51单片机——单片机基础知识

单片机是将计算机的四个基本部件，即运算器、控制器、存储器和输入输出接口微型化并集成在一块芯片上的微型计算机。全称为单片微型计算机（Single Chip Microcomputer）又称微控制器（MCU）。

一、运算器

运算器由运算部件——算术逻辑单元（Arithmetic & Logical Unit，简称ALU）、累加器和寄存器等几部分组成。

运算器的基本功能是完成对各种数据的加工处理，例如算术四则运算，与、或、求反等逻辑运算，算术和逻辑移位操作，比较数值，变更符号，计算主存地址等。

二、控制器

控制器由程序计数器、指令寄存器、指令译码器、时序发生器和操作控制器等组成，是发布命令的“决策机构”，即协调和指挥整个微机系统的操作。其主要功能有：

1、从内存中取出一条指令，并指出下一条指令在内存中的位置。

2、对指令进行译码和测试，并产生相应的操作控制信号，以便于执行规定的动作。

3、指挥并控制CPU、内存和输入输出设备之间数据流动的方向。

三、主要寄存器

寄存器就是与单片机进行交互的接口,，单片机的每个功能,，都可能有若干对应的控制寄存器/数据寄存器/状态寄存器,，通过这些寄存器可以让单片机实现特定的功能。

单片机的主要特点：

①有优异的性能价格比。由于单片机的应用不断向高级应用和复杂应用拓展，因此其性能越来越高，速度越来越快，内存越来越大，处理的字长越来越长等，而大批量的生产、使用使得价格越来越低。

②集成度高体积小，有很高的可靠性，单片机把各功能部件集成在一块芯片上，内部采用总线结构，减少了各芯片之间的连线，大大提高了单片机的可靠性和抗干扰能力；另外其体积小，对于强磁场环境易于采取屏蔽措施，适合在恶劣环境下工作。

③控制功能强，为了满足工业化控制需求，一般单片机的指令系统中均有及丰富的转移指令，I/O口的逻辑操作以及位处理功能。

④低功耗低电压，便于生产便携式产品，如手机，不少芯片功耗已达到微安级。

⑤外部总线增加了I^2C及SPI等串行总线，进一步缩小了体积，简化了结构。

⑥单片机的系统拓展和系统配置较典型、规范，容易构成各种规模的应用系统。

单片机的基本组成及各部分的功能：

单片机芯片内部结构包括中央处理器CPU 、程序存储器ROM、随机存储器RAM、I/O口、定时/计数器、中断系统以及将这些部分连接起来的总线，他们都分布在总线的两旁，并和它联通，一切指令、数据、控制信号都可经内部总线传送。

中央处理器CPU——单片机的核心单元由运算器和控制器组成，控制整个单片机系统协调工作，决定了单片机的运算能力和处理速度。

程序存储器ROM——用于存放用户程序，只允许读操作，且可在断电后长期保存。

随机存储器RAM——用于程序运行时需要临时保存的工作变量和数据，存放的数据可随机“读出”或“写入”，因此容易掉电丢失。

I/O口——用于串行通信，负责实现CPU与并行设备的或其他单片机的联系，他可把单片机内部的

并行数据，一位一位向外传递，也可一位一位接收外部数据并把他们变成并行数据，传给CPU处理。

定时/计数器——用于单片机内部精确定时或对外部事件进行计数。并可用定时、计数结果以及系统进行控制。

系统时钟——相当于PC微机中的主频，通常采用外接石英晶体或其他振荡源提供时钟信号输入，也可用内部RC振荡器，典型晶体振荡频率为12MHz。

总线——各种数据信息公共通道，包括内部总线和外部总线；CPU通过总线与内设以及I/O接口电路交换信息。

单片机性能指标：

速度：与系统时钟相联系，对同一型号单片机采用频率高的单片机的时钟一般比频率低的速度快。

位数：单片机一次处理的数据宽度。位数越多精度越高，在完成同样精度的同时位数越多的单片机运算越快。

I/O口：数量不同。

存储器：字节大小不同。