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單片機要自動完成計算，它應該具有哪些最重要的部分呢？
在自動化工作中，我們常常聽到過單片機，但是不進入這個領域的人并不清楚什么是單片機，今日群測科技燒錄器小編就為我們講解下，這個常識。
我們以打算盤為例核算一道算術題。例：36＋163×156——166÷34?，F(xiàn)在要進行運算，首要需求一把算盤，其次是紙和筆。我們把要核算的問題記錄下來，然后第一步先算163×156，把它與36相加的作用記在紙上，然后核算166÷34，再把它從上一次作用中減去，就得到終究的作用。
現(xiàn)在，我們用單片機來結束上述進程，明顯，它首要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，即能回想原始標題、原始數(shù)據和中心作用，還要記住使單片機能自動進行運算而編制的各種指令。這類器件就稱為“存貯器”。此外，還需求有能代替人作用的控制器，它能依據事前給定的指令宣布各種控制信號，使整個核算進程能一步步地進行。但是光有這三部分還不可，原始的數(shù)據與指令要輸入，核算的作用要輸出，都需求按先后次第進行，有時還需等候。
如上例中，當在核算163×156時，數(shù)字36就不能一同進入運算器。因此就需求在單片機上設置按控制器的指令進行動作的“門”，當運算器需求時，就讓新數(shù)據進入?；蛟S，當運算器得到終究作用時，再將此作用輸出，而中心作用不能隨意“溜出”單片機。這種對輸入、輸出數(shù)據進行必定處理的“門”電路在單片機中稱為“口”（Port）。在單片機中，根柢上有三類信息在活動，一類是數(shù)據，即各種原始數(shù)據（如上例中的36、163等）、中心作用（如166÷34所得的商4、余數(shù)30等）、程序（指令的集結）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，在運算處理進程中，數(shù)據從存貯器讀入運算器進行運算，運算的中心作用要存入存貯器中，或終究由運算器經“出入口”輸出。
用戶要單片機施行的各種指令（程序）也以數(shù)據的辦法由存貯器送入控制器，由控制器解讀（譯碼）后變?yōu)楦鞣N控制信號，以便施行如加、減、乘、除等功用的各種指令。所以，這一類信息就稱為控制指令，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(shù)據）和寫（存入數(shù)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指令取數(shù)據，將作用存放到什么當?shù)?，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(shù)，后者存放一些隨時有可能改動的數(shù)據。斷章取義，只讀存貯器一旦將數(shù)據存入，就只能讀出，不能更改（EPROM、E2PROM等類型的ROM可通過必定的辦法來更改、寫入數(shù)據——編者注）。而讀寫存貯器可隨時存入或讀出數(shù)據。深圳群測科技主要從事各類IC編程器研發(fā)、燒錄機、燒錄器、自動燒錄機、芯片自動燒錄機、全自動燒錄機、燒錄編程器生產與銷售，針對半導體工廠、芯片通路商、手機制造商、汽車電子、消費數(shù)碼電子生產商及EMS代工廠等提供集成電路燒錄、測試、返修服務提供商。
實踐上，人們往往把運算器和控制器吞并稱為中央處理單元——CPU。單片機除了進行運算外，還要結束控制功用。所以離不開計數(shù)和守時。因此，在單片機中就設置有守時器兼計數(shù)器，其根柢結構與本連載之（二）中的舉例相似。到這兒間斷，我們現(xiàn)已知道了單片機的根柢組成，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（一般標明為ROM）、讀寫存貯器（又稱隨機存貯器一般標明為RAM）、輸入/輸出口（又分為并行口和串行口，標明為I/O口）等等組成。實踐上單片機里邊還有一個時鐘電路，使單片機在進行運算和控制時，都能有節(jié)奏地進行。其他，還有所謂的“接連系統(tǒng)”，這個系統(tǒng)有“傳達室”的作用，當單片機控制方針的參數(shù)抵達某個需求加以干涉的情況時，就可經此“傳達室”通報給CPU，使CPU依據外部事態(tài)的輕重緩急來選用恰當?shù)奶迫k法。
現(xiàn)在，我們現(xiàn)已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互相相關的整體呢？實踐上，單片機內部有一條將它們連接起來的“樞紐”，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、接連系統(tǒng)等就散布在此“總線”的兩旁，并和它連通。然后，全部指令、數(shù)據都可經內部總線傳送，有如大城市內各種物品的傳送都通過干道進行。
單片機指令系統(tǒng)與匯編語言程序
前面現(xiàn)已敘說了單片機的幾個首要組成部分，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，還僅僅有了結束核算和控制功用的可能性。單片機要實在地能進行核算和控制，還有必要有軟件（Software）的協(xié)作。軟件首要指的是各種程序。只需將各種正確的程序“灌入”（存入）單片機，它才調有效地作業(yè)。單片機所以能自動地進行運算和控制，正是因為人把結束核算和控制的進程一步步地用指令的辦法，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，并加以翻譯和施行。就以兩個數(shù)相加這一簡略的運算來說，當需求運算的數(shù)已存入存貯器后，還需求進行以下幾步：
第一步：把第一個數(shù)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(shù)從它地址的存貯單元中取出來，送至運算器； 第三步：相加； 第四步：把相加完的作用，送至存貯器中指定的單元。
全部這些取數(shù)、送數(shù)、相加、存數(shù)等等都是一種操作（Operation），我們把要求核算機施行的各種操作用指令的辦法寫下來，這就是指令。但是怎樣才調差異和施行這些操作呢？這是在規(guī)劃單片機時由規(guī)劃人員賦予它的指令系統(tǒng)所選擇的。一條指令，對應著一種根柢操作；單片機所能施行的全部指令，就是該單片機的指令系統(tǒng)（Iustruction Set），不同品種的單片機，其指令系統(tǒng)亦不同。
運用單片機時，事前應當把要處理的問題編成一系列指令。這些指令有必要是選定的單片機能辨認和施行的指令。單片機用戶為處理自己的問題所編的指令程序，稱為源程序（Source Program）。指令一般分為操作碼（Opcode）和操作數(shù)（Operand）兩大部分。操作碼標明核算機施行什么操作，即指令的功用；操作數(shù)標明參與操作的數(shù)或操作數(shù)地址的地址（即操作數(shù)所存放的當?shù)鼐幪枺?。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(tǒng)中的全部指令，都有必要以二進制編碼的辦法來標明。例如，在Intel公司的MCS——51系列單片機中，從存貯器中取出一數(shù)到CPU中的累加器（在運算器中，參與運算、存放運算作用的專用存放器）的指令代碼為74H，累加器內容加當即數(shù)的代碼為24H，再加上當即數(shù)代碼，累加器送數(shù)到內部RAM存貯器的代碼為F6H——F7H等。這些指令是用十六進制標明二進制的機器碼。
MCS——51單片機的字長為8位，有時，要結束某些操作用一個字節(jié)尚不能充分表達。所以，在指令系統(tǒng)中有單字節(jié)指令，也有多字節(jié)指令。機器碼是由一連串的0和1組成，沒有明顯的特征，欠好回想，不易了解，易犯錯。所以，直接用它來編寫程序十分困難。因此，人們就用一些助記符（Mue monic）——一般是指令功用的英文縮寫來代替操作碼，如MCS——51中數(shù)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，易于回想和了解，也不簡略犯錯。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了解，可單片機卻只知道二進制機器代碼，因此，為了讓單片機能“讀懂”匯編語言程序有必要再轉換成由二進制機器碼構成的程序，這種轉換進程，就稱為“匯編”。匯編可仰仗于人工查表法來結束，也可仰仗PC機通過所謂“穿插匯編程序”來結束。由機器碼構成的用戶程序一旦“進入”了單片機，再“發(fā)起”單片機，就可讓它施行輸入程序所規(guī)矩的任務。深圳群測科技主要從事各類IC編程器研發(fā)、燒錄機、燒錄器、自動燒錄機、芯片自動燒錄機、全自動燒錄機、燒錄編程器生產與銷售。
MCU--51 CPU和存儲器
單片機8051的CPU由運算器和控制器組成。
一、運算器
運算器以結束二進制的算術/邏輯運算部件ALU為中心，再加上暫存器TMP、累加器ACC、存放器B、程序情況標志存放器PSW及布爾處理器。累加器ACC是一個八位存放器，它是CPU中作業(yè)最再三的存放器。在進行算術、邏輯運算時，累加器ACC往往在運算前暫存一個操作數(shù)（如被加數(shù)），而運算后又保存其作用（如代數(shù)和）。存放器B首要用于乘法和除法操作。標志存放器PSW也是一個八位存放器，用來存放運算作用的一些特征，如有無進位、借位等。其每位的詳細意義如下所示。PSW CY AC FO RS1 RS0 OV —— P對用戶來講，最關心的是以下四位。
1進位標志CY（PSW7）。它標清楚運算是否有進位（或借位）。假定操作作用在最高位有進位（加法）或許借位（減法），則該位為1，不然為0。
2輔佐進位標志AC。又稱半進位標志，它反映了兩個八位數(shù)運算低四位是否有半進位，即低四位相加（或減）有否進位（或借位），如有則AC為1情況，不然為0。
3溢出標志位OV。MCS——51反映帶符號數(shù)的運算作用是否有溢出，有溢出時，此位為1，不然為0。
4奇偶標志P。反映累加器ACC內容的奇偶性，假定ACC中的運算作用有偶數(shù)個1（如11001100B，其間有4個1），則P為0，不然，P=1。PSW的其它位，將在往后再介紹。因為PSW存放程序施行中的情況，故又名程序情況字?運算器中還有一個按位（bit）進行邏輯運算的邏輯處理機（又稱布爾處理機）。其功用在介紹位指令時再說明。
二、控制器
控制器是CPU的神經中樞，它包括守時控制邏輯電路、指令存放器、譯碼器、地址指針DPTR及程序計數(shù)器PC、庫房指針SP等。這兒程序計數(shù)器PC是由16位存放器構成的計數(shù)器。要單片機施行一個程序，就有必要把該程序按次第預先裝入存儲器ROM的某個區(qū)域。單片機動作時應按次第一條條取出指令來加以施行。因此，有必要有一個電路能找出指令地址的單元地址，該電路就是程序計數(shù)器PC。當單片機開端施行程序時，給PC裝入第一條指令地址地址，它每取出一條指令（如為多字節(jié)指令，則每取出一個指令字節(jié)），PC的內容就自動加1，以指向下一條指令的地址，使指令能次第施行。只需當程序遇到轉移指令、子程序調用指令，或遇到接連時（后邊將介紹），PC才轉到所需求的當?shù)厝ァ?051 CPU碢C指定的地址，從ROM相應單元中取出指令字節(jié)放在指令存放器中存放，然后，指令存放器中的指令代碼被譯碼器譯成各種辦法的控制信號，這些信號與單片機時鐘振蕩器發(fā)生的時鐘脈沖在守時與控制電路中相結合，構成按必守時刻節(jié)拍改動的電陡峭時鐘，即所謂控制信息，在CPU內部和諧存放器之間的數(shù)據傳輸、運算等操作。
三、存儲器
存儲器是單片機的又一個重要組成部分，圖6給出了一種存儲容量為256個單元的存儲器結構示意圖。其間每個存儲單元對應一個地址，256個單元共有256個地址，用兩位16進制數(shù)標明，即存儲器的地址（00H——FFH）。存儲器中每個存儲單元可存放一個八位二進制信息，一般用兩位16進制數(shù)來標明，這就是存儲器的內容。存儲器的存儲單元地址和存儲單元的內容是不同的兩個概念，不能稠濁。
一、程序存儲器
程序是控制核算機動作的一系列指令，單片機只知道由“0”和“1”代碼構成的機器指令。如前述用助記符編寫的指令MOV A，＃20H，換成機器知道的代碼74H、20H：（寫成二進制就是01110100B和00100000B）。在單片機處理問題之前有必要事前將編好的程序、表格、常數(shù)匯編成機器代碼后存入單片機的存儲器中，該存儲器稱為程序存儲器。程序存儲器可以放在片內或片外，亦可片內片外一同設置。因為PC程序計數(shù)器為16位，使得程序存儲器可用16位二進制地址，因此，表里存儲器的地址最大可從0000H到FFFFH。8051內部有4k字節(jié)的ROM，就占用了由0000H——0FFFH的最低4k個字節(jié)，這時片外擴展的程序存儲器地址編號應由1000H開端，假定將8051作為8031運用，不想運用片內4kROM，全用片外存儲器，則地址編號仍可由0000H開端。不過，這時應使8051的第{31}腳（即EA腳）堅持低電平。當EA為高電平時，用戶在0000H至0FFFH規(guī)劃內運用內部ROM，大于0FFFH后，單片機CPU自動訪問外部程序存儲器。
二、數(shù)據存儲器
單片機的數(shù)據存儲器由讀寫存儲器RAM組成。其最大容量可擴展到64k，用于存儲實時輸入的數(shù)據。8051內部有256個單元的內部數(shù)據存儲器，其間00H——7FH為內部隨機存儲器RAM，80H——FFH為專用存放器區(qū)。實踐運用時應首要充分運用內部存儲器，從運用視點講，搞清內部數(shù)據存儲器的結構和地址分配是十分重要的。因為將來在學習指令系統(tǒng)和程序規(guī)劃時會常常用到它們。8051內部數(shù)據存儲器地址由00H至FFH共有256個字節(jié)的地址空間，該空間被分為兩部分，其間內部數(shù)據RAM的地址為00H——7FH（即0——127）。而用做特別功用存放器的地址為80H——FFH。在此256個字節(jié)中，還拓荒有一個所謂“位地址”區(qū)，該區(qū)域內不光可按字節(jié)尋址，還可按“位（bit）”尋址。關于那些需求進行位操作的數(shù)據，可以存放到這個區(qū)域。從00H到1FH組織了四組作業(yè)存放器，每組占用8個RAM字節(jié)，記為R0——R7。終究選用那一組存放器，由前述標志存放器中的RS1和RS0來選用。在這兩位上放入不同的二進制數(shù)，即可選用不同的存放器組，如附表1所示。
三、特別功用存放器
特別功用存放器（SFR）的地址規(guī)劃為80H——FFH。在MCS——51中，除程序計數(shù)器PC和四個作業(yè)存放器區(qū)外，其他21個特別功用存放器都在這SFR塊中。其間5個是雙字節(jié)存放器，它們共占用了26個字節(jié)。各特別功用存放器的符號和地址見附表2。其間帶＊號的可位尋址。特別功用存放器反映了8051的情況，實踐上是8051的情況字及控制字存放器。用于CPU PSW就是典型一例。這些特別功用存放器大體上分為兩類，一類與芯片的引腳有關，另一類作片內功用的控制用。與芯片引腳有關的特別功用存放器是P0——P3，它們實踐上是4個八位鎖存器（每個I/O口一個），每個鎖存器附加有相應的輸出驅動器和輸入緩沖器就構成了一個并行口。MCS——51共有P0——P3四個這樣的并行口，可提供32根I/O線，每根線都是雙向的，而且大都有第二功用。其他用于芯片控制的存放器中，累加器A、標志存放器PSW、數(shù)據指針DPTR等的功用前已提及，而另一些存放器的功用在后邊有關部分再作進一步介紹
單片機的指令系統(tǒng)和尋址辦法
單片機要正常運作，事前需編制程序，再把程序放入存貯器中，然后由CPU施行該程序。程序是由指令組成的，指令的根柢組成是操作碼和操作數(shù)。單片機的品種許多，規(guī)劃時怎樣標明操作碼和操作數(shù)，都有各自的規(guī)矩，再有指令代碼也各不相同，因此，有必要對所選單片機的全部指令，也就是所謂“指令系統(tǒng)”，有滿意的了解。各個系列的單片機雖然有不同的指令系統(tǒng)，但也有其共同性。掌握一種單片機的指令系統(tǒng)，對其它系列單片機可以起到舉一反三的作用。MCS——51單片機運用廣泛，派生品種多，具有代表性，所以，這兒以MCS——51系列的指令系統(tǒng)為例說明“指令”的組成和運用。
1、MOV A，＃20H
這條指令標明把20H這個數(shù)送入累加器A中（一個特別功用存放器）。
2、ADD A，70H
這條指令標明把累加器A中的內容（在上例中送入的＃20H）和存貯器中地址為70H單元中的內容（也是一個數(shù)字），通過算術邏輯單元（英文縮寫為ALU）相加，并將作用保留在A中。這兒MOV、ADD等稱為操作碼，而A、＃20H、70H等均稱為操作數(shù)。在匯編語言程序中，操作碼一般由英文單詞縮寫而成，這樣有助于回想，所以又稱助記符。如MOV就是英文單詞MOVE的縮寫，含有搬移的意思；而ADD即為英文單詞，其意為相加。因此，關于略懂英語的用戶，掌握單片機指令的意義是較為便當?shù)摹２僮鲾?shù)有多種標明法，如以上的＃20H稱為當即數(shù)，即20H就是實在的操作數(shù)。而70H是存貯器中某個單元的地址，在該單元中，放著操作數(shù)（比方說是3AH），ADD A，70H不是將70H和A中的內容相加，而是從存貯器70H單元中將3AH取出和A中的內容相加。由上可知，要找到實踐操作數(shù)，有時就要轉個彎，乃至轉幾個彎，這個進程稱為尋址，MCS——51共有7種尋址辦法，現(xiàn)介紹如下：
一、當即尋址：
操作數(shù)就寫在指令中，和操作碼一同放在程序存貯器中。把“?！碧柗旁诋敿磾?shù)前面，以標明該尋址辦法為當即尋址，如＃20H。
二、存放器尋址：
操作數(shù)放在存放器中，在指令中直接以存放器的姓名來標明操作數(shù)的地址。例如MOV A，R0就歸于存放器尋址，即將R0存放器的內容送到累加器A中。
三、直接尋址：
操作數(shù)放在單片機的內部RAM某單元中，在指令中直接寫出該單元的地址。如前例的ADD A，70H中的70H。
四、存放器直接尋址：
操作數(shù)放在RAM某個單元中，該單元的地址又放在存放器R0或R1中。 假定RAM的地址大于256，則該地址存放在16位存放器DPTR（數(shù)據指針）中，此刻在存放器名前加@符號來標明這種直接尋址。如MOV A，@ R0。其它還有變址尋址、相對尋址、位尋址等，待往后再詳細介紹。可能有人會問，在指令中直接給出實踐操作數(shù)，不是簡略、清楚嗎？為什么還要用其它幾種尋址辦法呢？這是因為在編制程序時很難一瞬間就給出操作數(shù)。如用單片機控制溫度時，不時需求將給定的控制溫度（如20℃）減去環(huán)境溫度，而環(huán)境溫度不時有改動，明顯無法在程序指令中給出，只需通過必定辦法，將其送入某個輸入/輸出口，再存放在某個存放器中，這就有必要用到存放器尋址。又如要進行算術運算，要核算每班學員各科作用的均勻值，假定把每個學員的各科都編一個程序，在程序中直接給出該學員各科作用，再求均勻值，明顯太費事。這兒可以編一個求均勻作用的通用程序，把每位學員的作用送入存貯器的各個單元中，這時可選用直接尋址，一個程序可供每個學員用，不是更便當嗎？所以，尋址辦法越多，編制程序就越便當、活絡，適用規(guī)劃就越廣。
尋址有如找人，如被找的人有手機、BP機、座機電話等多種聯(lián)絡方規(guī)則就簡略找到他，單片機也是如此，尋址辦法越多，找操作數(shù)越便當，單片機的功用就越強。前面介紹51系列單片機的尋址辦法時，常遇到單片機內部的一些存放器、累加器A、通用存放器R0——R7、數(shù)據指針DPTR和存貯器等。在往后介紹指令時，數(shù)據就要在這些存放器、存貯器之間傳送，或許進行運算。因此，編制程序就需熟悉單片機的內部結構。
8051單片機的內部整體結構其根柢特性如下：
8位CPU、片內振蕩器
4k字節(jié)ROM、128字節(jié)RAM
21個特別功用存放器
32根I/O線
可尋址的64k字節(jié)外部數(shù)據、程序存貯空間
2個16位守時器、計數(shù)器
接連結構：具有二個優(yōu)先級、五個接連源
一個全雙口串行口
位尋址（即可尋覓某位的內容）功用，適于按位進行邏輯運算的位處理器。除128字節(jié)RAM、4k字節(jié)ROM和接連、串行口及守時器模塊外，還有4組I/O口P0——P3，余下的就是CPU的全部組成。把4kROM換為EPROM就是8751的結構，如去掉ROM/EPROM部分即為8031的框圖，假定將ROM置換為Flash存貯器或EEPROM，或再省去某些I/O，即可得到51系列的派生品種，如89C51、AT89C2051等單片機的框圖。
單片機各部分是通過內部的總線有機地連接起來的
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