单片机的基本构成及工作原理

时间:2023-03-05作者:佚名

  有了电子电路和数字电路的基础知识,就可以开始学习嵌入式系统的核心元件-单片机。从本期开始我们将为大家介绍单片机的基础知识。
  在单片机入门系列讲座中,首先学习单片机的基本构成和工作原理、以及外围功能电路,然后,挑战一个实际单片机的运行。
  单片机是控制电子产品的大脑
  现如今,我们生活中的许多电器都使用了单片机。例如:手机、电视机、冰箱、洗衣机、以及按下开关,LED就闪烁的儿童玩具。那么,单片机在这些电器中究竟做了些什么呢?
  单片机是这些电器动作的关键,是指挥硬件运行的。例如:接收按钮或按键的输入信号,按照事先编好的程序,指挥马达和LCD的外围功能电路动作。
  那么,单片机是如何构成的呢?(图1)
  单片机是由CPU、内存、外围功能等部分组成的。如果将单片机比作人,那么CPU是负责思考的,内存是负责记忆的,外围功能相当于视觉的感官系统及控制手脚动作的神经系统。

单片机的基本构成及工作原理
  图1:单片机的构成要素


  尽管我们说CPU相当于人的大脑,但是它却不能像人的大脑一样,能有意识的、自发的思考。CPU只能依次读取并执行事先存储在内存中的指令组合(程序)。当然CPU执行的指令并不是“走路”、“讲话”等高难度命令,而是一些非常简单的指令,象从内存的某个地方“读取数据”或把某个数据“写入”内存的某个地方,或做加法、乘法和逻辑运算等等。然而这些简单指令的组合,却能实现许多复杂的功能。
  会思考的CPU
  让我们从CPU的构成来了解它的作用吧。(图2)

单片机的基本构成及工作原理
  图2:CPU的作用


  ◇程序计数器
  CPU读取指令时需要知道要执行的指令保存在内存的什么位置,这个位置信息称为地址(相当于家庭住址)。程序计数器(PC)就是存储地址的寄存器。通常,PC是按1递增设计的,也就是说,当CPU执行了0000地址中的指令后,PC会自动加1,变成0001地址。每执行一条指令PC都会自动加1,指向下一条指令的地址。可以说,PC决定了程序执行的顺序。
  ◇指令解码电路
  指令解码电路是解读从内存中读取的指令的含义。运算电路是根据解码结果操作的。确切地讲,指令解码电路就是我们在“数字电路入门(2)”中学过的解码电路,只不过电路结构稍微复杂些,所以,指令解码电路的工作原理就是从被符号化(被加密)的指令中,还原指令。
  ◇运算电路
  运算电路也称为ALU(Arithmetic and Logic Unit),是完成运算的电路。能进行加法、乘法等算术运算、也能进行AND、OR 、BIT-SHIFT等逻辑运算。运算是在指令解码电路的控制下进行的。通常运算电路的构成都比较复杂。
  ◇CPU内部寄存器
  CPU内部寄存器是存储临时信息的场所。有存储运算值和运算结果的通用寄存器,也有一些特殊寄存器,比如存储运算标志的标志寄存器等。也就是说,运算电路进行运算时,并不是在内存中直接运算的,而是将内存中的数据复制到通用寄存器,在通用寄存器中进行运算的。
  CPU的工作原理
  让我们通过一个具体运算3 4,来说明CPU的操作过程吧。
  假设保存在内存中的程序和数据如下。

单片机的基本构成及工作原理

相关阅读

DC-DC转换器的概念、特点及架构分类

概念及特点 1、 概念 DC-DC指直流转直流电源(Direct Current)。是一种在直流电路中将一个电压值的电能变为另一个电压值得电能的装置。如,通过一个转换器能将一个直流电压(5.0V)转...
2023-06-27
DC-DC转换器的概念、特点及架构分类

电工常用电动机控制电路(四)

电动机间歇运行电路 在某些工作场合,电动机需要间歇运行,即在运行一段时间后自动停止,然后再自动启动运行,这样反复进行。 电路图 电动机间歇运行电路如图2-15所示。 图2-15...
2023-07-05
电工常用电动机控制电路(四)

基于电源IC AN7115的微型音频放大器电路图

这是以电源IC AN7115为主要部分搭建的微型音频放大器电路。通常,使用 9VDC 电源和 4Ω 扬声器时,该放大器将提供约 2.1W 的功率。当电源电压(Vcc)为9.0VDC、THD=10%、RL=8Ω时,AN7114的输出...
2023-08-02
基于电源IC AN7115的微型音频放大器电路图

如何将220V交流电变成12V直流电

不用变压器,如果功率要求不高,比如几十毫安那种,利用一些阻容和稳压二极管之类的器件就可以实现降压变成12伏左右了,当然都要先整流了,然后再滤波降压,这种场合一般用来...
2023-10-20
如何将220V交流电变成12V直流电

初中课本里的有刷直流电机,现实中是什么样子?使用寿命一般有多久?

初中课本里讲的电动机,是有刷直流电机。 因具有结构简单、技术成熟、生产成本低等特点,被广泛应用。如电动牙刷、剃须刀、便携式小风扇、电动玩具等。 01 结构与原理 主要有4...
2026-07-13
初中课本里的有刷直流电机,现实中是什么样子?使用寿命一般有多久?

热销商品

广东珠江电线电缆阻燃国标定制BYJBV BVR YJV YJY RVV RVS RV KVV

广东珠江电线电缆,专注于阻燃国标定制,产品涵盖BYJBVBVRYJVYJYRVVRVSRVKVV等多种规格。我们采用先进生产技术,严格遵循国家标准,确保产品质量可靠、性能稳定。产品适...
¥ 1

可换头防静电塑胶镊子ESD-7A/242/249/259防划伤夹IC硅晶片陶瓷头

ESD-7A/242/249/259是一款专为半导体行业设计的防静电塑胶镊子,有效防止静电对敏感电子元件的损害。其独特之处在于可更换的镊子头,包括专为夹持IC硅晶片和陶瓷元件...
¥ 2

公牛官方旗舰店开关插座空调16A插座五孔10A面板暗装多孔G12白灰

公牛官方旗舰店提供一系列高质量的开关插座和空调配件。这款16A插座五孔面板采用暗装设计,适用于多种安装环境,如墙面、天花板等。它具有10A的电流容量,可以满足家庭...
¥ 5.55

86型开关超薄自粘贴式防水罩浴霸开关家用防水盒浴室插座防溅盒子

86型开关超薄自粘贴式防水罩浴霸开关,是一种专为家用浴室设计的创新产品。其采用超薄设计,无需复杂布线,自粘贴式安装方式简洁高效,有效节省空间。防水罩有效阻挡水汽...
¥ 3.9

L型套筒扳手铣口烟斗双头弯头7字穿孔机修六角汽修轮胎工具6-19mm

L型套筒扳手是一款常用于工业领域的多功能工具,具备双头设计,可高效完成铣口、烟斗等多种工件孔位加工,适用六角汽修、轮胎等场景。其套筒尺寸为6-19mm,精准适配各类...
¥ 3.5

网站栏目