微機(jī)原理課程課件

第一節(jié)嵌入式系統(tǒng)概論§1.1.1嵌入式系統(tǒng)的概念與特點(diǎn)

一、嵌入式系統(tǒng)（EmbeddedSystem）定義：

嵌入式系統(tǒng)是指用于實(shí)時(shí)控制、監(jiān)視、管理或輔助其他設(shè)備運(yùn)行的設(shè)備，可以是專用或多用途（但一般具有可編程的特性）的設(shè)備，“嵌入”意味著這些系統(tǒng)本身與所控制和管理的系統(tǒng)融為一體的，是其中的一個(gè)有機(jī)組成部分，是各種控制系統(tǒng)的基本構(gòu)造單元。由上面的定義，可以看出嵌入式系統(tǒng)的一些特征：1.嵌入式系統(tǒng)是以嵌入式應(yīng)用為目的的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。

電子計(jì)算機(jī)是為解決海量數(shù)值計(jì)算而發(fā)明和發(fā)展起來(lái)的。而微型機(jī)一旦進(jìn)入對(duì)象體系中后，便失去了通用計(jì)算機(jī)的形態(tài)和功能，變成了形形色色的自動(dòng)化系統(tǒng)。從而導(dǎo)致了現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)的兩大分支：通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)與嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。2.單片機(jī)是以嵌入式應(yīng)用為唯一目的的典型的嵌入式系統(tǒng)。

嵌入式應(yīng)用分微控制器（Micro－control—MCU）和嵌入式微處理器（EmbeddedMicroprocessor—MPU）應(yīng)用兩種。微控制器即俗稱為單片機(jī)（SingleChipComputer），設(shè)計(jì)的目標(biāo)就是面向控制，面向嵌入式應(yīng)用的。3.嵌入式系統(tǒng)的組成：

一般由：嵌入式微處理器、外圍硬件設(shè)備、嵌入式操作系統(tǒng)以及用戶應(yīng)用程序等四個(gè)部分組成。通常，嵌入式系統(tǒng)中的系統(tǒng)程序（包括操作系統(tǒng)）和應(yīng)用程序是渾然一體的。這些程序被編譯連接成一個(gè)可以執(zhí)行的二進(jìn)制映象文件（image），并被固化在系統(tǒng)中，在系統(tǒng)復(fù)位后自動(dòng)執(zhí)行。4.嵌入式系統(tǒng)的分類：按形式上可以分為三大類，即（1）系統(tǒng)級(jí)：

為各種類型的工控機(jī)，如STD工控機(jī)、工業(yè)PC等。例：將工控機(jī)嵌入到艦船上構(gòu)成航行自動(dòng)駕駛儀。（2）板級(jí)：

各種類型的帶CPU的主板。（3）器件級(jí)：

以單片機(jī)最為典型。二、嵌入式系統(tǒng)的特點(diǎn)：1.系統(tǒng)的復(fù)雜性

據(jù)估計(jì)，大約有100～250億個(gè)嵌入式系統(tǒng)正在使用，分布在十分廣泛的范圍，幾乎所有的現(xiàn)代電子設(shè)備中都有嵌入式系統(tǒng)，功能各異，復(fù)雜程度可想而知。2.系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性

嵌入式系統(tǒng)多數(shù)與生產(chǎn)過程的實(shí)時(shí)控制相關(guān)。生產(chǎn)過程本身的特性往往決定了這類系統(tǒng)不可能隨意中斷正常的生產(chǎn)過程去進(jìn)行測(cè)試或維修。多數(shù)造價(jià)昂貴的嵌入式系統(tǒng)也往往沒有備份系統(tǒng)，實(shí)時(shí)診斷的難度也相應(yīng)增加。3.系統(tǒng)的可靠性

嵌入式系統(tǒng)在一些關(guān)鍵系統(tǒng)的控制過程中得到廣泛應(yīng)用（如：鋼鐵、石化等企業(yè)）?？刂葡到y(tǒng)的任何微小的錯(cuò)誤都可能導(dǎo)致整個(gè)生產(chǎn)過程的中斷和巨額的經(jīng)濟(jì)損失。嵌入式計(jì)算機(jī)隱藏在系統(tǒng)或設(shè)備中，用戶很難直接接觸控制，一旦工作就要求它可靠運(yùn)行。嵌入式產(chǎn)品的使用人員多為非計(jì)算機(jī)專業(yè)人士，使用環(huán)境不定，往往條件惡劣（高溫、高濕、多塵、強(qiáng)電磁干擾等)。4.系統(tǒng)的專用性

用途固定，通常執(zhí)行特定功能，用于特定設(shè)備，完成特定的任務(wù)。5.技術(shù)密集

是計(jì)算機(jī)技術(shù)、微電子技術(shù)和行業(yè)技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，必然是一個(gè)技術(shù)密集，不斷創(chuàng)新的知識(shí)集成系統(tǒng)。6.開發(fā)困難

嵌入式系統(tǒng)往往本身不具備自舉開發(fā)能力，必須要一套開發(fā)工具和環(huán)境才能進(jìn)行開發(fā)。其開發(fā)系統(tǒng)與實(shí)際運(yùn)行的系統(tǒng)并不相同，需要交叉編譯系統(tǒng)和適當(dāng)?shù)恼{(diào)試系統(tǒng)。§1.1.2嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用

嵌入式系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于信息家電、移動(dòng)通信、手持信息設(shè)備以及工業(yè)控制等領(lǐng)域。用于實(shí)現(xiàn)對(duì)宿主設(shè)備的控制、監(jiān)視或管理。應(yīng)用范圍十分廣泛，因此不存在所謂嵌入式系統(tǒng)的典型應(yīng)用。§1.1.2嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用§1.1.2嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用1.制造與過程控制

自動(dòng)化工廠、柔性制造系統(tǒng)（FMS）、無(wú)人物流小車、機(jī)器人、加工中心、核電站、污水處理系統(tǒng)、發(fā)（變）電站、能源控制系統(tǒng)、石化企業(yè)的控制設(shè)備、建筑設(shè)備等?！?.1.2嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用2.運(yùn)輸

交通指揮系統(tǒng)、售票系統(tǒng)、航空、鐵路、公路運(yùn)輸系統(tǒng)、停車場(chǎng)管理系統(tǒng)、雷達(dá)系統(tǒng)、檢票系統(tǒng)等?！?.1.2嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用3.建筑設(shè)施

電力供應(yīng)、備用電源、火警報(bào)警與控制系統(tǒng)、供熱與通風(fēng)系統(tǒng)、電梯、車庫(kù)、安防系統(tǒng)、閉路電視監(jiān)視、溫濕度控制等?！?.1.2嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用4.通信

電話交換機(jī)、衛(wèi)星和全球定位系統(tǒng)（GPS）、移動(dòng)電話等。5.辦公設(shè)備電話系統(tǒng)、傳真系統(tǒng)、復(fù)印機(jī)、照相機(jī)和攝像機(jī)、商用電腦、掌上電腦等?！?.1.2嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用6.銀行和金融

自動(dòng)柜員機(jī)、信用卡系統(tǒng)、驗(yàn)鈔機(jī)、點(diǎn)鈔機(jī)、安全系統(tǒng)等。7.醫(yī)療診斷監(jiān)視系統(tǒng)心臟起搏器、理療控制系統(tǒng)、熱療機(jī)、X光設(shè)備、電磁成像系統(tǒng)等?！?.1.2嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用8.家庭中的應(yīng)用

每個(gè)家庭使用的嵌入式處理器約30～40個(gè)。一臺(tái)PC機(jī)中就可能使用了10來(lái)個(gè)嵌入式處理器。其他家電中，電冰箱、微波爐、洗衣機(jī)、錄像機(jī)、電子鐘、洗碗機(jī)、DVD播放機(jī)、電視機(jī)、音響設(shè)備、通用遙控器、電子玩具、電子寵物等?！?.1.2嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用9.汽車中的嵌入式系統(tǒng)

汽車內(nèi)部正迅速發(fā)展成為一個(gè)具有相當(dāng)規(guī)模的局域網(wǎng)，如CAN（控制局域網(wǎng)）總線網(wǎng)絡(luò)。汽車中的GPS系統(tǒng)與電子導(dǎo)航系統(tǒng)（電子地圖）、防碰撞系統(tǒng)（安全氣囊）、油/氣比控制、車用電腦、音響、車燈、智能化的側(cè)視鏡。據(jù)資料介紹，S級(jí)的梅塞德斯轎車，每輛車內(nèi)平均裝有64個(gè)微處理器?！?.1.2嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用10.電氣工程中的嵌入式系統(tǒng)

嵌入式系統(tǒng)在電氣設(shè)備的控制、監(jiān)視、檢測(cè)，以及電力系統(tǒng)的運(yùn)行、管理中廣泛應(yīng)用。例如：電機(jī)的自動(dòng)化生產(chǎn)；電機(jī)檢測(cè)、監(jiān)視、保護(hù)、控制；電力設(shè)備（線路、變壓器等）的檢測(cè)、保護(hù)、控制；電力自動(dòng)裝置(如勵(lì)磁調(diào)節(jié)器、調(diào)速器、并列裝置等)；電力系統(tǒng)微機(jī)保護(hù)；變電站綜合自動(dòng)化；電力系統(tǒng)綜合自動(dòng)化；

§1.1.2嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用10.電氣工程中的嵌入式系統(tǒng)

便攜式互感器智能測(cè)試儀§1.1.2嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用10.電氣工程中的嵌入式系統(tǒng)

微機(jī)型自動(dòng)準(zhǔn)同期并列裝置§1.1.2嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用10.電氣工程中的嵌入式系統(tǒng)§1.1.2嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用10.電氣工程中的嵌入式系統(tǒng)晶閘管智能投切無(wú)功補(bǔ)償及諧波濾波成套設(shè)備微機(jī)控制器§1.1.2嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用10.電氣工程中的嵌入式系統(tǒng)“地區(qū)電網(wǎng)電壓無(wú)功優(yōu)化分散控制系統(tǒng)”“基于虛擬儀器技術(shù)的繼電保護(hù)電氣參數(shù)綜合測(cè)試儀”§1.1.3嵌入式系統(tǒng)工業(yè)的特點(diǎn)和要求一、嵌入式系統(tǒng)是不可壟斷的高度分散的工業(yè)

從某種意義上說(shuō)，通用計(jì)算機(jī)行業(yè)的技術(shù)是壟斷的。當(dāng)代的通用計(jì)算機(jī)工業(yè)被認(rèn)為是由Wintel（Microsoft和Intel90年代初建立的聯(lián)盟）壟斷的工業(yè)。嵌入式系統(tǒng)則是一個(gè)分散的工業(yè)，充滿了競(jìng)爭(zhēng)、機(jī)遇與創(chuàng)新，沒有哪一個(gè)系列的處理器和操作系統(tǒng)能夠壟斷市場(chǎng)。嵌入式系統(tǒng)工業(yè)的基礎(chǔ)是以應(yīng)用為中心的“芯片”設(shè)計(jì)和面向應(yīng)用的軟件產(chǎn)品開發(fā)。二、嵌入式系統(tǒng)具有的產(chǎn)品特征1.嵌入式系統(tǒng)是面向用戶、面向產(chǎn)品、面向應(yīng)用的。如果獨(dú)立于應(yīng)用自行發(fā)展，則會(huì)失去市場(chǎng)。因此，嵌入式處理器的功能、體積、成本、可靠性、速度、處理能力、電磁兼容性等方面均受到應(yīng)用要求的制約。2.嵌入式系統(tǒng)的硬件和軟件都必須高效率的設(shè)

計(jì)，量體裁衣，去除冗余。3.嵌入式系統(tǒng)和具體應(yīng)用有機(jī)的結(jié)合在一起，它的升級(jí)換代也是和具體的產(chǎn)品同步進(jìn)行。因此，嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)品一旦進(jìn)入市場(chǎng)，具有較長(zhǎng)的生命周期。4.嵌入式處理器的發(fā)展也體現(xiàn)出穩(wěn)定性。一個(gè)體系結(jié)構(gòu)一般要存在8～10年的時(shí)間。一個(gè)體系結(jié)構(gòu)及其相關(guān)的片上外設(shè)、開發(fā)工具、庫(kù)函數(shù)、嵌入式應(yīng)用產(chǎn)品是一套復(fù)雜的知識(shí)系統(tǒng)。因此，用戶和半導(dǎo)體廠商都不會(huì)輕易的放棄一種處理器。5.嵌入式系統(tǒng)中的軟件一般都固化在ROM中，其應(yīng)用軟件生命周期也和嵌入式產(chǎn)品一樣長(zhǎng)，常強(qiáng)調(diào)可繼承性和技術(shù)銜接性，發(fā)展比較穩(wěn)定?！?.1.3嵌入式系統(tǒng)工業(yè)的特點(diǎn)和要求三、嵌入式系統(tǒng)軟件的特征

嵌入式處理器的應(yīng)用軟件是實(shí)現(xiàn)嵌入式系統(tǒng)功能的關(guān)鍵，其特征主要有：1.軟件要求固態(tài)化存儲(chǔ)。2.軟件代碼高質(zhì)量、高可靠性：以減少程序二進(jìn)制代碼的長(zhǎng)度，提高執(zhí)行速度。3.系統(tǒng)軟件（OS）的高實(shí)時(shí)性是基本要求在多任務(wù)嵌入式系統(tǒng)中，對(duì)重要性各不相同的任務(wù)進(jìn)行統(tǒng)籌兼顧的合理調(diào)度是保證每個(gè)任務(wù)及時(shí)執(zhí)行的關(guān)鍵。這種任務(wù)調(diào)度只能由優(yōu)化編寫的系統(tǒng)軟件來(lái)完成。4.嵌入式系統(tǒng)軟件一般需要RTOS開發(fā)平臺(tái)雖然嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用程序可以沒有OS直接在“裸機(jī)”上運(yùn)行，但是為了合理的調(diào)度多任務(wù)。利用系統(tǒng)資源系統(tǒng)函數(shù)以及和專家?guī)旌瘮?shù)接口，用戶必須自行選配RTOS開發(fā)平臺(tái)，這樣才能保證程序執(zhí)行的實(shí)時(shí)性和可靠性，并減少開發(fā)時(shí)間，保障軟件質(zhì)量。四、嵌入式系統(tǒng)開發(fā)需要開發(fā)工具和環(huán)境

嵌入式系統(tǒng)本身不具備自舉開發(fā)的能力，設(shè)計(jì)完成后，用戶必須有一套開發(fā)工具和環(huán)境才能方便的對(duì)其硬件、軟件進(jìn)行調(diào)試與修改。五、嵌入式系統(tǒng)開發(fā)人員以應(yīng)用專家為主

嵌入式系統(tǒng)要和各個(gè)不同行業(yè)的應(yīng)用相結(jié)合，要求更多的計(jì)算機(jī)以外的專業(yè)知識(shí)，其開發(fā)人員往往是各個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域的專家。因此對(duì)開發(fā)工具的基本要求是易學(xué)、易用、高效、可靠。返回目錄下一節(jié)§1.2.1 嵌入式系統(tǒng)微處理器的發(fā)展

一、嵌入式系統(tǒng)微處理器的分類與發(fā)展

嵌入式系統(tǒng)微處理器在目前的嵌入式系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)上占了很大的影響力，嵌入式系統(tǒng)開發(fā)人員必須要從琳瑯滿目的嵌入式系統(tǒng)微處理器中選擇一個(gè)最適當(dāng)?shù)奈⑻幚砥鳟a(chǎn)品作為嵌入式系統(tǒng)控制核心，才能夠兼具低成本、高效率的產(chǎn)品優(yōu)勢(shì)。以微處理器在單一指令內(nèi)所能處理的位數(shù)來(lái)衡量，嵌入式微處理器的發(fā)展可以分為以下幾個(gè)階段。表1.2.1以位數(shù)來(lái)對(duì)嵌入式系統(tǒng)微處理器分類

4位

8位

16位

32位

64位

嵌入式微處理器（單片機(jī)型）

TMS1000COPS8048/49/508051/52,Z86801/04/05

8096/9768200

ARMRISCcoreMIPS32BitsRISCcore

MIPS64BitsRISCcore嵌入式微處理器（一般用途型）

4004，40408085，Z8068026809650280868018680286Z8000

803868048668000/10/20/30/40

PentiumⅡ/Ⅲ

二、CISC和RISC

兩種不同結(jié)構(gòu)的微處理器：CISC—ComplexInstructionSetComputer

復(fù)雜指令集計(jì)算機(jī)RISC—ReducedInstructionSetComputer

精簡(jiǎn)指令集計(jì)算機(jī)RISC與CISC相比具有如下特點(diǎn)：1)．

使用相當(dāng)少的指令類別及尋址方式2)．在單一執(zhí)行的周期內(nèi)完成指令3)．

CPU中擁有更多的寄存器4)．

使用最優(yōu)的程序代碼編譯

由于RISC架構(gòu)的CPU的硬件設(shè)計(jì)單純，成本低廉、省電效益佳等特點(diǎn)，深受嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)品的歡迎。

三、數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）

即DigitalSignalProcess是專門處理數(shù)字信號(hào)數(shù)據(jù)的微處理器，基本上DSP是針對(duì)特定的任務(wù)而發(fā)展的一種微處理器。

DSP最重要的是大量的即時(shí)運(yùn)算功能；最基本的運(yùn)算功能是乘法與加法運(yùn)算如：Σaibi。DSP的內(nèi)置硬件構(gòu)架可以在很短的時(shí)間內(nèi)處理如離散傅立葉轉(zhuǎn)換之類的復(fù)雜的加法和乘法問題。

§1.2.2 嵌入式應(yīng)用的開發(fā)設(shè)計(jì)技術(shù)

一、嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)的特征

嵌入式應(yīng)用常將性能要求放在第一位

與通用計(jì)算機(jī)相比，嵌入式系統(tǒng)的軟、硬件更關(guān)注時(shí)間限制、性能約束和對(duì)外交互等問題。即它不但要求滿足功能要求，還要求滿足性能需求，甚至將性能需求放在第一位。

2.性能要求體現(xiàn)在限定時(shí)間的約束或代碼大小的約束上，如：

一個(gè)處理算法能否滿足嚴(yán)格的時(shí)間約束，是否需要建造特殊的硬件來(lái)完成其任務(wù)？OS能否滿足高效的中斷處理、多任務(wù)和通信的要求？編程語(yǔ)言能否支持并發(fā)程序的設(shè)計(jì)，等等3.結(jié)論：

嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)不僅要考慮軟件的設(shè)計(jì)，同時(shí)還要考慮硬件的設(shè)計(jì)，不但要考慮功能的設(shè)計(jì)，還要考慮性能的設(shè)計(jì)。

事實(shí)上，嵌入式系統(tǒng)的最大問題是設(shè)計(jì)問題，而不是實(shí)現(xiàn)問題。

二.嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)的3個(gè)層次

1.第一層次：以PCBCAD軟件和ICE為主要工具的設(shè)計(jì)方法。

PCBCAD—印制板計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件和PROTEL99ICE—在線（聯(lián)機(jī)）仿真器。這是至今國(guó)內(nèi)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)人員一直沿用的方法：

系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)選購(gòu)?fù)ㄓ迷骷δ軝z驗(yàn)設(shè)計(jì)電氣原理圖設(shè)計(jì)PCB板圖PCB板加工、焊接硬件調(diào)試模塊劃分流程(算法)設(shè)計(jì)編碼軟件聯(lián)調(diào)聯(lián)調(diào)“產(chǎn)品定型”硬件設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)2.第二層次：以EDA工具軟件和EOS為開發(fā)平臺(tái)的設(shè)計(jì)方法。

EDA—電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化EOS—嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)

這是一種利用各種通用的可編程半定制邏輯器件來(lái)設(shè)計(jì)和制作部分專用的大規(guī)模集成電路（ASIC），然后將ASIC、可編程外圍器件、μc或μp在PCB板上布局、布線以構(gòu)成系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法。

其中關(guān)鍵是ASIC的開發(fā)與設(shè)計(jì)，即硬件設(shè)計(jì)人員從過去選擇和使用標(biāo)準(zhǔn)通用IC，逐步轉(zhuǎn)向自己設(shè)計(jì)和制作部分專用的IC器件。

作為ASIC基礎(chǔ)的半定制邏輯器件經(jīng)歷了如下發(fā)展過程：

PLA—可編程邏輯陣列；PAL—可編程陣列邏輯；GAL—通用陣列邏輯；CPLD—復(fù)雜可編程邏輯器件；FPGA—現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列。

發(fā)展的趨勢(shì)是：集成度、速度不斷提高；功能不斷增強(qiáng)；結(jié)構(gòu)更合理；使用更方便、靈活。

3.第三層次：以IP內(nèi)核庫(kù)為基礎(chǔ)，用軟、硬件協(xié)同設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)方法。

*.IP（IntellectualProperty知識(shí)產(chǎn)權(quán)）內(nèi)核模塊是一種預(yù)先設(shè)計(jì)好的具有某種確定功能的集成電路、器件或部件。

*.IP有三種不同的形式：

(1)軟IP內(nèi)核（softIPcore）: 主要描述功能行為（behavior）提交給用戶的是經(jīng)過行為級(jí)設(shè)計(jì)優(yōu)化和功能驗(yàn)證的HDL（硬件描述語(yǔ)言）文本。亦稱為虛擬器件。

(2)硬IP內(nèi)核（firmIPcore）：基于物理（physical）描述并經(jīng)過工藝驗(yàn)證，是基于某種半導(dǎo)體工藝的物理設(shè)計(jì)，提供給用戶的是電路物理結(jié)構(gòu)掩膜版圖和全套工藝文件，即可以拿了就用的全套技術(shù)。

(3)固IP內(nèi)核（firmIPcore）：完成結(jié)構(gòu)（structure）描述，設(shè)計(jì)的深度介于軟IP內(nèi)核和硬IP內(nèi)核之間。提供給用戶的一般是門電路級(jí)網(wǎng)表。

軟IP內(nèi)核、固IP內(nèi)核、硬IP內(nèi)核相當(dāng)于集成電路（器件或部件）的毛坯、半成品、成品。

常用的IP內(nèi)核模塊有：

各種CPU（如：32/64位CISC/RISC結(jié)構(gòu)的CPU）；

各種微控制器/單片機(jī)（8/16）；

32/64位DSP、DRAM、SRAM、EEPROM、Flashmemory、A/D、D/A、USB、PCI、網(wǎng)絡(luò)單元、編譯器、編碼/解碼器、模擬器件模塊等。

豐富的IP內(nèi)核模塊庫(kù)為快速地設(shè)計(jì)專用集成電路和單片系統(tǒng)SOC（SystemOnChip）以盡快占領(lǐng)市場(chǎng)提供了基本保證。

從20世紀(jì)90年代開始的，由“集成電路”級(jí)設(shè)計(jì)不斷轉(zhuǎn)向“集成系統(tǒng)”級(jí)設(shè)計(jì)，目前已進(jìn)入SOC設(shè)計(jì)階段。

SOC的設(shè)計(jì)方法不是把系統(tǒng)所需要的所有的集成電路簡(jiǎn)單地二次集成到1個(gè)芯片上，這樣實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)是不可能達(dá)到SOC所要求的高密度、高速度、高性能、小體積、低電壓、低功耗等指標(biāo)的。

一個(gè)最有效的途徑（高速、高可靠性）便是通過授權(quán)使用成熟優(yōu)化的IP內(nèi)核模塊來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)集成和二次開發(fā)。

4.三個(gè)層次的設(shè)計(jì)方法并行存在，各有應(yīng)用范圍，不會(huì)簡(jiǎn)單地用后者取代前者。

初級(jí)應(yīng)用設(shè)計(jì)人員會(huì)以第一種方法為主，富有經(jīng)驗(yàn)和一定條件的設(shè)計(jì)人員會(huì)以第二種方法為主；很專業(yè)且具有相當(dāng)條件的設(shè)計(jì)人員會(huì)以第三種方法進(jìn)行簡(jiǎn)單的SOC的設(shè)計(jì)和應(yīng)用。但所有的設(shè)計(jì)人員都可以應(yīng)用大廠商推出的用第三種方法設(shè)計(jì)的專用SOC。

復(fù)雜的SOC只有那些有相當(dāng)?shù)哪芰蛯?shí)力的半導(dǎo)體大廠商才能設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)。

如：TI、philips、WINBOND和Atmel等廠商就是通過Intel授權(quán)，用其MCS-51的IP內(nèi)核模塊結(jié)合自己的特長(zhǎng)，開發(fā)出有個(gè)性的與IntelMCS-51兼容的單片機(jī)，如：P80CL51、AT89C51、AT89C2051、9058515、W78E516等。

§1.2.3SOC嵌入式微處理器

一.定義

SOC（SystemOnChip）嵌入式微處理器，顧名思義，是單個(gè)芯片上構(gòu)成的系統(tǒng)，它結(jié)合了許多功能模塊，做在一個(gè)芯片上。例如：DSP微處理器加通信接口單元（含有：USB、TCP/IP、GSM通信接口，等）。二.SOC嵌入式系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)：

*.高密度—高集成度；*.低電壓、低功耗—利用改變內(nèi)部工作電壓，降低芯片功耗；*.高速度—減少了各單元電路及電路板上的信號(hào)傳遞，整體上提高了μp的運(yùn)行速度；*.高抗干擾性能—內(nèi)嵌的線路，大大避免了外部電路板在信號(hào)傳遞時(shí)造成的損耗和干擾。注1：

SOC并不是簡(jiǎn)單的將所要的集成電路二次集成到一個(gè)芯片上，而是在全新理念上通過系統(tǒng)硬、軟件協(xié)同設(shè)計(jì)，在單個(gè)芯片上完成整個(gè)系統(tǒng)的功能。

注2：SOC與單片機(jī)的區(qū)別：SOC使單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)發(fā)生了革命性的變化：從選擇廠家提供的定制產(chǎn)品時(shí)代進(jìn)入了由用戶自行開發(fā)設(shè)計(jì)器件的時(shí)代。(2)SOC設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)者面對(duì)的不再是電路芯片，而是能實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)功能的IP模塊庫(kù)，即SOC設(shè)計(jì)的觀念是：“設(shè)計(jì)自己的專用集成電路”。

三.RISC結(jié)合DSP的SOC嵌入式系統(tǒng)微處理器

DSP—DigitalSignalProcessRISC—ReducedInstructionSetComputer

DSP的龍頭老大德州儀器公司倚仗性能優(yōu)越的DSP處理器稱霸世界DSP市場(chǎng)。最近推出的一項(xiàng)非常先進(jìn)的SOC嵌入式系統(tǒng)微處理器技術(shù)，稱為OMAP。

OMAP—OpenMultimediaApplicationPlatform開放式多媒體應(yīng)用平臺(tái)，其構(gòu)成為：DSP+RISC(ARM)+若干外圍電路模塊代表芯片為OMAP1510，其結(jié)構(gòu)見圖:

OMAP1510硬件結(jié)構(gòu)框圖上圖中，DSP或ARM微處理器分別完成各自的操作或運(yùn)算，兩者之間通過DSP/BIOSBridge接口交換數(shù)據(jù)。

主要應(yīng)用于實(shí)時(shí)的多媒體影音數(shù)據(jù)處理、語(yǔ)音識(shí)別系統(tǒng)、因特網(wǎng)通信、無(wú)線通信與電子商務(wù)等。

四.整合型嵌入式系統(tǒng)微處理器1.ARM公司ARMRISC架構(gòu)微處理器

ARM公司是一家提供RISC架構(gòu)嵌入式系統(tǒng)微處理器的公司，位于英國(guó)，成立于1990年11月。ARM公司既不生產(chǎn)芯片，也不銷售芯片，它只出售芯片技術(shù)授權(quán)。采用ARM技術(shù)IP核的微處理器遍及汽車、消費(fèi)電子、成像、工業(yè)控制、海量存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)、安保和無(wú)線等各類產(chǎn)品市場(chǎng)。

ARM嵌入式處理器是一種16/32位的高性能、低功耗的RISC芯片。世界上幾乎所有的主要半導(dǎo)體廠商都生產(chǎn)基于ARM體系結(jié)構(gòu)的通用芯片，或在其專用芯片中嵌入ARM的相關(guān)技術(shù)。如：TI、Intel、Motorola、Atmel、Philips、Nec、Sharp、NS、Hynix……2001年基于ARM內(nèi)核的處理器已占據(jù)了32位RISC芯片75％的市場(chǎng)份額，可以說(shuō)ARM技術(shù)幾乎無(wú)處不在。

ARMRISC架構(gòu)微處理器系列目前主要分為幾個(gè)家族產(chǎn)品，分別為ARM7Thumb、ARM9Thumb、ARM10Thumb以及StrongARM等家族。其中StrongARM已有Intel公司取得專用授權(quán)，只能由Intel公司從事StrongARM架構(gòu)微處理器的改進(jìn)與生產(chǎn)。

(1)ARM7Thumb系列

含ARM710T、ARM720T、ARM740T是一種以ARM7TDMI微處理器為運(yùn)算核心的RISC架構(gòu)的32位嵌入式系統(tǒng)微處理器。它面向中初級(jí)市場(chǎng)應(yīng)用，強(qiáng)調(diào)價(jià)格與傳統(tǒng)的8位或16位的嵌入式系統(tǒng)微處理器相差不大，卻擁有32位CPU的執(zhí)行效率，很受市場(chǎng)的歡迎。

ARM7Thumb家族的特性：

*.擁有32位的ALU、寄存器、移位寄存器；*.擁有32位的尋址模式；*.擁有32×8DSP乘法器，可以做數(shù)字信號(hào)處理；*.擁有16位的Thumb指令集。

Thumb是將ARM指令集的一個(gè)子集重新編碼而形成的一個(gè)指令集，即將部分32位的ARM指令壓縮成16位而得到密度更高的代碼。使用Thumb指令集可以以16位的系統(tǒng)開銷得到32位的系統(tǒng)性能。

(2)ARM9Thumb系列

使用ARM9TDMI處理器內(nèi)核，包括ARM920T、ARM922T和ARM940T，3種類型。

ARM920T與ARM940T微處理器核心架構(gòu)如下圖所示ARM940T微處理器核心架構(gòu)圖4K字節(jié)指令快取內(nèi)存4K字節(jié)數(shù)據(jù)快取內(nèi)存ARM9TDMI微處理器核心總線接口單元寫入緩沖器AMBA總線處ARM920T微處理器核心架構(gòu)圖

4K字節(jié)指令快取內(nèi)存4K字節(jié)數(shù)據(jù)快取內(nèi)存ARM9TDMI微處理器核心總線接口單元寫入緩沖器AMBA總線處EMI接口(3)ARM10Thumb系列針對(duì)更強(qiáng)大的多媒體市場(chǎng)及更有效率的即時(shí)數(shù)據(jù)處理等用途所設(shè)計(jì)的ARMRISC64位架構(gòu)微處理器。包括：

ARM1020E、ARM1022E、ARM1026EJ-S3種類型。最高頻率為300MHZ，具有32K字節(jié)的數(shù)據(jù)快取內(nèi)存（DCache）和32K字節(jié)的指令快取內(nèi)存（ICache）。ARMRISC嵌入式微處理器的應(yīng)用范圍：*.無(wú)線通信設(shè)備如：移動(dòng)電話、筆記本電腦、Internet設(shè)備等。*.數(shù)字消費(fèi)設(shè)備如：機(jī)頂盒、MP3和MPEG4播放器等。*.成像設(shè)備如：激光打印機(jī)、數(shù)碼照相機(jī)和攝像機(jī)等。*.工業(yè)控制如：馬達(dá)控制（運(yùn)動(dòng)控制器芯片）和能量控制等。*.汽車、通信和信息系統(tǒng)等。（4）StrongARM微處理器家族共包含有4種不同的微處理器：StrongARM110、SA1100、AS1110、SA1111均為32位。最具代表性的為SA1110是采用ARMV4設(shè)計(jì)出來(lái)，具有以下功能：1）總線工作頻率最高可達(dá)100MHZ2）含有16KB的指令快取內(nèi)存（CACHES）3）含有8KB的數(shù)據(jù)快取內(nèi)存（CACHES）4）提供一個(gè)外圍裝置控制模塊，用來(lái)控制與SA1110相連的外圍設(shè)備，如：LCD顯示器、USB控制器、紅外線（IrDA）控制器、UART等。5）支持各種協(xié)議的控制接口如：MotorolaSPI、NationalMicroWire、TISynchronousSerial、以及PhillipsUCB1100與UCB1200protocol等。StrongARM主要應(yīng)用在掌上電腦，如：Compaq公司的IPAQH3630、大眾公司的LEOE300等?！?.2.4嵌入式微處理器的技術(shù)進(jìn)步集成了越來(lái)越多的部件，如：定時(shí)器、比較器、A/D、D/A、串行口、WatchDog、LCD控制器、CAN網(wǎng)路控制模塊。也有采用三核（TnCore）結(jié)構(gòu)，一片內(nèi)含有三個(gè)CPU，各負(fù)其責(zé)。一、內(nèi)部結(jié)構(gòu)的進(jìn)步二、功耗、封裝的進(jìn)步設(shè)置了多種降低功耗的方式，如：等待、暫停、睡眠、空閑、節(jié)電等，如Philips公司的P87LPC762單片機(jī)，空閑時(shí)消耗電流為1.5mA，封裝大量采用貼片工藝，以大量減小體積。三、電源電壓的進(jìn)步擴(kuò)大了電源電壓的范圍，使得微處理器在較低電壓上仍然能工作，是目前的發(fā)展目標(biāo)之一，一般單片機(jī)可在3.3～5.5V，有一些可達(dá)到2.2～6V的指標(biāo)。Motorola的8位MCUHCS08系列，工作電壓為1.8V，而性能卻與許多16位MCU相當(dāng)。

四、制造工藝的進(jìn)步基本上采用CMOS技術(shù)，大多采用0.6μm以上的光刻工藝，個(gè)別公司如：Motorola已采用了0.35μm甚至0.25μm技術(shù)，大大提高了CPU芯片內(nèi)部密度和可靠性。

五、嵌入式系統(tǒng)與Internet的連接使嵌入式設(shè)備能與Internet連接已成為一種趨勢(shì)，它要求專門為嵌入式微控制器設(shè)備設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器，并通過標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)瀏覽器進(jìn)行過程控制。 如：DVD播放機(jī)可以撥號(hào)進(jìn)入Internet的電影數(shù)據(jù)庫(kù)直接獲得音像資料。GPS（全球定位系統(tǒng)）正越來(lái)越多地集成于各類汽車之中。六、實(shí)現(xiàn)嵌入式設(shè)備Internet網(wǎng)絡(luò)化的三種方法

關(guān)鍵是在嵌入式系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)TCP/IP協(xié)議―傳輸控制協(xié)議/網(wǎng)際包協(xié)議，是Internet網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)。1）專用的TCP/IP協(xié)議棧軟件包：

如VxWorks實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)（美）、DeltaOS（中）中均有支持TCP/IP協(xié)議的模塊。

§1.3.1嵌入式RTOS簡(jiǎn)介嵌入式軟件是嵌入式產(chǎn)品的核心，開發(fā)嵌入式系統(tǒng)需要一個(gè)支持實(shí)時(shí)多任務(wù)的操作系統(tǒng)(RTOS)內(nèi)核來(lái)支持。

目前在國(guó)內(nèi)大多數(shù)的嵌入式軟件開發(fā)還是基于處理器直接編寫，而沒有采用商品化的RTOS，因此在開發(fā)嵌入式系統(tǒng)時(shí)無(wú)法將操作系統(tǒng)軟件與應(yīng)用軟件分開處理，導(dǎo)致再次開發(fā)時(shí)都要特別定制系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件，開發(fā)的代價(jià)太大，成本過高。

解決方法是使用一個(gè)RTOS內(nèi)核，這是一個(gè)高效率的實(shí)時(shí)多任務(wù)內(nèi)核。在內(nèi)核上設(shè)計(jì)了不同的API接口，這些是應(yīng)用程序開發(fā)的基礎(chǔ)。因此，RTOS也是一個(gè)軟件開發(fā)平臺(tái)。

一、RTOS的定義

RTOS（RealTimeOperatingSystem）是一種用于實(shí)時(shí)系統(tǒng)中的計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)。即一個(gè)能在指定的時(shí)間內(nèi)完成系統(tǒng)功能和對(duì)外作出響應(yīng)的系統(tǒng)。從表現(xiàn)看，RTOS是實(shí)時(shí)嵌入式系統(tǒng)中運(yùn)行的一段背景程序。應(yīng)用程序則是運(yùn)行在這個(gè)基礎(chǔ)之上的多個(gè)任務(wù)。RTOS根據(jù)各個(gè)任務(wù)的要求進(jìn)行資源的管理、消息管理、任務(wù)調(diào)度、異常處理等工作。RTOS根據(jù)各任務(wù)的優(yōu)先級(jí)來(lái)動(dòng)態(tài)的切換各個(gè)任務(wù)，保證對(duì)實(shí)時(shí)性的要求。與傳統(tǒng)的循環(huán)控制體系結(jié)構(gòu)相比，這種體系結(jié)構(gòu)是一個(gè)很大的改進(jìn)。從性能上看，RTOS與普通的OS的主要區(qū)別是在“實(shí)時(shí)”二字上。在實(shí)時(shí)計(jì)算中，系統(tǒng)的正確性不僅僅依賴于計(jì)算的邏輯結(jié)果，而且依賴于結(jié)果產(chǎn)生的時(shí)間。因此實(shí)時(shí)系統(tǒng)可定義為“一個(gè)能在指定時(shí)間內(nèi)完成系統(tǒng)功能和對(duì)內(nèi)部或外部作出響應(yīng)的系統(tǒng)”。二、RTOS的必要性1.傳統(tǒng)的嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法：選擇元器件－>設(shè)計(jì)印刷電路板－>編制系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件－>調(diào)試－>定型。缺點(diǎn)：存在這諸多不穩(wěn)定因素和安全隱患；不便于升級(jí)；軟件難以共享等。

2.實(shí)時(shí)嵌入式系統(tǒng)的功能不斷增強(qiáng)，嵌入式CPU檔次越來(lái)越高，位數(shù)由八位、十六位到三十二位甚至是六十四位。3.軟件的設(shè)計(jì)越來(lái)越復(fù)雜，包括：多個(gè)任務(wù)的管理與調(diào)度、多中斷的嵌套處理、大容量?jī)?nèi)存的管理以及圖形用戶界面、網(wǎng)絡(luò)連接、多CPU通信等。綜上可見，必須要依靠一定的OS內(nèi)核，且是實(shí)時(shí)OS內(nèi)核去統(tǒng)一管理和調(diào)度多任務(wù)；實(shí)現(xiàn)任務(wù)之間的通信；實(shí)時(shí)的內(nèi)存動(dòng)態(tài)管理等以滿足系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和各種強(qiáng)大功能的要求。

RTOS是一段嵌入在目標(biāo)代碼中的軟件，用戶的應(yīng)用程序都建立在RTOS上，而且RTOS是一個(gè)可靠性和可信性很高的實(shí)時(shí)內(nèi)核，它將CPU時(shí)間、中斷、I/O、定時(shí)器等資源都包裝起來(lái)留給用戶一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的API，并根據(jù)各個(gè)任務(wù)的優(yōu)先級(jí)合理地在不同任務(wù)之間分配CPU時(shí)間。

三、幾種流行的嵌入式RTOS

美國(guó)：

Psos、VxWorks、PalmOS(掌上電腦)、WinCE(消費(fèi)電子)、QNx、LynxOS、uc/OS-II

中國(guó)：

Hopen

RTOS的應(yīng)用領(lǐng)域一般為：消費(fèi)電子、工控、醫(yī)療設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、航空、防御系統(tǒng)、汽車、交通等。四、嵌入式RTOS的基本功能和特點(diǎn)：

任何操作系統(tǒng)的目的都是給用戶提供方便，使得用戶可更少地考慮硬件系統(tǒng)而專注于自己應(yīng)用程序的開發(fā)。（一）一般的RTOS以提供“微小內(nèi)核”為主，包含下面一些基本功能：

1.任務(wù)管理：系統(tǒng)中運(yùn)行的任務(wù)狀態(tài)有運(yùn)行態(tài)、就緒態(tài)和休眠態(tài)。

RTOS主要實(shí)現(xiàn)在應(yīng)用程序中建立任務(wù)、刪除任務(wù)、掛起任務(wù)、恢復(fù)任務(wù)以及對(duì)任務(wù)的響應(yīng)、切換和調(diào)度等功能。2.內(nèi)存管理：主要提供內(nèi)存資源的合理分配和存儲(chǔ)保護(hù)功能，許多系統(tǒng)還提供虛擬內(nèi)存的管理方式。3.任務(wù)間的通信、同步與互斥對(duì)多數(shù)RTOS的內(nèi)核都必須解決任務(wù)之間的通信、同步與互斥。任務(wù)的通信有共享數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和信息機(jī)制兩種方式；同步具備單向和雙向的同步方式；互斥主要是對(duì)共享資源的互斥訪問。4.定時(shí)管理

系統(tǒng)提供時(shí)鐘，進(jìn)行系統(tǒng)各個(gè)任務(wù)時(shí)間片的分配，以及對(duì)于實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的快速時(shí)間響應(yīng)。5.中斷管理系統(tǒng)采用中斷模式實(shí)現(xiàn)對(duì)外界的響應(yīng)，中斷管理負(fù)責(zé)中斷的初始化安裝、現(xiàn)場(chǎng)的保存和恢復(fù)，中斷棧的嵌套管理。

6.外設(shè)管理

對(duì)鍵盤、顯示器、通信端口、外接控制器等外設(shè)提供相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)程序以方便用戶。7.文件系統(tǒng)

嵌入式系統(tǒng)的存儲(chǔ)方式多種多樣，如MMC接口（虛擬內(nèi)存管理模塊）、串口FLSH、U盤等。因此文件系統(tǒng)的支持程序也是多種多樣的，而且小巧。（二）嵌入式操作系統(tǒng)的特點(diǎn)

與桌面機(jī)的OS架構(gòu)不同，由于嵌入式系統(tǒng)五花八門，應(yīng)用領(lǐng)域差別較大的特點(diǎn)，因此嵌入式系統(tǒng)大多是“量體裁衣”，與通用操作系統(tǒng)相比有如下特點(diǎn)：1.必須有良好的硬件適應(yīng)性和移植性，以適應(yīng)嵌入式平臺(tái)的多樣性、嵌入式CPU的快速更新。2.只要求占用很小的內(nèi)存資源，因?yàn)榍度胧较到y(tǒng)提供的資源很有限，都是在片上的FLASH或者RAM上運(yùn)行。

3.模塊化設(shè)計(jì)，可安裝和卸載：針對(duì)各種嵌入式平臺(tái)，嵌入式操作系統(tǒng)必須具有可裁減、安裝和卸載的功能，以適應(yīng)嵌入式硬件平臺(tái)的多樣性和低成本要求。4.固化代碼：嵌入式操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件一般被固化在嵌入式系統(tǒng)的ROM中，和少采用輔助存儲(chǔ)器。

1.4.1計(jì)算機(jī)中的數(shù)制及相互轉(zhuǎn)換

1.4.1.1進(jìn)位計(jì)數(shù)制

按進(jìn)位原則進(jìn)行計(jì)數(shù)的方法,稱為進(jìn)位計(jì)數(shù)制。

1.十進(jìn)制數(shù)(Decimal)兩個(gè)主要特點(diǎn):

（1）有10個(gè)不同的數(shù)字符號(hào):0、1、2、…、9;

（2）低位向高位進(jìn)位的規(guī)律是“逢十進(jìn)一”。

因此,同一個(gè)數(shù)字符號(hào)在不同的數(shù)位所代表的數(shù)值是不同的。如555.5中4個(gè)5分別代表500、50、5和0.5,這個(gè)數(shù)可以寫成555.5=5×102+5×101+5×100+5×10-1

式中的“10”稱為十進(jìn)制的基數(shù)

10２、101、100、10-1稱為各數(shù)位的權(quán)。

任意一個(gè)十進(jìn)制數(shù)N都可以表示成按權(quán)展開的多項(xiàng)式:

其中,di是0～9共10個(gè)數(shù)字中的任意一個(gè),m是小數(shù)點(diǎn)右邊的位數(shù),n是小數(shù)點(diǎn)左邊的位數(shù),i是數(shù)位的序數(shù)。例如,543.21可表示為

543.21=5×102+4×101+3×100+2×10-1+1×10-2

一般而言,對(duì)于用R進(jìn)制表示的數(shù)N,可以按權(quán)展開為式中,ai

是0、1、…、（R-1）中的任一個(gè),m、n是正整數(shù),R是基數(shù)。在R進(jìn)制中,每個(gè)數(shù)字所表示的值是該數(shù)字與它相應(yīng)的權(quán)Ri的乘積,計(jì)數(shù)原則是“逢R進(jìn)一”。2.二進(jìn)制數(shù)（Binary)

當(dāng)R=2時(shí),稱為二進(jìn)位計(jì)數(shù)制,簡(jiǎn)稱二進(jìn)制。在二進(jìn)制數(shù)中,只有兩個(gè)不同數(shù)碼:0和1,進(jìn)位規(guī)律為“逢二進(jìn)一”。任何一個(gè)數(shù)N,可用二進(jìn)制表示為

例如,二進(jìn)制數(shù)1011.01可表示為

(1011.01)2=1×23+0×22+1×21+1×20+0×2-1+1×2-2

3.八進(jìn)制數(shù)

(Octal)

當(dāng)R=8時(shí),稱為八進(jìn)制。在八進(jìn)制中,有0、1、2、…、7共8個(gè)不同的數(shù)碼,采用“逢八進(jìn)一”的原則進(jìn)行計(jì)數(shù)。如（503)8可表示為(503)8=5×82+0×81+3×80

4.十六進(jìn)制(Hexadecimal)

當(dāng)R=16時(shí),稱為十六進(jìn)制。在十六進(jìn)制中,有0、1、2、…、9、A、B、C、D、E、F共16個(gè)不同的數(shù)碼,進(jìn)位方法是“逢十六進(jìn)一”。例如,（3A8.0D）16可表示為（3A8.0D)16=3×162+10×161+8×160+0×16-1+13×16-2

表1.1各種進(jìn)位制的對(duì)應(yīng)關(guān)系

十進(jìn)制二進(jìn)制八進(jìn)制十六進(jìn)制十進(jìn)制二進(jìn)制八進(jìn)制十六進(jìn)制000091001119111110101012A2102211101113B3113312110014C41004413110115D51015514111016E61106615111117F71117716100002010810001081.4.1.2不同進(jìn)制間的相互轉(zhuǎn)換1.十六進(jìn)制轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制：按權(quán)展開法

例1

將數(shù)(10.101)2,(46.12)8,(2D.A4)16轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制。（10.101)2=1×21+0×20+1×2-1+0×2-2+1×2-3=2.625(2D.A4)16=2×161+13×160+10×16-1+4×16-2=45.640622.二進(jìn)制與十六進(jìn)制之間的相互轉(zhuǎn)換由于24=16,故可采用“合四為一”的原則,即從小數(shù)點(diǎn)開始分別向左、右兩邊各以4位為一組進(jìn)行二—十六換算:若不足4位的以0補(bǔ)足,便可將二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為十六進(jìn)制數(shù)。反之,采用“一分為四”的原則,每位十六進(jìn)制數(shù)用四位二進(jìn)制數(shù)表示,就可將十六進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)。

例2將（110101.011)2轉(zhuǎn)換為十六進(jìn)制數(shù)。00110101.011035.6即（110101.011)2=(35.6)16

例3將（4A5B.6C)16轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)。4A5B.6C0100101001011011.01101100即（4A5B.6C)16=(100101001011011.011011)2

3.十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成二、八、十六進(jìn)制數(shù)

任意十進(jìn)制數(shù)N轉(zhuǎn)換成R進(jìn)制數(shù),需將整數(shù)部分和小數(shù)部分分開,采用不同方法分別進(jìn)行轉(zhuǎn)換,然后用小數(shù)點(diǎn)將這兩部分連接起來(lái)。

(1)整數(shù)部分:除基取余法。分別用基數(shù)R不斷地去除N的整數(shù),直到商為零為止,每次所得的余數(shù)依次排列即為相應(yīng)進(jìn)制的數(shù)碼。最初得到的為最低有效數(shù)字,最后得到的為最高有效數(shù)字。例4將（168)10轉(zhuǎn)換成二、八、十六進(jìn)制數(shù)。

(2)小數(shù)部分:乘基取整法。分別用基數(shù)R(R=2、8或16）不斷地去乘N的小數(shù),直到積的小數(shù)部分為零（或直到所要求的位數(shù)）為止,每次乘得的整數(shù)依次排列即為相應(yīng)進(jìn)制的數(shù)碼。最初得到的為最高有效數(shù)字,最后得到的為最低有效數(shù)字。例5：0.625D=（）B=（）H1.4.2二進(jìn)制數(shù)的運(yùn)算1.4.2.1二進(jìn)制數(shù)的算術(shù)運(yùn)算二進(jìn)制數(shù)只有0和1兩個(gè)數(shù)字,其算術(shù)運(yùn)算較為簡(jiǎn)單,加、減法遵循“逢二進(jìn)一”、“借一當(dāng)二”的原則。1.加法運(yùn)算規(guī)則:0+0=0;0+1=1;1+0=1;1+1=10(有進(jìn)位)例1求1001B+1011B。

2.減法運(yùn)算規(guī)則:0-0=0;1-1=0;1-0=1;0-1=1(有借位)例2求1100B-111B。3.乘法運(yùn)算規(guī)則:0×0=0;0×1=1×0=0;1×1=1例3求1011B×1101B。

即10100101B/1111B=1011B

4.除法運(yùn)算規(guī)則:0/1=0;1/1=1例4求10100101B/1111B1.4.2.2二進(jìn)制數(shù)的邏輯運(yùn)算1.“與”運(yùn)算

“與”運(yùn)算是實(shí)現(xiàn)“必須都有,否則就沒有”這種邏輯關(guān)系的一種運(yùn)算。運(yùn)算符為“·

”,其運(yùn)算規(guī)則如下:0·0=0,0·1=1·0=0,1·1=1

例5若X=1011B,Y=1001B,求X·Y。.即X·Y=1001B2.“或”運(yùn)算

“或”運(yùn)算是實(shí)現(xiàn)“只要其中之一有,就有”這種邏輯關(guān)系的一種運(yùn)算,其運(yùn)算符為“+”。“或”運(yùn)算規(guī)則如下:0+0=0,0+1=1+0=1,1+1=1

例6若X=10101B,Y=01101B,求X+Y。101010110111101+即X+Y=11101B3.“非”運(yùn)算

“非”運(yùn)算是實(shí)現(xiàn)“求反”這種邏輯的一種運(yùn)算，如變量A的“非”運(yùn)算記作。其運(yùn)算規(guī)則如下:A例7若A=10101B,求。A4.“異或”運(yùn)算

“異或”運(yùn)算是實(shí)現(xiàn)“必須不同,否則就沒有”這種邏輯的一種運(yùn)算,運(yùn)算符為“

”。其運(yùn)算規(guī)則是:例8若X=1010B,Y=0110B,求XY。101001101100即XY=1100B1.4.3帶符號(hào)數(shù)的表示1.4.3.1機(jī)器數(shù)及真值計(jì)算機(jī)在數(shù)的運(yùn)算中,不可避免地會(huì)遇到正數(shù)和負(fù)數(shù),那么正負(fù)符號(hào)如何表示呢？由于計(jì)算機(jī)只能識(shí)別0和1,因此,我們將一個(gè)二進(jìn)制數(shù)的最高位用作符號(hào)位來(lái)表示這個(gè)數(shù)的正負(fù)。規(guī)定符號(hào)位用“0”表示正,用“1”表示負(fù)。例如,X=-1101010B,Y=+1101010B,則X表示為:11101010B,Y表示為01101010B。1.4.3.2數(shù)的碼制

1.原碼當(dāng)正數(shù)的符號(hào)位用0表示,負(fù)數(shù)的符號(hào)位用1表示,數(shù)值部分用真值的絕對(duì)值來(lái)表示的二進(jìn)制機(jī)器數(shù)稱為原碼,用［X］原表示,設(shè)X為整數(shù)。若X=+Xn-2Xn-3…X1X0,則［X］原=0Xn-2Xn-3…X1X0=X;

若X=-Xn-2Xn-3…X1X0,則［X］原=1Xn-2Xn-3…X1X0=2n-1-X。其中,X為n-1位二進(jìn)制數(shù),Xn-2、Xn-3、…、X1、X0為二進(jìn)制數(shù)0或1。例如+115和-115在計(jì)算機(jī)中（設(shè)機(jī)器數(shù)的位數(shù)是8）其原碼可分別表示為［+115］原=01110011B;［-115］原=11110011B可見,真值X與原碼［X］原的關(guān)系為

值得注意的是,由于［+0］原=00000000B,而［-0］原=10000000B,所以數(shù)0的原碼不唯一。

8位二進(jìn)制原碼能表示的范圍是:-127~+127。2.反碼一個(gè)正數(shù)的反碼,等于該數(shù)的原碼;一個(gè)負(fù)數(shù)的反碼,由它的正數(shù)的原碼按位取反形成。反碼用［X］反表示。若X=-Xn-2Xn-3…X1X0,則［X］反=1Xn-2Xn-3…X1X0。例如:X=+103,則［X］反=［X］原=01100111B;X=-103,［X］原=11100111B,則［X］反=10011000B。3.補(bǔ)碼

“?！笔侵敢粋€(gè)計(jì)量系統(tǒng)的計(jì)數(shù)量程。如,時(shí)鐘的模為12。任何有模的計(jì)量器,均可化減法為加法運(yùn)算。仍以時(shí)鐘為例,設(shè)當(dāng)前時(shí)鐘指向11點(diǎn),而準(zhǔn)確時(shí)間為7點(diǎn),調(diào)整時(shí)間的方法有兩種,一種是時(shí)鐘倒撥4小時(shí),即11-4=7;另一種是時(shí)鐘正撥8小時(shí),即11+8=12+7=7。由此可見,在以12為模的系統(tǒng)中,加8和減4的效果是一樣的,即-4=+8（mod12）對(duì)于n位計(jì)算機(jī)來(lái)說(shuō),數(shù)X的補(bǔ)碼定義為即正數(shù)的補(bǔ)碼就是它本身,負(fù)數(shù)的補(bǔ)碼是真值與模數(shù)相加而得。例如,n=8時(shí),

［+73］補(bǔ)=01001001B

［-73］補(bǔ)=10000000B-01001001B=10110111B可見,數(shù)0的補(bǔ)碼表示是唯一的。在用補(bǔ)碼定義求負(fù)數(shù)補(bǔ)碼的過程中,由于做減法不方便,一般該法不用。負(fù)數(shù)補(bǔ)碼的求法:用原碼求反碼,再在數(shù)值末位加1,即:［X］補(bǔ)=［X］反+1。例如:［-30］補(bǔ)=［-30］反+1=［+30］原+1=11100001+1=11100010B。

8位二進(jìn)制補(bǔ)碼能表示的范圍為:-128~+127,若超過此范圍,則為溢出。在微型計(jì)算機(jī)中，帶符號(hào)數(shù)都以補(bǔ)碼數(shù)的形式存放1.4.4數(shù)據(jù)格式與數(shù)的表示范圍8位二進(jìn)制數(shù)1.無(wú)符號(hào)數(shù)。00H~FFH，0~2552.帶符號(hào)補(bǔ)碼數(shù)。D7符號(hào)位，表示數(shù)的補(bǔ)碼。

00~7FH，符號(hào)位為0，正數(shù)，0~12780H~FFH，符號(hào)位為1，負(fù)數(shù)的補(bǔ)碼。-128~-18位帶符號(hào)二進(jìn)制數(shù)據(jù)的表示范圍是：

-128~+1271.4.5BCD碼和ASCII碼1.4.5.1BCD碼十進(jìn)制數(shù)8421BCD碼十進(jìn)制數(shù)8421BCD碼00000501011000160110200107011130011810004010091001表1.28421BCD編碼表

例1寫出69.25的BCD碼。根據(jù)表1.2,可直接寫出相應(yīng)的BCD碼:69.25=（01101001.00100101）BCD

1.4.5.2ASCII碼表1.3ASCII碼表1.4.6微型計(jì)算機(jī)的組成及工作過程1.4.6.1基本組成圖1.1微型計(jì)算機(jī)的基本組成1.中央處理器CPUCPU（CentralProcessingUnit）是計(jì)算機(jī)的核心部件,它由運(yùn)算器和控制器組成,完成計(jì)算機(jī)的運(yùn)算和控制功能。運(yùn)算器又稱算術(shù)邏輯部件（ALU,AithmctiealLogicUnit）,主要完成對(duì)數(shù)據(jù)的算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算。控制器（Controller）是整個(gè)計(jì)算機(jī)的指揮中心,它負(fù)責(zé)從內(nèi)部存儲(chǔ)器中取出指令并對(duì)指令進(jìn)行分析、判斷,并根據(jù)指令發(fā)出控制信號(hào),使計(jì)算機(jī)的有關(guān)部件及設(shè)備有條不紊地協(xié)調(diào)工作,保證計(jì)算機(jī)能自動(dòng)、連續(xù)地運(yùn)行。CPU中還包括若干寄存器（Register）,它們的作用是存放運(yùn)算過程中的各種數(shù)據(jù)、地址或其它信息。寄存器種類很多,主要有:

通用寄存器:向ALU提供運(yùn)算數(shù)據(jù),或保留運(yùn)算中間或最終的結(jié)果。累加器A:這是一個(gè)使用相對(duì)頻繁的特殊的通用寄存器,有重復(fù)累加數(shù)據(jù)的功能。程序計(jì)數(shù)器PC:存放將要執(zhí)行的指令地址。指令存儲(chǔ)器IR:存放根據(jù)PC的內(nèi)容從存儲(chǔ)器中取出的指令。在微型計(jì)算機(jī)中,CPU一般集成在一塊被稱為微處理器（MPU,MicroProcessingUnit）的芯片上。兩個(gè)決定CPU性能的重要指標(biāo)：1）字長(zhǎng)字長(zhǎng)指的是計(jì)算機(jī)一次能夠并行傳送，處理的二進(jìn)制數(shù)的位數(shù)。例如：8位機(jī)，如51單片機(jī)CPU能夠處理的二進(jìn)制數(shù)是8位（bit)或一個(gè)字節(jié)（byte)。16-bit機(jī)呢？字長(zhǎng)越長(zhǎng)，CPU的處理能力越強(qiáng)。2）尋址范圍尋址范圍決定了CPU能夠?qū)ぶ返淖畲蟮臄?shù)據(jù)或程序空間。由地址總線的數(shù)目決定。

16根地址線，尋址范圍是216字節(jié)。即64KB。計(jì)算機(jī)中210=1024=1K問題：若是一計(jì)算機(jī)能尋址1MB，則其地址總線有（）根地址線？

2.存儲(chǔ)器M

存儲(chǔ)器（Memory）是具有記憶功能的部件,用來(lái)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)和程序。存儲(chǔ)器根據(jù)其位置不同可分為兩類:內(nèi)存儲(chǔ)器和外存儲(chǔ)器。內(nèi)存儲(chǔ)器（簡(jiǎn)稱內(nèi)存）和CPU直接相連,存放當(dāng)前要運(yùn)行的程序和數(shù)據(jù),故也稱主存儲(chǔ)器（簡(jiǎn)稱主存）。它的特點(diǎn)是存取速度快,基本上可與CPU處理速度相匹配,但價(jià)格較貴,能存儲(chǔ)的信息量較小。外存儲(chǔ)器（簡(jiǎn)稱外存）又稱輔助存儲(chǔ)器,主要用于保存暫時(shí)不用但又需長(zhǎng)期保留的程序和數(shù)據(jù)。存放在外存的程序必須調(diào)入內(nèi)存才能進(jìn)行。外存的存取速度相對(duì)較慢,但價(jià)格較便宜,可保存的信息量大。

存儲(chǔ)器M的分類：1.隨機(jī)存取存貯器（RAM：RandomAccessMemory)

可讀可寫，使用靈活，斷電后，不能保存信息。靜態(tài)動(dòng)態(tài)2.只讀存儲(chǔ)器（ROM：ReadOnlyMemory)

存儲(chǔ)的信息固定，不易丟失，斷電后可以保持信息。不能隨時(shí)寫入信息。掩膜ROM:信息一次也不能改變?？删幊痰腜ROM（ProgrammableROM):可寫一次，用專門編程器光可擦可編程EPROM（ErasablePROM）：可改寫，紫外線?？蓪?duì)整個(gè)芯片擦除和改寫多次。電可擦可編程EEPROM（ElectricallyEPROM):用電寫入或改寫，可改寫一個(gè)或多個(gè)字節(jié)，可改寫多次。3.輸入/輸出接口（I/O接口）輸入/輸出（I/O）接口由大規(guī)模集成電路組成的I/O器件構(gòu)成,用來(lái)連接主機(jī)和相應(yīng)的I/O設(shè)備（如:鍵盤、鼠標(biāo)、顯示器、打印機(jī)等）,使得這些設(shè)備和主機(jī)之間傳送的數(shù)據(jù)、信息在形式上和速度上都能匹配。不同的I/O設(shè)備必須配置與其相適應(yīng)的I/O接口。4.總線總線（BUS）是計(jì)算機(jī)各部件之間傳送信息的公共通道。微機(jī)中有內(nèi)部總線和外部總線兩類。內(nèi)部總線是CPU內(nèi)部部件之間的連線。外部總線是指CPU與其它部件之間的連線。外部總線有三種:數(shù)據(jù)總線DB（DataBus）,地址總線AB（AddressBus）和控制總線CB(ControlBus）。1.6.2計(jì)算機(jī)軟件1.指令：使計(jì)算機(jī)完成某種基本操作的命令。即規(guī)定輸入某個(gè)特定二進(jìn)制碼時(shí)，CPU發(fā)出命令完成的一個(gè)特定的操作。例：E5H20H（MOVA20H）

CPU發(fā)出命令把地址為20H的內(nèi)部RAM單元中存放的內(nèi)容傳送到累加器A中。因?yàn)槊嫦蛴?jì)算機(jī)，所以稱之為機(jī)器語(yǔ)言或機(jī)器碼。優(yōu)點(diǎn)：計(jì)算機(jī)可直接識(shí)別，執(zhí)行速度快缺點(diǎn)：不易記憶，容易出錯(cuò)。2.匯編語(yǔ)言用助記符（英文縮寫）來(lái)代替操作數(shù)。例：MOVA，20H通過人工匯編或自動(dòng)匯編為機(jī)器碼執(zhí)行。助記符和機(jī)器碼之間一一對(duì)應(yīng)。優(yōu)點(diǎn)：比機(jī)器碼容易記憶，理解。面向機(jī)器，快。缺點(diǎn)：通用性差。3.高級(jí)語(yǔ)言BASIC，F(xiàn)ORTRAN，C……..

執(zhí)行時(shí)，需編譯或解釋為機(jī)器語(yǔ)言才能被計(jì)算機(jī)識(shí)別，執(zhí)行。優(yōu)點(diǎn)：面向用戶，人機(jī)界面友好，掌握容易，移植性好。缺點(diǎn)：占內(nèi)存，執(zhí)行速度比機(jī)器碼慢，實(shí)時(shí)性不好。4.系統(tǒng)軟件5.應(yīng)用軟件1.4.6.3基本工作過程根據(jù)馮·諾依曼原理構(gòu)成的現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的工作原理可概括為:存儲(chǔ)程序和程序控制。存儲(chǔ)程序是指人們必須事先把計(jì)算機(jī)的執(zhí)行步驟序列（即程序）及運(yùn)行中所需的數(shù)據(jù),通過一定的方式輸入并存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)器中。程序控制是指計(jì)算機(jī)能自動(dòng)地逐一取出程序中的一條條指令,加以分析并執(zhí)行規(guī)定的操作。

電源接通，PC=0000H(ProgramCounter)1.取指

1）PC值地址寄存器AR(AddressRegister) 2）（PC）+1PC 3）由AR選中內(nèi)存單元地址

4）CPU發(fā)出讀命令

5）指令(代碼)通過數(shù)據(jù)總線送入指令寄存譯碼器。

2.1MCS-51系列單片機(jī)的基本結(jié)構(gòu)一、主要功能概述

MCS－51系列單片機(jī)是美國(guó)Intel公司在1980年推出的高性能8位單片機(jī)，包含51和52兩個(gè)系列。51系列中主要有8031、8051、8751三種機(jī)型，它們指令和引腳完全兼容，僅片內(nèi)ROM有所不同。1.8位CPU2.片內(nèi)帶振蕩器，頻率fosc的范圍為1.2～12MHz3.128個(gè)字節(jié)的片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器4.4K字節(jié)的片內(nèi)程序存儲(chǔ)器(8031無(wú))51系列主要功能為：5.程序存儲(chǔ)器的尋址范圍為64KB6.片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的尋址范圍為

64KB7.21個(gè)字節(jié)專用寄存器8.4個(gè)8位并行I/O口：P0、P1、

P2、P3

9.1個(gè)全雙工串行口，可多機(jī)通信10.2個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器，中斷系統(tǒng)有5個(gè)中斷源11.111條指令，含乘、除法，有很強(qiáng)的位處理能力12.片內(nèi)采用單總線結(jié)構(gòu)，單一＋5V

電源

52系列主要有8032、8052兩種機(jī)型。與51系列不同在于：片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器增至256個(gè)字節(jié)，3個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器，6個(gè)中斷源。二、內(nèi)部結(jié)構(gòu)MCS-51系列單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如下圖所示：P0驅(qū)動(dòng)器RAM地址寄存器RAMEPROM或ROMP2驅(qū)動(dòng)器P0鎖存器P2鎖存器B寄存器A暫存器2暫存器1SP16位地址寄存器緩沖器PSWALUP1鎖存器P1驅(qū)動(dòng)器振蕩器P3鎖存器P3驅(qū)動(dòng)器PC加1PCDPTR中斷系統(tǒng)串行口定時(shí)/計(jì)數(shù)器定時(shí)及控制指令寄存器PSENALEEARSTVccVssP0.0～P0.7P2.0～P2.7P1.0～P0.7P3.0～P3.71、運(yùn)算器

它包含ALU、累加器A、暫存器、寄存器B、程序狀態(tài)字PSW等功能部件。PSW(程序狀態(tài)字)為8位D7D6D5D4D3D2D1D0CACF0RS1RS0OV---PC進(jìn)位標(biāo)志位

D7有進(jìn)位或借位時(shí)C＝1,否則C＝0AC輔助進(jìn)位標(biāo)志

D3有進(jìn)位或借位時(shí)AC＝1，否則AC＝

0，用于BCD運(yùn)算FO軟件標(biāo)志用戶定義，通過軟件置位或清零RS1、RS0工作寄存器選擇選擇四個(gè)工作寄存器組中一組投入工作(見后面內(nèi)容)OV溢出標(biāo)志作有符號(hào)數(shù)運(yùn)算，若結(jié)果超過-128

～+127則OV＝1，否則OV＝0P奇偶標(biāo)志

A中1的個(gè)數(shù)若為奇數(shù)P=1,否則P=0例如：MOVA,#7FHADDA,#4FH0111,1111B+0100,1111B1100,0110B結(jié)果:(A)=C6H,C=0,AC=1,OV=1,P=02.控制器

3.片內(nèi)存儲(chǔ)器

4.4個(gè)I/O接口

5.串行接口

6.定時(shí)/計(jì)數(shù)器

7.中斷系統(tǒng)

8.堆棧指針SP：8位，棧區(qū)放在片內(nèi)RAM內(nèi)

9.數(shù)據(jù)指針DPTR：16位，訪問片外

ROM、RAM和擴(kuò)展I/O時(shí)用10.振蕩器

MCS-51系列單片機(jī)內(nèi)含一個(gè)高增益反相放大器，外接晶體便成為自激振蕩器，如下圖所示：

30pF30pFC1C2XTAL1XTAL2單片機(jī)單片機(jī)外接晶體的接法

晶體與兩個(gè)電容C1、C2構(gòu)成并聯(lián)諧振。振蕩器頻率取決于晶體,電容微調(diào)，取30pF,電容應(yīng)盡量靠近單片機(jī)芯片安裝。三、MCS-51系列單片機(jī)引腳圖VccP0.0P0.1P0.2P0.3P0.4P0.6P0.7P0.5EA/VDDALE/PROGPSENP2.7P2.6P2.5P2.3P2.2P2.4P2.1P2.0P1.0P1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.6P1.7P1.5RSTVPDRXDP3.0TXDP3.1INT0P3.2INT1P3.3T0P3.4WRP3.6RDP3.7T1P3.5XTAL2XTAL1Vss1220403921............

一般采用雙列直插式40引腳(DIP40)封裝，也有方形封裝，用HMOS工藝制造，也有低功耗CHMOS工藝制造，加“C”識(shí)別。部分引腳采用分時(shí)復(fù)用技術(shù)。

1.電源引腳

Vcc：接＋5V電源正極

Vss：接＋5V電源負(fù)極，系統(tǒng)數(shù)字地

GND2.外接晶體引腳

XTAL1:XTAL2:該兩腳連接外接晶體的兩腳3.輸入輸出引腳P0.0～P0.7:可作為準(zhǔn)雙向I/O口。在接有片外存儲(chǔ)器或擴(kuò)展I/O口時(shí)，P0口分時(shí)復(fù)用為低8位地址總線和8位數(shù)據(jù)線。

P1.0～P1.7:可作為準(zhǔn)雙向I/O口。在52系列中還有第二種功能。

P2.0～P2.7:可作為準(zhǔn)雙向I/O口。在接有片外存儲(chǔ)器或擴(kuò)展I/O口時(shí)，P2口用作高8位地址總線。

P3.0～P3.7:可作為準(zhǔn)雙向I/O口。具有第二種功能，如下圖所示：

引腳第二功能P3.0RXD（串行輸入口）P3.1TXD（串行輸出口）P3.2INT0（外部中斷0請(qǐng)求輸入端）P3.3INT1（外部中斷1請(qǐng)求輸入端）P3.4T0（定時(shí)器/計(jì)數(shù)器0脈沖輸入端）P3.5T1（定時(shí)器/計(jì)數(shù)器1脈沖輸入端）P3.6WR（片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通信號(hào)輸出端）P3.7RD（片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)輸出端）4.控制線

ALE/PROG:地址鎖存有效信號(hào)輸出端。在訪問片外存儲(chǔ)器時(shí)，其下降沿用于控制鎖存P0口輸出的低8位地址.該引腳輸出頻率為振蕩頻率fosc的1/6。片內(nèi)含有EPROM的機(jī)型，該腳用作編程脈沖輸入端。

PSEN:片外取指信號(hào)輸出端，僅對(duì)程序存儲(chǔ)器作用，一般連程序存儲(chǔ)器的OE端。

RST/VPD:RST是復(fù)位端RESET。Vcc掉電期間，該腳接備用電源VPD，可保存片內(nèi)

RAM的信息。

EA/VDD:片外程序存儲(chǔ)器選用端。該引腳為低電平時(shí)只選用片外程序存儲(chǔ)器，否則先選用片內(nèi)程序存儲(chǔ)器，對(duì)片內(nèi)含有EPROM

的機(jī)型，該腳用作編程電壓輸入端。功能多/引腳少，許多引腳具有第二功能。AB總線由P0、P2組成16位DB總線由P0分時(shí)復(fù)用8位CB總線有ALE、PSEN、RST、EA、

INT0、INT1、T0、T1、WR、RD等10根。引腳特點(diǎn)2.2并行輸入/輸出接口

P0、P1、P2、P3口為4個(gè)8位并行I/O接口，共32根，可并行輸入或輸出8位數(shù)據(jù)，也可按位操作。一、P0口1.P0口1位的結(jié)構(gòu)原理圖如圖所示：

V1、V2構(gòu)成輸出驅(qū)動(dòng)器，與門3、反相器4及模擬開關(guān)構(gòu)成輸出控制電路，三態(tài)門1為輸入緩沖器。DQCLKQ&2讀鎖存器內(nèi)部總線寫鎖存器1讀信號(hào)地址/數(shù)據(jù)控制信號(hào)&3V2V1VccP0.i“0”“1”4P0口1位結(jié)構(gòu)原理圖2.P0口的功能(1)地址/數(shù)據(jù)分時(shí)復(fù)用總線功能

CPU訪問外部存儲(chǔ)器，控制信號(hào)為“1”，模擬開關(guān)打向上面。輸出時(shí)，將輸出地址/數(shù)據(jù)信息送至V1、V2管輸出，當(dāng)?shù)刂?數(shù)據(jù)信息為“1”，V1截至，V2導(dǎo)通。反之，V1、V2狀態(tài)相反輸入時(shí)，執(zhí)行取指操作或輸入數(shù)據(jù)，地址經(jīng)V1、V2輸出，輸入數(shù)據(jù)經(jīng)輸入緩