处理器1——单片机的基本组成

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单片机篇1------单片机的基本组成
  b' r$ V6 ^$ }7 _# h) P一、单片机介绍
1、什么是单片机？
8 }* s6 y3 E; b, P8 ?' Q  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)
. _! g7 R3 \% |5 r2、单片机用在什么地方？
! r4 |* D. `+ C# O   机电一体化：电脑缝纫机
/ T$ J/ s4 R: ~) m$ y4 i   智能仪表：测量仪
$ Z8 a. O9 n  P' z  k' h   实时控制：汽车
: Z0 B0 d4 l1 u& z/ `) a8 \. V   家电：智能控制
( F( s+ B. r: A: w5 f   网络通信：通信协议集成其中
   计算机外设：键盘、打印机
   保健产品：按摩器
1 b3 g5 i4 k" X: n/ r3、单片机应用有什么特点？
   体积小：基本功能部件满足要求
   可靠性高：BUS大多在内部；易采取电磁屏蔽
4 r5 q7 R) [$ q3 K   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
   易产品化：研制周期短
, h8 [. ]# x# P+ G1 {8 t4、下图为51单片机的一个简单应用开发板。


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* ^* G6 J" [) {' g! o' K! |* p7 F/ P二、单片机基本功能结构
; d5 \0 Y' h6 ~3 G' K5 ]. A6 X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：
    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。
    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。
4 h$ }) r& I/ f8 w6 r! R+ {( t* l+ c   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。
2 ]0 c7 p1 E6 L    ⑥五个中断源的中断控制系统。
) x$ x( Q4 p2 W& k( a    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。
    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。
2 P4 v; c1 E! R( t+ i注：新型的单片机晶振可达24MHz, 甚至更高！
以上各个部分通过内部数据总线相连接。
4 ]% l1 M# E$ g三、单片机内部结构
8051／8751／8031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。
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: |/ g+ A7 X/ o. g. f! {6 `% i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:
1．运算器
    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。
. H" F6 _: \; d: h& ?) W    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。
5 C: b0 A. j8 S0 x6 l. l    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。
9 g; \) k: \  Q2 @" Y    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。
    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。
. e, a# T3 ~8 j# Z9 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
     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。
    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。
  j2 c3 }8 H* o+ r' B# l* L    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。
5 l$ h) i2 z, }0 g; Z6 ?    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。
5 j' t: d) c8 y( A8 O3 |: }, D    3．存储器
  N9 Y* r1 }7 O* t2 Z( B* C* D      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。
    (1)  程序存储器(ROM)
      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。
9 `0 Z( B  {4 T    (2)  数据存储器(RAM)
. s8 t3 o/ H" p; m, q  |- c      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。
    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。
. i/ s# N5 b8 e1 t$ n% z    4．I／O接口
) q' v3 V% Z) q2 t( `      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。