單片機(jī)中一個(gè)程序的運(yùn)行過(guò)程詳解

單片機(jī)中一個(gè)程序的運(yùn)行過(guò)程分為取指令，分析指令和執(zhí)行指令幾個(gè)步驟。

取指令的任務(wù)是：根據(jù)程序計(jì)數(shù)器PC中的值從程序存儲(chǔ)器讀出現(xiàn)行指令，送到指令寄存器。

分析指令階段的任務(wù)是：將指令寄存器中的指令操作碼取出后進(jìn)行譯碼，分析其指令性質(zhì)。如指令要求操作數(shù)，則尋找操作數(shù)地址。計(jì)算機(jī)執(zhí)行程序的過(guò)程實(shí)際上就是逐條指令地重復(fù)上述操作過(guò)程，直至遇到停機(jī)指令可循環(huán)等待指令。一般計(jì)算機(jī)進(jìn)行工作時(shí)，首先要通過(guò)外部設(shè)備把程序和數(shù)據(jù)通過(guò)輸入接口電路和數(shù)據(jù)總線送入到存儲(chǔ)器，然后逐條取出執(zhí)行。但單片機(jī)中的程序一般事先我們都已通過(guò)寫入器固化在片內(nèi)或片外程序存儲(chǔ)器中。因而一開(kāi)機(jī)即可執(zhí)行指令。

下面我們將舉個(gè)實(shí)例來(lái)說(shuō)明指令的執(zhí)行過(guò)程：

開(kāi)機(jī)時(shí)，程序計(jì)算器PC變?yōu)?000H。然后單片機(jī)在時(shí)序電路作用下自動(dòng)進(jìn)入執(zhí)行程序過(guò)程。執(zhí)行過(guò)程實(shí)際上就是取出指令(取出存儲(chǔ)器中事先存放的指令階段)和執(zhí)行指令(分析和執(zhí)行指令)的循環(huán)過(guò)程。

例如執(zhí)行指令：MOV A,#0E0H，其機(jī)器碼為“74H E0H”，該指令的功能是把操作數(shù)E0H送入累加器，0000H單元中已存放74H，0001H單元中已存放E0H。當(dāng)單片機(jī)開(kāi)始運(yùn)行時(shí)，首先是進(jìn)入取指階段，其次序是：

1 程序計(jì)數(shù)器的內(nèi)容(這時(shí)是0000H)送到地址寄存器;

2 程序計(jì)數(shù)器的內(nèi)容自動(dòng)加1(變?yōu)?001H);

3 地址寄存器的內(nèi)容(0000H)通過(guò)內(nèi)部地址總線送到存儲(chǔ)器，以存儲(chǔ)器中地址譯碼電跟，使地址為0000H的單元被選中;

4 CPU使讀控制線有效;

5 在讀命令控制下被選中存儲(chǔ)器單元的內(nèi)容(此時(shí)應(yīng)為74H)送到內(nèi)部數(shù)據(jù)總線上，因?yàn)槭侨≈鸽A段，所以該內(nèi)容通過(guò)數(shù)據(jù)總線被送到指令寄存器。

至此，取指階段完成，進(jìn)入譯碼分析和執(zhí)行指令階段。

由于本次進(jìn)入指令寄存器中的內(nèi)容是74H(操作碼)，以譯碼器譯碼后單片機(jī)就會(huì)知道該指令是要將一個(gè)數(shù)送到A累加器，而該數(shù)是在這個(gè)代碼的下一個(gè)存儲(chǔ)單元。所以，執(zhí)行該指令還必須把數(shù)據(jù)(E0H)從存儲(chǔ)器中取出送到CPU，即還要在存儲(chǔ)器中取第二個(gè)字節(jié)。其過(guò)程與取指階段很相似，只是此時(shí)PC已為0001H。指令譯碼器結(jié)合時(shí)序部件，產(chǎn)生74H操作碼的微操作系列，使數(shù)字E0H從0001H單元取出。因?yàn)橹噶钍且蟀讶〉玫臄?shù)送到A累加器，所以取出的數(shù)字經(jīng)內(nèi)部數(shù)據(jù)總線進(jìn)入A累加器，而不是進(jìn)入指令寄存器。至此，一條指令的執(zhí)行完畢。單片機(jī)中PC=0002H，PC在CPU每次向存儲(chǔ)器取指或取數(shù)時(shí)自動(dòng)加1，單片機(jī)又進(jìn)入下一取指階段。這一過(guò)程一直重復(fù)下去，直至收到暫停指令或循環(huán)等待指令暫停。CPU就是這樣一條一條地執(zhí)行指令，完成所有規(guī)定的功能。

ROM是只讀存儲(chǔ)器，用于存儲(chǔ)程序代碼;RAM是數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，用于存放單片機(jī)運(yùn)行時(shí)的數(shù)據(jù)，也就是說(shuō)RAM中的數(shù)據(jù)掉電(復(fù)位)后就會(huì)消失，而ROM中的數(shù)據(jù)不會(huì)。

中斷最主要的作用是保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)，計(jì)時(shí)器用于精確定時(shí)和長(zhǎng)定時(shí)，如果你看不懂，在問(wèn)我!

中斷是通過(guò)硬件來(lái)改變CPU的運(yùn)行方向的。計(jì)算機(jī)在執(zhí)行程序的過(guò)程中，當(dāng)出現(xiàn)CPU以外的某種情況時(shí)，由服務(wù)對(duì)象向CPU發(fā)出中斷請(qǐng)求信號(hào)，要求CPU暫時(shí)中斷當(dāng)前程序的執(zhí)行而轉(zhuǎn)去執(zhí)行相應(yīng)的處理程序，待處理程序執(zhí)行完畢后，再繼續(xù)執(zhí)行原來(lái)被中斷的程序。這種程序在執(zhí)行過(guò)程中由于外界的原因而被中間打斷的情況稱為“中斷”。

“中斷”之后所執(zhí)行的相應(yīng)的處理程序通常稱之為中斷服務(wù)程序或中斷處理子程序。

原來(lái)正常運(yùn)行的程序稱為主程序。

主程序被斷開(kāi)的位置(或地址)稱為“斷點(diǎn)”。

引起中斷的原因，或能發(fā)出中斷申請(qǐng)的來(lái)源，稱為“中斷源”。

中斷源要求服務(wù)的請(qǐng)求稱為“中斷請(qǐng)求”(或中斷申請(qǐng))。

當(dāng)硬件電路將中斷信號(hào)送給cpu時(shí)，給主程序設(shè)置一個(gè)斷點(diǎn)，然后去響應(yīng)中斷請(qǐng)求，當(dāng)完成中斷的內(nèi)容后，在返回?cái)帱c(diǎn)處繼續(xù)執(zhí)行主程序。