浅谈单片机MCU的内部结构组成

只看该作者 · 2020-4-25 23:55

浅谈单片机MCU的内部结构组成

单片机是把微型计算机的主要组成部分CPU、存储器、输入／输出接口等集成在一块超大规模集成电路芯片上。

它是由CPU系统、程序存储器、数据存储器、各种I/O端口、基本功能单元（定时器/计数器等）组成。

1．CPU系统

CPU系统包括有CPU、时钟系统、复位、总线（BUS，即信号的公共通道）控制逻辑。

（1）CPU

单片机中的CPU与微型计算机中的CPU有所不同，它的特点是，面向控制、面向嵌入系统、面向单芯片化。

（2）时钟系统

时钟系统用于产生单片机工作所需的时钟信号。它必须满足CPU及单片机内各单元电路对时钟的要求。时钟振荡器的工作频率一般在1.2～12MHz。

（3）复位电路

复位电路应满足上电复位、信号控制复位的要求。

（4）总线控制逻辑

总线控制逻辑应满足CPU对内部总线和外部总线的控制要求。

2．程序存储器

程序存储器是一种只读存储器ROM（Read Only Memory），用它来固化单片机的应用程序和一些表格常数。单片机生产厂家按单片机内部程序存储器的不同结构，形成单片机的不同结构类型，计有：

（1）Mask ROM型（2）EPROM型（3）ROM less型（4）OTP ROM （5）Flash ROM（MTP ROM）型

前三种程序存储器的单片机是早期的产品，目前EPROM、ROM Less型已较少使用。

3．数据存储器RAM

RAM是一种可读写的存储器，也叫随机存储器。单片机内部的RAM除了作为工作寄存器、位标志和堆栈区以外的单元都可以作为数据缓冲器使用，存放输入的数据或运算的结果。

由于单片机主要是面向测控系统，所以单片机内部的数据存储器容量较小，通常不多于256字节，而且都使用静态随机存储器SRAM（StaTIc Random Access Memory）。

4．各种I/O端口

I/O端口是计算机的输入、输出接口（T是输入，O是输出之意）。单片机中的I/O端口都是芯片的辅入/输出引脚。这些I/O端口，可分为以下几种类型：

（1）总线输入／输出端口

（2）用户I／O端口。由用户用于外部电路的输入／输出控制。

（3）单片机内部功能的输入／输出端口。例如，定时器／计数器的计数辅入、外部中断源辅入等。

为减少单片机引脚数量，一般I／O口都有复式功能。例如不使用外部总线时，总线端口可出让给用户做辅入／辅出端口用。

从I／O口的结构上还可以分为并行I／O口，即多位数据一起输出或输入，这种形式传送数据速度快但使用的引脚多。另—种I／O口称为串行I/O口，即传送数据是顺序输出或输入，这种形式可大大减少I/O口的引脚数，但传送数据较慢。

5.基本功能单元

基本功能单元是为满足单片机测控功能而设置的一些电路，是用来完善和扩大计算机功能的一些基本电路，如定时器／计数器，中断系统等。定时器/计数器在实际应用中作用非常大，如精确的定时，或者对外部事件进行计数等。