單片機的內(nèi)部是由哪些器件組成?
單片機是一種內(nèi)部集成了很多電路的IC芯片(又稱集成電路、集成塊),是單片微型計算機(Single Chip Microcomputer)的簡稱。由于單片機主要用于控制領域,所以又稱作微型控制器(Microcontroller Unit,MCU)。單片機由CPU、存儲器和輸入/輸出接口電路(I/O接口電路)等組成的。
單片機可以看作是一臺小型計算機,這是因為單片機內(nèi)部必不可少的組件。中央處理器(CPU),隨機存取存儲器(RAM),閃存,串行總線接口,輸入/輸出端口(I/O口),在許多情況下還包括電可擦可編程只讀存儲器內(nèi)存(EEPROM)。圖1為單片機中主要部分以及其他部分的示意圖。下面,讓我們深入研究每個組件,看看它們?nèi)绾卧趩纹瑱C內(nèi)部工作。
單片機是一個配備CPU和程序存儲器、數(shù)據(jù)存儲器、輸入/輸出接口電路、定時/計數(shù)器、中斷控制器、模/數(shù)轉(zhuǎn)換器、數(shù)/模轉(zhuǎn)換器、調(diào)制解調(diào)器等部件的系統(tǒng),這些系統(tǒng)安裝在一塊集成電路上。根據(jù)不同單片機的型號,其組成部分不同,具體結(jié)構以下幾種。
一、運算器
運算器由運算部件——算術邏輯單元(Arithmetic & Logical Unit,簡稱ALU)、累加器和寄存器等幾部分組成。ALU的作用是把傳來的數(shù)據(jù)進行算術或邏輯運算,輸入來源為兩個8位數(shù)據(jù),分別來自累加器和數(shù)據(jù)寄存器。ALU能完成對這兩個數(shù)據(jù)進行加、減、與、或、比較大小等操作,最后將結(jié)果存入累加器。
運算器有兩個功能:
(1) 執(zhí)行各種算術運算。
(2) 執(zhí)行各種邏輯運算,并進行邏輯測試,如零值測試或兩個值的比較。
運算器所執(zhí)行全部操作都是由控制器發(fā)出的控制信號來指揮的,并且,一個算術操作產(chǎn)生一個運算結(jié)果,一個邏輯操作產(chǎn)生一個判決。
二、控制器
控制器由程序計數(shù)器、指令寄存器、指令譯碼器、時序發(fā)生器和操作控制器等組成,是發(fā)布命令的“決策機構”,即協(xié)調(diào)和指揮整個微機系統(tǒng)的操作。其主要功能有:
(1) 從內(nèi)存中取出一條指令,并指出下一條指令在內(nèi)存中的位置。
(2) 對指令進行譯碼和測試,并產(chǎn)生相應的操作控制信號,以便于執(zhí)行規(guī)定的動作。
(3) 指揮并控制CPU、內(nèi)存和輸入輸出設備之間數(shù)據(jù)流動的方向。
微處理器內(nèi)通過內(nèi)部總線把ALU、計數(shù)器、寄存器和控制部分互聯(lián),并通過外部總線與外部的存儲器、輸入輸出接口電路連接。外部總線又稱為系統(tǒng)總線,分為數(shù)據(jù)總線DB、地址總線AB和控制總線CB。通過輸入輸出接口電路,實現(xiàn)與各種外圍設備連接。
三、存儲單元
任何計算系統(tǒng)都需要兩種類型的存儲器:程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器。程序存儲器,顧名思義,包含程序,即要由CPU執(zhí)行的指令。另一方面,數(shù)據(jù)存儲器需要在執(zhí)行指令時存儲臨時數(shù)據(jù)。
通常,程序存儲器是只讀存儲器或ROM,數(shù)據(jù)存儲器是隨機存取存儲器或RAM。數(shù)據(jù)存儲器有時也稱為讀寫存儲器(R/WM)。
輸入設備:用于將程序和數(shù)據(jù)輸入到計算機。
單片機(有時稱為MCU或微控制器)是單個集成電路(IC),通常用于特定的應用程序,旨在實現(xiàn)某些任務。在某些情況下必須自動控制的產(chǎn)品和設備(例如電器、電動工具、汽車發(fā)動機控制系統(tǒng)和計算機)就是很好的例子,但單片機的應用遠不止這些。
本質(zhì)上講,單片機可以解釋為一邊收集輸入信息,處理該信息,一邊根據(jù)收集的信息輸出特定的動作。單片機通常以較低的速度運行,大約在1MHz至200MHz的范圍內(nèi),這個過程只需要消耗很少的電量。由于單片機被嵌入在一些電子設備中,而這些設備在根據(jù)不同的應用,其功耗可能并不相同。
單片機已經(jīng)涉及到人們生活的各個領域,飛機上的儀表控制、網(wǎng)絡通信和數(shù)據(jù)傳輸、工業(yè)自動化控制、汽車導航、遙控玩具、智能機器人等都離不開單片機。沐渥科技認為隨著5G的全面發(fā)展,社會正在朝著萬物互聯(lián)的方向發(fā)展,單片機開發(fā)作為物聯(lián)網(wǎng)技術的重要組成部分,將迎來前所未有的發(fā)展機遇。