单片机内部结构

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1、第二讲单片机的内部资源和结构2.1单片机的内部资源2.2单片机的内部结构2.3引脚功能2.1单片机的内部资源和结构一.单片机的基本功能使用计算机的目的是用计算机接收外部各种信息，然后按需要对信息进行加工，包括变换、计算、检索等处理，最后把处理后的信息或数据送出，供人们使用或作输出控制。在单片机的应用系统中，单片机作为一种较为简单的计算机是嵌入到系统内部，作为系统电路的一部分，作为系统实现数字化和智能化的关键部件。因此单片机应至少要具备以下功能：1.能够对现实生活中各种物理量,包括模拟量、开关量、频率量的转换和检测

2、、储存、加工。2.可根据需要对输入到单片机内的信息作复杂运算处理。3.具有多种数据传输方式,便于与各种外设进行连接，降低系统制作成本，和提高系统的适应性。二、单片机内部基本资源的配置单片机为实现其基本功能，内部必需要有配置输入输出（I/O口）、储存器（RAM或ROM）、运算和控制单元（CPU）等相应的功能电路：输入输出电路是为了使单片机能够与外部进行信息交换所必须配置的电路。如下图：1.输入输出端口电路外部设备1外部设备2单片机输入输入输出输出I/O口I/O端口输入和输出信息，是用电信号形式进行传输。由于外部设备种

3、类繁多，五花八门，各种外部设备与单片机交换的信息的格式是千差万别的。主要体现有：（1）各种外部设备信息的形态不一致。有的是数字信息，有的是开关信息，有的是模拟信息。（2）传播信息的通信线路数目不一致。反映通信线路数目是用数据的长度来表示。有的外设是1路，也就是1位数据；有的外设是多路的，也就是数据的长度是多位的，如4位、8位、16位、24位等等。（3）反映信息的电信号大小不一致。不同的外设有不同的电平，小的可能是微伏，大的可能是成千上万伏。（4）信息量规模不一致。有的外设要交换的信息量非常多，比如互联网；有的外设要

4、交换的信息量很少，比如一般设备上的开关。（5）信息传输的速度不一致。有的是非常高，接近或超过CPU的运行速度；有的是非常慢，如控制中的开关输入。（6）实时性要求不一致。有的外设要求信息要及时传送，不能错过时间，否则会影响设备工作，严重时可能引起系统的瘫痪。比如自动产生线的的控制就是如此。有的外设对实时性要求就没那么高，比如打印机，可以快点打印，也可以慢点打印。此外还有设备的驱动能力，输入阻抗、输出阻抗等其它方面的也是往往不一样。因此单一种单片机I/O端口是无法完全适应这么多外部设备的。上述这些问题，单片机解决的措施

5、如下：（1）首先在单片机上设立适当宽度的I/O引脚（又称为I/O端口）数。价格较低的单片机设置8-32位I/O（1-4个字节）口。高端的可以到64位或更多。（2）单片机一般采用TTL电平（个别低电压的单片机采用0到电源电压电平）作输入输出。对于要连接电平不符合要求的外设，则采用外加接口（转换）芯片的方法来解决。如下图：（3）灵活设置I/O端口功能都。比如同一引脚可以设置为输入也可以设置为输出。有的I/O口还可以当作数据线、地址线或者当作操作控制线来使用，同一一个引脚可以完成多种功能。有了I/O口功能的灵活的设置，既

6、可以最大限度地降低引脚数目，减少芯片制作成本，也可以使单片机有更广泛的适应性。（4）为了方便与外设进行数据交换，保证数据传输到外设，单片机的I/O端口一般都具备锁存功能。，（5）I/O数据的传输可以用并行方式，也可以用串行传输方式。串行传输时一般是指定某一引脚来实现。图2-3是八位数据并行和串行传输的波形图。A0A1A2A3A4A5A6A7A0A1A2A3A4A5A6A7显然并行传输速度快，但需要的I/O引脚多。而串行传输速度相对较慢，但使用的引脚数目少。（6）为了解决实时响应问题，单片机还可以专门设置或者用某些I

7、/O口复用作中断和DMA请求、响应信号引脚（51系列单片机没有DMA功能）。单片机加入中断功能之后就解决高速CPU和低速外设信号传输时之间的矛盾。加入DMA传输则可以解决外设与内存、外设与外设之间大量的数据高速传送的问题。总之，单片机端口的既有一定的通用性，亦要有相当的灵活性，端口的设置目的总是想尽量满足各种设备连接的要求。当然单一通用的单片机芯片，是无法实现与任意一种外设的直接连接的。单片机的引脚数有限，更不能同时与多个外设直接连接。目前解决的办法是使用外接接口芯片来实现。此类芯片目前市面上有很多，有的接口芯片起

8、传输过程中的缓冲作用以便满足接口的驱动能力要求；有的可以进行对电信号进行放大或衰减，以便适应单片机电平的需求；有的可以进行模数或数模转换，支持单片机对模拟信号处理。总之接口电路的型号非常多，而且新的电路层出不穷，这方面的知识是单片机学习的重点和难点。这些内容将在系统扩展章节中还会有详细介绍。2.存储器（1）信息的存储方法送到计算机的外界信息，包括有数值、文字