单片机的几个重要概念

单片机简称为单片微控制器，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。单片机由芯片内仅有CPU的专用处理器发展而来。最早的设计理念是通过将大量外围设备和CPU集成在一个芯片中，使计算机系统更小，更容易集成进复杂的并对体积要求严格的控制设备当中。Intel的Z80是最早按照这种思想设计出的处理器，从此以后，单片机和专用处理器的发展便分道扬镳。

硬件

微处理器(CPU)

它是单片机的核心部件，包括运算器和控制器。运算器既是算术逻辑单元ALU，其功能是进行算术运算和逻辑运算。控制器一般由指令寄存器、指令译码器、时序电路和控制电路组成。其作用是完成取指令、将指令译码形成各种微操作并执行指令，同时控制计算机的各个部件有条不紊地工作。

内部数据存储器(RAM)

用于存放运算的中间结果，数据暂存和缓冲，标志位等。是与CPU直接交换数据的内部存储器。它可以随时读写，而且速度很快，通常作为操作系统或其他正在运行中的程序的临时数据存储介质。RAM工作时可以随时从任何一个指定的地址写入（存入）或读出（取出）信息。

特点是：掉电后会丢失数据。

程序存储器(ROM)

ROM是只读存储器，它的特点是只能读出原有的内容，不能由用户再写入新内容。原来存储的内容是采用掩膜技术由厂家一次性写入的，并永久保存下来。它一般用来存放专用的固定的程序和数据。只读存储器是一种非易失性存储器，一旦写入信息后，无需外加电源来保存信息，不会因断电而丢失。

输入/输出口(I/O口)

每个设备都会有一个专用的I/O地址，用来处理自己的输入输出信息。CPU与外部设备、存储器的连接和数据交换都需要通过接口设备来实现，前者被称为I/O接口，而后者则被称为存储器接口

准双向口输出

准双向口输出就是可作为输出也可作为输入口，因此这个口是不定的，是准双向类型，不用重新I/O口的输出状态。准双向口有3个上拉晶体管以便根据不同的需要设置表不同的参数。这三个晶体管分别是起到强上拉、极弱上拉、弱上拉功能。

推挽输出

推挽输出是因为它的输出结构类似于推挽结构，它是一种由两个三极管（或者其他MOS管等）分别受到一个信号的控制，这信号的互补的，就是说只有一个三极管导通，一个三极管导通的时候另一个就要截止。推挽输出可以输出高电平，也可以输出低电平。当锁存器为“1”时候可以持续提供强上拉，这种输出结构可以驱动需要很大电流的器件。

开漏输出

这种结构作为逻辑输出时候，必须要有外部上拉，上拉电阻要为10K左右比较好，一般是通过电阻加到VCC电源，这样才可以读取外部状态，也就是说此时的开漏输出的可以作为外部的输入I/O口。

总线

总线（Bus）是计算机各种功能部件之间传送信息的公共通信干线，它是由导线组成的传输线束，按照计算机所传输的信息种类，计算机的总线可以划分为数据总线、地址总线和控制总线，分别用来传输数据、数据地址和控制信号。

地址总线(AB)

地址总线（Address Bus）是专门用来传送地址的，由于地址只能从CPU传向外部存储器或I/O端口，所以地址总线总是单向三态的，这与数据总线不同。地址总线的位数决定了CPU可直接寻址的内存空间大小，比如8位微机的地址总线为16位，则其最大可寻址空间为2^16=64KB，16位微型机的地址总线为20位，其可寻址空间为2^20=1MB。一般来说，若地址总线为n位，则可寻址空间为2^n位。

数据总线(DB)

数据总线（Data Bus）规范了一个大的集成应用系统中同构系统、异构系统等方面进行数据共享和交换实现方法，系统间数据交换标准。可用于微处理与内存，微处理器与输入输出接口之间传送信息。数据总线的宽度是决定计算机性能的一个重要指标。目前，微型计算机的数据总线大多是32位或64位。

控制总线(CB)

控制总线（Control Bus）主要用来传送控制信号和时序信号。控制信号中，有的是微处理器送往存储器和输入输出设备接口电路的，比如：读/写信号、片选信号、中断响应信号等；也有是其它部件反馈给CPU的，比如：中断申请信号、复位信号、总线请求信号、设备就绪信号等。

时钟电路

时钟电路的工作原理是单片机外部接上振荡器（也可以是内部振荡器）提供高频脉冲经过分频处理后，成为单片机内部时钟信号，作为片内各部件协调工作的控制信号。作用是来配合外部晶体实现振荡的电路，这样可以为单片机提供运行时钟。时钟信号可以由两种方式产生：一种是内部方式，利用芯片内部的振荡电路，产生时钟信号：另一种为外部方式，时钟信号由外部引入。

1个机器周期=6个状态周期=12个时钟周期。

电源电路

电源电路是指提供给用电设备电力供应的电源部分的电路设计，使用的电路形式和特点。既有交流电源也有直流电源。

串行口(TXD，RXD)

串行口是单片机与外界进行信息交换的工具。51单片机有一个可编程的全双工串行通信接口。可用作异步通信方式（UART），与串行传送信息的外部设备相连接。

其它

通信方式

对于点对点之间的通信，按照消息传送的方向与时间关系，通信方式可分为单工通信、半双工通信及全双工通信三种。

单工通信

单工通信（Simplex Communication）是指消息只能单方向传输的工作方式。在单工通信中，通信的信道是单向的，发送端与接收端也是固定的，即发送端只能发送信息，不能接收信息；接收端只能接收信息，不能发送信息。基于这种情况，数据信号从一端传送到另外一端，信号流是单方向的。

半双工通信

半双工通信（Half-duplex Communication）可以实现双向的通信，但不能在两个方向上同时进行，必须轮流交替地进行。在这种工作方式下，发送端可以转变为接收端；相应地，接收端也可以转变为发送端。但是在同一个时刻，信息只能在一个方向上传输。因此，也可以将半双工通信理解为一种切换方向的单工通信。

全双工通信

全双工通信（Full duplex Communication）是指在通信的任意时刻，线路上存在A到B和B到A的双向信号传输。全双工通信允许数据同时在两个方向上传输，又称为双向同时通信，即通信的双方可以同时发送和接收数据。在全双工方式下，通信系统的每一端都设置了发送器和接收器，因此，能控制数据同时在两个方向上传送。全双工方式无需进行方向的切换，因此，没有切换操作所产生的时间延迟，这对那些不能有时间延误的交互式应用（例如远程监测和控制系统）十分有利。这种方式要求通讯双方均有发送器和接收器，同时，需要2根数据线传送数据信号。