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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。詳情歡迎技術咨詢郭老師，13641462598QQ754634522 |
