[信息與通信]3-avr單片機(jī)的基本結(jié)構(gòu)211年(已修改)
2025-02-26 15:11 本頁(yè)面
【正文】 Part 3： AVR單片機(jī)的基本結(jié)構(gòu) 主講人 : 柯 禮 北京師范大學(xué)珠海分校工程技術(shù)學(xué)院 珠海出入境檢驗(yàn)檢疫局技術(shù)中心 AVR單片機(jī)的基本結(jié)構(gòu) AVR CPU內(nèi)核 1 AVR單片機(jī)的存儲(chǔ)器 2 3 AVR單片機(jī)的資源 4 時(shí)鐘、系統(tǒng)控制和復(fù)位 ATmega16的工作狀態(tài) 5 AVR CPU內(nèi)核 ? 振蕩器和時(shí)序電路 操作管理寄存器 程序存儲(chǔ)器 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 定時(shí)器 計(jì)數(shù)器 CPU 中斷控制 總線擴(kuò)展 控制器 并行 I/O接口 串行 I/O接口 外部時(shí)鐘源 外部事件計(jì)數(shù) 內(nèi)部總線 內(nèi)部中斷 外部中斷 外部數(shù)據(jù) /地址總線 典型單片機(jī)的基本組成結(jié)構(gòu) ?MCU單元 （ MicroController Unit） 包括 CPU、時(shí)鐘系統(tǒng)、復(fù)位、總線控制邏輯等電路 功能：算術(shù)、邏輯、比較等運(yùn)算和操作；結(jié)果和狀態(tài)的信息交換（讀 /寫動(dòng)作） 時(shí)鐘和復(fù)位電路：實(shí)現(xiàn)上電復(fù)位、信號(hào)控制復(fù)位、片內(nèi)時(shí)鐘及功耗管理等。 總線控制電路：產(chǎn)生各類控制信號(hào)，滿足總線控制要求。其中內(nèi)部總線控制用于實(shí)現(xiàn)片內(nèi)各單元電路的協(xié)調(diào)操作和數(shù)據(jù)傳輸，外部總線控制用于外圍擴(kuò)展的操作管理。 ? AVR CPU內(nèi)核 ATmega16系統(tǒng)框圖 P30 AVR單片機(jī)的內(nèi)核結(jié)構(gòu)示意圖 P25 標(biāo)準(zhǔn)的 ALU操作： 從寄存器組取出兩個(gè)操作數(shù) 操作數(shù)被執(zhí)行 將結(jié)果寫入目的寄存器 快速訪問(wèn)：一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)完成一個(gè)完整的ALU操作 ? CPU內(nèi)核 由 32個(gè)訪問(wèn)操作只需要一個(gè)時(shí)鐘周期的 8位通用工作寄存器組成了“快速訪問(wèn)寄存器組”。 “快速訪問(wèn)”意味著在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)執(zhí)行一個(gè)完整的ALU操作。 完整的 ALU操作： 從寄存器組 取 出兩個(gè)操作 數(shù) 操作數(shù)被 執(zhí)行 將 結(jié)果寫入 目的寄存器 其中 6個(gè)寄存器可以合并成為 3個(gè) 16位的寄存器，用于對(duì)數(shù)據(jù)空間進(jìn)行間接尋址（存放地址指針），以實(shí)現(xiàn)高效的地址計(jì)算 AVR CPU內(nèi)核 AVR CPU由系統(tǒng)時(shí)鐘 clkCPU驅(qū)動(dòng)，該時(shí)鐘來(lái)自于選定的時(shí)鐘源，芯片內(nèi)部不對(duì)此時(shí)鐘進(jìn)行分頻； 上圖描述了 Harvard結(jié)構(gòu)決定的并行取指和指令執(zhí)行，以及可以進(jìn)行快速訪問(wèn)的寄存器文件概念。是一個(gè)基本的流水線的概念。 單時(shí)鐘周期 ALU操作 在一個(gè)時(shí)鐘周期里， ALU可以同時(shí)對(duì)兩個(gè)寄存器操作數(shù)進(jìn)行操作，同時(shí)將結(jié)果保存到目的寄存器中去。 AVR CPU內(nèi)核 狀態(tài)寄存器包含了最近執(zhí)行的算術(shù)指令的結(jié)果信息，這些信息可以用來(lái)改變程序流程以實(shí)現(xiàn)條件操作。所有 ALU運(yùn)算都將影響狀態(tài)寄存器的內(nèi)容。其 I/O空間地址為 $3F($005F)。 AVR CPU內(nèi)核 ? Bit 7I：全局中斷使能 I置位時(shí)使能全局中斷。單獨(dú)的中斷使能由其他獨(dú)立的控制寄存器控制。如 I清零，則不論單獨(dú)中斷標(biāo)志置位與否，都不會(huì)產(chǎn)生中斷。任意一個(gè)中斷發(fā)生后 I清零，而執(zhí)行 RETI指令后 I恢復(fù)置位以使能中斷。 I也可通過(guò) SEI和 CLI指令來(lái)置位和清零。 AVR CPU內(nèi)核 ? Bit 6T：位拷貝存儲(chǔ) 位拷貝指令 BLD和 BST利用 T作為目的或源地址。 BST把寄存器的某一位拷貝到 T，而 BLD把 T拷貝到寄存器的某一位。 Bit 5H：半進(jìn)位標(biāo)志 半進(jìn)位標(biāo)志 H表示算術(shù)操作發(fā)生了半進(jìn)位。此標(biāo)志對(duì)于 BCD運(yùn)算非常有用。 Bit 4S：符號(hào)位 VNS ??S為負(fù)數(shù)標(biāo)志 N與 2的補(bǔ)碼溢出標(biāo)志 V的異或。在正常運(yùn)算條件下（ V=0，不溢出）， S=N，即運(yùn)算最高位作為符號(hào)位是正確的。而當(dāng)產(chǎn)生溢出時(shí)， V=1，此時(shí) N已不能正確知識(shí)運(yùn)算結(jié)果的正負(fù)，但 還是能正確的。對(duì)有符號(hào)數(shù)據(jù)，執(zhí)行減法或比
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