处理器1——单片机的基本组成

admin

单片机篇1------单片机的基本组成
) i% X$ n, K; |, G/ r; f6 q一、单片机介绍
1、什么是单片机？
  将组成微型计算机的各功能部件：中央处理器、存储器、I/O接口电路及定时/计数器等制作在一块集成电路芯片中从而构成完整的微型计算机。故称作单晶片微型计算机，简称单片机（Single chip microcomputer)。或称微控制器(MCU:Microcontroller)
& |: c5 ]7 ^& U# n+ Z: h2、单片机用在什么地方？
; y/ `% o/ \# K; a0 |0 n9 T   机电一体化：电脑缝纫机
   智能仪表：测量仪
* m* o& [" Q$ ~, ^, z: G0 e   实时控制：汽车
" _: w& |" K! B: @: }% R/ P. Y  P   家电：智能控制
   网络通信：通信协议集成其中
   计算机外设：键盘、打印机
$ ?# x9 W1 X# h" P% ~4 S" D3 A9 y   保健产品：按摩器
3、单片机应用有什么特点？
   体积小：基本功能部件满足要求
" S6 k! S3 E6 P# p  n3 m) j. z: V   可靠性高：BUS大多在内部；易采取电磁屏蔽
% q+ [  S. ~! Q+ W   功能强：实时响应速度；I/O直接操作
   使用方便：硬件设计简单；提供开发工具资料
   性能价格比高：电路板小；接插件少
& u/ ~$ Z1 R( d6 m7 S" ^6 ]+ e   易产品化：研制周期短
4、下图为51单片机的一个简单应用开发板。
8 p. }& F4 {5 `: k
7 `* |7 f( d. V* Y




二、单片机基本功能结构
下面以MCS—51系列单片机的基本功能结构方框图来介绍单片机的基本组成
在一小块芯片上，集成了一个微型计算机的各个组成部分，每一片单片机包括：
% g/ F7 H4 z/ w% p  i5 K' L    ①一个8位的微处理器CPU。
    ②片内数据存储器RAM(128B／256B)，用以存放可以读／写的数据，如运算的中间结果、最终结果以及欲显示的数据等。
/ X8 Z6 k2 P4 W2 @  ]    ③片内程序存储器ROM／EPROM(4KB／8KB)，用以存放程序、一些原始数据和表格。但也有一些单片机内部不带ROM／EPBOM，如8031、8032、80C31等。
) a& }' @! I& h( h4 w1 m   ④四个8位并行I／O(输入／输出)接 口P0—P3，每个口可以用作输入，也可以用作输出。
    ⑤两个或三个定时／计数器，每个定时／计数器都可以设置成计数方式，用以对外部事件进行计数，也可以设置成定时方式，并可以根据计数或定时的结果实现计算机控制。
8 X$ K: u2 |5 s( Z    ⑥五个中断源的中断控制系统。
/ a0 a. Z% G# e0 q    ⑦一个全双工UART(通用异步接收发送器)的串行I／O口，可实现单片机与单片机或其它微机之间串行通信。
# L# e! ~; s$ S! \1 g    ⑧片内振荡器和时钟产生电路，但石英晶体和微调电容需要外接，最高允许振荡频率为12MHz。
. {( |( G, n# F* x* ^, z) v注：新型的单片机晶振可达24MHz, 甚至更高！
) K6 J- M* I* y" z- H: L, Z9 T5 x以上各个部分通过内部数据总线相连接。
0 U- e/ i# m9 L, L$ S! `! \4 h三、单片机内部结构
. d7 ]# Q, E1 @3 b5 n3 z8051／8751／8031芯片的外部引脚和指令系统完全兼容，其内部结构除ROM／EPROM不同外其余完全相同。 805l单片机内部结构如图所示。
1 s9 `  f* D4 ?
6 j. `$ P) ^; I+ H一个完整的计算机应该由运算器、控制器、存储器(RoM及RAM)和I／O接口组成。一般微处理器(如Z80)只包括运算器和控制器两部分。和一般微处理器相比，805l增加了四个8位I／O口、一个串行口、4KB ROM、128B RAM和很多工作寄存器及特殊功能寄存器(SFR)。各部分的功能简述如下:
: `7 N) X0 ]$ R* B' m0 e7 C5 t4 y1．运算器
' z# e2 s1 n, Y4 x! q    包括一个可进行8位算术运算和逻辑运算的ALU单元，8位的暂存器1、暂存器2、8位的累加器ACC，寄存器B和程序状态寄存器PSW等。
    ALU：可对4位(半字节)、8位(一字节)和16位(双字节)数据进行操作。如能做加、减、乘、除、加1、减1、BCD数十进制调整及比较等算术运算和逻辑与、或、异或、求补及循环移位等逻辑操作。
9 i  O3 ^8 f  {    ACC：累加器ACC，经常作为一个运算数经暂存器2进入ALU的一个输入端，与另一个进入暂存器l的运算数进行运算，运算结果又送回ACC。除此之外，ACC在8051内部经常作为数据传送的中转站，同一般微处理器一样，它是最繁忙的一个寄存器了。在指令中用助记符A来表示。
" X# ~6 U' S( R; }! s    PSW：程序状态字寄存器，8位，用于标志指令执行后的信息状态，相当于一般微处理器的标志寄存器。PSW中各位状态供程序查询和判别用。详见特殊功能寄存器SFR中介绍。
" b3 N/ ^# D( a0 B    B：8位寄存器，在乘、除运算时，B寄存器用来存放一个操作数；也用来存放运算后的一部分结果；若不作乘、除运算时，则可作为通用寄存器使用。
# [' O7 m$ T! C% Q8 A    另外，805l片内还有一个布尔处理器，它以PSw中的进位标志位C为其累加器，专门用于处理位操作：可执行置位、位清0、位取反、位等于1转移、位等于0转移、位等于l转移并清0以及进位标志位C与其他可位寻址的空间之间进行信息传送等位操作，也能使C与其他可寻址位之间进行逻辑与、逻辑或操作，结果存放在进位标志位(位累加器)C中。
2．控制器
2 _- M. q- y0 k     控制器包括程序计数器PC、指令寄存器IR、指令译码器ID、振荡器及定时电路等。
4 Q5 I1 {+ ]$ ?; G    程序计数器PC：它由两个8位的计数器PCH及PCL组成，共16位。PC实际上是程序的字节地址计数器，PC中的内容是将要执行的下一条指令的地址。改变PC中的内容就可改变程序执行的流向。PC可对64K的ROM(程序存储器)直接寻址，也可对8051片外RAM(数据存储器)寻址。
    指令寄存器IR及指令译码器ID：由PC中的内容指定ROM地址，取出来的指令经指令寄存器IR送至指令译码器ID，由ID对指令译码并送PLA产生一定序列的控制信号，以执行指令所规定的操作。例如，控制ALU的操作、传送805l片内工作寄存器间数据，以及发出ACC与I／O口( P0口一F3口)或存储器之间通信的控制信号等等。
    振荡器及定时电路：8051单片机片内有振荡电路，只需外接石英晶体和频率微调电容(2个30pF左右)，其频率范围为1．2—12MHz，该脉冲信号就作为8051工作的最基本节拍，即时间的最小单位。805l同其他计算机一样，在基本节拍的控制下协调地工作，就象一个乐队按着指挥的节拍演奏一样。
: m9 U9 e$ X# ~4 H    3．存储器
      805l片内有ROM(程序存储器，只能读)和RAM(数据存储器，可读、可写)两类，它们有各自独立的存储地址空间，与一般微机的存储器配置方式很不相同。
# N) b( |; q. _- p    (1)  程序存储器(ROM)
7 y9 j- z; P& X6 C3 i      8051及875l的片内程序存储器容量为4K字节，地址从0000H开始，用于存放程序和表格常数。
    (2)  数据存储器(RAM)
2 U2 V5 ~8 C( W      8051／8751／8031片内数据存储器均为128字节，地址为00H一7FH，用于存放运算的中间结果、数据暂存以及数据缓冲等。
, T% O0 H2 w3 {    在这128字节的RAM中，有32个字节单元可指定为工作寄存器，这同一般微处理器不同。8051的片内RAM和工作寄存器排在一个队列里统一编址。
     8051单片机内部中还有SP、DPTR、PCON、…、IE、IP等特殊功能寄存器，它们也同128字节RAM在一个队列里编址，地址80H—FFH。在这128字节RAM单元中有21个特殊功能寄存器(SFR)，这些特殊功能寄存器还包括P0—P3口锁存器。
    如何使用RAM中的32个工作寄存器和特殊功能寄存器，后面将详细介绍。
6 i9 g$ @# B: r  l# d    4．I／O接口
' l$ O% X) J% j1 m4 w: _4 K1 {      8051有四个8位并行接口即P0—P3，它们都是双向端口，每个端口各有8条I／O线，均可输入／输出。P0—P3口四个锁存器同RAM统一编址，可以把I／O口当作一般特殊功能寄存器来寻址。