单片机寄存器与闪存工作原理

⑴ 单片机的原理介绍

与电脑差不多，读入数据后，依据半导体进行逻辑运算，并把结果输出。

单片机的基本结构

运算器：用于实现算术和逻辑运算。计算机的运算和处理都在这里进行；

控制器：是计算机的控制指挥部件，使计算机各部份能自动协调的工作；

存储器：用于存放程序和数据；（又分为内存储器和外存储器，内存储器就如我们电脑的硬盘，外存储器就如我们的U盘）

输入设备：用于将程序和数据输入到计算机（例如我们电脑的键盘、扫描仪）；

输出设备：输出设备用于把计算机数据计算或加工的结果以用户需要的形式显示或保存（例如我们的打印机）。

注：1、通常把运算器和控制器合在一起称为中央处理器（Central Processing Unit）,简称CPU。
2、通常把外存储器、输入设备和输出设备合在一起称之为计算机的外部设备。

1 中央处理器（CPU）：
刚跟大家讲过，需要提醒的是MCS-51的CPU能处理8位二进制数或代码；

2 内部数据存储器（RAM）：
8051芯片共有256个RAM单元，其中后128单元被专用寄存器占用（稍后我们详解），能作为寄存器供用户使用的只是前128单元，用于存放可读写的数据。因此通常所说的内部数据存储器就是指前128单元，简称内部RAM。地址范围为00H~FFH（256B）。是一个多用多功能数据存储器，有数据存储、通用工作寄存器、堆栈、位地址等空间。

3 内部程序存储器（ROM）：
在前面也已讲过，8051内部有4KB的ROM，用于存放程序、原始数据或表格。因此称之为程序存储器，简称内部RAM。地址范围为0000H~FFFFH（64KB）。

4 定时器/计数器
8051共有2个16位的定时器/计数器，以实现定时或计数功能，并以其定时或计数结果对计算机进行控制。定时时靠内部分频时钟频率计数实现，做计数器时，对P3.4（T0）或P3.5（T1）端口的低电平脉冲计数。

5 并行I/O口
MCS-51共有4个8位的I/O口（P0、P1、P2、P3）以实现数据的输入输出。具体功能在后面章节中将会详细论述。

6 串行口
MCS-51有一个全双工的串行口，以实现单片机和其它设备之间的串行数据传送。该串行口功能较强，既可作为全双工异步通信收发器使用，也可作为移位器使用。RXD（ P3.0）脚为接收端口，TXD（P3.1）脚为发送端口。

7 中断控制系统
MCS-51单片机的中断功能较强，以满足不同控制应用的需要。共有5个中断源，即外中断2个，定时中断2个，串行中断1个，全部中断分为高级和低级共二个优先级别。

8 时钟电路
MCS-51芯片的内部有时钟电路，但石英晶体和微调电容需外接。时钟电路为单片机产生时钟脉冲序列。系统允许的晶振频率为12MHZ

51单片机执行指令的过程
单片机执行程序的过程，实际上就是执行我们所编制程序的过程。即逐条指令的过程。计算机每执行一条指令都可分为三个阶段进行。即取指令-----分析指令-----执行指令。

取指令的任务是：根据程序计数器PC中的值从程序存储器读出现行指令，送到指令寄存器。

分析指令阶段的任务是：将指令寄存器中的指令操作码取出后进行译码，分析其指令性质。如指令要求操作数，则寻找操作数地址。
计算机执行程序的过程实际上就是逐条指令地重复上述操作过程，直至遇到停机指令可循环等待指令。

一般计算机进行工作时，首先要通过外部设备把程序和数据通过输入接口电路和数据总线送入到存储器，然后逐条取出执行。但单片机中的程序一般事先我们都已通过写入器固化在片内或片外程序存储器中。因而一开机即可执行指令。

下面我们将举个实例来说明指令的执行过程：

开机时，程序计算器PC变为0000H。然后单片机在时序电路作用下自动进入执行程序过程。执行过程实际上就是取出指令（取

出存储器中事先存放的指令阶段）和执行指令（分析和执行指令）的循环过程。

例如执行指令：MOV A,#0E0H，其机器码为“74H E0H”，该指令的功能是把操作数E0H送入累加器，

0000H单元中已存放74H，0001H单元中已存放E0H。当单片机开始运行时，首先是进入取指阶段，其次序是：
1 程序计数器的内容（这时是0000H）送到地址寄存器；

2 程序计数器的内容自动加1（变为0001H）；

3 地址寄存器的内容（0000H）通过内部地址总线送到存储器，以存储器中地址译码电跟，使地址为0000H的单元被选中；

4 CPU使读控制线有效；

5 在读命令控制下被选中存储器单元的内容（此时应为74H）送到内部数据总线上，因为是取指阶段，所以该内容通过数据总线被送到指令寄存器。

至此，取指阶段完成，进入译码分析和执行指令阶段。
由于本次进入指令寄存器中的内容是74H（操作码），以译码器译码后单片机就会知道该指令是要将一个数送到A累加器，而该数是在这个代码的下一个存储单元。所以，执行该指令还必须把数据（E0H）从存储器中取出送到CPU，即还要在存储器中取第二个字节。其过程与取指阶段很相似，只是此时PC已为0001H。指令译码器结合时序部件，产生74H操作码的微操作系列，使数字E0H从0001H单元取出。因为指令是要求把取得的数送到A累加器，所以取出的数字经内部数据总线进入A累加器，而不是进入指令寄存器。至此，一条指令的执行完毕。单片机中PC=0002H，PC在CPU每次向存储器取指或取数时自动加1，单片机又进入下一取指阶段。这一过程一直重复下去，直至收到暂停指令或循环等待指令暂停。CPU就是这样一条一条地执行指令，完成所有规定的功能。

⑵ 单片机原理的基本结构

1.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。ALU的作用是把传来的数据进行算术或逻辑运算，输入来源为两个8位数据，分别来自累加器和数据寄存器。ALU能完成对这两个数据进行加、减、与、或、比较大小等操作，最后将结果存入累加器。例如，两个数6和7相加，在相加之前，操作数6放在累加器中，7放在数据寄存器中，当执行加法指令时，ALU即把两个数相加并把结果13存入累加器，取代累加器原来的内容6。
运算器有两个功能：
(1) 执行各种算术运算。
(2) 执行各种逻辑运算，并进行逻辑测试，如零值测试或两个值的比较。
运算器所执行全部操作都是由控制器发出的控制信号来指挥的，并且，一个算术操作产生一个运算结果，一个逻辑操作产生一个判决。
2.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。
微处理器内通过内部总线把ALU、计数器、寄存器和控制部分互联，并通过外部总线与外部的存储器、输入输出接口电路联接。外部总线又称为系统总线，分为数据总线DB、地址总线AB和控制总线CB。通过输入输出接口电路，实现与各种外围设备连接。
3.主要寄存器
（1）累加器A
图1-2 单片机组成框图
累加器A是微处理器中使用最频繁的寄存器。在算术和逻辑运算时它有双功能：运算前，用于保存一个操作数；运算后，用于保存所得的和、差或逻辑运算结果。
（2）数据寄存器DR
数据寄存器通过数据总线向存储器和输入/输出设备送（写）或取（读）数据的暂存单元。它可以保存一条正在译码的指令，也可以保存正在送往存储器中存储的一个数据字节等等。
（3）指令寄存器IR和指令译码器ID
指令包括操作码和操作数。
指令寄存器是用来保存当前正在执行的一条指令。当执行一条指令时，先把它从内存中取到数据寄存器中，然后再传送到指令寄存器。当系统执行给定的指令时，必须对操作码进行译码，以确定所要求的操作，指令译码器就是负责这项工作的。其中，指令寄存器中操作码字段的输出就是指令译码器的输入。
（4）程序计数器PC
PC用于确定下一条指令的地址，以保证程序能够连续地执行下去，因此通常又被称为指令地址计数器。在程序开始执行前必须将程序的第一条指令的内存单元地址（即程序的首地址）送入PC，使它总是指向下一条要执行指令的地址。
（5）地址寄存器AR
地址寄存器用于保存当前CPU所要访问的内存单元或I/O设备的地址。由于内存与CPU之间存在着速度上的差异，所以必须使用地址寄存器来保持地址信息，直到内存读/写操作完成为止。
显然，当CPU向存储器存数据、CPU从内存取数据和CPU从内存读出指令时，都要用到地址寄存器和数据寄存器。同样，如果把外围设备的地址作为内存地址单元来看的话，那么当CPU和外围设备交换信息时，也需要用到地址寄存器和数据寄存器。

⑶ 单片机的主要工作原理什么

单片机原理是指一种在线式实时控制计算机的原理方式。在线式就是现场控制，需要的是有较强的抗干扰能力，较低的成本，这也是和离线式计算机（比如家用PC）的主要区别。
单片机就是一个微型电脑，它是靠程序工作的，并且可以修改。通过不同的程序实现不同的功能。
单片机又称单片微控制器,它不是完成某一个逻辑功能的芯片,而是把一个计算机系统集成到一个芯片上。相当于一个微型的计算机，和计算机相比，单片机只缺少了I/O设备。

(3)单片机寄存器与闪存工作原理扩展阅读：
单片机正常工作的三大条件：
1、单片机供电电源正常
供电电源是单片机工作的首要条件，如果电源都不正常，那单片机肯定不能正常工作，所以我们在测试任何产品之前首要的工作就是测量芯片及产品的供电电源。
出现电源不正常的情况，主要查找以下几点：电源供电是否正常、芯片是否存在短路现象、芯片的电源管脚是否虚焊或者漏焊、芯片的电源管脚是否有开路现象。
2、单片机复位管教不能出现复位信号
单片机一直处于复位状态，那么单片机的程序肯定运行不正常，所以在遇到单片机不能正常工作且电源正常的情况下，就需要测量一下单片机的复位管脚是否有复位信号出现，不同的单片机的复位信号是不同的。
3、晶振是否起振
引起晶振起振的原因很多，包括晶振频率选择、电容的选择，如果晶振不起振主要查找以下几点：晶振是否与单片机的典型应用电路上使用的晶振频率不一致。
参考资料来源：网络-单片机

⑷ 简述51单片机的工作原理

单片机的工作原理与计算机CPU的工作原理是一样的，主要是利用片内的半导体存储器存放用户的程序和数据，单片机的核心中央微处理器CPU中有指令寄存器、指令译码器，程序计数器等部件，由程序计数器寻找下一条要执行的指令，找到后，将指令送给指令寄存器，再由指令译码器翻译执行该指令，完成对指令功能的操作。 一句话：单片机的工作就是不断地取指令、分析指令、执行指令的循环过程。按预先编写的程序执行，以达到用户期待的结果。 单片机主要用途是做生产设备的控制器，做智能仪表的核心部件，由于单片机体积微小，可以植入任何一个设备和仪表当中，因此它也是嵌入式技术的核心部件。


它一般由嵌入式微处理器、外围硬件设备、嵌入式操作系统以及用户的应用程序等四个部分组成.嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技术为基础，并且软硬件可裁剪，适用于应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗有严格要求的专用计算机系统。它一般由嵌入式微处理器、外围硬件设备、嵌入式操作系统以及用户的应用程序等四个部分组成，用于实现对其他设备的控制、监视或管理等功能。嵌入式系统一般指非PC系统，它包括硬件和软件两部分。硬件包括处理器／微处理器、存储器及外设器件和I／O端口、图形控制器等。软件部分包括操作系统软件（OS）（要求实时和多任务操作）和应用程序编程

⑸ 单片机原理及应用

单片机原理是单片机主要由运算器、控制器和寄存器三大部分构成。其中，运算器由算术逻辑单元(ALU)、累加器、寄存器等构成。

首先累加器和寄存器向ALU输入两个8位源数据，其次ALU完成源数据的逻辑运算，最后将运算结果存入寄存器中；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构成，是一个下达命令的“组织”，用于协调整个系统各部分之间的运作。

寄存器主要有累加器A、数据寄存器DR、指令寄存器IR、指令译码器ID、程序计数器PC、地址寄存器AR等。

单片机具体在各个领域的应用如下：

1，在仪器仪表领域，一旦采用单片机对其进行控制，便使得仪器仪表变得数字化、智能化、微型化，且其功能更加强大。

2，在家用电器领域，已广泛实现了家用电器的单片机控制，如电饭煲、电冰箱、空调、彩电、音响等等。

3，在网络通信领域，手机、小型程控交换机、楼宇自动通信呼叫系统等等都已实现了单片机控制，且单片机普遍具备通信接口，使得通信设备可以方便地与计算机之间进行数据通信。

4，在工业控制领域，可以使用单片机构成多种多样的控制系统，如工厂流水线的智能化管理、电梯智能化控制、各种报警系统、与计算机联网构成二级控制系统等。

5，在医疗设备领域，单片机也极大的实现了它的价值，已广泛应用于各种分析仪、监护仪、病床呼叫系统、医用呼吸机等医疗设备中。

⑹ 什么是单片机的寄存器

寄存器是内存阶层中的最顶端，也是系统获得操作资料的最快速途径。寄存器通常都是以他们可以保存的位元数量来估量，举例来说，一个 “8 位元寄存器”或 “32 位元寄存器”。寄存器现在都以寄存器档案的方式来实作，但是他们也可能使用单独的正反器、高速的核心内存、薄膜内存以及在数种机器上的其他方式来实作出来。 寄存器通常都用来意指由一个指令之输出或输入可以直接索引到的暂存器群组。更适当的是称他们为 “架构寄存器”。 例如，x86 指令集定义八个 32 位元寄存器的集合，但一个实作 x86 指令集的 CPU 可以包含比八个更多的寄存器。 寄存器是CPU内部的元件，寄存器拥有非常高的读写速度，所以在寄存器之间的数据传送非常快。 http://ke..com/view/6159.htm

⑺ 单片机寄存器是什么

寄存器是中央处理器内的其中组成部份。寄存器是有限存贮容量的高速存贮部件，它们可用来暂存指令、数据和位址。在中央处理器的控制部件中，包含的寄存器有指令寄存器(IR)和程序计数器(PC)。在中央处理器的算术及逻辑部件中，包含的寄存器有累加器(ACC)。
寄存器（Register）

寄存器是内存阶层 中的最顶端，也是系统操作资料的最快速途径。寄存器通常都是以他们可以保存的 位元 数量来估量，举例来说，一个 "8 位元寄存器" 或 "32 位元 寄存器"。寄存器现在都以寄存器档案 的方式来实作，但是他们也可能使用单独的正反器、高速的核心内存、薄膜内存 以及在数种机器上的其他方式来实作出来。

寄存器通常都用来意指由一个指令之输出或输入可以直接索引到的暂存器群组。更适当的是称他们为 "架构寄存器"。

例如，x86 指令及定义八个 32 位元寄存器的集合，但一个实作 x86 指令集的 CPU 可以包含比八个更多的寄存器。

寄存器是CPU内部的元件，寄存器拥有非常高的读写速度，所以在寄存器之间的数据传送非常快。

寄存器的用途：

1.可将寄存器内的数据执行算术及逻辑运算。

2.存于寄存器内的地址可用来指向内存的某个位置，即寻址。

3.可以用来读写数据到电脑的周边设备。

⑻ 单片机 的工作原理

吼…好庞大的问题。。形象点儿：想象一间大屋子，里面有N多开关，每个开关对应一个接线柱，一部分接线柱露在大屋子的外面可以让别人使用，另一部分还在你屋子里谁都不能用，是你这些开关之间的相互制约，你在屋子里负责这些开关的状态，但是不能随便乱动，有人会给你的门卫一个操作指令，门卫把指令放到你的信箱里，你按照指令去打开或者关闭对应的开关，这时开关对应接线柱的状态跟着改变，这就是单片机的工作原理。开关就是寄存器，接线柱就是寄存器的输出，露在外面的就是IO口，给门卫命令的就是用户，操作指令就是烧写进单片机的二进制文件，你的信箱就是数据锁存器，你，就是那CPU，你们大家组成了单片机~

⑼ 单片机中的寄存器到底有什么作用，它们是像RAM一样呢还是有什么其它的作用

寄存器是用来暂时存放单片机在工作中的工作状态，所用到的数据和所需寻找的地址，比如程序状态寄存器用于表示当前指令执行后的信息状态，而寄存器B则主要用于乘除运算后的一部分数据，也可用作通用寄存器，寄存器在单片机掉电以后全部恢复到空的状态。
特殊功能寄存器是在内部RAM中的，简称SFR，他们只是地址重叠，不同空间，可以根据寻址方式进行相应的操作！

⑽ 单片机RAM的工作寄存器是怎么工作的

这个问题不必太纠结，你应该下载一份89C52单片机数据手册看看单片机的内部结构和框架，ROM 、RAM是做什么的，这些手册里面都讲解的很清楚，你学习一款单片机你必须先看手册，有不懂的地方在提问。

对于89C51单片机片内数据存储器很限256个存储单元，地址00H-7FH 的128个存储单元共用户使用，是真正通用型RAM区，地址80H-FFH的128个存储单元是专门为特殊功能寄存器SFR保留的，把单片机RAM区从0-31总共32字节分成四组,每组8byte的寄存器.特殊功能寄存器存在于单片机RAM地址的128-255之间, 与实际RAM操作时,访问方式不周,如果间接访问就是访问RAM,直接访问就是对功能寄存器操作.，如果你是学汇编语言的，那你的程序都是直接操作底层寄存器的，如果用C的话编译器会地址分配。R0-R7是用来存放单片机执行过程中的随机数据，变量在单片机执行过程中的数据变化都会存放到R0寄存器内。