利用非獨(dú)立型仿真器開(kāi)發(fā).ppt

本章分為五節(jié)，主要介紹：,1.2 電子計(jì)算機(jī)的發(fā)展概述,1.3 單片機(jī)的發(fā)展過(guò)程及產(chǎn)品近況,1.4 單片機(jī)的特點(diǎn)及應(yīng)用領(lǐng)域,1.5 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)開(kāi)發(fā)簡(jiǎn)介,1.1 數(shù)制與編碼的簡(jiǎn)單回顧,1.1 數(shù)制與編碼的簡(jiǎn)單回顧,1.1.1 數(shù)制,數(shù)制（即計(jì)數(shù)制，亦稱記數(shù)制）是計(jì)數(shù)的規(guī)則。,十進(jìn)制是人們?nèi)粘Ｉ钪凶钍煜さ倪M(jìn)位計(jì)數(shù)制。,二進(jìn)制是在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中采用的進(jìn)位計(jì)數(shù)制。,單字節(jié)表示范圍： 0255,雙字節(jié)表示范圍：065535,十六進(jìn)制是人們?cè)谟?jì)算機(jī)指令代碼和數(shù)據(jù)的書(shū)寫(xiě)中經(jīng)常使用的數(shù)制。,用0，1，9和A，B，F(xiàn)（或a，b，f）這16個(gè)符號(hào)來(lái)描述 。 ,部分自然數(shù)的3種進(jìn)制表示,1.1.2 編碼,計(jì)算機(jī)中數(shù)以及數(shù)以外的其它信息（如字符或字符串）要用二進(jìn)制代碼來(lái)表示。這些二進(jìn)制代碼稱為二進(jìn)制編碼。,一、字符的二進(jìn)制編碼-ASCII碼,常用字符的ASCII碼,二、二進(jìn)制編碼的十進(jìn)制數(shù)-BCD碼,用二進(jìn)制碼表示十進(jìn)制數(shù)的代碼稱為BCD碼 。,8421BCD碼表,用1個(gè)字節(jié)表示2位十進(jìn)制數(shù)的代碼，稱為壓縮的BCD碼。,二進(jìn)制碼在1010B1111B范圍時(shí)，屬于非法碼。,1.1.3 計(jì)算機(jī)中帶符號(hào)數(shù)的表示,一、機(jī)器數(shù)及其真值,帶符號(hào)的正數(shù) +100 0101B（+45H），可以表示成 0100 0101B；（45H） 帶符號(hào)的負(fù)數(shù) - 101 0101B（- 55H），可以表示成 1101 0101B。（D5H）,數(shù)在計(jì)算機(jī)內(nèi)的表示形式稱為機(jī)器數(shù)。而這個(gè)數(shù)本身稱為該機(jī)器數(shù)的真值。 如，上述的“45H”和“D5H”為2個(gè)機(jī)器數(shù)，它們的真值分別為“+45H”和“-55H”。 ,二、原碼和反碼,對(duì)于帶符號(hào)二進(jìn)制數(shù)（字節(jié)、字或雙字），直接用最高位表示數(shù)的符號(hào)，數(shù)值用其絕對(duì)值表示的形式稱為原碼。 正數(shù)的反碼與其原碼相同；負(fù)數(shù)的反碼符號(hào)位為1，數(shù)值位為其原碼數(shù)值位逐位取反。如：,帶符號(hào)正數(shù) +100 0101B，原碼為 0100 0101B，反碼為0100 0101B；（45H） 帶符號(hào)負(fù)數(shù) - 101 0101B，原碼為 1101 0101B，反碼為1010 1010B。（AAH）,二進(jìn)制數(shù)采用原碼和反碼表示時(shí)，符號(hào)位不能同數(shù)值一道參加運(yùn)算。,三、補(bǔ)碼,在計(jì)算機(jī)中，對(duì)帶符號(hào)數(shù)的運(yùn)算均采用補(bǔ)碼。正數(shù)的補(bǔ)碼與其原碼相同；負(fù)數(shù)的補(bǔ)碼為其反碼末位加1。如：,帶符號(hào)正數(shù) +100 0101B，反碼為 0100 0101B，補(bǔ)碼為0100 0101B；（45H） 帶符號(hào)負(fù)數(shù) - 101 0101B，反碼為1010 1010B，補(bǔ)碼為1010 1011B。（ABH）,已知一個(gè)負(fù)數(shù)的補(bǔ)碼求其真值的方法是：對(duì)該補(bǔ)碼求補(bǔ)（符號(hào)位不變，數(shù)值位取反加1）即得到該負(fù)數(shù)的原碼（符號(hào)位+數(shù)值位），依該原碼可知其真值。,補(bǔ)碼的優(yōu)點(diǎn)是可以將減法運(yùn)算轉(zhuǎn)換為加法運(yùn)算，同時(shí)數(shù)值連同符號(hào)位可以一起參加運(yùn)算。如： 45H-55H= -10H，用補(bǔ)碼運(yùn)算時(shí)可以表示為：45H補(bǔ)+-55H補(bǔ)= -10H補(bǔ),結(jié)果1111 0000B為補(bǔ)碼； 求補(bǔ)得到原碼為：1001 0000B； 真值為 -001 0000B（即 -10H）。,幾個(gè)典型的帶符號(hào)數(shù)據(jù)的8位編碼表,采用補(bǔ)碼時(shí)，“0”只有一種表示方式，單字節(jié)表示的范圍是：+127 -128。,1.2 電子計(jì)算機(jī)的發(fā)展概述,1.2.1 電子計(jì)算機(jī)的問(wèn)世及其經(jīng)典結(jié)構(gòu),1946年2月15日，第一臺(tái)電子數(shù)字計(jì)算機(jī)問(wèn)世，這標(biāo)志著計(jì)算機(jī)時(shí)代的到來(lái)。 （CALCULATOR） ENIAC,ENIAC是電子管計(jì)算機(jī)，時(shí)鐘頻率僅有100 KHz，但能在1秒鐘的時(shí)間內(nèi)完成5000次加法運(yùn)算。,與現(xiàn)代的計(jì)算機(jī)相比，有許多不足，但它的問(wèn)世開(kāi)創(chuàng)了計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)的新紀(jì)元，對(duì)人類的生產(chǎn)和生活方式產(chǎn)生了巨大的影響 。,匈牙利籍?dāng)?shù)學(xué)家馮諾依曼在方案的設(shè)計(jì)上做出了重要的貢獻(xiàn)。1946年6月，他又提出了“程序存儲(chǔ)”和“二進(jìn)制運(yùn)算”的思想，進(jìn)一步構(gòu)建了計(jì)算機(jī)由運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備組成這一計(jì)算機(jī)的經(jīng)典結(jié)構(gòu)。 （EDVAC-ELECTRONIC DISCRETE VARIABLE AUTOMATIC COMPUTER）,電子計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，相繼經(jīng)歷了五個(gè)時(shí)代：,電子管計(jì)算機(jī)； 晶體管計(jì)算機(jī)； 集成電路計(jì)算機(jī)； 大規(guī)模集成電路計(jì)算機(jī)； 超大規(guī)模集成電路計(jì)算機(jī)。,計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu)仍然沒(méi)有突破馮諾依曼提出的計(jì)算機(jī)的經(jīng)典結(jié)構(gòu)框架。,1.2.2 微型計(jì)算機(jī)的組成及其應(yīng)用形態(tài) 一、微型計(jì)算機(jī)的組成,1971年1月，INTEL公司的特德霍夫在與日本商業(yè)通訊公司合作研制臺(tái)式計(jì)算器時(shí)，將原始方案的十幾個(gè)芯片壓縮成三個(gè)集成電路芯片。其中的兩個(gè)芯片分別用于存儲(chǔ)程序和數(shù)據(jù)，另一芯片集成了運(yùn)算器和控制器及一些寄存器，稱為微處理器（即Intel 4004）。,4004微處理器,微處理器、存儲(chǔ)器加上I/O接口電路組成微型計(jì)算機(jī)。各部分通過(guò)地址總線（AB）、數(shù)據(jù)總線（DB）和控制總線（CB）相連。,二、微型計(jì)算機(jī)的應(yīng)用形態(tài) 從應(yīng)用形態(tài)上，微機(jī)可以分成三種：,多板機(jī)（系統(tǒng)機(jī)） 將CPU、存儲(chǔ)器、I/O接口電路和總線接口等組裝在一塊主機(jī)板（即微機(jī)主板）。各種適配板卡插在主機(jī)板的擴(kuò)展槽上并與電源、軟/硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器及光驅(qū)等裝在同一機(jī)箱內(nèi)，再配上系統(tǒng)軟件，就構(gòu)成了一臺(tái)完整的微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱系統(tǒng)機(jī)）。 工業(yè)PC機(jī) 也屬于多板機(jī)。,單板機(jī) 將CPU芯片、存儲(chǔ)器芯片、I/O接口芯片和簡(jiǎn)單的I/O設(shè)備（小鍵盤(pán)、LED顯示器）等裝配在一塊印刷電路板上，再配上監(jiān)控程序（固化在ROM中），就構(gòu)成了一臺(tái)單板微型計(jì)算機(jī)（簡(jiǎn)稱單板機(jī)）。,單板機(jī),單板機(jī)的I/O設(shè)備簡(jiǎn)單，軟件資源少，使用不方便。早期主要用于微型計(jì)算機(jī)原理的教學(xué)及簡(jiǎn)單的測(cè)控系統(tǒng)，現(xiàn)在已很少使用。,單片機(jī) 在一片集成電路芯片上集成微處理器、存儲(chǔ)器、I/O接口電路，從而構(gòu)成了單芯片微型計(jì)算機(jī)，即單片機(jī)。 三種應(yīng)用形態(tài)的比較 ：,單板機(jī),單片機(jī),系統(tǒng)機(jī)（多板機(jī)）,系統(tǒng)機(jī)（桌面應(yīng)用）屬于通用計(jì)算機(jī)，主要應(yīng)用于數(shù)據(jù)處理、辦公自動(dòng)化及輔助設(shè)計(jì)。,單片機(jī)（嵌入式應(yīng)用）屬于專用計(jì)算機(jī)，主要應(yīng)用于智能儀表、智能傳感器、智能家電、智能辦公設(shè)備、汽車及軍事電子設(shè)備等應(yīng)用系統(tǒng)。,單片機(jī)體積小、價(jià)格低、可靠性高，其非凡的嵌入式應(yīng)用形態(tài)對(duì)于滿足嵌入式應(yīng)用需求具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。,1.3 單片機(jī)的發(fā)展過(guò)程及產(chǎn)品近況,1.3.1 單片機(jī)的發(fā)展過(guò)程,單片機(jī)技術(shù)發(fā)展過(guò)程可分為三個(gè)主要階段： 單芯片微機(jī)形成階段 1976年，Intel公司推出了MCS-48系列單片機(jī) 。8位CPU、1K字節(jié)ROM、64字節(jié)RAM、27根I/O線和1個(gè)8位定時(shí)/計(jì)數(shù)器。,特點(diǎn)是：存儲(chǔ)器容量較小，尋址范圍小（不大于4K），無(wú)串行接口，指令系統(tǒng)功能不強(qiáng)。,性能完善提高階段 1980年，Intel公司推出了MCS-51系列單片機(jī)：8位CPU、4K字節(jié)ROM、128字節(jié)RAM、4個(gè)8位并口、1個(gè)全雙工串行口、2個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器。尋址范圍64K，并有控制功能較強(qiáng)的布爾處理器。,特點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)體系完善，性能已大大提高，面向控制的特點(diǎn)進(jìn)一步突出?，F(xiàn)在，MCS-51已成為公認(rèn)的單片機(jī)經(jīng)典機(jī)種 。,微控制器化階段,特點(diǎn)是：片內(nèi)面向測(cè)控系統(tǒng)外圍電路增強(qiáng)，使單片機(jī)可以方便靈活地用于復(fù)雜的自動(dòng)測(cè)控系統(tǒng)及設(shè)備。 “微控制器”的稱謂更能反應(yīng)單片機(jī)的本質(zhì)。,1982年，Intel推出MCS-96系列單片機(jī)。 芯片內(nèi)集成：16位CPU、8K字節(jié)ROM、232字節(jié)RAM、5個(gè)8位并口、1個(gè)全雙工串行口、2個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器。尋址范圍64K。片上還有8路10位ADC、1路PWM輸出及高速I/O部件等。,1.3.2 單片機(jī)產(chǎn)品近況,ATMEL公司融入Flash存儲(chǔ)器技術(shù)的AT89系列； Philips公司的80C51、80C552系列； 華邦公司的W78C51、W77C51高速低價(jià)系列； ADI公司的ADC8xx高精度ADC系列； LG公司的GMS90/97低壓高速系列； Maxim公司的DS89C420高速（50MIPS）系列； Cygnal公司的C8051F系列高速SOC單片機(jī)。, 80C51系列單片機(jī)產(chǎn)品繁多，主流地位已經(jīng)形成，近年來(lái)推出的與80C51兼容的主要產(chǎn)品有：,非80C51結(jié)構(gòu)單片機(jī)新品不斷推出，給用戶提供了更為廣泛的選擇空間 ，近年來(lái)推出的非80C51系列的主要產(chǎn)品有：,Intel的MCS-96系列16位單片機(jī) ； Microchip的PIC系列RISC單片機(jī) ； TI的MSP430F系列16位低功耗單片機(jī) 。,1.4 單片機(jī)的特點(diǎn)及應(yīng)用領(lǐng)域,1.4.1 單片機(jī)的特點(diǎn),近期推出的單片機(jī)產(chǎn)品，內(nèi)部集成有高速I/O口、ADC、PWM、WDT等部件，并在低電壓、低功耗、串行擴(kuò)展總線、控制網(wǎng)絡(luò)總線和開(kāi)發(fā)方式（如在系統(tǒng)編程ISP）等方面都有了進(jìn)一步的增強(qiáng)。,控制性能和可靠性高 實(shí)時(shí)控制功能特別強(qiáng)，其CPU可以對(duì)I/O端口直接進(jìn)行操作，位操作能力更是其它計(jì)算機(jī)無(wú)法比擬的。另外，由于CPU、存儲(chǔ)器及I/O接口集成在同一芯片內(nèi)，各部件間的連接緊湊，數(shù)據(jù)在傳送時(shí)受干擾的影響較小，且不易受環(huán)境條件的影響，所以單片機(jī)的可靠性非常高。,體積小、價(jià)格低、易于產(chǎn)品化 單片機(jī)芯片即是一臺(tái)完整的微型計(jì)算機(jī)，對(duì)于批量大的專用場(chǎng)合，一方面可以在眾多的單片機(jī)品種間進(jìn)行匹配選擇；同時(shí)還可以專門(mén)進(jìn)行芯片設(shè)計(jì)，使芯片的功能與應(yīng)用具有良好的對(duì)應(yīng)關(guān)系；在單片機(jī)產(chǎn)品的引腳封裝方面，有的單片機(jī)引腳已減少到8個(gè)或更少。 從而使應(yīng)用系統(tǒng)的印制板減小、接插件減少、安裝簡(jiǎn)單方便。,1.4.2 單片機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域,智能儀器儀表,單片機(jī)用于各種儀器儀表，一方面提高了儀器儀表的使用功能和精度，使儀器儀表智能化，同時(shí)還簡(jiǎn)化了儀器儀表的硬件結(jié)構(gòu)，從而可以方便地完成儀器儀表產(chǎn)品的升級(jí)換代。如各種智能電氣測(cè)量?jī)x表、智能傳感器等。,機(jī)電一體化產(chǎn)品,機(jī)電一體化產(chǎn)品是集機(jī)械技術(shù)、微電子技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)于一體，具有智能化特征的各種機(jī)電產(chǎn)品。單片機(jī)在機(jī)電一體化產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)中可以發(fā)揮巨大的作用。典型產(chǎn)品如機(jī)器人、數(shù)控機(jī)床、自動(dòng)包裝機(jī)、點(diǎn)鈔機(jī)、醫(yī)療設(shè)備、打印機(jī)、傳真機(jī)、復(fù)印機(jī)等。,實(shí)時(shí)工業(yè)控制,單片機(jī)還可以用于各種物理量的采集與控制。電流、電壓、溫度、液位、流量等物理參數(shù)的采集和控制均可以利用單片機(jī)方便地實(shí)現(xiàn)。在這類系統(tǒng)中，利用單片機(jī)作為系統(tǒng)控制器，可以根據(jù)被控對(duì)象的不同特征采用不同的智能算法，實(shí)現(xiàn)期望的控制指標(biāo)，從而提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。典型應(yīng)用如電機(jī)轉(zhuǎn)速控制、溫度控制、自動(dòng)生產(chǎn)線等 。,分布式系統(tǒng)的前端模塊,在較復(fù)雜的工業(yè)系統(tǒng)中，經(jīng)常要采用分布式測(cè)控系統(tǒng)完成大量的分布參數(shù)的采集。在這類系統(tǒng)中，采用單片機(jī)作為分布式系統(tǒng)的前端采集模塊，系統(tǒng)具有運(yùn)行可靠，數(shù)據(jù)采集方便靈活，成本低廉等一系列優(yōu)點(diǎn)。,家用電器,家用電器是單片機(jī)的又一重要應(yīng)用領(lǐng)域，前景十分廣闊。如空調(diào)器、電冰箱、洗衣機(jī)、電飯煲、高檔洗浴設(shè)備、高檔玩具等。,另外，在交通領(lǐng)域中，汽車、火車、飛機(jī)、航天器等均有單片機(jī)的廣泛應(yīng)用。如汽車自動(dòng)駕駛系統(tǒng)、航天測(cè)控系統(tǒng)、黑匣子等 。,1.5 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)開(kāi)發(fā)簡(jiǎn)介,1.5.1 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的開(kāi)發(fā) 正確無(wú)誤的硬件設(shè)計(jì)和良好的軟件功能設(shè)計(jì)是一個(gè)實(shí)用的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)。完成這一目標(biāo)的過(guò)程稱為單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)。,單片機(jī)作為一片集成了微型計(jì)算機(jī)基本部件的集成電路芯片，與通用微機(jī)相比，它自身沒(méi)有開(kāi)發(fā)功能，必須借助開(kāi)發(fā)機(jī)（一種特殊的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)）來(lái)完成如下任務(wù)： 排除應(yīng)用系統(tǒng)的硬件故障和軟件錯(cuò)誤； 程序固化到內(nèi)部或外部程序存儲(chǔ)器芯片中。,指令的表示形式 指令是讓單片機(jī)執(zhí)行某種操作的命令。在單片機(jī)中，指令按一定的順序以二進(jìn)制碼的形式存放于程序存儲(chǔ)器中。為了書(shū)寫(xiě)、輸入和顯示方便，人們通常將二進(jìn)制的機(jī)器碼寫(xiě)成十六進(jìn)制形式。,如，二進(jìn)制碼0000 0100B可以表示為04H。04H所對(duì)應(yīng)的指令意義是累加器A的內(nèi)容加1。若寫(xiě)成INC A則要清楚得多，這就是該指令的符號(hào)表示，稱為符號(hào)指令。,匯編或編譯 符號(hào)指令要轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)所能執(zhí)行的機(jī)器碼并存入計(jì)算機(jī)的程序存儲(chǔ)器中，這種轉(zhuǎn)換稱為匯編。常用的匯編方法有三種：,手工匯編； 利用開(kāi)發(fā)機(jī)的駐留匯編程序進(jìn)行匯編； 交叉匯編。,現(xiàn)在人們還可以常常采用高級(jí)語(yǔ)言（如C51）進(jìn)行單片機(jī)應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)。這種方法具有周期短、移植和修改方便的優(yōu)點(diǎn)，適合于較為復(fù)雜系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)。,1.5.2 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)傳統(tǒng)開(kāi)發(fā)方式 利用獨(dú)立型仿真器開(kāi)發(fā),利用非獨(dú)立型仿真器開(kāi)發(fā),SST公司推出的SST89C54和SST89C58芯片分別有20KB和30KB的SuperFLASH存儲(chǔ)器，利用這種存儲(chǔ)器可以進(jìn)行高速讀寫(xiě)的特點(diǎn)，能夠?qū)崿F(xiàn)在系統(tǒng)編程（ISP）和在應(yīng)用編程（IAP）功能。首先在PC機(jī)上完成應(yīng)用程序的編輯、匯編（或編譯）、模擬運(yùn)行，然后實(shí)現(xiàn)目標(biāo)程序的串行下載。,1.5.3 單片機(jī)開(kāi)發(fā)方式的發(fā)展,Microchip公司推出的RISC結(jié)構(gòu)單片機(jī)PIC16F87X中內(nèi)置有在線調(diào)試器IC