3 3接口接口 4 4 微型计算机的软件系统微型计算机的软件系统接口4软件系统单片机 微机的硬件系统主要由微机的硬件系统主要由运算器运算器、控制器控制器、存储器存储器、输入设备输入设备和和输出设备输出设备组成，这组成，这5 5大大设备又分为设备又分为主机主机和和外部设备外部设备（简称外设）两（简称外设）两大部分。大部分。 运算器运算器 控制器控制器 主机主机 硬件硬件 内存储器内存储器 系统系统 存储器存储器 外存储器外存储器 输入设备输入设备 外设外设 输出设备输出设备中央处理器中央处理器接口4软件系统单片机冯冯 诺依曼计算机体系结构诺依曼计算机体系结构接口4软件系统单片机 微型计算机硬件系统微型计算机硬件系统. 微机主板图微机主板图内存插槽内存插槽总线插槽总线插槽CPU插槽插槽USB接口接口电池电池芯片组芯片组串行接口串行接口鼠标插口鼠标插口键盘插口键盘插口并行接口并行接口接口4软件系统单片机 CPU 芯片芯片接口4软件系统单片机31接口的基本概念接口的基本概念 n 接口可以说就是一组规范接口可以说就是一组规范(requirement)，它只告诉你要做什么它只告诉你要做什么(do what)，而不告诉你，而不告诉你怎么去做怎么去做(how to do)，具体的实现，具体的实现(implementation)都是类都是类(class)的工作。的工作。n接口是一种在微处理机和外围设备之间控制数据接口是一种在微处理机和外围设备之间控制数据流动和数据格式的电路。简单地说，接口就是连流动和数据格式的电路。简单地说，接口就是连接两个电子设备单元的部件。接口可分为并行和接两个电子设备单元的部件。接口可分为并行和串行两种串行两种:接口4软件系统单片机32 串行接口串行接口 n 串行接口简称串口，也称串行通信接口（通常串行接口简称串口，也称串行通信接口（通常指指COM接口），是采用串行通信方式的扩展接接口），是采用串行通信方式的扩展接口。一条信息的各位数据被逐位按顺序传送的口。一条信息的各位数据被逐位按顺序传送的通讯方式称为串行通讯。它由接收器、发送器通讯方式称为串行通讯。它由接收器、发送器和控制器三部分组成。和控制器三部分组成。n串行通讯的特点是：数据位传送，传按位顺序串行通讯的特点是：数据位传送，传按位顺序进行，最少只需一根传输线即可完成；成本低进行，最少只需一根传输线即可完成；成本低但送速度慢。串行通讯的距离可以从几米到几但送速度慢。串行通讯的距离可以从几米到几千米；根据信息的传送方向，串行通讯可以进千米；根据信息的传送方向，串行通讯可以进一步分为单工、半双工和全双工三种。一步分为单工、半双工和全双工三种。 接口4软件系统单片机串行数据的传输接口4软件系统单片机33并行接口并行接口 n并行接口又简称为并行接口又简称为“并口并口”，是一种增强了的双向并，是一种增强了的双向并行传输接口。优点是不需在行传输接口。优点是不需在PC中用其它的卡，无限制中用其它的卡，无限制连接数目（只要你有足够的端口），设备的安装及使连接数目（只要你有足够的端口），设备的安装及使用容易，最高传输速度为用容易，最高传输速度为1.5Mbps。目前，计算机中。目前，计算机中的并行接口主要作为打印机端口，接口使用的不再是的并行接口主要作为打印机端口，接口使用的不再是36针接头而是针接头而是25针针D形接头。所谓形接头。所谓“并行并行”，是指，是指8位数据同时通过并行线进行传送，这样数据传送速度位数据同时通过并行线进行传送，这样数据传送速度大大提高，但并行传送的线路长度受到限制，因为长大大提高，但并行传送的线路长度受到限制，因为长度增加，干扰就会增加，容易出错。度增加，干扰就会增加，容易出错。 接口4软件系统单片机并行数据的传输接口4软件系统单片机 一、输入输出系统概述一、输入输出系统概述 1. 1. I/OI/O系统系统 计算机系统中用来实现信息输入输出计算机系统中用来实现信息输入输出 功能的系统。功能的系统。(1) (1) 组成组成 1) 1) 输入输出设备输入输出设备 2) 2) 输入输出接口输入输出接口 3 3) ) 输入输出驱动软件输入输出驱动软件( (2) 2) 特点特点: : 复杂性复杂性, ,异步性异步性, ,实时性实时性接口4软件系统单片机 2. 2. 输入输入/ /输出接口输出接口 CPUCPUI/OI/O设备设备I/OI/O接口接口 输入输入/ /输出接口是连接输出接口是连接CPUCPU和外部设备的桥梁。和外部设备的桥梁。接口4软件系统单片机接口的功能n提供驱动外设的电压或电流；提供驱动外设的电压或电流；n匹配计算机与外设之间的信号电平、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；速度、信号类型、数据格式等；n缓存发给外设的数据、控制命令和外缓存发给外设的数据、控制命令和外设提供的运行状态信息；设提供的运行状态信息；nDMA控制和中断控制。控制和中断控制。接口4软件系统单片机微型机软件系统微型机软件系统 主要内容主要内容1 1 指令、程序与软件指令、程序与软件 2 2 软件系统的组成软件系统的组成3 3 程序设计语言与语言处理程序程序设计语言与语言处理程序 接口4软件系统单片机1 1 指令、程序与软件指令、程序与软件 指令指令 要求计算机完成某一种基本操作的命令。要求计算机完成某一种基本操作的命令。 指令用二进制形式表示，机器能够识别指令用二进制形式表示，机器能够识别 并直接执行。并直接执行。 指令的内容：指令的内容： 例例 某某1616位机加法运算指令：位机加法运算指令： 00101100 00001010 00101100 00001010 操作码操作码 地址码地址码接口4软件系统单片机 程序与软件程序与软件n 程序程序 程序是人们为完成预定任务为计算机编排的程序是人们为完成预定任务为计算机编排的 操作步骤，用程序设计语言编写。操作步骤，用程序设计语言编写。 从计算机的角度讲，程序是多条指令的有序集合。从计算机的角度讲，程序是多条指令的有序集合。n 软件软件 软件是指程序、程序运行所需要的数据以及软件是指程序、程序运行所需要的数据以及 开发、使用和维护这些程序所需要的文档的集合。开发、使用和维护这些程序所需要的文档的集合。 软件软件 = 程序程序 + 文档文档 + 数据数据 软件的主体是软件的主体是程序程序。接口4软件系统单片机2 2 软件系统的组成软件系统的组成 操作系统操作系统 ( Windows 、Unix、Linux 等等） 系统软件系统软件 语言处理程序（语言处理程序（C编译器、编译器、BASIC解释程序等）解释程序等） 数据库管理系统数据库管理系统 （Access 、Oracle等等） 软件软件 系统服务程序（系统服务程序（诊断程序、工具程序等）诊断程序、工具程序等） 系统系统 实用程序（实用程序（计算软件包、文字处理软件等）计算软件包、文字处理软件等） 应用软件应用软件 用户程序（用户程序（根据用户需求开发的各类应用程序根据用户需求开发的各类应用程序）接口4软件系统单片机 系统软件与应用软件系统软件与应用软件n 系统软件系统软件 为整个计算机系统配置的为整个计算机系统配置的 、用来管理、用来管理维护计算机硬件和软件资源、支持计算机工维护计算机硬件和软件资源、支持计算机工作并提供各种服务的通用软件称为系统软件。作并提供各种服务的通用软件称为系统软件。 n 应用软件应用软件 为某一专门的应用目的而开发的软件称为某一专门的应用目的而开发的软件称为应用软件。为应用软件。操作系统是最重要的系统软件操作系统是最重要的系统软件操作系统是最重要的系统软件操作系统是最重要的系统软件接口4软件系统单片机操作系统操作系统即即Operating System（简称（简称OS）它它是是一一个个大大型型的的、优优秀秀的的程程序序，管管理理着着计计算算机机的的全全部部软软、硬硬件件资资源源，并并提提供供人人机机交交互互的的界界面。面。 配备操作系统的配备操作系统的优点优点： 使计算机能高效自动工作使计算机能高效自动工作 方便用户方便用户 接口4软件系统单片机3.3.程序设计语言与语言处理程序程序设计语言与语言处理程序 一、一、程序设计语言概述程序设计语言概述 机器语言机器语言 程序设计程序设计 汇编语言汇编语言 语言语言 高级语言高级语言接口4软件系统单片机 1. 1. 机器语言机器语言 机器语言机器语言是用二进制代码表示指令系是用二进制代码表示指令系统的语言。统的语言。 由于机器语言是用二进制表示指令和数由于机器语言是用二进制表示指令和数据，因此难以识别和阅读，也难以检查和修据，因此难以识别和阅读，也难以检查和修改，但是它与计算机硬件紧密相关，机器可改，但是它与计算机硬件紧密相关，机器可以直接识别和执行，而且执行速度快。不同以直接识别和执行，而且执行速度快。不同的计算机具有不同的机器语言指令系统，没的计算机具有不同的机器语言指令系统，没有通用性，因此是一种面向机器的语言。有通用性，因此是一种面向机器的语言。 接口4软件系统单片机 2. 2. 汇编语言汇编语言 汇编语言汇编语言是用英文助记符表示的语言。是用英文助记符表示的语言。 例如，用例如，用“MOV” MOV” 表示数据传送，表示数据传送，“ADD”ADD”表示加法运算，表示加法运算，“SUB”SUB”表示减法运算表示减法运算等。这样就等。这样就 提高了程序的可读性，但是汇编语言也与机器提高了程序的可读性，但是汇编语言也与机器的硬件紧密相关，一条汇编语言指令对应于一的硬件紧密相关，一条汇编语言指令对应于一条机器语言指令条机器语言指令，二者并没有本质的区别，只，二者并没有本质的区别，只是汇编语言程序必须经过翻译后才能被执行。是汇编语言程序必须经过翻译后才能被执行。 机器语言和汇编语言都属于低级语言。机器语言和汇编语言都属于低级语言。接口4软件系统单片机 3. 3. 高级语言高级语言 高级语言高级语言是一种接近人们使用的自然语言和数学公是一种接近人们使用的自然语言和数学公式的语言。式的语言。 高级语言可读性好，编程效率高，通用性强，是一高级语言可读性好，编程效率高，通用性强，是一 种使用最广泛的程序设计语言。但是高级语言编写的程种使用最广泛的程序设计语言。但是高级语言编写的程序不能被计算机直接识别和执行，也必须经过翻译之后序不能被计算机直接识别和执行，也必须经过翻译之后才能被执行。才能被执行。 历史上著名的高级语言：历史上著名的高级语言： ALGOLALGOL6060、 FORTRANFORTRAN、 BASIC BASIC 、 PASCALPASCAL 等等 目前常用的高级语言：目前常用的高级语言： C C 、 C+C+、VB VB 、 Java Java 、 DelphiDelphi 等等 （ 注：注： 面向对象的程序设计语言及基于面向对象的程序设计语言及基于WebWeb的的 语言可以看作是高级语言的新发展。语言可以看作是高级语言的新发展。）接口4软件系统单片机机器语言、汇编语言、高级语言机器语言、汇编语言、高级语言机器语言、汇编语言、高级语言机器语言、汇编语言、高级语言的区别的区别的区别的区别机器语言机器语言机器语言机器语言用二进制代码直接表示的语言，用二进制代码直接表示的语言，用二进制代码直接表示的语言，用二进制代码直接表示的语言，是计算机唯一能识别、执行的语言是计算机唯一能识别、执行的语言是计算机唯一能识别、执行的语言是计算机唯一能识别、执行的语言 汇编语言汇编语言汇编语言汇编语言符号化了的机器语言（用助记符符号化了的机器语言（用助记符符号化了的机器语言（用助记符符号化了的机器语言（用助记符来写程序，来写程序，来写程序，来写程序，靠汇编程序翻译靠汇编程序翻译靠汇编程序翻译靠汇编程序翻译成机器码才能执成机器码才能执成机器码才能执成机器码才能执行）行）行）行）高级语言高级语言高级语言高级语言接近自然英语和数学公式的语言接近自然英语和数学公式的语言接近自然英语和数学公式的语言接近自然英语和数学公式的语言（要（要（要（要通过编译或解释程序翻译通过编译或解释程序翻译通过编译或解释程序翻译通过编译或解释程序翻译成机器码）成机器码）成机器码）成机器码）低级语言面向机器，执行速度快，效率高；低级语言面向机器，执行速度快，效率高；低级语言面向机器，执行速度快，效率高；低级语言面向机器，执行速度快，效率高； 高级语言面向问题，易理解，易移植。高级语言面向问题，易理解，易移植。高级语言面向问题，易理解，易移植。高级语言面向问题，易理解，易移植。接口4软件系统单片机 三种语言程序的比较三种语言程序的比较 例例 计算计算 A=15 +10 A=15 +10 的程序。的程序。 1. 1. 机器语言程序机器语言程序 2.2.汇编语言程序汇编语言程序 10110 10110 MOV A, 15 MOV A, 15 00101100 00001010 ADD A, 10 00101100 00001010 ADD A, 10 1111010011110100 HLP HLP 3.3. 高级语言（高级语言（BASICBASIC语言语言) )程序程序 A= 15+10 A= 15+10 PRINT A PRINT A END END 接口4软件系统单片机 各种进位制的对应关系 十进制二进制十六进制十进制二进制十六进制000910019111101010A2102111011B3113121100C41004131101D51015141110E61106151111F71117161000010810008接口4软件系统单片机 二进制数的逻辑运算二进制数的逻辑运算 1. “与与”运算运算 “与”运算是实现“必须都有,否则就没有”这种逻辑关系的一种运算。 运算符为“ ”, 其运算规则如下:00=0, 01=10=0, 11=1 接口4软件系统单片机 2. “或或”运算运算 “或”运算是实现“只要其中之一有,就有”这种逻辑关系的一种运算, 其运算符为“+”。 “或”运算规则如下:0+0=0, 0+1=1+0=1, 1+1=1接口4软件系统单片机 3. “非非”运算运算 “非”运算是实现“求反”这种逻辑的一种运算，如变量A的“非”运算记作 。 其运算规则如下: A接口4软件系统单片机 4. “异或异或”运算运算 “异或”运算是实现“必须不同, 否则就没有”这种逻辑的一种运算, 运算符为“”。其运算规则是: 接口4软件系统单片机汽车单片机应用系统的基本要求n汽车单片机主要实现各种信号的检测和各部件的控制，功能比较汽车单片机主要实现各种信号的检测和各部件的控制，功能比较单一，不仅要求较强的通用性，还要满足以下技术要求单一，不仅要求较强的通用性，还要满足以下技术要求:n 1.可靠性高，具有应急备用功能可靠性高，具有应急备用功能n 汽车单片机应用系统如果出现故障，可能造成重大损失。因此，汽车单片机应用系统如果出现故障，可能造成重大损失。因此，可靠性对汽车单片机应用系统是至关重要的。而且，要求汽车单可靠性对汽车单片机应用系统是至关重要的。而且，要求汽车单片机系统一旦出现故障，还要有应急备用系统能够暂时代替汽车片机系统一旦出现故障，还要有应急备用系统能够暂时代替汽车单片机维持汽车的运行。单片机维持汽车的运行。n2.适应汽车运行的恶劣环境适应汽车运行的恶劣环境n各种电气设备产生的电磁波干扰和电压波动，都会对汽车单片机各种电气设备产生的电磁波干扰和电压波动，都会对汽车单片机系统的正常运行产生一定的影响。因此，为使汽车单片机系统能系统的正常运行产生一定的影响。因此，为使汽车单片机系统能可靠、无故障地工作，必须满足下列要求可靠、无故障地工作，必须满足下列要求:接口4软件系统单片机汽车单片机应用系统的基本要求n耐温范围为耐温范围为-40 125。n防电磁干扰，不易受外部辐射防电磁干扰，不易受外部辐射(如移动无线电话如移动无线电话)的影响，本身的影响，本身没有电磁干扰的辐射。没有电磁干扰的辐射。n抗振、防潮湿、防腐蚀。抗振、防潮湿、防腐蚀。n重量轻，生产成本低廉，安装可靠。重量轻，生产成本低廉，安装可靠。n3.具有完善的输入具有完善的输入/输出通道和实时控制能力输出通道和实时控制能力n为了对汽车运行过程进行检测和控制，需要传送大量数据和各种为了对汽车运行过程进行检测和控制，需要传送大量数据和各种类型的信号，因此要求汽车单片机系统具有比较完备的模拟量和类型的信号，因此要求汽车单片机系统具有比较完备的模拟量和数字量输入数字量输入/输出通道。汽车运行过程的控制信号是实时的，要输出通道。汽车运行过程的控制信号是实时的，要求单片机对输入信号的变化具有足够快的反应速度，能够及时处求单片机对输入信号的变化具有足够快的反应速度，能够及时处理并改变控制信号，因此要求汽车单片机理并改变控制信号，因此要求汽车单片机接口4软件系统单片机汽车单片机应用系统的基本要求n系统具有较完善的中断处理能力。系统具有较完善的中断处理能力。n 4.易于操作和维护易于操作和维护n汽车单片机系统安装在汽车上，使用者一般不是专业计算机人员，汽车单片机系统安装在汽车上，使用者一般不是专业计算机人员，因此在设计操作系统和信号控制系统时，应简单明了、因此在设计操作系统和信号控制系统时，应简单明了、n便于操作，一旦发生故障，能及时查明原因，迅速予以排除。便于操作，一旦发生故障，能及时查明原因，迅速予以排除。n 5.具有一定的可扩展性具有一定的可扩展性n根据汽车生产和汽车运行过程中的可能变动，汽车单片机系统在根据汽车生产和汽车运行过程中的可能变动，汽车单片机系统在输入输入/输出端口、存储器等方面应具有可扩展性。并应该留出数输出端口、存储器等方面应具有可扩展性。并应该留出数据接口，便于维修人员利用故障码读取器从单片机系统中读取故据接口，便于维修人员利用故障码读取器从单片机系统中读取故障代码，为维修提供方便。障代码，为维修提供方便。 n6.具有较为完善的软件系统具有较为完善的软件系统接口4软件系统单片机汽车单片机应用系统的基本要求n一个较为完善的软件系统除包括监控、管理、计算、检测、一个较为完善的软件系统除包括监控、管理、计算、检测、自诊断和通信等功能，还应具有优化的控制算法和控制逻自诊断和通信等功能，还应具有优化的控制算法和控制逻辑、辑、n较高的实时性和抗电磁干扰的能力，从软件上保证汽车单较高的实时性和抗电磁干扰的能力，从软件上保证汽车单片机应用系统工作的可靠性。片机应用系统工作的可靠性。接口4软件系统单片机接口4软件系统单片机