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单片机的基本结构

分类: 单片机基础 发布: admin 浏览: 日期: 2017年12月23日

单片机的基本结构包括运算器、控制器和一些寄存器,现分别予以介绍。

1、运算器

运算器由运算部件——算术逻辑单元(Arithmetic & Logical Unit,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、输入输出接口电路联接。

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。

3、主要寄存器

(1)累加器A

累加器A是微处理器中使用最频繁的寄存器。在算术和逻辑运算时它有双功能:运算前,用于保存一个操作数;运算后,用于保存所得的和、差或逻辑运算结果。

(2)数据寄存器DR

数据寄存器通过数据总线向存储器和输入/输出设备送(写)或取(读)数据的暂存单元。它可以保存一条正在译码的指令,也可以保存正在送往存储器中存储的一个数据字节等等。

(3)指令寄存器IR和指令译码器ID

单片机指令包括操作码和操作数。 指令寄存器是用来保存当前正在执行的一条指令。当执行一条指令时,先把它从内存中取到数据寄存器中,然后再传送到指令寄存器。当系统执行给定的指令时,必须对操作码进行译码,以确定所要求的操作,指令译码器就是负责这项工作的。其中,指令寄存器中操作码字段的输出就是指令译码器的输入。

(4)程序计数器PC

PC用于确定下一条指令的地址,以保证程序能够连续地执行下去,因此通常又被称为指令地址计数器。在程序开始执行前必须将程序的第一条指令的内存单元地址(即程序的首地址)送入PC,使它总是指向下一条要执行指令的地址。

(5)地址寄存器AR

地址寄存器用于保存当前CPU所要访问的内存单元或I/O设备的地址。由于内存与CPU之间存在着速度上的差异,所以必须使用地址寄存器来保持地址信息,直到内存读/写操作完成为止。

显然,当CPU向存储器存数据、CPU从内存取数据和CPU从内存读出指令时,都要用到地址寄存器和数据寄存器。

同样,如果把外围设备的地址作为内存地址单元来看的话,那么当CPU和外围设备交换信息时,也需要用到单片机地址寄存器和数据寄存器。

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