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認識單片機

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樓主
ID:55373 發表于 2013-10-30 16:05 | 只看該作者 回帖獎勵 |倒序瀏覽 |閱讀模式
單片機的組成
  單片機要自動完成計算,它應該具有哪些最重要的部分呢?
  我們以打算盤為例計算一道算術題。例:36+163×156-166÷34。現在要進行運算,首先需要一把算盤,其次是紙和筆。我們把要計算的問題記錄下來,然后第一步先算163×156,把它與36相加的結果記在紙上,然后計算166÷34,再把它從上一次結果中減去,就得到最后的結果。
  現在,我們用單片機來完成上述過程,顯然,它首先要有代替算盤進行運算的部件,這就是“運算器”;其次,要有能起到紙和筆作用的器件,即能記憶原始題目、原始數據和中間結果,還要記住使單片機能自動進行運算而編制的各種命令。這類器件就稱為“存貯器”。此外,還需要有能代替人作用的控制器,它能根據事先給定的命令發出各種控制信號,使整個計算過程能一步步地進行。但是光有這三部分還不夠,原始的數據與命令要輸入,計算的結果要輸出,都需要按先后順序進行,有時還需等待。
  如上例中,當在計算163×156時,數字36就不能同時進入運算器。因此就需要在單片機上設置按控制器的命令進行動作的“門”,當運算器需要時,就讓新數據進入。或者,當運算器得到最后結果時,再將此結果輸出,而中間結果不能隨便“溜出”單片機。這種對輸入、輸出數據進行一定管理的“門”電路在單片機中稱為“口”(Port)。在單片機中,基本上有三類信息在流動,一類是數據,即各種原始數據(如上例中的36、163等)、中間結果(如166÷34所得的商4、余數30等)、程序(命令的集合)等。這樣要由外部設備通過“口”進入單片機,再存放在存貯器中,在運算處理過程中,數據從存貯器讀入運算器進行運算,運算的中間結果要存入存貯器中,或最后由運算器經“出入口”輸出。
  用戶要單片機執行的各種命令(程序)也以數據的形式由存貯器送入控制器,由控制器解讀(譯碼)后變為各種控制信號,以便執行如加、減、乘、除等功能的各種命令。所以,這一類信息就稱為控制命令,即由控制器去控制運算器一步步地進行運算和處理,又控制存貯器的讀(取出數據)和寫(存入數據)等。第三類信息是地址信息,其作用是告訴運算器和控制器在何處去取命令取數據,將結果存放到什么地方,通過哪個口輸入和輸出信息等。
  存貯器又分為只讀存貯器和讀寫存貯器兩種,前者存放調試好的固定程序和常數,后者存放一些隨時有可能變動的數據。顧名思義,只讀存貯器一旦將數據存入,就只能讀出,不能更改(EPROM、E2PROM等類型的ROM可通過一定的方法來更改、寫入數據——編者注)。而讀寫存貯器可隨時存入或讀出數據。
  實際上,人們往往把運算器和控制器合并稱為中央處理單元——CPU。單片機除了進行運算外,還要完成控制功能。所以離不開計數和定時。因此,在單片機中就設置有定時器兼計數器,其基本結構與本連載之(二)中的舉例類似。到這里為止,我們已經知道了單片機的基本組成,即單片機是由中央處理器(即CPU中的運算器和控制器)、只讀存貯器(通常表示為ROM)、讀寫存貯器(又稱隨機存貯器通常表示為RAM)、輸入/輸出口(又分為并行口和串行口,表示為I/O口)等等組成。實際上單片機里面還有一個時鐘電路,使單片機在進行運算和控制時,都能有節奏地進行。另外,還有所謂的“中斷系統”,這個系統有“傳達室”的作用,當單片機控制對象的參數到達某個需要加以干預的狀態時,就可經此“傳達室”通報給CPU,使CPU根據外部事態的輕重緩急來采取適當的應付措施。
  現在,我們已經知道了單片機的組成,余下的問題是如何將它們的各部分連接成相互關聯的整體呢?實際上,單片機內部有一條將它們連接起來的“紐帶”,即所謂的“內部總線”。此總線有如大城市的“干道”,而CPU、ROM、RAM、I/O口、中斷系統等就分布在此“總線”的兩旁,并和它連通。從而,一切指令、數據都可經內部總線傳送,有如大城市內各種物品的傳送都經過干道進行。
  單片機指令系統與匯編語言程序
  前面已經講述了單片機的幾個主要組成部分,這些部分構成了單片機的硬件。所謂硬件(Hardware),就是看得到,摸得到的實體。但是,光有這樣的硬件,還只是有了實現計算和控制功能的可能性。單片機要真正地能進行計算和控制,還必須有軟件(Software)的配合。軟件主要指的是各種程序。只有將各種正確的程序“灌入”(存入)單片機,它才能有效地工作。單片機所以能自動地進行運算和控制,正是由于人把實現計算和控制的步驟一步步地用命令的形式,即一條條指令(Instruction)預先存入到存貯器中,單片機在CPU的控制下,將指令一條條地取出來,并加以翻譯和執行。就以兩個數相加這一簡單的運算來說,當需要運算的數已存入存貯器后,還需要進行以下幾步:
  第一步:把第一個數從它的存貯單元(Location)中取出來,送至運算器。   第二步:把第二個數從它所在的存貯單元中取出來,送至運算器; 第三步:相加; 第四步:把相加完的結果,送至存貯器中指定的單元。
  所有這些取數、送數、相加、存數等等都是一種操作(Operation),我們把要求計算機執行的各種操作用命令的形式寫下來,這就是指令。但是怎樣才能辨別和執行這些操作呢?這是在設計單片機時由設計人員賦予它的指令系統所決定的。一條指令,對應著一種基本操作;單片機所能執行的全部指令,就是該單片機的指令系統(Iustruction Set),不同種類的單片機,其指令系統亦不同。
  使用單片機時,事先應當把要解決的問題編成一系列指令。這些指令必須是選定的單片機能識別和執行的指令。單片機用戶為解決自己的問題所編的指令程序,稱為源程序(Source Program)。指令通常分為操作碼(Opcode)和操作數(Operand)兩大部分。操作碼表示計算機執行什么操作,即指令的功能;操作數表示參加操作的數或操作數所在的地址(即操作數所存放的地方編號)。因為單片機是一種可編程器件,只“認得”二進碼(0、1)。要單片機運作,單片機系統中的所有指令,都必須以二進制編碼的形式來表示。例如,在Intel公司的MCS-51系列單片機中,從存貯器中取出一數到CPU中的累加器(在運算器中,參與運算、存放運算結果的專用寄存器)的指令代碼為74H,累加器內容加立即數的代碼為24H,再加上立即數代碼,累加器送數到內部RAM存貯器的代碼為F6H~F7H等。這些指令是用十六進制表示二進制的機器碼。
  MCS-51單片機的字長為8位,有時,要完成某些操作用一個字節尚不能充分表達。所以,在指令系統中有單字節指令,也有多字節指令。機器碼是由一連串的0和1組成,沒有明顯的特征,不好記憶,不易理解,易出錯。所以,直接用它來編寫程序十分困難。因而,人們就用一些助記符(Mue monic)——通常是指令功能的英文縮寫來代替操作碼,如MCS-51中數的傳送常用MOV(Move的縮寫)、加法用Add(Addition的縮寫)來作為助記符。這樣,每條指令有明顯的動作特征,易于記憶和理解,也不容易出錯。用助記符來編寫的程序稱為匯編語言程序。但是,助記符編寫的程序便于人理解,可單片機卻只認識二進制機器代碼,因此,為了讓單片機能“讀懂”匯編語言程序必須再轉換成由二進制機器碼構成的程序,這種轉換過程,就稱為“匯編”。匯編可借助于人工查表法來實現,也可借助PC機通過所謂“交叉匯編程序”來完成。由機器碼構成的用戶程序一旦“進入”了單片機,再“啟動”單片機,就可讓它執行輸入程序所規定的任務。
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沙發
ID:43781 發表于 2013-10-31 22:56 | 只看該作者
現在單片機樓主覺得好學不
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板凳
ID:67312 發表于 2014-10-17 09:47 | 只看該作者
頂你樓主,說的有道理
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