第2章1_CPU内部结构

1.1单片机基本概念（1）CPU-单片机中央处理器（Central Processing Unit）的缩写，即CPU，CPU是电脑中的核心配件，其功能主要是解释计算机指令以及处理计算机软件中的数据（2）SCM，MCU，ECU（3）单片机与通用微机主要区别（cpu、存储器、I/O）微处理器（CPU）的区别:通用微机的CPU主要面向数据处理，其发展主要围绕数据处理功能、计算速度和精度的进一步提高。

单片机主要面向控制，控制中的数据类型及数据处理相对简单，所以单片机的数据处理功能比通用微机相对要弱一些，计算速度和精度也相对要低一些。

存储器区别:通用微机中存储器组织结构主要针对增大存储容量和CPU对数据的存取速度。

单片机中存储器的组织结构比较简单，存储器芯片直接挂接在单片机的总线上，CPU对存储器的读写按直接物理地址来寻址存储器单元，存储器的寻址空间一般都为64 KBI/O接口:通用微机中I/O接口主要考虑标准外设,用户通过标准总线连接外设，能达到即插即用。

单片机应用系统的外设都是非标准的，且千差万别，种类很多。

（4）单片机与嵌入式系统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。

（5）单片机系统单板机：将微处理器(CPU)、存储器、I/O接口电路以及简单的输入/输出设备组装在一块印刷电路板上，称其为单板微型计算机，简称单板机。

单片机：将微处理器(CPU)、存储器、I/O接口电路和相应实时控制器件集成在一块芯片上，称其为单片微型计算机，简称单片机。

微型计算机：微处理器(CPU)、存储器、I/O接口电路由总线有机地连接在一起的整体，称为微型计算机。

微型计算机系统：微型计算机与外围设备、电源、系统软件一起构成的系统，称为微型计算机系统。

8. 两个不压缩BCD码分别存放在3000H和 3001H单元的低4位，高4位均为0。将两个不 压缩的BCD码组合成为一个压缩的BCD码， 前者放在低4位，后者放在高4位，存放在 3002H单元。例如初值为: (3000H)=07H, (3001H)=05H, 要求结果为(3002H)=57H 9. 将4000H和4001H单元的两个ASCII码分别转 换为相应的十六进制数，然后共同存放在 4002H单元，前者放在低4位，后者放在高4 位。例如初值为: (4000H)=42H=‘B’, (4001H)=36H=‘6’, 要求结果为(4002H)=6BH
10. 微机某内存单元的内容为C5H，若它表示的是一个 无符号数，该数对应的十进制数是多少？若它表示 的是一个带符号数，该数对应的十进制数是多少？
3
11. 将下列十进制数分别转化为二进制数(保留4位小 数)、十六进制数(保留4位小数)和压缩BCD数
（1）125.74 1）101011.101 3）1001.11001 1）5A.26 3）6AB.24 (2)513.85 2）110110.1101 4）100111.0101 2）143.B5 4）E2F3.2C (3)742.24
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3-3、试编写求两个无符号双字长数之和的程序。两数 分别放在MEM1和MEM2单元中，和放在SUM单元 中 3-4、假设数据项定义如下： DATA1 DB ‘HELLO! GOOD MORNING!’ DATA2 DB 20 DUP(?) 用串操作指令编写程序段，使其分别完成以下功能： （1）从左到右将DATA1的字符串传送到DATA2中 （2）传送完后，比较DATA1和DATA2中的内容是否 相同 （3）把DATA1中的第3和第4个字节装入AX （4）把AX的内容存入DATA2＋5开始的字节单元中。 25

缩、图像识别等。
通信
数字信号处理技术在通信领域 应用广泛，如调制解调、信道
均衡、语音编码等。
控制
数字信号处理技术可以用于控 制系统，如PID控制器、自适
应控制等。
05 微机控制系统的软件设计
微机控制系统的软件组成
实时操作系统
用于管理微机控制系统 的资源，提供多任务处
理和实时性支持。
监控软件
控制算法软件
微处理器的基本概念
微处理器是一种集成电路芯片，它包含中央处理器（CPU）和一定数量的内存，是 计算机系统的核心部件。
微处理器的主要功能是执行算术、逻辑和指令控制操作，以实现计算机程序的运行。
微处理器的发展经历了多个阶段，从早期的4位处理器到现代的64位多核处理器， 性能得到了极大的提升。
微控制器的特点与分类
输入输出接口的功能
输入输出接口的主要功能包括数据传输、信号转换、缓冲存储、设 备选择等，以确保微机与外部设备之间的可靠通信。
输入输出接口的类型
常见的输入输出接口类型包括并行接口、串行接口、定时器接口、 中断接口等，根据不同的应用需求选择合适的接口类型。
输入接口技术
模拟量输入接口
模拟量输入接口用于将模拟信号 转换为数字信号，以便微机进行 处理。常见的模拟量输入接口包 括模数转换器（ADC）和多路模
汽车电子等。
微控制器通过接收输入信号，执 行程序，输出控制信号，实现对
被控对象的精确控制。
微控制器具有可靠性高、实时性 强、成本低等优点，因此在自动 化和智能化控制领域得到了广泛
应用。
03 输入输出接口技术
输入输出接口的基本概念
输入输出接口定义
输入输出接口是微机系统中的重要组成部分，负责连接微机与外 部设备，实现数据传输和控制。

1、电压变换器（UV）
电压变换器原理接线如图2-11所示，UV原方与电压互感器相 联，TV二次侧有工作接地，UV副方的“直流地”为保护电源 的0V，电容C容量很小，起抗干扰作用。
图2-11 电压变换器应用
2、电流变换器（UA）
电流变换器与电压变换器不同，从UA原方看进去，输入阻抗 很小，对于负载而言UA可以看成一个电流源。电流变换器应 用接线如图2-12所示。
图2-4 采样保持过程示意图
2) 采样频率的选择
采样间隔Ts 的倒数称为采样频率fs。
采样频率越高，要求CPU 的运行速度越高。 因为微机保护是一个实时系统，数据采集系 统以采样频率不断地向微型机输入数据，微 型机必须要来得及在两个相邻采样间隔时间 Ts内处理完对每一组采样值所必须做的各种 操作和运算，否则CPU 跟不上实时节拍而无 法工作。相反，采样频率过低，将不能真实 地反映采样信号的情况。 采样函数为一周期信号,采样间隔Ts太大，就 会有一部分相互交迭，新合成的X(f)*G(f)图 形与X(f)/Ts不一致，这种现象称为迭混。 为了避免迭混以便采样后仍能准确地恢复原 信号，采样频率fS必须大于信号最高频率fC 的两倍，即fS＞2fC，这就是采样定理。

<1>采样频率的方式选择
<2>.对多个模拟输入信号的采样方式
微机继电保护绝大多数的算法都是基于多个 模拟输入信号（如三相电压、三相电流等） 采样值进行计算的。如何对多个信号进行采 样，根据多个模拟输入信号在采样时刻上的 对应关系，可分别采用以下三种采样方式： 1、同时采样 2、顺序采样 3、分组同时采样
例

图
MAX125内部结构图
2.1.1
模拟数据采集系统