C语言面试之旅：掌握基础，探索深度（面试实战之单片机硬件结构）

?????????人生就像一场旅行，不知道在下一站邂逅什么样的人，发生怎么样的故事！

引言

????????单片机是一种集成芯片，它包括CPU、内存、外围功能等部分。其中，CPU是单片机的核心，负责思考和执行程序；内存用于存储程序和数据；外围功能则相当于人体的感官系统及控制手脚动作的神经系统。

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一、80C51单片机的内部逻辑结构?

????????单片机是把 CPU、存储器、输入输出接口、定时/计数器和时钟电路集成到一块芯片上的微型计算机。

(1)中央处理器CPU

? ? ? ? 1.运算电路

????????????????以 ALU 为核心，完成算术运算和逻辑运算，运算结果存放于 ACC 中，运算结果的特征存放于PSW中。

? ? ? ? 2.控制电路

????????????????单片机的指挥控制部件，保证单片机各部分能自动而协调地工作。程序计数器 PC 是一个16 位寄存器,PC 的内容为将要执行的下一条指令地址，具有自动加1功能以实现程序的顺序执行。

(2)存储器

? ? ? ? 1.随机存取存储器 RAM

?????????????????能读能写，信息在关机后消失。可分为静态 RAM(SRAM)和动态RAM(DRAM)两种。

? ? ? ? 2.只读存储器

????????????????信息在关机后不会消失。

? ? ? ? 3.掩膜 ROM

????????????????信息在出厂时由厂家一次性写入。

? ? ? ? 4.可编程PROM

????????????????信息由用户一次性写入。?

? ? ? ? ?5.可擦除可编程EPROM

????????????????写入后的内容可由紫外线照射擦除。

? ? ? ? 6.电可擦除可编程EEPROM

????????????????可用电信号进行清除和改写。

? ? ? ? 7.存储容量:

????????存储容量指存储器可以容纳的二进制信息量，M 位地址总线、N 位数据总线的存储器容量为2MXN位。

例子：

? ???????80C51单片机的存储器有内部 RAM(128B,高128B 为专用寄存器)外部RAM(64KB)内部ROM (4KB 掩膜 ROM)、外部ROM (64KB)。

(3)输入输出接口

????????4个8位并行 I/0 口(PO、P1、P2、P3)

(4)其它资源

????????一个全双工串行口、5 个中断源、2个16 位的定时/计数器、时钟电路

二、80C51 单片机的信号引脚

?????????(1)电源部分:VCC 接+5V、VSS 接地。
????????(2)时钟电路部分:XTAL1 和XTAL2 接品振。
????????????????1个机器周期=6个状态=12 个拍节
????????????????6MHZ的晶体机器周期2us，12MHZ的品体机器周期1us。
????????(3)I/0 口部分:PO--8 位数据总线/地址总线低 8 位、P1一一用户口、P2一一地址高8位、P3一一第二功能。
????????(4)控制部分:地址锁存控制信号 ALE，用于控制把 PO 口输出的低8位地址送入锁存器锁存地起来外部程序存储器读选通信号 PSEN，低电平有效，以实现外部 ROM 单元的读操作。访问程序存储器控制信号 EA，低电平时只读外部ROM，高电平时先读内部ROM，再读外部ROM，复位信号 RST，当输入的复位信号延续 2个机器周期以上高电平时即为有效复位值: PC=0000H，SP=07H，PO=0FFH。

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?三、内部RAM的基本结构与功能

????????80C51的内部数据存储器低128 单元区，称为内部RAM，地址为00~7FH。

????????(1)寄存器区(00~1FH)共分为4组，组号依次为 0、1、2、3，每组有8个寄存器，在组中按 R7~RO 编号。由PSW中RS1、RSO位的状态组合来决定哪一组。
????????(2)位寻址区 (20H~2FH)可对单元中的每一位进行位操作,16个字节单元共128 个可寻址位,位地址为00~7FH。位起始地址 DO=(字节地址-20H)*8
????????(3)用户RAM区(30H~7FH)堆栈、缓冲区。堆栈是在内部 RAM 中开辟的，最大特点就是“后进先出”的数据操作原则两项功能:保护断点和保护现场。两种操作:进栈和出栈。SP 堆栈指针，它的内容就是堆栈栈顶单元的地址。
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四、专用寄存器(内部数据存储器高 128 单元)

????????(1)累加器A (ACC)
????????(2)寄存器 B
????????(3)程序状态字 PSW
????????????????CY一一进位标志位，最高位的进位或借位。
????????????????AC一一半进位标志位，低4位向高4 位的进位或借位。
????????????????OV一一溢出标志位，同符号数相加，结果为异符号，有溢出:异符号数相减，结果和减数符号相同，有溢出。
????????????????P——A中1的个数，奇数个P=1，偶数个P=O。
????????(4）数据指针DPTR: 80C51中惟一一个供用户使用的16位寄存器。高8位DPH，低8位.DPL。

五、单片机的外围功能

????????单片机的外围功能是实现其控制能力的重要保障。常见的单片机外围功能包括：

（1）中断控制器

????????中断控制器用于实现单片机的中断功能，当外部设备触发中断时，单片机可以暂停当前执行的程序，转而执行相应的中断服务程序。

（2）定时/计数器

????????定时/计数器用于实现单片机的定时和计数功能，它可以用于产生定时信号、计数值或作为脉冲发生器等。

（3）串行通信接口

????????串行通信接口用于实现单片机与其他设备之间的串行通信，常见的接口标准包括UART、SPI、I2C等。

（4）A/D转换器

????????A/D转换器用于将模拟信号转换为数字信号，以便单片机进行处理和控制。

（5）D/A转换器

????????D/A转换器用于将数字信号转换为模拟信号，以便实现模拟控制和输出。

（6）键盘接口

????????键盘接口用于连接按键开关或触摸屏等输入设备，以便用户进行输入和控制。

（7）显示接口

????????显示接口用于连接LED显示屏或其他显示设备，以便单片机的输出信息能够被用户看到。

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六、总结?

?????????单片机的硬件结构包括CPU、存储器、输入/输出端口、特殊功能寄存器以及时钟电路和复位电路等部分。通过灵活配置和使用这些硬件资源，单片机可以实现各种复杂的控制任务。