时/计数器接口 等。
中断技术及其实现方法
中断概念