单片机原理及应用主要涉及计算机硬件的核心组成部分——中央处理单元(CPU)的结构和功能,以及相关的存储器和定时电路。以下是对这些知识点的详细解释:
1. **中央处理单元(CPU)**:CPU是计算机的核心,负责执行指令和控制整个系统的运行。在单片机中,CPU通常包含算术逻辑单元(ALU)、通用寄存器、专用寄存器(SFR)和存储控制器。与传统计算机不同,单片机的CPU结构可能更简化,但仍具备必要的计算和控制功能。
2. **CPU总线**:CPU通过总线与内部和外部设备通信。在单片机中,通常有A总线和D总线。D总线用于传输数据,而A总线在内部用于片内地址,对外则作为地址/数据多用总线,传输地址和数据信息。
3. **寄存器组合**:CPU中有一组通用寄存器,如232个8位寄存器,可灵活组成不同宽度的寄存器,以支持不同类型的运算。寄存器算术逻辑单元(RALU)是CPU的核心,用于执行算术和逻辑运算,还包含各种辅助寄存器,如程序计数器PC、高位字和低位字寄存器、循环计数器、暂存器、常数寄存器和程序状态字寄存器(PSW)。
4. **寄存器算术逻辑单元(RALU)**:RALU包括17位ALU,辅助寄存器用于提高运算速度。程序计数器PC负责指令的顺序执行,而在遇到跳转或转移指令时,ALU会参与地址计算。高位和低位字寄存器用于移位运算,循环计数器记录移位次数,暂存器存储指令的第二个操作数,常数寄存器提供预设数值,延时寄存器用于分时发送16位数据到8位总线,而PSW记录ALU处理数据的状态。
5. **内部定时电路**:单片机是一个时序控制系统,其工作依赖于时钟电路。8098单片机使用外接晶体振荡器产生状态周期Ts,它是最小的工作节拍。状态周期的计算与外接晶体振荡器的频率有关,例如,6MHz晶体振荡器会产生0.5μs的状态周期。时钟频率决定了单片机执行指令的速度。
6. **存储空间地址分配**:单片机的存储器结构可能采用哈佛结构或普林斯顿、冯·诺依曼结构。8098和80C196使用后者,即ROM和RAM共享地址空间。总地址空间的分配包括对ROM和RAM的独立分配,以及对特殊功能寄存器(SFR)的独立地址空间,这些SFR通常用于系统控制和状态指示。
以上内容概括了单片机原理及应用中的关键知识点,包括CPU结构、总线系统、寄存器功能、定时电路以及存储器的地址分配。理解这些概念对于深入学习单片机编程和系统设计至关重要。