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单片机篇1------单片机的基本组成2 @- L6 P8 K3 Z( m5 A8 k
一、单片机介绍, q8 D# }8 z0 E: q
1、什么是单片机？
, O8 _2 r' ]" ^! a 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)
. ^0 ]6 r8 ?5 l9 A2、单片机用在什么地方？
7 m7 ?& d& Y) C; u) S( k! V 机电一体化：电脑缝纫机
' w/ @/ A+ a$ Q 智能仪表：测量仪- | |+ \+ P, Q+ Y3 K
实时控制：汽车
. m B* s/ ~4 B' a; F2 @5 y3 i 家电：智能控制
. |4 C. B+ @ o 网络通信：通信协议集成其中/ u d5 h. s2 V7 w
计算机外设：键盘、打印机* ?% m: c |8 a8 g4 g
保健产品：按摩器
8 Z% ^0 o4 V' z; z3 \# N( Y7 s3、单片机应用有什么特点？1 A3 I' C' s; g4 C# g
体积小：基本功能部件满足要求
: r- Z/ ]5 P+ N/ ~ 可靠性高：BUS大多在内部；易采取电磁屏蔽
0 B$ g) [' t- E! E; q0 |) E 功能强：实时响应速度；I/O直接操作; h9 e' J& [2 t7 j/ O
使用方便：硬件设计简单；提供开发工具资料
$ r8 c6 u6 C- G- g/ y1 w 性能价格比高：电路板小；接插件少0 H/ ?5 w3 x: l( N2 X
易产品化：研制周期短4 G4 B: @$ [9 F9 ~, s8 v
4、下图为51单片机的一个简单应用开发板。7 ]. o H1 Y k7 g8 A# R3 w6 {
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/ P4 y9 G- v% V, z- o/ Y0 N) }7 i- F5 y) r$ }
4 V' k+ o$ e! {. H
二、单片机基本功能结构
; v1 A/ y6 o, @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
7 v8 Y3 ?" e; |, Y3 C3 [ f: E ![]() 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：, {/ ~. Z2 z9 [5 b$ K0 K l% X
①一个8位的微处理器CPU。# ?, |; h6 K( Y8 s) e
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。1 c: m; S, _2 g: L8 ]; z
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。/ Q1 |! I+ Q" t2 Q4 U4 Y
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。
4 t' s4 ?8 l& f5 r- B3 v 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。
~, U) m9 {8 L5 | ⑥五个中断源的中断控制系统。
/ w4 F8 F ?: j8 t 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。
+ y8 @5 t7 g3 n6 L! C/ o( s! U* q9 S 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。
) X. ^: n9 h9 A s9 {# }( ^/ x" p注：新型的单片机晶振可达24MHz, 甚至更高！- Q! ?6 d+ ?4 R) j$ T$ i- \
以上各个部分通过内部数据总线相连接。6 `$ A- O# I5 Z" L* \0 ?& R! O8 X
三、单片机内部结构9 R* E: j: O3 r8 S! p2 b
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。9 A. w9 i. c( W+ b- E Z
![]() 4 `" m+ Y A! W4 B+ B5 d' P% ^ `
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:
* f( P. M! H% Q+ o$ n1．运算器9 \6 q; N- Y; E3 n. m
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。
" ]1 B( P5 ]- T 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。- t; }- n; C* d: }
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。2 W7 Q p8 f$ u+ q4 H
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。
2 S! }, C% x; T) h1 o% s- ^ 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。
& b( B7 ]# }5 m# L/ K 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。' ^0 @* N- S) t/ `
2．控制器) ~$ ^ T; W' o
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。% n# P2 I, ^9 |9 l
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。
$ T9 p. d, Q9 b/ I 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。
4 i( v0 F5 A$ ~- L( h7 q2 b( X 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。
- ^$ ^2 [5 d R% T5 f4 k7 \ 3．存储器 w3 O. D% P, L- \: Q2 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。
6 z/ }' Q8 M( l; G (1) 程序存储器(ROM)# A7 n/ h/ W3 g( R- x& K
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。& c; m) A0 e( w; N6 y$ M
(2) 数据存储器(RAM)
+ B/ P6 H6 }! A/ J3 e' h) j 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。
# [3 W( Z" D7 Q0 A7 T 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。
! k9 X6 f, I$ ~& O/ t 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。
. T8 @% o. m# @ 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。- n/ P) b3 k; n0 C0 U) `
4．I／O接口2 v: u: R: T+ I. n8 f* R, r, e4 i
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。 |
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发表于 2019-9-27 15:08
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