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    發(fā)布時(shí)間:2022-12-26 10:56:15

    機械設備

    單片機內部結構是怎樣的?

    • 分類(lèi):公司新聞
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    • 發(fā)布時(shí)間:2022-05-12 14:16
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    【概要描述】單片機內部結構是怎樣的?

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    詳情

    單片機內部結構是怎樣的?

    一、單片機芯片內部結構分析

    我們來(lái)思考一個(gè)問(wèn)題,當我們在編程器中把一條指令寫(xiě)進(jìn)單片機內部,然后取下單片機,單片機就可以執行這條指令,那么這條指令一定保存在單片機的某個(gè)地方,并且這個(gè)地方在單片機掉電后依然可以保持這條指令不會(huì )丟失,這是個(gè)什么地方呢?這個(gè)地方就是單片機內部的只讀存儲器即ROM(READ ONLY MEMORY)。為什么稱(chēng)它為只讀存儲器呢?剛才我們不是明明把兩個(gè)數字寫(xiě)進(jìn)去了嗎?原來(lái)在89C51中的ROM是一種電可擦除的ROM,稱(chēng)為FLASH ROM,剛才我們是用的編程器,在特殊的條件下由外部設備對ROM進(jìn)行寫(xiě)的操作,在單片機正常工作條件下,只能從那面讀,不能把數據寫(xiě)進(jìn)去,所以我們還是把它稱(chēng)為ROM。

    二、幾個(gè)基本概念

    1、數的本質(zhì)和物理現象

    我們知道,計算機可以進(jìn)行數學(xué)運算,這可令我們非常的難以理解,計算機嗎,我們雖不了解它的組成,但它總只是一些電子元器件,怎么可以進(jìn)行數學(xué)運算呢?我們做數學(xué)題如37+45是這樣做的,先在紙上寫(xiě)37,然后在下面寫(xiě)45,然后大腦運算,最后寫(xiě)出結果,運算的原材料:37、45和結果:82都是寫(xiě)在紙上的,計算機中又是放在什么地方呢?為了解決這個(gè)問(wèn)題,先讓我們做一個(gè)實(shí)驗:這里有一盞燈,我們知道燈要么亮,要么不亮,就有兩種狀態(tài),我們可以用’0’和’1’來(lái)代替這兩種狀態(tài),規定亮為’1’,不亮為’0’?,F在放上兩盞燈,一共有幾種狀態(tài)呢?我們列表來(lái)看一下:

    請大家自已寫(xiě)上3盞燈的情況000 001 010 011 100 101 110 111我們來(lái)看,這個(gè)000,001,101 不就是我們學(xué)過(guò)的的二進(jìn)制數嗎?本來(lái),燈的亮和滅只是一種物理現象,可當我們把它們按一定的順序排更好后,燈的亮和滅就代表了數字了。讓我們再抽象一步,燈為什么會(huì )亮呢?看電路1,是因為輸出電路輸出高電平,給燈通了電。因此,燈亮和滅就可以用電路的輸出是高電平還是低電平來(lái)替代了。這樣,數字就和電平的高、低聯(lián)系上了。(請想一下,我們還看到過(guò)什么樣的類(lèi)似的例子呢?(海軍之)燈語(yǔ)、旗語(yǔ),電報,甚至紅、綠燈)

    2、位的含義

    通過(guò)上面的實(shí)驗我們已經(jīng)知道:一盞燈亮或者說(shuō)一根線(xiàn)的電平的高低,可以代表兩種狀態(tài):0和1。實(shí)際上這就是一個(gè)二進(jìn)制位,因此我們就把一根線(xiàn)稱(chēng)之為一“位”,用BIT表示。

    3、字節的含義

    一根線(xiàn)可以表于0和1,兩根線(xiàn)可以表達00,01,10,11四種狀態(tài),也就是可以表于0到3,而三根可以表達0-7,計算機中通常用8根線(xiàn)放在一起,同時(shí)計數,就可以表過(guò)到0-255一共256種狀態(tài)。這8根線(xiàn)或者8位就稱(chēng)之為一個(gè)字節(BYTE)。

    三、存儲器的工作原理

    1、存儲器構造

    單片機IC芯片

    存儲器就是用來(lái)存放數據的地方。它是利用電平的高低來(lái)存放數據的,也就是說(shuō),它存放的實(shí)際上是電平的高、低,而不是我們所習慣認為的1234這樣的數字,這樣,我們的一個(gè)謎團就解開(kāi)了,計算機也沒(méi)什么神秘的嗎。

    如上圖左所示:一個(gè)存儲器就象一個(gè)個(gè)的小抽屜,一個(gè)小抽屜里有八個(gè)小格子,每個(gè)小格子就是用來(lái)存放“電荷”的,電荷通過(guò)與它相連的電線(xiàn)傳進(jìn)來(lái)或釋放掉,至于電荷在小格子里是怎樣存的,就不用我們操心了,你可以把電線(xiàn)想象成水管,小格子里的電荷就象是水,那就好理解了。存儲器中的每個(gè)小抽屜就是一個(gè)放數據的地方,我們稱(chēng)之為一個(gè)“單元”。

    有了這么一個(gè)構造,我們就可以開(kāi)始存放數據了,想要放進(jìn)一個(gè)數據12,也就是00001100,我們只要把第二號和第三號小格子里存滿(mǎn)電荷,而其它小格子里的電荷給放掉就行了(看上圖右)??墒菃?wèn)題出來(lái)了,看上圖右,一個(gè)存儲器有好多單元,線(xiàn)是并聯(lián)的,在放入電荷的時(shí)候,會(huì )將電荷放入所有的單元中,而釋放電荷的時(shí)候,會(huì )把每個(gè)單元中的電荷都放掉,這樣的話(huà),不管存儲器有多少個(gè)單元,都只能放同一個(gè)數,這當然不是我們所希望的,因此,要在結構上稍作變化,看上圖右,在每個(gè)單元上有個(gè)控制線(xiàn),我想要把數據放進(jìn)哪個(gè)單元,就給一個(gè)信號這個(gè)單元的控制線(xiàn),這個(gè)控制線(xiàn)就把開(kāi)關(guān)打開(kāi),這樣電荷就可以自由流動(dòng)了,而其它單元控制線(xiàn)上沒(méi)有信號,所以開(kāi)關(guān)不打開(kāi),不會(huì )受到影響,這樣,只要控制不同單元的控制線(xiàn),就可以向各單元寫(xiě)入不同的數據了,同樣,如果要某個(gè)單元中取數據,也只要打開(kāi)相應的控制開(kāi)關(guān)就行了。

    2、存儲器譯碼

    那么,我們怎樣來(lái)控制各個(gè)單元的控制線(xiàn)呢?這個(gè)還不簡(jiǎn)單,把每個(gè)單元的控制線(xiàn)都引到集成電路的外面不就行了嗎?事情可沒(méi)那么簡(jiǎn)單,一片27512存儲器中有65536個(gè)單元,把每根線(xiàn)都引出來(lái),這個(gè)集成電路就得有6萬(wàn)多個(gè)腳?不行,怎么辦?要想法減少線(xiàn)的數量。我們有一種方法稱(chēng)這為譯碼,簡(jiǎn)單介紹一下:一根線(xiàn)可以代表2種狀態(tài),2根線(xiàn)可以代表4種狀態(tài),3根線(xiàn)可以代表幾種,256種狀態(tài)又需要幾根線(xiàn)代表?8種,8根線(xiàn),所以65536種狀態(tài)我們只需要16根線(xiàn)就可以代表了。

    3、存儲器的選片及總線(xiàn)的概念

    至此,譯碼的問(wèn)題解決了,讓我們再來(lái)關(guān)注另外一個(gè)問(wèn)題。送入每個(gè)單元的八根線(xiàn)是用從什么地方來(lái)的呢?它就是從計算機上接過(guò)來(lái)的,一般地,這八根線(xiàn)除了接一個(gè)存儲器之外,還要接其它的器件,如圖4所示。這樣問(wèn)題就出來(lái)了,這八根線(xiàn)既然不是存儲器和計算機之間專(zhuān)用的,如果總是將某個(gè)單元接在這八根線(xiàn)上,就不好了,比如這個(gè)存儲器單元中的數值是0FFH另一個(gè)存儲器的單元是00H,那么這根線(xiàn)到底是處于高電平,還是低電平?豈非要打架看誰(shuí)歷害了?所以我們要讓它們分離。辦法當然很簡(jiǎn)單,當外面的線(xiàn)接到集成電路的引腳進(jìn)來(lái)后,不直接接到各單元去,中間再加一組開(kāi)關(guān)就行了。平時(shí)我們讓開(kāi)關(guān)打開(kāi)著(zhù),如果確實(shí)是要向這個(gè)存儲器中寫(xiě)入數據,或要從存儲器中讀出數據,再讓開(kāi)關(guān)接通就行了。這組開(kāi)關(guān)由三根引線(xiàn)選擇:讀控制端、寫(xiě)控制端和片選端。要將數據寫(xiě)入片中,先選中該片,然后發(fā)出寫(xiě)信號,開(kāi)關(guān)就合上了,并將傳過(guò)來(lái)的數據(電荷)寫(xiě)入片中。如果要讀,先選中該片,然后發(fā)出讀信號,開(kāi)關(guān)合上,數據就被送出去了。讀和寫(xiě)信號同時(shí)還接入到另一個(gè)存儲器,但是由于片選端不同,所以雖有讀或寫(xiě)信號,但沒(méi)有片選信號,所以另一個(gè)存儲器不會(huì )“誤會(huì )”而開(kāi)門(mén),造成沖突。那么會(huì )不同時(shí)選中兩片芯片呢?只要是設計好的系統就不會(huì ),因為它是由計算控制的,而不是我們人來(lái)控制的,如果真的出現同時(shí)出現選中兩片的情況,那就是電路出了故障了,這不在我們的討論之列。

    從上面的介紹中我們已經(jīng)看到,用來(lái)傳遞數據的八根線(xiàn)并不是專(zhuān)用的,而是很多器件大家共用的,所以我們稱(chēng)之為數據總線(xiàn),總線(xiàn)英文名為BUS,總即公交車(chē)道,誰(shuí)也可以走。而十六根地址線(xiàn)也是連在一起的,稱(chēng)之為地址總線(xiàn)。

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