单片机专业英语翻译

第一部分概述和概念JINGCHU UNIVERSITY OF TECHNOLOGY十级电工(三)级学生姓名郭洋201040102525252525252525252525252525252525252525252525252525252525252525252525252525252525252525252525252525252525252525252525252525252525252525252525252525252525252525252525韩涛2010401020304(P21P24 )孙权清2010401020314(P25P28 )提交日期2013年6月21日29第二章微控制器芯片概述本章从内部结构、标准模型、基本设计结构、材料结构类型、操作过程、工作周期、工作环境、存储类型和软件角度简要描述微控制器芯片。 最后，以典型的80C51型单片机控制器为例简述。2-1微控制器的标准构成单芯片微控制器基本上由以下内部功能块构成CPU (中央处理器)在某个必要的板的控制下发挥核心作用能源管理系统，根据电源供应的外部能源和所有内部功能板的用途分配接受的能源时钟和定时系统提供持续频率的时钟信号，在外部振荡系统的帮助下使整个操作过程同步复位系统接收外部复位信号，按照上述逻辑动作过程返回到开始状态控制逻辑存储指示CPU如何指导在操作期间执行的程序和指令变量区域存储操作中生成内部数据内置微控制器等微控制器的内部结构与外围设备连接的基本原理如图2.1所示。微控制器的家庭通常称为“单片机”，根据体积、形状、引脚数、功能、型号等的不同分为多种类型，原理上分为“嵌入式微控制器”、“外部存储微控制器”和“数字信号处理器”三种类型在这些之间，有些可以通过进行一些改良来相互置换，但也有些特别，其他类型无法找到的优点和缺点。稍后将简要介绍上述每种类型的微控制器。图2.12-1-1嵌入式微控制器图2.1所示的嵌入式微控制器的种类包括非常广的范围。 通过包括独立于一个芯片操作的诸如存储功能或输入/输出接口的必要功能的共同的特征，用户仅仅向内置微控制器供给电源和时钟信号就可以驱动它们的操作。嵌入式微控制器已经建立为基于微处理器标准的单片机，并且可以认为是利用微控制器标准建立的系统。 因此，能够实现单片机中的单任务那样的多个功能。嵌入式微控制器的一个基本角色是提供廉价的程序逻辑控制器和接口。 因此，不需要标准的复杂功能，但可以根据需要执行非常复杂的控制链路。基本上，微控制器有共同的特点CPU (中央处理装置)复位(返回最初地址)功能内部时钟定时功能程序存储器(EPROM、EEPROM )程序输入端口数据存储器(RAM )I/O (输入输出)端子指令周期定时器上述基于该基本芯片的装置可以满足计算机的基本要求，并且用I/O引脚来实现下文所述的附加功能在内部安装监视器/调试器在主机控制下执行内部控制存储程序的能力时不同中断源的中断能力模拟信号、PWM信号、DC信号的I/O端口连续I/O端口(与同步异步)并行I/O端口包括可与主处理器直接连接的接口外部记忆接口上述特点使微处理器能够更加灵活、简单地使用，实现了许多看似解决了的任务。2-1-2外部存储微控制器外部存储器微控制器的基本结构如图2.2所示图2.2外部存储微控制器的典型应用通常是将大量数据作为存储获取/缓冲区进行根本分配和缓冲，从而达到数兆。 因为外部存储器，外部存储器的微控制器比嵌入式微控制器运行得快很多。大多数外部存储微控制器都有16位或32位存储单元来存储可执行文件。 这些进程完全依赖于包括微控制器的程序内存和所有数据内存在内的外部内存。典型的外部存储微控制器类型为英特尔80188芯片。 80188型芯片的主体是IBM公司的电脑运行的8088型芯片及其互换型号。 基于8088型芯片，微控制器的应用增加了一些典型功能。开发80188芯片的目的是提供一种包括应用本领域的技术人员所需要的功能的电路。2-1-3数字信号处理器(DSP )这是影响从模拟信号采样的数据的相对新的信号处理器，并且能够通过执行内部核心算法来计算适当的价值。由于DSP及其算术逻辑部分是高速运行的，无法实时控制，还包括许多数学计算系统，因此在高科技领域很受欢迎。由于高速和计算功能，DSP在机场麦克风、电视中心的信号处理装置等领域除去噪声的情况较多。DSP算法的发展是一个非常特殊的领域，尤其是需要高层次算法的控制理论的重要分支，如Fusssy Logics，非经典数学家，支持计算机系统的控制。DSP有很多种类。 这些都具有嵌入式微控制器和外部存储微控制器可以发现的共同特征。 DSP不仅可以单独使用，还可以与中央控制的设备组合使用，例如微控制器或接口支持组织的系统。DSP主要用于控制外部的数字化硬件，或者以具有以方程描述的方式处理结构输出信号的输入信号和操作。2-2微控制器的基本设计结构由于微控制器同样是微数字处理器的大家庭，因此最初的硬件和软件分类与后面的相同。 软件结构包括CISC和RISC结构，硬件结构包括PLINSTON和HARVARD结构。2-2-1 CISC和RISC的基本结构CISC结构相当于复杂的命令系统计算机结构，RISC相当于紧凑的命令系统计算机结构。 这两种结构类型的主要区别在于下面列出的不同命令结构。运转速度一些CISC类型的处理器类似于RISC类型，但通常RISC微控制器的运行速度比CISC微控制器快。 许多CISC类型的处理器不能以RISC类型实现比RISC类型更快的代码和利用更高级别的技术。存储和实现指令CSIC :多个指令存储在处理器中，实现直接数据读取、填充、标志寄存器的测试等单一动作的不同步骤，实现设计者应设定的指令的组合.RISC :每个指令除了具有最小单位的处理器外，通常还存储用户自己设计所需的操作。 这不是设计者事先做的。例如，堆栈过程包含两个操作设置：堆栈和堆栈。 堆栈操作设置为包括所有相关数据、地址和状态标志以及有序的堆栈寄存器在内的中断进程的开始，它们暂时保留在中断处理后执行堆栈操作，捕获相同的数据、地址和状态标志，并按相反顺序暂时堆栈它们RISC处理器实现上述所有操作只需要“从寄存器读取数据”和“向寄存器输入数据”两个指令，许多编程任务由用户完成，但在CISC处理器中，实现相同操作的两个指令的组合2-2-2基本硬件结构哈佛和普林斯顿哈佛和普林斯顿的结构是哈佛大学和普林斯顿大学专家于1970年为满足一般需求而建立的，是为了适应高运行速度和变化的环境。普林斯顿结构的原理如图2.3所示。 为了存储控制程序和数据结构，此结构中常见的内存构建任何通道(如变量和堆栈、内存接口的使用等)指向的内存空间，并支持处理器和内部寄存器之间的数据传输。图2.3普林斯顿结构取出多通道的数据或放入较短的时间后，会发生打印机结构的问题“瓶颈效应”，因此数据流被拒绝。硬件结构具有“瓶颈效应”，用于控制灵活连接和接口之间的处理器、存储器、寄存器和堆栈空间，从而避免了作为结果数据的块，但是当一系列复杂操作完成时，会显现出印刷结构的优点(图2.4 )。图2.4哈佛结构2-3 PMOS、NMOS、BMOS、CMOS芯片技术随着微控制器制造业的发展，其他所有电子产品一样，微机越来越小，运行越来越快，功耗越来越低，价格越来越便宜，主要在制造技术的提高，尤其是材料加工技术方面。 该CMOS逻辑技术目前广泛应用于微控件的材料加工技术，对计算机功能和电接口的提供作出了巨大贡献，主要是结合了PMOS和NMOS晶体管的推挽技术，如图2.5所示，CMOS反相器或也就是说，晶体管起到“开关”的作用，以高电平导通，响应于输入信号为“低电平”而提供高电平。 相反，当接收到“高电平”信号时，NMOS晶体管导通，并且将输出线路提供给地。 所提及的三个方面的全名如下：图2.5 CMOS逆变器p型和n型MOSP型和n型金属氧化硅半导体这些早期的PMOS和NMOS用于微控制器微处理器制造的历史材料技术方面BMOS双极金属氧化硅半导体该材料技术是p型与n型的结合，现代已应用于微控制器制造业的材料结构CMOS互补金属氧化硅半导体该逻辑技术的优点是硅晶体结构类型组合的优化开发，因此该微控制器具有功耗低、成本低、运行速度快、容量大的优点。随着芯片技术的成熟，以下几个重要术语和问题越来越明显。1 )功耗与工作频率的关系在前述状态转移期间，晶体管中流动的电流非常小。 动作频率(动作频率)增加时，一定时间内电流频繁流动，因此平均电流即装置的消耗功率上升。2 )“睡眠模式”在该操作模式中，由于没有接收到输入信号或者不响应于输入信号，即，门没有打开，所以如果在该装置中没有电流流动，则功耗接近零。3 )信号交换点在使用设备之前，检查输入信号的交换点是否符合设备的输入阈值非常重要。 相对于CMOS装置，典型是从1.4V到Vcc的一半。 但是，装置因机型而异。4 )高低压水平CMOS可以直接与最积极的逻辑技术接口，逻辑“1”表示高级别逻辑“0”表示低电平。 因此，在所有情况下确保高电平和低电平的区别是重要的，高电平的输入总是高于阈值电压。2-4微处理器的基本工作步骤微处理器的基本操作步骤包括以下步骤，如图2.6所示1 )命令提取CPU从内部或外部控制存储器ROM的空间读取命令，并根据在上一步骤中计算的地址来确认命令的内容2 )指令代码的计算CPU的指令代码计算机计算指令的代码，例如，在最后计算的代码上加13 )命令执行CPU基于一系列命令执行执行控制os4 )地址计算-地址计算机计算下一个地址。 例如，在最后计算出的地址上加上地址的增量5 )重复步骤1 )以开始下一个循环。过程的所有步骤均由执行逻辑控制系统控制，并且由内部时钟系统或外部时钟系统支持的定时系统进行同步(图2.6 )。图2.6基本运行步骤2-5微处理机的运行周期通常，描述单片机的执行过程有时钟周期、机械周期、指令周期、状态周期、振荡周期5个周期。 各循环如下简单说明。时钟周期是单片机中最基本的周期，也被称为时钟脉冲。 该周期由内部或外部的振荡电路产生。 例如，由内部电能电路驱动的石英振动子系统等效于振荡元件所产生的周期。机器周期是完成基本操作所需的时间。指令周期是执行一个指令所需的时间。振荡时钟周期用“p”表示，需要时钟周期的整数倍的时间。状态周期用“s”表示，其时间是整数倍的振荡周期。 例如，在单个MSC80-C51码片中，1S对应于2P的一个时钟周期。作为一般例子，当微处理器芯片MCS80-C51选择1MHZ的石英振动元件作为时钟系统时，1个时钟周期定义为1us，12个时钟周期定义为1机器周期也定义为12 us取决于命令的长度，该第一或第二命令周期包括12 us或24 us，例如12或24个时钟周期。2-