微机控制技术

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（二） 主机硬件系统——存储器M
功能:
存放程序和数据的记忆装置 用途：存放程序和要操作的各类信息（数 据、文字、图像、。。。） 分类: 内Hale Waihona Puke Baidu：ROM、RAM
特点：随机存取，速度快，容量小
外存：磁盘(软/硬盘、光盘、半导体盘、 U盘…
特点：顺序存取/块存取，速度慢，容量大
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表2―3 P3口第2功能表
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MCS—51单片机存储器配置
MCS—51 单片机存储器的分类从物理结构上 可分为 : 片内、 片外程序存储器（ 8031 和 8032没有片内程序存储器）与片内、 片外数 据存储器4个部分; 从寻址空间分布可分为: 程 序存储器、 内部数据存储器和外部数据存储 器 3大部分 ; 从功能上可分为 : 程序存储器、 内部数据存储器、 特殊功能寄存器、 位地址 空间和外部数据存储器5大部分。
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3. 控制信号或与其它电源复用引脚 控制信号或与其它电源复用引脚有 RST/VPD、 ALE / PROG. 、 和 EA / VPP 等4种形式。 PSEN （1） RST/VPD（9脚）: RST即为RESET, VPD为备用电源, 所以该引脚为单片机的上电复位或掉电保护端。 （2） (30脚): 当访问外部存储器时, ALE（允许地址 ALE / PROG 锁存信号）以每机器周期两次的信号输出 , 用于锁存出现在P0 口的低8位地址。 （3） （29脚）: 片外程序存储器读选通信号输出端, 低电 PSEN 平有效。 （4） （31脚）: 为访问外部程序存储器控制信号, 低 EA /VPP EA 电平有效。
(a) 管脚图； (b) 引脚功能分类
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1. 主电源引脚Vcc和Vss VCC（40脚）: 接+5 V电源正端; VSS（20脚）: 接+5 V电源地端。 2. 外接晶体引脚XTAL1和XTAL2 XTAL1（19脚）: 接外部石英晶体的一端。 在单片 机内部, 它是一个反相放大器的输入端, 这个放大器构成 了片内振荡器。 当采用外部时钟时, 对于HMOS单片机, 该引脚接地; 对于CHMOS单片机, 该引脚作为外部振荡 信号的输入端。 XTAL2（18脚）: 接外部晶体的另一端。 在单片机 内部, 接至片内振荡器的反相放大器的输出端。 当采用 外部时钟时, 对于HMOS单片机, 该引脚作为外部振荡信 号的输入端; 对于CHMOS芯片, 该引脚悬空不接。
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一、微型计算机的基本结构
1. 微型计算机的硬件系统 微处理器（CPU） 存储器(M) 输入/输出接口(I/O接口) 总线(BUS)
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微型计算机的概念结构
地址总线 AB
C P U
存 储 器
I/O 接 口
输 入 设 备
I/O 接 口
输 出 设 备
I/O 接 口
数据总线 DB 控制总线 CB
AB: Address Bus DB: Data Bus CB: Control Bus
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(3) 内存操作

读：将内存单元的内容取入CPU，原单元内容不改变； 写：CPU将信息放入内存单元，单元中原内容被覆盖； 刷新：对CPU透明，仅动态存储器有此操作 内存的读写的操作步骤为： CPU把要读写的内存单元的地址放到AB上 若是写操作， CPU紧接着把要写入的数据放到DB上 CPU通过CB发出读写命令 数据被写入指定的单元或从指定的单元读出到DB 若是读操作， CPU紧接着从DB上取回数据 参见P30图2-5
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（一） 主机硬件系统——CPU
作用:
计算机的控制中心，提供运算、判断能力 构成：ALU、CU、Regs（P29图2-3）
例：Intel 8088/8086、PIII、P4、Celeron AMD K7（Athlon、Duron） CPU的位数(字长)：4位、8位、16位、32位、64位 是指一次能处理的数据的位数
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微型计算机系统的三个层次
微 型 计算机 (主机)
ALU 微 处 理 器 寄存器 控制器 CPU 存储器 I/O接口 总线 键盘、鼠标 显示器 软驱、硬盘、光驱 打印机、扫描仪
硬件系统 微 型 计算机 系 统 软件系统
外 设 系统软件 应用软件
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微型计算机及其组成
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微型计算机：是指由CPU、存储器、输入输出接口 电路和系统总线构成的裸机。 内部存贮器，按照读写方式的不同，分为ROM和 RAM两种类型； 输入/输出接口电路是外围设备与微型计算机之间 的连接电路，在两者之间进行信息交换的过程中， 起暂存、缓冲、类型变换及时序匹配的作用； 总线是CPU与其它各功能部件之间进行信息传输的 通道，按所传送信息的不同类型，总线可以分为数 据总线DB、地址总线AB和控制总线CB三种类型。
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单片机外部引脚说明 MCS—51 系列单片机芯片均为 40 个 引脚, HMOS工艺制造的芯片采用双列直 插（DIP）方式封装, 其引脚示意及功能 分类如图2―3所示。 CMOS工艺制造的 低功耗芯片也有采用方型封装的, 但为44 个引脚, 其中4个引脚是不使用的。
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图2―3 MCS—51系列单片机引脚及总线结构
MCS—51系列单片机基本结构 MCS—51单片机的存储器配置 MCS—51单片机的指令系统概述
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MCS—51系列单片机基本结构
图2―1 MCS—51系列单片机内部结构框图
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图2―2 MCS—51系列单片机内部结构简化框图
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MCS—51系列单片机内部结构及功能部件
按其功能部件划分可以看出, MCS—51系列单
（二）专业知识
1.电子电路知识 2.电机及拖动基础知识 3.自动控制技术知识 4.现代控制技术知识 （1）微机的基本组成和一般原理
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微型机的基本结构
掌握： 微机系统的基本组成 微型机的工作原理 微机8088的存储器组织
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一、微型计算机系统组成
微型计算机系统的三个层次
微处理器(Microprocessor) 微型计算机(Microcomputer) 微型计算机系统(Microcomputer System)
地址总线AB：用来传送CPU输出的地址信号，确
定被访问的存储单元、I/O端口。
地址线的根数决定了CPU的寻址范围。
CPU的寻址范围 = 2n， n--地址线根数
数据总线DB：在CPU与存储器、I/O接口之间数据
传送的公共通路。数据总线的条数(字长)决定CPU 一次最多可以传送的数据宽度。
控制总线CB：用来传送各种控制信号,如读、写等
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4个8位并行输入输出I/O接口: P0口、 P1口、 P2口、 P3口（共32线）, 用于并行输入或输出数据。 1个串行I/O接口。 2个（MCS—52子系列为3个）16位定时器/计数器。 1个具有5个（MCS—52子系列为6个或7个）中断源, 可 编程为2个优先级的中断系统。 它可以接收外部中断 申请, 定时器/计数器中断申请和串行口中断申请。
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2. 微型计算机的软件系统
软件定义：为运行、管理和维护计
算机系统或为实现某一功能而编写 的各种程序的总和及其相关资料文 操作系统 档。 编译系统 系统软件 网络系统 软件 工具软件 应用软件
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二、计算机的工作过程
存储程序计算机—又称为冯•诺依曼型计算机

以运算器为核心、以存储程序原理为基础
控制器按预先存放在计算机存储器中的程序 的流程自动地连续取出指令并执行之。
控制器
输入设备
运算器
输出设备
指令流
存储器
控制命令 数据流
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程序的执行过程
程序
操作码 操作数
执行
取指令 指令译码 取操作数
PC
指令1 指令2 指令3 指令4 …… 指令n
指令周期
执行
执行指令
存结果
1. CPU如何知道从哪里取出程序的第一条指令？——操作系统OS
将CPU、存储器、I/O接口、总线等集成在一
片超大规模集成电路芯片上，称为单片微型 计算机，简称单片机。
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系统级
以微型计算机为中心，配以相应的外围设备
以及控制微型计算机工作的软件，就构成了 完整的微型计算机系统。
微型计算机如果不配有软件，通常称为裸机 软件分为系统软件和应用软件两大类。
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核心级——微处理器
微处理器简称CPU，是计算机的核心，
主要包括： 运算器ALU 控制器CU 寄存器组Registers(简称Regs或R) CPU实现了运算功能和控制功能
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硬件系统级——微型计算机
以微处理器为核心，配上只读存储器(ROM)、
读写存储器(RAM)、输入/输出(I/O)接口电路 及系统总线等部件，就构成了微型计算机。
片机是由8大部分组成的。 这8大部分是:
·一个8位中央处理机CPU。 · 128个字节（MCS—52子系列为256字节）的片内数据存 储器RAM。 ·4 KB（MCS—52子系列为8 KB）的片内程序只读存储器 ROM或EPROM（8031和8032无）。 · 18个（MCS—52子系列为21个）特殊功能寄存器SFR。
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(4) 内存储器的分类
读写存储器或随机存取存储器（RAM）
可读可写 易失性，临时存放程序和数据
只读存储器（ROM）
工作时只能读 非易失性，永久或半永久性存放信息
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（三）主机硬件系统—输入/输出接口
简写为I/O接口，是CPU与外部设备间的
桥梁
I/O 接口
CPU
外设
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接口的功能

提供驱动外设的电压或电流； 匹配计算机与外设之间的信号电平、速度、信号类型、 数据格式等； 缓存CPU发给外设的数据、控制命令 和外设提供的运行状态信息； 提供两者间数据传递控制方式: DMA控制、中断控制 (还有无条件、查询）。
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（四） 主机硬件系统——总线BUS
连接多个功能部件的一组公共信号线
将计算过程描述为由许多条指令按一定顺序组成的程序，即程序 是由多条有逻辑关系的指令组成，指令的长度不等（一般为1～4 字节） 数据和程序均以二进制代码的形式不加区别地存放在存储器中， 存放位置由地址指定，地址码也是二进制形式 由控制器控制整个程序和数据的存取以及程序的执行


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存储程序计算机的工作原理
2. CPU如何按程序控制流执行指令？
3. CPU如何知道从哪里取操作数？
——程序计数器PC
——地址、寻址方式
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（二）专业知识
1.电子电路知识 2.电机及拖动基础知识 3.自动控制技术知识 4.现代控制技术知识 （1）微机的基本组成和一般原理 （2）MCS－51系列单片机的基本知识
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单片机基础
• 有关内存储器M的几个概念
(1) 内存单元的地址和内容 (2) 内存容量 (3) 内存的操作 (4) 内存的分类
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(1)内存单元的地址和内容

内存包含有很多存储单元(每个内存单元包含8bit)， 为区分不同的内存单元，对计算机中的每个内存 单元进行编号，内存单元的编号就称为内存单元 的地址。 Bit 7 6 5 4 3 2 1 0

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单片机及其组成 单片机：是指将CPU、内存储器、I/O接口电路等功能部件集 成在一块芯片上的计算机。 单板机及其组成 单板机：是指将CPU、内存储器和I/O接口电路，加上相应的 外设以及监控程序等安装在一块电路板上所构成的计算机系 统。 [注意]微型计算机、微型计算机系统、单片机和单板机都是以 微处理器为基础，加上相应的硬件和软件组装而成的。要注 意，单纯的微处理器不是计算机，单纯的微型计算机也不是 完整的计算机系统，它们都不能独立地工作，只有微型计算 机系统才是完整的计算机系统，才有实用意义。
内存单 元地址
. . .
. . .
01011000
内存单 元内容
38F04H 1 0 1 1 0 1 1 0
*内存单元有时 又称为地址单元
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(2)内存容量

即内存单元的个数，以字节Byte为单位。 注意：内存空间与内存容量的区别 内存容量：实际配置的内存大小。例：某微机配置2条 128MB的SDRAM内存条，其内存容量为256MB 内存空间：又称存储空间、寻址范围，是指微机的最大 的寻址能力，与CPU的地址总线宽度有关。
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4. 输入/输出（I/O）引脚P0口、 P1口、 P2口及P3口 （1） P0口（39脚～32脚）: P0.0～P0.7统称为P0口。 （2） P1口（1脚～8脚）: P1.0～P1.7统称为P1口, 可作 为准双向I/O接口使用。 （3） P2口（21脚～28脚）: P2.0～P2.7统称为P2口, 一般可作为准双向I/O接口。 （4） P3口（10脚～17脚）: P3.0～P3.7统称为P3口。