單片機最小硬件系統(tǒng)介紹(已修改)
2025-07-08 08:57 本頁面
【正文】 第1章 單片機最小系統(tǒng) ——單片機最小硬件系統(tǒng)簡介 計算機、微型機、單片機及單片機應用系統(tǒng)概述微型計算機的出現(xiàn)給人類生活帶來了根本性的變化，使現(xiàn)代科學研究產(chǎn)生了質(zhì)的飛躍，單片機技術(shù)的出現(xiàn)則給現(xiàn)代工業(yè)測控領(lǐng)域帶來了一次新的技術(shù)革命。它在工業(yè)控制、數(shù)控采集、智能化儀表、辦公自動化等諸多領(lǐng)域得到了極為廣泛的應用，毫不夸張地說，單片機技術(shù)的開發(fā)和應用水平已逐步成為一個國家工業(yè)發(fā)展的標志之一。單片微型計算機（Single Chip Micro Computer）簡稱單片機，它是一種把組成微型計算機的各功能部件：中央處理單元CPU、一定容量的隨機存儲器RAM和只讀存儲器ROM、I/O接口電路、定時器/計數(shù)器以及串行口等制作在一塊芯片中的計算機。由于單片機的硬件結(jié)構(gòu)與指令系統(tǒng)的功能都是按工業(yè)控制要求而設計的，常用在工業(yè)檢測、控制裝置中，因而也稱為微控制器（MicroController）。單片機具有結(jié)構(gòu)簡單、控制功能強、可靠性高、體積小、價格低等特點，在家用電器、智能化儀器、工業(yè)控制以及火箭導航尖端技術(shù)領(lǐng)域都發(fā)揮著十分重要的作用。 單片機及單片機應用系統(tǒng)1．微型計算機及微型計算機系統(tǒng)計算機的硬件系統(tǒng)由運算器、存儲器、控制器、輸入和輸出設備五大部分組成。把運算器、控制器及一些寄存器集成在一塊硅片上而成為獨立的器件，該器件就稱為微處理器（CPU）。微處理器芯片、存儲器芯片、輸入/輸出接口電路芯片以及外部設備，在它們之間用總線連接起來就構(gòu)成了微型計算機，如圖11所示。圖11 微型計算機組成框圖可見，微型計算機結(jié)構(gòu)的突出特征是具有一個包含運算器和控制器的集成芯片微處理器（CPU）。微型機硬件系統(tǒng)各部分的組成及功能簡述如下：1）微處理器微處理器是微型計算機的核心，其結(jié)構(gòu)示意如圖12所示。圖12 微處理器結(jié)構(gòu)示意圖微處理器包括運算器，控制器和寄存器組3個基本部分。（1）運算器：運算器是計算機的運算部件，用于實現(xiàn)算術(shù)和邏輯運算。計算機的數(shù)據(jù)運算和處理都在這里進行。通常運算器由算術(shù)/邏輯運算單元ALU、累加器A、暫存寄存器、標志寄存器F等組成。累加器A是一個特殊的寄存器。通常其作用有兩個：一是運算時把一個操作數(shù)經(jīng)暫存器送至ALU；二是在運算后保存其運算結(jié)果。暫存寄存器用來暫時存儲數(shù)據(jù)總線或其他寄存器送來的操作數(shù)，是ALU的數(shù)據(jù)輸 入源。標志寄存器F用來保存ALU運算結(jié)果的特征（如進位標志、溢出標志等）和處理器的狀態(tài)，這些特征和狀態(tài)可以作為控制程序轉(zhuǎn)移的條件。算術(shù)/邏輯運算單元ALU由加法器和相應的控制邏輯電路組成。它能分別對來自兩個暫存器數(shù)據(jù)源的兩個操作數(shù)進行加、減、與、或等運算，還能進行數(shù)據(jù)的移位。ALU進行何種運算由控制器發(fā)出的命令確定，運算后的結(jié)果經(jīng)數(shù)據(jù)總線送至累加器A，同時影響標志寄存器F的狀態(tài)。（2）控制器：計算機的控制器由指令寄存器IR、指令譯碼器ID、定時及控制邏輯電路和程序計數(shù)器PC等組成，它控制使計算機各部分自動、協(xié)調(diào)地工作?？刂破靼凑罩付ǖ捻樞驈某绦虼鎯ζ髦腥〕鲋噶钸M行譯碼并根據(jù)譯碼結(jié)果發(fā)出相應的控制信號，從而完成該指令所規(guī)定的任務。指令寄存器IR用來保存當前正在執(zhí)行的一條指令。要執(zhí)行一條指令，首先要把它從程序存儲器中取到指令寄存器中。指令的內(nèi)容包括操作碼和操作數(shù)（或操作數(shù)的地址碼）兩部分。操作碼送到指令譯碼器ID，經(jīng)譯碼后確定所要執(zhí)行的操作；操作數(shù)的地址碼也要送到操作數(shù)地址形成電路以便形成真正的操作數(shù)地址。定時及控制邏輯電路是CPU的核心部件。它的任務有控制取指令、執(zhí)行指令、存取操作數(shù)或運算結(jié)果等操作，向其他部件發(fā)出控制信號，協(xié)調(diào)各部件的工作。程序計數(shù)器PC也叫指令地址計數(shù)器。計算機的程序是有序地存儲在程序存儲器中的各種指令的集合。計算機運行時，按順序取出程序存儲器中的指令并逐一執(zhí)行。程序計數(shù)器PC指出當前要執(zhí)行的指令的地址。每當指令取出后，PC的內(nèi)容自動加1（除轉(zhuǎn)移指令外），從而指向按序排列的下一條指令的地址。若遇到轉(zhuǎn)移指令（JMP）、子程序調(diào)用指令（CALL）或返回指令（RET）時，這些指令會把要執(zhí)行的下一條指令的地址直接置入PC中，PC的內(nèi)容才會突變。程序計數(shù)器PC的位數(shù)決定了微處理器所尋址的存儲器空間。（3）寄存器組：寄存器組作為CPU內(nèi)部的暫存單元至關(guān)重要，它是CPU處理數(shù)據(jù)所必需的一個存取空間，其多少直接影響著微機系統(tǒng)處理數(shù)據(jù)的能力和速度。2）存儲器存儲器是計算機
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