-單片機(jī)基本結(jié)構(gòu)與工作原理

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1、第二章單片機(jī)基本結(jié)構(gòu)與工作原理2·1典型單片機(jī)由哪幾部分組成？各部分的基本功能是什么?答:一個(gè)典型單片機(jī)，由CPU系統(tǒng)、CPU外圍單元、基本功能單元和外圍擴(kuò)展單元電路組成。(l)CPU系統(tǒng)CPU系統(tǒng)包括了CPU、時(shí)鐘系統(tǒng)、復(fù)位電路和總線控制邏輯。①CPU。在單片機(jī)中的CPU與通用CPU不同。它是按照面向測(cè)控對(duì)象、嵌入式應(yīng)用和單芯片結(jié)構(gòu)要求專門設(shè)計(jì)的，要保證有突出的控制功能。②時(shí)鐘系統(tǒng)。時(shí)鐘系統(tǒng)要滿足CPU及片內(nèi)各單元電路對(duì)時(shí)鐘的要求;同時(shí)，在CMOS單片機(jī)中要滿足功耗管理對(duì)時(shí)鐘系統(tǒng)電路的可控要求。③復(fù)位電路。能滿足上電復(fù)位和信號(hào)控制復(fù)位的最簡(jiǎn)化電路。④

2、總線控制邏輯。總線控制邏輯要滿足CPU對(duì)內(nèi)部總線和外部總線的控制。內(nèi)部總線控制用以實(shí)現(xiàn)片內(nèi)各單元電路的協(xié)調(diào)操作;外部總線控制用于單片機(jī)外圍擴(kuò)展時(shí)的操作管理。(2)CPU外圍單元CPU外圍單元是與CPU運(yùn)行直接相關(guān)的單元電路，與CPT構(gòu)成了單片機(jī)的最小系統(tǒng)。①程序存儲(chǔ)器ROM。程序存儲(chǔ)器為只讀存儲(chǔ)器ROM(ReadlOnlyMemory)，用于固化單片機(jī)的應(yīng)用程序代碼和存放一些表格、常數(shù)。②數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM。由于面向測(cè)控系統(tǒng)，單片機(jī)申的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器容量較小，通常都不多于256B，而且都使用靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器SRAM(StaticRandomAccessMemo

3、ry)。③輸入/輸出(1/0)端口。I/O端口是計(jì)算機(jī)的輸入/輸出接口。單片機(jī)中的I/O端口都是芯片的輸入/輸出引腳。這些I/O端口分為以下幾種類型:●總線輸入/輸出端口。●用戶I/O端口。由用戶用于外部電路的輸入/輸出控制?！衿瑑?nèi)功能單元的輸入/輸出端口。例如，定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)輸入、外部中斷源輸入等。為了減少引腳數(shù)量，單片機(jī)的I/O端口都有復(fù)用功能。例如，不使用外部總線時(shí)，總線端口可用做用戶I/O端口。④操作管理寄存器。操作管理寄存器是用于單片機(jī)內(nèi)各功能單元的運(yùn)行控制和管理的寄存器單元。片內(nèi)每個(gè)功能單元都對(duì)應(yīng)有一個(gè)或多個(gè)操作管理寄存器，可通過(guò)指令

4、系統(tǒng)對(duì)其編程操作，以實(shí)現(xiàn)這些功能單元的方式設(shè)置、啟動(dòng)運(yùn)行和狀態(tài)讀取等。(3)基本功能單元基本功能單元是滿足單片機(jī)測(cè)控功能要求的基本計(jì)算機(jī)外圍電路，是用來(lái)完善和擴(kuò)大計(jì)算機(jī)功能的一些基本電路，如定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、中斷系統(tǒng)和串行通信接口等。CPU、CPU外圍和基本功能電路組成了單片機(jī)的基礎(chǔ)部分，形成了單片機(jī)系列的基核。(4)外圍擴(kuò)展單元電路外圍擴(kuò)展單元電路是滿足不同嵌入式應(yīng)用要求的外圍功能電路擴(kuò)展，如滿足數(shù)據(jù)采集要求而擴(kuò)展的ADC，滿足伺服驅(qū)動(dòng)控制的PWM和滿足程序可靠運(yùn)行的監(jiān)視定時(shí)器WDT(WatchDogTimer)等。通常，每個(gè)系列單片機(jī)都有自己的基核，

5、即在基核上擴(kuò)展不同的外圍。2·2單片機(jī)片內(nèi)有許多電路單元，CPU對(duì)這些電路單元的運(yùn)行操作采取了什么樣的管理辦法?答:單片機(jī)是一個(gè)完善的面向測(cè)控對(duì)象的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。除了基本計(jì)算機(jī)系統(tǒng)單元電路外，還有許多用于測(cè)控對(duì)象要求的功能單元，以及根據(jù)嵌入式應(yīng)用要求的形形色色外圍電路單元。這些電路單元的應(yīng)用管理十分復(fù)雜，是單片機(jī)應(yīng)用中必須解決的課題。(1)集中的歸一化操作管理寄存器為解決單片機(jī)內(nèi)部各電路單元的操作管理，通常都采用集中的歸一化操作管理寄存器。①按可編程應(yīng)用集成器件的運(yùn)行操作方式，設(shè)置專門操作管理的寄存器來(lái)實(shí)現(xiàn)電路單元的方式設(shè)置、啟動(dòng)、控制和狀態(tài)查詢等。②設(shè)

6、置集中的操作管理寄存器空間，集申所有單元電路的操作寄存器，并且形成統(tǒng)一規(guī)范的歸一化操作界面(如尋址方式和操作指令等)。③盡可能設(shè)置在片內(nèi)RAM空間上，這樣可實(shí)現(xiàn)與通用寄存器一樣方便而快捷的操作。(2)統(tǒng)一成單片機(jī)中的特殊功能寄存器(SFR)按照上述集中的歸一化原則，單片機(jī)中普遍將操作管理寄存器統(tǒng)一成特殊功能寄存器SFR(SpecialFunctionRegisters)，以區(qū)別于通用寄存器。采用SFR操作管理方式后，單片機(jī)內(nèi)各種單元電路都可按照可編程集成器件的運(yùn)行管理方式，通過(guò)對(duì)SFR的讀、寫來(lái)實(shí)現(xiàn)操作管理。按照應(yīng)用特性區(qū)分，可編程集成器件的操作管理寄

7、存器有以下幾類:①方式寄存器。設(shè)置器件的應(yīng)用方式，如設(shè)定定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的定時(shí)或計(jì)數(shù)方式等。②控制寄存器?？刂破骷倪\(yùn)行操作，如控制定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的啟動(dòng)和停止等。③狀態(tài)寄存器。顯示器件運(yùn)行時(shí)的狀態(tài)，如計(jì)數(shù)器是否溢出等。④數(shù)據(jù)寄存器。器件運(yùn)行操作時(shí)用于傳送數(shù)據(jù)的寄存器，如存放計(jì)數(shù)結(jié)果數(shù)據(jù)等。在單片機(jī)中，許多功能單元的運(yùn)行操作內(nèi)容不多，通常都將方式設(shè)置、操作控制和狀態(tài)標(biāo)志合并成一個(gè)寄存器。方式設(shè)置、操作控制與狀態(tài)標(biāo)志都通過(guò)對(duì)某些定義位來(lái)實(shí)現(xiàn)。例如，80C51中的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器單元，只使用了半個(gè)控制寄存器TCON和一個(gè)方式寄存器TMOD來(lái)管理兩個(gè)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器

8、T0和Tl的所有操作。寄存器中包括有方式設(shè)置位、定時(shí)/計(jì)數(shù)選擇位、內(nèi)/外部啟動(dòng)控制選擇位、啟/