微控制器由什么组成的?微控制器构造分析

　　微控制器是将微型计算机的主要部分集成在一个芯片上的单芯片微型计算机。微控制器诞生于20世纪70年代中期，经过20多年的发展，其成本越来越低，而性能越来越强大，这使其应用已经无处不在，遍及各个领域。例如电机控制、条码阅读器/扫描器、消费类电子、游戏设备、电话、HVAC、楼宇安全与门禁控制、工业控制与自动化和白色家电（洗衣机、微波炉）等。

　　基于RISC架构的微控制器架构

　　MAXQ2000微控制器是Maxino/Dallas公司推出的一款基于RISC架构的16位微控制器。理解这款微控制器的一些结构特点，可以使我们更好地理解RISC结构微控制器的最新发展趋势和技术特点，从而为我们构建新型系统提供更加理想的选择。MAXQ2000的指令读取和执行操作在一个周期内完成，而没有流水线操作，这是因为指令既包含了操作码也包括了数据。字母Q表示这款微控制器的一个重要特点便是“安静”，MAXQ架构通过智能化的时钟管理来降低噪声．这意味着MAXQ只向那些需要使用时钟的电路提供时钟，这样既降低了功耗，又为模拟电路的整合提供了一个最安静的环境。它包含液晶显示（LCD）接口，最多可以驱动100或132段（两种版本）。这款微控制器的功耗指标和MIPS/MHz代码效率方面都在同类微控制器当中遥遥领先．下面介绍MAXQ2000的主要特性。

　　指令集

　　指令集由23条对寄存器和存储器进行操作的固定长度的16位指令组成。指令集高度正交，允许算术和逻辑操作使用累加器和任何寄存器。特殊功能寄存器控制外围设备，并细分成寄存器模块。产品系列的结构是模块化的，因此新的器件和模块能够继续使用为现有产品开发的代码．该结构是基于传送触发的，这意味着对某一寄存器位置的读或写会产生额外作用。这些额外作用构成了由汇编器定义的高层操作码的基础，如ADDC、OR和JUMP等。

　　存储器

　　MAXQ2000具有32KB闪存、lKBRAM、4KB的内部ROM存储器块和16级堆栈存储器。存储器缺省配置成Harvard结构，程序和数据存储器具有独立的地址空间，还可以使能为Vorl Ncumann存储器配置模式，即将固定用途ROM、代码和数据存储器放置到一个连续的存储器映射中．这适合于需要进行动态程序修改或特殊存储器配置的应用。闪存程序存储器可以通过16字密钥进行密码保护，从而防止未授权者访问程序存储器。同时，还具有3个数据指针，支持高效快速地处理数据．固定用途ROM由可以在应用软件中进行调用的子程序组成（缺省起始地址为8000H）．包括：通过JTAG或UART接口进行在系统编程（引导加载程序）；在电路调试程序；测试程序（内部存储器测试，存储器加载等）；用于在应用闪存编程和快速查找表的用户可调用程序。无论以任何方式复位，都从固定用途ROM开始运行程序。R。M软件决定程序立刻跳转到8000H位置、用户应用代码的起始位置、还是上面提到的某特定用途子程序．用户可访问固定用途ROM中的程序，并且可以由应用软件调用这些程序。

　　寄存器组

　　器件的大多数功能是由寄存器组来控制的。这些寄存器为存储器操作提供工作空间，并配置和寻址器件上的外设寄存器。寄存器分成两大类：系统寄存器和外设寄存器．公共寄存器组也称作系统寄存器，包括ALU、累加器寄存器、数据指针、堆栈指针等。外设寄存器定义了可能包含在基于MAXQ架构的不同产品中的附加功能．

　　电源管理

　　MAXQ2000同样提供了先进的电源管理功能，根据系统不同时刻的不同性能需求，可以动态设置处理速度，从而大大降低功耗。通过软件选择分频功能，来选择系统时钟周期是l、2、4或者8个振蔼周期。为进一步降低功耗，还有另外三种低功耗模式，256分频、32 kH。和停机模式。

　　中断

　　提供多个中断源，可对内部和外部事件快速响应。MAXQ结构采用了单一中断向量（IV）和单一中断服务程序（ISR）设计。必须在用户中断程序内清除中断标志，以避免由同一中断源引发重复中断。当检测到使能的中断时，软件跳转到一个用户可编程的中断向量位置。一旦软件控制权转移到ISR，可以使用中断识别寄存器（IIR）来判定中断源是系统寄存器还是外设寄存器。然后，就可以查询特定模块以确定具体中断源，并采取相应的操作。由于中断源是由用户软件识别的，因此用户可以为每种应用确立一个独特的中断优先级方案。

　　硬件乘法器

　　集成的硬件乘法器模块执行高速乘法、乘方和累加操作，并能在一个周期内完成一个16位×16位乘法和累加操作。硬件乘法器由2个］6位并行加载操作数寄存器（MA，MB）和1个累加器组成。加载寄存器能够自动启动操作，从而节省了重复计算的时间。硬件乘法器的累加功能是数字滤波、信号处理以及PII）控制系统中的一个基奉单元，这使得MAXQ2000可以胜任需要大量数学运算的应用。

　　微控制器体系结构

　　1、哈佛结构

　　哈佛结构是一种将程序指令存储和数据存储分开的存储器结构。中央处理器首先到程序指令存储器中读取程序指令内容，解码后得到数据地址，再到相应的数据存储器中读取数据，并进行下一步的操作（通常是执行）。程序指令存储和数据存储分开，可以使指令和数据有不同的数据宽度，如Microchip公司的PIC16芯片的程序指令是14位宽度，而数据是8位宽度。哈佛结构的微处理器通常具有较高的执行效率。其程序指令和数据指令分开组织和存储的，执行时可以预先读取下一条指令。目前使用哈佛结构的中央处理器和微控制器有很多，除了上面提到的Microchip公司的PIC系列芯片，还有摩托罗拉公司的MC68系列、Zilog公司的Z8系列、ATMEL公司的AVR系列和安谋公司的ARM9、ARM10和ARM11，51单片机也属于哈佛结构。

　　2、诺伊曼结构

　　冯·诺伊曼结构也称普林斯顿结构，是一种将程序指令存储器和数据存储器合并在一起的存储器结构。程序指令存储地址和数据存储地址指向同一个存储器的不同物理位置，因此程序指令和数据的宽度相同，如英特尔公司的8086中央处理器的程序指令和数据都是16位宽。目前使用冯·诺伊曼结构的中央处理器和微控制器有很多。除了上面提到的英特尔公司的8086，英特尔公司的其他中央处理器、安谋公司的ARM7、MIPS公司的MIPS处理器也采用了冯·诺伊曼结构。

　　微控制器应用

　　系统的硬件和软件的设计和配置规模都是以满足应用系统功能要求为原则，具有最佳的性能价格比。采用微控制器后，许多硬件电路的功能可以用软件来实现（称为硬件的软化），可以大大减少系统的硬件结构。这一方面可以降低成本，另一方面也大大提高了系统的可靠性。微控制器应用系统具有体积小、功耗低、功能强、可靠性高的特点。

　　微控制器在家用电器、办公设备、测控系统、智能仪器仪表、通讯系统及机电行业等各个领域获得了广泛应用。随着廉价微控制器的出现，它的应用范围将越来越广泛。

　　1、 机电一体化产品。微控制器与传统机械产品相结合，使传统机械产品结构简化，控制智能化，人-机界面更加友好，构成新一代的机-电一体化产品。如微控制器控制的编织机、数控机床等。

　　2、 智能仪器仪表。用微控制器改造原有的测量、控制仪器仪表，促进了仪器仪表向数字化、智能化、多功能化、综合化、柔性化发展，使仪器仪表具有自动量程选择、自动误差修正、自诊断、数据断电保护等功能。由微控制器构成的仪器仪表集测量、处理、控制功能于一体，赋予测量仪器仪表以崭新的面貌。

　　3、 测控系统。用微控制器构成各种工业控制系统、自适应控制系统、数据采集系统等，如电镀生产线自动控制等。

　　4、 智能计算机外设。如绘图仪、硬盘驱动器均采用了微控制器。针式打印机就由两片微控制器控制。微机的键盘由一片微控制器控制。

　　5、 智能传感器。微控制器与传感器的结合，构成了智能传感器，可方便实现非线性校正。 6、 通讯系统。