工具类服务
编辑部专用服务
作者专用服务
单片机的基本结构与工作原理
单片机诞生以来，人们对其研究就从未中断过，经过多年的发展，单片机的性能不断完善，加上单片机具有价格便宜、使用便捷、功能强大等优点，目前已被广泛应用在各个生产领域，为我国经济的腾飞做出了突出贡献。
作者单位：
辽东学院信息技术学院,辽宁丹东,118003
年，卷(期)：
机标分类号：
在线出版日期：
本文读者也读过
相关检索词
万方数据知识服务平台--国家科技支撑计划资助项目（编号：2006BAH03B01）(C)北京万方数据股份有限公司
万方数据电子出版社捷配欢迎您!
微信扫一扫关注我们
当前位置：&>>&&>>&&>>&嵌入式编程之单片机的基本构成、工作原理
&&& 本篇讲解作为嵌入式系统开发技术人员所必需具备的基础知识。这些基础知识是硬件和软件技术人员都应该掌握的共通技术知识。有了电路和数字电路的基础知识，就可以开始学习嵌入式系统的核心元件-。本文我们将为大家介绍单片机的基础知识。
　　在单片机入门系列讲座中，首先学习单片机的基本构成和工作原理、以及外围功能电路，然后，挑战一个实际单片机的运行。
　　单片机是控制电子产品的大脑
　　现如今，我们生活中的许多电器都使用了单片机。例如：手机、电视机、冰箱、洗衣机、以及按下开关，LED就闪烁的儿童玩具。那么，单片机在这些电器中究竟做了些什么呢？
　　单片机是这些电器动作的关键，是指挥硬件运行的。例如：接收按钮或按键的输入信号，按照事先编好的程序，指挥马达和LCD的外围功能电路动作。
　　那么，单片机是如何构成的呢？（图1）
　　单片机是由CPU、内存、外围功能等部分组成的。如果将单片机比作人，那么CPU是负责思考的，内存是负责记忆的，外围功能相当于视觉的感官系统及控制手脚动作的神经系统。
　　图1：单片机的构成要素
　　尽管我们说CPU相当于人的大脑，但是它却不能像人的大脑一样，能有意识的、自发的思考。CPU只能依次读取并执行事先存储在内存中的指令组合（程序）。当然CPU执行的指令并不是“走路”、“讲话”等高难度命令，而是一些非常简单的指令，象从内存的某个地方“读取数据”或把某个数据“写入”内存的某个地方，或做加法、乘法和逻辑运算等等。然而这些简单指令的组合，却能实现许多复杂的功能。
　　会思考的CPU
　　让我们从CPU的构成来了解它的作用吧。（图2）
　　图2：CPU的作用
　　◇程序计数器
　　CPU读取指令时需要知道要执行的指令保存在内存的什么位置，这个位置信息称为地址（相当于家庭住址）。程序计数器（PC）就是存储地址的寄存器。通常，PC是按1递增设计的，也就是说，当CPU执行了0000地址中的指令后，PC会自动加1，变成0001地址。每执行一条指令PC都会自动加1，指向下一条指令的地址。可以说，PC决定了程序执行的顺序。
　　◇指令解码电路
　　指令解码电路是解读从内存中读取的指令的含义。运算电路是根据解码结果操作的。确切地讲，指令解码电路就是我们在“数字电路入门（2）”中学过的解码电路，只不过电路结构稍微复杂些，所以，指令解码电路的工作原理就是从被符号化（被加密）的指令中，还原指令。
　　◇运算电路
　　运算电路也称为ALU（Arithmetic and
Unit），是完成运算的电路。能进行加法、乘法等算术运算、也能进行AND、OR 、BIT-SHIFT等逻辑运算。运算是在指令解码电路的控制下进行的。通常运算电路的构成都比较复杂。
　　◇CPU内部寄存器
　　CPU内部寄存器是存储临时信息的场所。有存储运算值和运算结果的通用寄存器，也有一些特殊寄存器，比如存储运算标志的标志寄存器等。也就是说，运算电路进行运算时，并不是在内存中直接运算的，而是将内存中的数据复制到通用寄存器，在通用寄存器中进行运算的。
　　CPU的工作原理
　　让我们通过一个具体运算3+4，来说明CPU的操作过程吧。
　　假设保存在内存中的程序和数据如下。
（实际上指令是用二进制码表示的，为了方便理解，我们用文字说明）
读取0100地址的内存，存入寄存器1
读取0101地址的内存，存入寄存器2
将寄存器1与寄存器2的值相加，结果存入寄存器1
　　◇步骤1：当程序被执行时，CPU就读取当前PC指向的地址0000中的指令（该操作称为指令读取）。经过解码电路解读后，这条指令的意思是“读取0100地址中的内容，然后，保存到寄存器1”。于是CPU就执行指令，从0100地址中读取数据，存入寄存器1。
　　寄存器1： 0→3（由0变为3）
　　由于执行了1条指令，因此，PC的值变为0001
　　◇步骤2：由于PC的值为0001，因此CPU就读取0001地址中的指令，经解码电路解码后，CPU执行该指令。然后PC再加1。
　　寄存器2：0→4（由0变为4）
　　◇步骤3：由于PC的值为0002，因此CPU从0002地址中读取指令，送给指令解码电路。解码结果是：将寄存器1和寄存器2相加，然后将结果存于寄存器1。
　　寄存器1：3→7
　　PC：2→3
　　于是3+4的结果7被存于寄存器1，加法运算结束。CPU就是这样，依次处理每一条简单的指令。
　　能记忆的内存
　　内存是单片机的记忆装置，主要记忆程序和数据，大体上分为ROM和RAM两大类。
　　ROM（Read
）是只读内存的简称。保存在ROM中的数据不能删除，也不会因断电而丢失。ROM主要用于保存用户程序和在程序执行中保持不变的常数。
　　大多数瑞萨（）的单片机都用闪存作为ROM。这是因为闪存不仅可以象ROM一样，即使关机也不会丢失数据，而且还允许修改数据。
　　RAM（Random Access Memory）是可随机读/写内存的简称。可以随时读写数据，但关机后，保存在RAM中的数据也随之消失。主要用于存储程序中的变量。
　　在单芯片单片机中（*1），常常用作为内部RAM。SRAM允许高速访问，但是，内部结构太复杂，很难实现高密度集成，不适合用作大容量内存。
　　除SRAM外，DRAM也是常见的RAM。DRAM的结构比较容易实现高密度集成，因此，比SRAM的容量大。但是，将高速逻辑电路和DRAM安装于同一个上较为困难，因此，一般在单芯片单片机中很少使用，基本上都是用作外围电路。
　　（*1）单芯片单片机是指：将CPU，ROM，RAM，振荡电路，和串行I/F等集成于一个LSI的微处理器。单芯片单片机的基础上再配置一些系统的主要外围电路，而形成的大规模称为系统LSI。
　　“为何要使用单片机……”
　　为什么很多电器设备都要使用单片机呢？
　　让我们用一个点亮LED的电路为例，来说明。如图3所示，不使用单片机的电路是一个由LED，开关和构成的简单电路。
　　图3：不安装单片机的LED电路
　　使用单片机的电路如图4所示。
　　很显然，使用单片机的电路要复杂得多，而且设计电路还要花费精力与财力。好象使用单片机并没有什么优点。但是，现在下结论还为时尚早。
　　如果我们让这个电路做一些比较复杂的操作，会怎么样呢。例如：如果希望LED在按下开关后，经过一段时间再点亮或熄灭，那么，对于安装有单片机的电路来说，只需更改单片机中的程序就可以了，并不需更改原电路。另一方面，对于没有单片机的电路来说，就必须在元电路中加入定时器IC，或者用标准和FPGA构成逻辑电路，才能实现这个功能。
　　也就是说，在更改和添加新功能时，带有单片机的电路显然更加容易实现。这正是电器设备使用单片机的原因。单片机可真是个方便的东西哦！
　　图4：安装单片机的LED电路图
该文章仅供学习参考使用，版权归作者所有。
因本网站内容较多，未能及时联系上的作者，请按本网站显示的方式与我们联系。
【】【】【】【】
上一篇：下一篇：
本文已有(0)篇评论
发表技术资料评论，请使用文明用语
字符数不能超过255
暂且没有评论!
12345678910
12345678910
12345678910
开关电源是利用现代电力电子技术，控制开关管开通和关断的时间比率，维持稳定输出电压的一种电源，开关电源一般由脉冲宽度调制（PWM）控制IC和MOSFET构成。电源是各种电子设备必不可缺的组成部分，其性能优劣直接关系到电子设备的技术指标及能否安全可靠地工作。由于开关电源内部关键元...[][][][][][][][][][]
IC热门型号
IC现货型号
推荐电子百科The page is temporarily unavailable
nginx error!
The page you are looking for is temporarily unavailable.
Please try again later.
Website Administrator
Something has triggered an error on your
This is the default error page for
nginx that is distributed with
It is located
/usr/share/nginx/html/50x.html
You should customize this error page for your own
site or edit the error_page directive in
the nginx configuration file
/etc/nginx/nginx.conf.8051单片机的工作原理
&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&
　返回主页
单片机概论
仿真与开发
8051单片机引脚
8051单片机指令
定时/记数器
键盘与显示器原理
8051单片机实例
单片机论坛
推荐的开发板
今天我们学习8051的工作原理。
通过前面的学习，我们已经知道8051内部个部件之间是通过时钟信号来协调同步工作的。所以我们在学习工作原理之前先来学习片内振荡器及时钟信号的产生。
&&& 8051芯片内部有一高增益反相放大器，用于构成振荡器，反向放大器输入端为XTAL1,输出端XTAL2。在XTAL1和XTAL2两端跨接一个石英晶体及两个电容就构成了稳定自激振荡器，电容器C1和C2通常都取30pF左右，对振荡频率有微调作用。振荡频率范围是1.2－12MHZ。
&&& 8051也使用外部震荡脉冲信号，由XTAL2端引脚输入，XTAL1端接地，外部震荡脉冲源方式常用于多块8051同时工作，以便于同步。晶体振荡器的振荡信号从XTAL2端输出到片内的时钟发生器上，时钟发生器是一个二分频触发电路，它将振荡器的信号频率fosc除以2，向CPU提供两相时钟信号P1和P2。
&& &时钟信号的周期称为机器状态时间S,CPU就以两相时钟P1和P2为基本节拍指挥8051单片机各个部件协调地工作。
&&& 除时钟周期外，还有两个与时间有关的概念叫机器周期和指令周期。计算机的一条指令由若干个字节组成。执行一条指令需要多少时间则以机器周期为单位。所谓一个机器周期就是指CPU访问存储器一次所需要的时间。例如取指令，读存储器，写存储器等等。MCS-51的一个机器周期为12个振荡周期，分为六个S状态，S1-S6.而每个状态又分为两拍，称为P1和P2。因此，一个机器周期中的12个振荡周期表示为S1P1，S1P2,S2P1等直到S6P2.若采用6MHZ晶体振荡器，则每个机器周期恰为2us。每条指令都由一个或几个机器周期组成。
&& 在MCS-51系统中，有单周期指令，双周期指令。四周期指令只有乘，除两条指令。指令的运算速度和它的机器周期直接相关，机器周期数较小则执行速度快。在编程时要注意选用具有同样功能而机器周期数小的指令。每一条指令的执行都可以包括取指和执行两个阶段。在取指阶段，CPU从内部或者外部ROM中取出指令操作码及操作数，然后再执行这条指令。
&&& 在8051指令系统中，根据各种操作的繁简程度，其指令可由单字节，双字节和三字节组成。从机器执行指令的速度看，单字节和双字节指令都可能是单周期或双周期，而三字节指令都是双周期，只有乘，除指令占四个周期，一条指令的字节数表征这条指令在存储器中所占空间大小，而周期数表征运行这条指令所花时间长短，即运行速度。
下面我们来看看一段具体的程序为例来说明8051的工作原理：（如下图）
这段程序的意思是把内部数据存储器30H单元和31H单元的两个数相加，把所得的结果存入32H单元中。第一条指令的意思：将数据19H存入内部数据存储器30H单元。
第二条指令的意思：将数据68H存入内部数据存储器31H单元。
第三条指令的意思：从内部数据存储器30H单元中取一个数送往累加器。
第四条指令的意思：内部数据存储器31H单元的内容和累加器的内容相加，并把结果保存在累加器中。第 五条指令的意思：把累加器的结果送入内部数据存储器的32单元中保存。
最后一条指令的意思是：跳转到本条指令，关于这条指令在汇编语言
分享这篇日志的人也喜欢
好久不见，不知道还有木有人爱?
你爱我么？
是你们的520
还没见过新礼物呢
那时节得失是你也是我
热门日志推荐
人人最热标签
北京千橡网景科技发展有限公司：
文网文[号··京公网安备号·甲测资字
文化部监督电子邮箱：wlwh@··
文明办网文明上网举报电话： 举报邮箱：&&&&&&&&&&&&
请输入手机号，完成注册
请输入验证码
密码必须由6-20个字符组成
下载人人客户端
品评校花校草，体验校园广场