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单片机是什么?单片机结构组成及作用

发布时间:2021/4/29 17:28:00

来源:http://www.librarypicks.com/news603583.html

20世纪跨越了三个“电”的时代,即电气时代、电子时代和现已进入的电脑时代。不过,这种电脑,通常是指个人计算机,简称PC机。它由主机、键盘、显示器等组成。还有一类计算机,大多数人却不怎么熟悉。这种计算机就是把智能赋予各种机械的单片机(亦称微控制器)。顾名思义,这种计算机的最小系统只用了一片集成电路,即可进行简单运算和控制。但大家了解单片机吗?其作用又是什么?下面一起跟着小GOO来看看单片机定义和单片机结构组成及作用。

1.基本概念

单片机,亦称单片微电脑或单片微型计算机。它是把中央处理器(CPU)、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、输入/输出端口(I/O)等主要计算机功能部件都集成在一块集成电路芯片上的微型计算机。这种微型计算机因其制作在一块芯片上而被称为单片机。单片机是大规模集成电路技术发展的产物。单片机具有性能高、速度快、体积小、价格低、稳定可靠、应用广泛、通用性强等突出优点。

单片机是什么?单片机结构组成及作用

单片机的设计目标主要是增强“控制”能力,满足实时控制(就是快速反应)方面的需要。因此,它在硬件结构、指令系统、I/O端口、功率消耗及可靠性等方面均有其独特之处,其最显著的特点之一就是具有非常有效地控制功能。因此,单片机又常常被人称为微控制器(MCU或μC)。

2.特点

1、具有优异的性价比

单片机的这种高性能、低价格是它最显著的一个特点。单片机可以尽可能地应用所需要的存储器,各种功能的I/O口都集成在一个芯片内,使之成为名副其实的单片机。有的单片机为了提高速度和执行效率,开始采用了RISC流水线和DSP的技术。使单片机的性能明显的优于同性能的微处理器,有的单片机ROM可达64KB,片内可达2KB,单片机的寻址以突破64KB的限制,八位和十六位单片机寻址可达1MB和16MB。

单片机的另一个显著的特点是量大面广,因为世界上各大公司在提高单片机性能的同时,进一步降低价格,性能/价格之比是各个公司竞争的主要策略。

2、集成度高、体积小、可靠性高

单片机把各个功能部件都集成在一块芯片上,内部采用总线结构,减少了各芯片之间的连接,大大提高了单片机的可靠性与抗干扰能力。另外,其体积小,对于强磁场环境易于采取屏蔽措施,适合在恶劣的环境下工作。

3、控制功能强

单片机是电子计算机这个庞大家庭的一个特是产品,体积虽小,但“五脏俱全”,它非常适合用于专门的控制用途。为了满足工业控制的要求,一般单片机的指令系统中有极其丰富的转移指令,I/O口的逻辑操作以及为处理器功能。单片机的逻辑控制功能及运行速度均高于同一档次的微型计算机。

4、低电压、低功耗

单片机大量应用于便携式产品和家用消费产品,低电压和低功耗的特点尤为重要。许多单片机已可以在2.3.V的电压下运行,有的以突破1.2V或0.9V下工作;功耗至未按级,一个纽扣电池就可以使其长期使用。

3.基本结构

1、运算器

运算器由运算部件——算术逻辑单元(Arithmetic&LogicalUnit,简称ALU)、累加器和寄存器等几部分组成。ALU的作用是把传来的数据进行算术或逻辑运算,输入来源为两个8位数据,分别来自累加器和数据寄存器。ALU能完成对这两个数据进行加、减,与或、比较大小等操作,最后将结果存入累加器。例如,两个数6和7相加,在相加之前,操作数6放在累加器中,7放在数据寄存器中,当执行加法指令时,ALU即把两个数相加并把结果13存入累加器,取代累加器原来的内容6。

运算器有两个功能:

(1)执行各种算术运算。

(2)执行各种逻辑运算,并进行逻辑测试,如零值测试或两个值的比较。

运算器所执行全部操作都是由控制器发出的控制信号来指挥的,并且,一个算术操作产生一个运算结果,一个逻辑操作产生一个判决。

2、控制器

控制器由程序计数器、指令寄存器、指令译码器、时序发生器和操作控制器等组成,是发布命令的“决策机构”,即协调和指挥整个微机系统的操作。其主要功能有:

(1)从内存中取出一条指令,并指出下一条指令在内存中的位置。

(2)对指令进行译码和测试,并产生相应的操作控制信号,以便于执行规定的动作。

(3)指挥并控制CPU、内存和输入输出设备之间数据流动的方向。

微处理器内通过内部总线把ALU、计数器、寄存器和控制部分互联,并通过外部总线与外部的存储器、输入输出接口电路连接。外部总线又称为系统总线,分为数据总线DB、地址总线AB和控制总线CB。通过输入输出接口电路,实现与各种外围设备连接。

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