微控制器是將微型計算機的主要部分集成在一個芯片上的單芯片微型計算機。微控制器誕生于20世紀70年代中期，經(jīng)過20多年的發(fā)展，其成本越來越低，而性能越來越強大，這使其應用已經(jīng)無處不在，遍及各個領域。例如電機控制、條碼閱讀器/掃描器、消費類電子、游戲設備、電話、HVAC、樓宇安全與門禁控制、工業(yè)控制與自動化和白色家電（洗衣機、微波爐）等。

　　基于RISC架構的微控制器架構

　　MAXQ2000微控制器是Maxino/Dallas公司推出的一款基于RISC架構的16位微控制器。理解這款微控制器的一些結構特點，可以使我們更好地理解RISC結構微控制器的最新發(fā)展趨勢和技術特點，從而為我們構建新型系統(tǒng)提供更加理想的選擇。MAXQ2000的指令讀取和執(zhí)行操作在一個周期內(nèi)完成，而沒有流水線操作，這是因為指令既包含了操作碼也包括了數(shù)據(jù)。字母Q表示這款微控制器的一個重要特點便是“安靜”，MAXQ架構通過智能化的時鐘管理來降低噪聲．這意味著MAXQ只向那些需要使用時鐘的電路提供時鐘，這樣既降低了功耗，又為模擬電路的整合提供了一個最安靜的環(huán)境。它包含液晶顯示（LCD）接口，最多可以驅(qū)動100或132段（兩種版本）。這款微控制器的功耗指標和MIPS/MHz代碼效率方面都在同類微控制器當中遙遙領先．下面介紹MAXQ2000的主要特性。

　　指令集

　　指令集由23條對寄存器和存儲器進行操作的固定長度的16位指令組成。指令集高度正交，允許算術和邏輯操作使用累加器和任何寄存器。特殊功能寄存器控制外圍設備，并細分成寄存器模塊。產(chǎn)品系列的結構是模塊化的，因此新的器件和模塊能夠繼續(xù)使用為現(xiàn)有產(chǎn)品開發(fā)的代碼．該結構是基于傳送觸發(fā)的，這意味著對某一寄存器位置的讀或?qū)憰a(chǎn)生額外作用。這些額外作用構成了由匯編器定義的高層操作碼的基礎，如ADDC、OR和JUMP等。

　　存儲器

　　MAXQ2000具有32KB閃存、lKBRAM、4KB的內(nèi)部ROM存儲器塊和16級堆棧存儲器。存儲器缺省配置成Harvard結構，程序和數(shù)據(jù)存儲器具有獨立的地址空間，還可以使能為Vorl Ncumann存儲器配置模式，即將固定用途ROM、代碼和數(shù)據(jù)存儲器放置到一個連續(xù)的存儲器映射中．這適合于需要進行動態(tài)程序修改或特殊存儲器配置的應用。閃存程序存儲器可以通過16字密鑰進行密碼保護，從而防止未授權者訪問程序存儲器。同時，還具有3個數(shù)據(jù)指針，支持高效快速地處理數(shù)據(jù)．固定用途ROM由可以在應用軟件中進行調(diào)用的子程序組成（缺省起始地址為8000H）．包括：通過JTAG或UART接口進行在系統(tǒng)編程（引導加載程序）；在電路調(diào)試程序；測試程序（內(nèi)部存儲器測試，存儲器加載等）；用于在應用閃存編程和快速查找表的用戶可調(diào)用程序。無論以任何方式復位，都從固定用途ROM開始運行程序。R。M軟件決定程序立刻跳轉(zhuǎn)到8000H位置、用戶應用代碼的起始位置、還是上面提到的某特定用途子程序．用戶可訪問固定用途ROM中的程序，并且可以由應用軟件調(diào)用這些程序。

　　寄存器組

　　器件的大多數(shù)功能是由寄存器組來控制的。這些寄存器為存儲器操作提供工作空間，并配置和尋址器件上的外設寄存器。寄存器分成兩大類：系統(tǒng)寄存器和外設寄存器．公共寄存器組也稱作系統(tǒng)寄存器，包括ALU、累加器寄存器、數(shù)據(jù)指針、堆棧指針等。外設寄存器定義了可能包含在基于MAXQ架構的不同產(chǎn)品中的附加功能．

　　電源管理

　　MAXQ2000同樣提供了先進的電源管理功能，根據(jù)系統(tǒng)不同時刻的不同性能需求，可以動態(tài)設置處理速度，從而大大降低功耗。通過軟件選擇分頻功能，來選擇系統(tǒng)時鐘周期是l、2、4或者8個振藹周期。為進一步降低功耗，還有另外三種低功耗模式，256分頻、32 kH。和停機模式。

　　中斷

　　提供多個中斷源，可對內(nèi)部和外部事件快速響應。MAXQ結構采用了單一中斷向量（IV）和單一中斷服務程序（ISR）設計。必須在用戶中斷程序內(nèi)清除中斷標志，以避免由同一中斷源引發(fā)重復中斷。當檢測到使能的中斷時，軟件跳轉(zhuǎn)到一個用戶可編程的中斷向量位置。一旦軟件控制權轉(zhuǎn)移到ISR，可以使用中斷識別寄存器（IIR）來判定中斷源是系統(tǒng)寄存器還是外設寄存器。然后，就可以查詢特定模塊以確定具體中斷源，并采取相應的操作。由于中斷源是由用戶軟件識別的，因此用戶可以為每種應用確立一個獨特的中斷優(yōu)先級方案。

　　硬件乘法器

　　集成的硬件乘法器模塊執(zhí)行高速乘法、乘方和累加操作，并能在一個周期內(nèi)完成一個16位×16位乘法和累加操作。硬件乘法器由2個］6位并行加載操作數(shù)寄存器（MA，MB）和1個累加器組成。加載寄存器能夠自動啟動操作，從而節(jié)省了重復計算的時間。硬件乘法器的累加功能是數(shù)字濾波、信號處理以及PII）控制系統(tǒng)中的一個基奉單元，這使得MAXQ2000可以勝任需要大量數(shù)學運算的應用。

　　微控制器體系結構

　　1、哈佛結構

　　哈佛結構是一種將程序指令存儲和數(shù)據(jù)存儲分開的存儲器結構。中央處理器首先到程序指令存儲器中讀取程序指令內(nèi)容，解碼后得到數(shù)據(jù)地址，再到相應的數(shù)據(jù)存儲器中讀取數(shù)據(jù)，并進行下一步的操作（通常是執(zhí)行）。程序指令存儲和數(shù)據(jù)存儲分開，可以使指令和數(shù)據(jù)有不同的數(shù)據(jù)寬度，如Microchip公司的PIC16芯片的程序指令是14位寬度，而數(shù)據(jù)是8位寬度。哈佛結構的微處理器通常具有較高的執(zhí)行效率。其程序指令和數(shù)據(jù)指令分開組織和存儲的，執(zhí)行時可以預先讀取下一條指令。目前使用哈佛結構的中央處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，還有摩托羅拉公司的MC68系列、Zilog公司的Z8系列、ATMEL公司的AVR系列和安謀公司的ARM9、ARM10和ARM11，51單片機也屬于哈佛結構。

　　2、諾伊曼結構

　　馮·諾伊曼結構也稱普林斯頓結構，是一種將程序指令存儲器和數(shù)據(jù)存儲器合并在一起的存儲器結構。程序指令存儲地址和數(shù)據(jù)存儲地址指向同一個存儲器的不同物理位置，因此程序指令和數(shù)據(jù)的寬度相同，如英特爾公司的8086中央處理器的程序指令和數(shù)據(jù)都是16位寬。目前使用馮·諾伊曼結構的中央處理器和微控制器有很多。除了上面提到的英特爾公司的8086，英特爾公司的其他中央處理器、安謀公司的ARM7、MIPS公司的MIPS處理器也采用了馮·諾伊曼結構。

　　微控制器應用

　　系統(tǒng)的硬件和軟件的設計和配置規(guī)模都是以滿足應用系統(tǒng)功能要求為原則，具有最佳的性能價格比。采用微控制器后，許多硬件電路的功能可以用軟件來實現(xiàn)（稱為硬件的軟化），可以大大減少系統(tǒng)的硬件結構。這一方面可以降低成本，另一方面也大大提高了系統(tǒng)的可靠性。微控制器應用系統(tǒng)具有體積小、功耗低、功能強、可靠性高的特點。

　　微控制器在家用電器、辦公設備、測控系統(tǒng)、智能儀器儀表、通訊系統(tǒng)及機電行業(yè)等各個領域獲得了廣泛應用。隨著廉價微控制器的出現(xiàn)，它的應用范圍將越來越廣泛。

　　1、 機電一體化產(chǎn)品。微控制器與傳統(tǒng)機械產(chǎn)品相結合，使傳統(tǒng)機械產(chǎn)品結構簡化，控制智能化，人-機界面更加友好，構成新一代的機-電一體化產(chǎn)品。如微控制器控制的編織機、數(shù)控機床等。

　　2、 智能儀器儀表。用微控制器改造原有的測量、控制儀器儀表，促進了儀器儀表向數(shù)字化、智能化、多功能化、綜合化、柔性化發(fā)展，使儀器儀表具有自動量程選擇、自動誤差修正、自診斷、數(shù)據(jù)斷電保護等功能。由微控制器構成的儀器儀表集測量、處理、控制功能于一體，賦予測量儀器儀表以嶄新的面貌。

　　3、 測控系統(tǒng)。用微控制器構成各種工業(yè)控制系統(tǒng)、自適應控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等，如電鍍生產(chǎn)線自動控制等。

　　4、 智能計算機外設。如繪圖儀、硬盤驅(qū)動器均采用了微控制器。針式打印機就由兩片微控制器控制。微機的鍵盤由一片微控制器控制。

　　5、 智能傳感器。微控制器與傳感器的結合，構成了智能傳感器，可方便實現(xiàn)非線性校正。 6、 通訊系統(tǒng)。