单片机原理详解：冯诺依曼与哈佛架构比较及嵌入式应用

本资源是一份关于单片机原理及其嵌入式应用的教程，由 Tongji University 制作，发布日期为 May 18, 2024。该教程深入探讨了单片机的基本概念和发展历程，主要分为以下几个部分： 1. **单片机概述**：对单片机的定义和作用进行了介绍，帮助读者理解其在现代电子系统中的核心地位。 2. **处理器体系结构**： - **冯·诺依曼结构**：这是早期计算机设计的基础，强调程序指令存储器和数据存储器的合并，地址统一，如Motorola公司的微处理器采用此结构。冯·诺依曼结构的特点是程序和数据在物理上共用内存，且指令和数据宽度相同。 - **哈佛结构**：与冯·诺依曼结构相反，哈佛结构将程序指令存储和数据存储分开，如Intel公司的MCS-51/96系列单片机，允许指令总线和数据总线使用不同宽度，提高效率。 3. **I/O端口和寄存器编址**： - **I/O端口分离编址**：通过专用的I/O访问扩展线实现I/O操作，如IN和OUT指令在Intel 80×86指令系统中使用。 - **I/O端口统一编址**：将I/O地址与存储器地址统一，方便处理和节省硬件资源。 4. **寄存器编址**：不同厂商如Motorola的微控制器可能将寄存器编址为专用地址空间，提高访问速度和效率。 5. **内部时序**：教程还涉及CPU内部的时序设计，以Motorola CPU为例，介绍了由四个阶段（T1-T4）组成的时钟周期，每个阶段输出一个时钟脉冲，确保数据处理的同步性。 这份教程提供了丰富的理论知识和实例分析，对于学习单片机基础以及理解嵌入式系统的架构有着重要的指导价值。通过学习，学生可以掌握单片机的工作原理，了解如何设计和应用不同类型的存储器结构，以及优化I/O和寄存器管理，这对于电子工程师和嵌入式系统开发人员来说是非常实用的资源。