单片机是指在一块芯片上集成了中央处理器CPU单片机是指在一块芯片上集成了中央处理器CPU.doc

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单片机是指在一块芯片上集成了中央处理器CPU单片机是指在一块芯片上集成了中央处理器CPU

1.2单片机的构成及特点 单片机是指在一块芯片上集成了中央处理器CPU、随机存储器RAM、程序存储器ROM或EEPROM、定时/计数器、中断控制器及串行口,并行I/O接口等部件,构成一个完整的微型计算机系统。 1、单片机的特点 从结构上看,单片机不但与通用微型计算机一样,是一个有效的数据处理机,而且是一个功能强大的过程控制机。从某种意义上讲,一块单片机就具有一台微型计算机的功能,只要加上所需的输入/输出设备,就可以构成一个完整的系统,从而满足各应用领域的需要。单片机结构中包含有通用计算机的功能部分,而且具有较强的数据处理功能。 通用计算机的CPU主要面向数据处理,其发展主要围绕数据处理功能、计算速度和精度的进一步提高。CPU的主频达到数百兆赫兹(MHz),字长普遍达到32位。单片机主要面向控制,因为控制中的数据类型和数据处理相对简单,所以单片机的数据处理功能比通用计算机相对弱一些,计算速度和精度也要相对低一些。 通用计算机中存储器组织结构主要是针对增大存储容量和加快CPU对数据的存取速度。单片机中存储器的组织结构比较简单,存储器芯片直接挂接在单片机总线上,CPU对存储器的读/写直接用物理地址来寻址存储单元,存储器的寻址空间一般为64KB。 通用计算机中的I/O接口主要考虑标准外设(如CRT、标准键盘、鼠标、打印机、硬盘、光盘等)。用户通过标准总线连接外设,达到即插即用。而单片机应用系统的外设都是非标准的,且千差万别,种类繁多。单片机的I/O接口实际上是向用户提供的与外设连接的物理界面。 单片机的特点 (1) 单片机的存储器ROM和RAM是严格区分的。ROM称为程序存储器,只存放程序、固定常数及数据表格。RAM则为数据存储器,用作工作区及存放用户数据。这样的结构主要是考虑到单片机用于控制系统中,有较大的程序存储器空间,把开发成功的程序固化在ROM中,而把少量的随机数据存放在RAM中。这样,小容量的数据存储器能以高速RAM形式集成在单片机内,以加速单片机的执行速度。但单片机内的RAM是作为数据存储器用,而不是当作高速缓冲存储器(Cache)使用。 (2) 采用面向控制的指令系统。为满足控制的需要,单片机有更强的逻辑控制能力,特别是具有很强的位处理能力。 (3) 单片机的I/O引脚通常是多功能的。由于单片机芯片上引脚数目有限,为了解决实际引脚数和需要的信号线的矛盾,采用了引脚功能复用的方法。引脚处于何种功能,可由指令来设置或由机器状态来区分。 (4) 单片机的外部扩展能力强。在内部的各种功能部分不能满足应用需求时,均可在外部进行扩展(如扩展ROM、RAM,I/O接口,定时器/计数器,中断系统等),与许多通用的微机接口芯片兼容,给应用系统设计带来极大的方便和灵活性 MCS-51系列单片机的结构特点 就CPU的结构来说,通用微机的CPU内部有一定数量的通用或专用寄存器,而MCS-51系列单片机则在数据RAM区开辟了一个工作寄存器区。该区共有4组,每组8个寄存器,共计可提供32个工作寄存器,相当于通用微机CPU中的通用寄存器。除此之外,MCS-51系列单片机还有颇具特色的21个特殊功能寄存器SFR。要理解MCS-51系列单片机的工作,就必须对特殊功能寄存器SFR的工作有清楚的了解。SFR使仅具有40条引脚的单片机系统的功能有很大的扩展。由于这些SFR的作用,每个通道在程序控制下,都可有第二功能,从而使得有限的引脚能衍生出更多的功能。而且,利用SFR可完成对定时器、串行口、中断逻辑的控制,这就使得单片机可以把定时/计数器、串行口、中断逻辑等集成在一个芯片上。 MCS-51系列单片机在存储器结构上与通用微机也有不同之处,通用微机中程序存储器和数据存储器是一个地址空间,而单片机把程序存储器和数据存储器分成两个独立的地址空间,采用不同的寻址方式,使用两个不同的地址指针,PC指向程序存储器,DPTR指向数据存储器。采用这种结构主要是考虑到工业控制的特点。一般工业控制系统中,需要较大的程序存储器空间和较小的随机存储器空间,不同于通用微机需要较大的数据存储器空间。 MCS-51系列单片机在输入输出接口方面的特点是,通道口引线在程序的控制下都可有第二功能,可由用户系统设计者灵活选择。比如数据线和地址线低8位可分时合用通道0,而地址线高8位与其它信号线也可合用通道2。由于存储器和接口都在片内,就给应用提供了方便,往往只在其引脚处增加驱动器即可简化接口设计工作,提高单片机与外设数据交换的处理速度。同时,功能变换和选择由相应的指令来控制实现,而不是靠硬件上的跳线短接等方法实现。MCS-51系列单片机I/O引脚一线多功能的特点方便了用户,但在组成应用系统时,也应根据其特点分时使用。 MCS-51系列单片机的另一个显著特点是内部有一个全双工串行口,

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