單片機(jī)應(yīng)用在各個(gè)領(lǐng)域的各種設(shè)備中，并在每種設(shè)備中扮演著各種角色。但是，在所有情況下，單片機(jī)的基本操作都是通用的，可以將其大致分為以下三種類型。

單片機(jī)首先按順序讀?。?）用戶編寫的程序中編寫的指令。然后，（2）執(zhí)行讀取指令。最后，（3）將執(zhí)行結(jié)果輸出到單片機(jī)外部。輸出例如是顯示、發(fā)射紅外信號(hào)、捕獲按鈕信息、測量時(shí)間以及與外圍IC通信。

單片機(jī)通過重復(fù)這三個(gè)基本操作來執(zhí)行各種復(fù)雜的處理。

一、單片機(jī)的內(nèi)部主要由三個(gè)模塊組成

那么，單片機(jī)實(shí)現(xiàn)這些操作的機(jī)制是什么？粗略分類時(shí)，單片機(jī)具有三個(gè)功能塊：“內(nèi)存”，“ CPU”和“外圍電路”，這三個(gè)功能塊共同工作以實(shí)現(xiàn)三個(gè)基本操作。

讓我們依次看一下三個(gè)基本操作。首先，（1）為了執(zhí)行程序，你必須將程序放在單片機(jī)中的某個(gè)位置。內(nèi)存起“程序存儲(chǔ)”的作用。用戶必須在使用單片機(jī)之前將程序?qū)懭氪鎯?chǔ)器。

單片機(jī)啟動(dòng)后，（2）執(zhí)行從該程序讀取的指令的功能塊是CPU。CPU可以一次執(zhí)行一個(gè)簡單的程序，但是在程序內(nèi)容復(fù)雜的計(jì)算中，可能需要在計(jì)算過程中臨時(shí)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。在這里，存儲(chǔ)器用作“數(shù)據(jù)的臨時(shí)存儲(chǔ)”。

最后，（3）外圍電路負(fù)責(zé)將執(zhí)行結(jié)果輸出到外部的操作。盡管它取決于單片機(jī)的類型，但是在CPU周圍集成了一些執(zhí)行特定功能（例如紅外線、按鈕信息、時(shí)間測量以及與通信相關(guān)的處理）的單獨(dú)電路塊。

如下圖所示，總結(jié)了以上描述。我對(duì)其進(jìn)行了相當(dāng)多的總結(jié)，并通過三個(gè)大型功能塊來表示單片機(jī)的內(nèi)部。

指令和數(shù)據(jù)在存儲(chǔ)器和CPU之間交換。有關(guān)程序執(zhí)行結(jié)果的信息在CPU和外圍電路之間來回發(fā)送。外圍電路起著與單片機(jī)外部接口的作用。“總線”用于在塊之間傳輸大量數(shù)據(jù)。

存儲(chǔ)器實(shí)際上分為幾種類型。閃存和EEPROM（還有許多其他類型，因此我將在系列中再次介紹它們）的目的是不寫入數(shù)據(jù)，然后經(jīng)常重寫數(shù)據(jù)包含少量程序。另一方面，CPU計(jì)算數(shù)據(jù)經(jīng)常被重寫。這樣的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在稱為RAM（隨機(jī)存取存儲(chǔ)器）的存儲(chǔ)器中。

詳細(xì)查看上圖時(shí)會(huì)發(fā)現(xiàn)，CPU也由幾個(gè)塊組成。主要分為三類：“ALU（算術(shù)和邏輯單元）”，“寄存器”和“移位器”。ALU負(fù)責(zé)算術(shù)和邏輯運(yùn)算。移位器用于移位（移位）數(shù)據(jù)和旋轉(zhuǎn)（循環(huán)）數(shù)據(jù)。寄存器用于在計(jì)算之前臨時(shí)存儲(chǔ)從內(nèi)存中獲取的數(shù)據(jù)。

如前所述，外圍電路有各種類型，并且所安裝的外圍電路根據(jù)單片機(jī)的類型而不同。在圖2中，以通信功能，模擬功能和計(jì)時(shí)器為例列出。有各種符合各種標(biāo)準(zhǔn)的通信功能，典型的是SPI，USART和I2C。除了這些，還有每個(gè)人都熟悉的純音頻I2S和USB。

作為模擬功能，可以使用將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的AD轉(zhuǎn)換器和將數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)的DA轉(zhuǎn)換器。另一個(gè)模擬功能是一個(gè)比較器，用于比較兩個(gè)模擬信號(hào)的幅度。

計(jì)時(shí)器的基本功能是測量時(shí)間很簡單。但是，高性能計(jì)時(shí)器可能具有輸入捕捉，觸發(fā)和PWM輸出功能。

二、單片機(jī)實(shí)際上如何運(yùn)作？

接下來，讓我們按照實(shí)際使用單片機(jī)的過程來了解這些功能的工作原理。

這里，“使用單片機(jī)”是指從用戶創(chuàng)建程序到與單片機(jī)的外部交換諸如數(shù)據(jù)之類的信息的過程。

每個(gè)部分（內(nèi)存，CPU，外圍電路）的詳細(xì)信息將在后面說明。

參考下圖。使用該圖時(shí)，將按照單片機(jī)的操作步驟（1）→（2）→（3）→（4）→（5）→（6）→（7）粗略地解釋每個(gè)部分的工作。

（1）編寫程序

用戶使用PC來創(chuàng)建與他或她希望單片機(jī)執(zhí)行的工作相對(duì)應(yīng)的程序。

（2）將程序放入單片機(jī)的ROM中

將完成的程序?qū)懭隦OM（這也可以在PC上完成）。

（3）CPU開始運(yùn)行

當(dāng)你打開單片機(jī)的電源時(shí)，CPU將開始運(yùn)行。CPU從寫入ROM的程序中讀取指令，然后按順序執(zhí)行它們。

（4）進(jìn)行計(jì)算

ALU執(zhí)行算術(shù)和邏輯運(yùn)算以及數(shù)據(jù)傳輸。移位器處理移位數(shù)據(jù)的操作。

（5）臨時(shí)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)

如果需要在算術(shù)處理過程中臨時(shí)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，請(qǐng)將其存儲(chǔ)在RAM或寄存器中。RAM可以存儲(chǔ)大量數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)量少時(shí)使用寄存器。

（6）外圍電路說明

CPU向外圍電路發(fā)出工作指令。

（7）CPU-外圍電路-外部電路

與單片機(jī)外部外圍電路交換的數(shù)據(jù)與CPU交換。

以上就是英銳恩單片機(jī)開發(fā)工程師分享的有關(guān)單片機(jī)的內(nèi)部各個(gè)模塊的工作方式。英銳恩專注單片機(jī)應(yīng)用方案設(shè)計(jì)與開發(fā)，提供8位單片機(jī)、16位單片機(jī)、32位單片機(jī)、運(yùn)放芯片和模擬開關(guān)。