微控制器的结构课件.pptVIP

第2章微控制器的结构、时序和工作方式

本章主要内容2.1微控制器结构2.2微控制器时序2.3微控制器工作方式2.3典型微控制器的特点

2.1微控制器的结构2.1.1微控制器常用封装（a）（b）（c）(a)双列直插封装（DIP:DualIn-linePackage）(b)塑料双列直插封装（PDIP:PlasticDualIn-linePackage）(c)超小型双列直插封装（SDIP:ShrinkDualIn-linePackage）

（d）（e）（f）(d)塑料有引线芯片载体（PLCC:PlasticLeadedChipCarrier）(e)四边引出扁平封装（QFP:QuadFlatPackage）(f)薄形四边引出扁平封装（LQFP:LowQuadFlatPackage）

（g）（h）（i）(g)薄小外形封装(TSOP:ThinSmallOutlinePackage)(h)小外形集成电路封装(SOIC:SmallOutlineIntegratedCircuitPackage)(i)底触点无引脚扁平封装（HVQFN:heatsinkverythinquadflatpacknoleads）

2.1.2微控制器的体系结构?具备了通用微型计算机的全部特征?仍属于经典的冯·诺依曼计算机体系结构?程序存储和程序控制的基本思想是：将程序和数据都存放在计算机的存储器内，当用户启动存放在存贮器中的程序后，由位于存储器内的程序自动控制计算机的运行。即计算机按照程序中规定的次序和步骤逐条地执行该计算机程序中的指令，处理存放在存储器中的数据、由I/O设备提供的数据及用户在运行时刻随机提供的少量数据。

图2-2MCU的基本结构

1.存储器与CPU的连接的两种方案有程序存储器与数据存储器，一般情况下前者使用ROM，后者使用RAM。（1）哈佛体系存储单元的地址采用各自独立编址。Intel公司的MCS-51／96微处理器采用这种结构。这种独自分离编址结构的优点是能生成双倍空间，例如使用16位地址线即能寻址64KB程序存储器与64KB数据存储器，总计获得了128KB存储器容量。此外，分离的总线通道还提高了访问的速率。

（2）普林斯顿体系程序存储器与数据存储器统一编址在一个空间内。Freescale公司的微处理器采用此种结构。如使用16位地址线获得64KB统一空间结构，由程序存储器与数据存储器共享，按需分配，分段使用。注意：哈佛结构的存储器地址出现重叠，但通过不同的控制线并配合不同的指令就可以区分开来。例如，在Intel的MCS-51指令系统中，用MOVC指令访问程序存储器，用MOVX指令访问数据存储器。普林斯顿结构则可以使用同一指令访问两种存储器，仅由指令中的地址参数寻址不同的单元即可。

2.I／O端口的编址的两种方案（1）分离编址方案为I／O端口再独立开辟一个空间，用专门的I／O访问控制线与指令实现I／O操作。例如，Intel的80x86指令系统中就使用IN指令与OUT指令。Intel的MCU将I／O端口作为内部寄存器处理，独立于程序存储器和外部数据存储器空间，类似哈佛结构的分离编址。（2）统一编址方案Freescale的MCU则将I／O地址与存储器地址统一在一个空间，仅仅分配不同的单元地址而已。因而，与普林斯顿结构类似。

3.寄存器的结构在80x86与Pentium系列的微处理器中，大量的CPU寄存器都有各自专门的命名符号，它们都与存储器或I／O地址没有关系。Intel的MCU使用内部RAM作为寄存器，它们独立于程序存储器和外部数据存储器，用MOV指令访问，类似分离编址的哈佛型结构。Freescale微控制器中的寄存器则占用存储器资源，为它们分配了一些专用的地址空间。结论：各厂家在MCU的设计上还有许多不同之处，都形成了自己的风格，而且体系结构上的区别自然会造成指令集的明显不同。

2.1.3微控制器的组成微控制器在同一块芯片集成了CPU（中央处理单元）、存储器、并行和串行I/O端口、定时器/计数器和中断系统等功能部件，如图2-2所示。1．CPUCPU是微控制器的核心部件，它通常由运算器、控制器和中断电路等组成。CPU进行算术运算和逻辑操作的字长同样有4位、8位、16位和32位之分，字长越长运算速度越快，数据处理能力也就越强。8位CPU的内部基本结构如图2-3所示。

图2-38位CPU的内部基本结构

（1）运算器运算器用于对二进制数进行算术运算和逻辑操作；由操作控制器控制其操作顺序。由算术逻辑单元ALU、累加器A、通用寄存器GR、暂存器TR和程序状态字寄存器PSW等五部分组成。?累加器A(Accumulator)?暂存器TR(T