单片机原理及应用专升本复习总结.docx

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单片机原理及应用专升本复习总结

《单片机原理及应用》复习

单片机（MicroControllerUnit,简称MCU）：

把中央处理器（CPU）、随机存储器（RAM）、只读存储器（ROM）、输入/输出接口电路、定时器/计数器以及串行通信接口等集成在一块芯片中，构成一个完整的微型计算机。

第一部分时钟与复位

一、振荡器和时钟电路

1.内部时钟方式

2.外部时钟方式：

外部时钟信号接至XTAL1，XTAL2悬空（P34图2-11）

二、时序

1.振荡周期：

也称为时钟周期。

取决于晶振的频率。

（以12MHz为例）

2.状态周期：

两个时钟周期为一个状态周期，用S表示。

两个时钟周期作为一个状态的两个节拍，分别称为节拍P1和节拍P2。

3.机器周期：

一个机器周期包含6个状态周期，用S1、S2、…、S6表示；共12个节拍，依次可表示为S1P1、S1P2、S2P1、S2P2、…、S6P1、S6P2。

4.指令周期：

执行一条指令所占用的全部时间，它以机器周期为单位。

（1）1机器周期指令：

ADDA,Rn（P291：

1us）

（2）2机器周期指令：

INCDPTR（P292：

2us）

（3）4机器周期指令：

MULAB；DIVAB；DAA（P292：

4us）

应用举例:

8051晶振采用12MHz，执行完下面子程序，需要花多少时间？

DL：

MOVR7，#20

（1）

DL2：

MOVR6，#250

（1）

DL1：

DJNZR6，DL1

（2）

DJNZR7，DL2

（2）

RET

（2）

1×1us+250×20×2×1us+20×1×1us+20×2×1us+2×1us≈10ms

-------------------------------------------------------------------------------

注意事项

（I）在每个机器周期内，ALE信号两次有效（出现两次高电平，每次高电平的宽度为2个时钟周期）。

（1）第一次出现在S1P2－S2P1　

（2）第二次出现在S4P2-S5P1

（II）没有3机器周期指令

（III）定时器是对机器周期（不是时钟周期）进行计数，每个机器周期加1。

（IV）RST引脚端出现两个机器周期（24个时钟周期）以上高电平时，80C51进入复位状态。

三、复位和复位电路

1.复位电路

（1）上电复位

（2）按键复位

注意事项

（I）复位工作过程

（II）复位条件：

在RST引脚保持24个时钟周期以上的高电平

（III）复位电路中电阻和电容的取值，保证复位条件得到满足。

2.复位状态

单片机在RST引脚高电平的控制下，特殊功能寄存器和程序计数器PC复位后的状态如下表所示。

（1）（SP）=07H；（P0－P3）=（FFH）,其余专用寄存器全为0；

（2）（PC）=0000H：

复位后，单片机从0000H地址处开始执行程序

ORG0000H

START:

MOV..

…

END

（3）复位时：

ALE和

引脚成输入状态，为高电平

（4）P0－P3这四个双向口皆处于输入口。

第二部分并行I/O

（一）四个I/O口（P0－P3）

一、P1口

Output:

内部总线=1P1.x=1

内部总线=0P1.x=0

Input:

输入时，Q0管要截止，内部总线要先写入1

P1.x=1内部总线=1

P1.x=0内部总线=0

应用举例

1.P1口作为输出口使用

下图为8段共阴数码管与8051的连接，请写出显示如下字符时P1口的输出值。

03FH106H25BH34FH466H56DHP73H707H87FHC39H

思考题：

如果采用的是共阳极数码管，显示上述字符时P1口应输出何值？

2.P1口作为输入口使用

根据下图，当KEY按下时，LED点亮；当KEY未按时，LED灭。

KEY：

MOVP1，#01H

MOVA，P1

ANLA,#01H

JZNEXT1

SETBP3.0

AJMPNEXT2

NEXT1:

CLRP3.0

NEXT2:

AJMPKEY

二、P2口

MUX:

多路开关，由控制信号线决定开关是打向左还是打向右。

（控制线、读线、写线均由CPU产生）

引脚复用：

减少引脚数目，降低芯片成本

1.作为普通I/O口使用（与P1口相同）:

控制=0，开关打向左端

2.作为高8位地址输出口：

控制=1，开关打向右端

（注意：

高8位地址存放在DPH中）

地址线=1P2.x=1

地址线=0P2.x=0

三、P3口

引脚复用：

减少引脚数目，降低芯片成本

1.作为普通I/O口使用：

第二功能输出端要保持高电平

（1）Output：

内部总线=1P3.x=1

内部总线=0P3.x=0

（2）Input:

内部总线先向锁存器写入1

P3.x=1内部总线=1

P3.x=0内部总线=0

2.作为第二功能I/O口：

锁存器输出端保持1

（1）Output:

第二功能输出线=1P3.x=1

第二功能输出线=0P3.x=0

（2）Input:

第二功能输出线=1

P3.x=1第二功能输入线=1

P3.x=0第二功能输入线=0

（注：

P3口各位的第二功能见P16表2-2）

四、P0口

1.作为普通I/O口使用：

控制线=0,V1截止，多路开关打到0端

Input：

内部总线先写入1，V2截止

P0.x=0内部总线=0

P0.x=1内部总线=1

Output:

内部总线=0P0.x=0

内部总线=1P0.x=高阻

2.作为地址/数据口使用：

控制线=1，多路开关打到1端

Output:

地址/数据线=1P0.x=1

地址/数据线=0P0.x=0

重点：

P0口是三态口，输出时可能为1，可能为0，还可能是高阻

（举例说明为何要高阻状态，以数据传输说明）

重点：

P0口是时分复用，先发送地址，再发送数据

Input:

P0.x=0内部总线=0

P0.x=1内部总线=1

四个并行口的总结

1.P0口为三态双向口，负载能力为8个TTL电路，P1~P3口为准双向口（用作输入时，口线被拉成高电平，故称为准双向口），负载能力为4个TTL电路。

2.在作为一般输入时，都必须先向锁存器写入‘1’，使驱动管截止；

（复位后：

（P0－P3）=（FFH）进行读操作时，这四个双向口皆处于输入口）

3.读入时，分为读引脚和读锁存器两种

（1）读引脚：

是读外部接口的电平信号，读引脚信号有效。

MOVA，P1

（2）读锁存器：

是将接口锁存器的Q端信号读回，写锁存器信号有效。

读锁存器指令主要用于读—修改—写指令。

如下列这些指令：

ANLP1,A

XRLP3,A

INCP2

4.四个I/O口在实际使用中，一般遵循以下用法：

P0口一般做系统扩展地址低8位/数据复用口；

P1口一般做I/O扩展口；

P2口做系统扩展地址高8位和I/O口扩展的地址译码用；

P3口做中断输入、定时输出、串行通用口使用。

（二）并行I/O口的扩展

一、简单并行I/O接口的扩展（见P168图8-9）

（P2.0=0时，同时选中273、244两个口）

二、可编程I/O接口的扩展---8155

（说明：

此部分内容放至存储器扩展部分再讲述）

第三部分存储器

存储器（Memory）：

程序存储器（ROM）和数据存储器（RAM）两种。

ROM：

断电后存储在里面的数据不会丢失，用来存储程序代码；需采用特殊方法进行擦除。

1.EPROM2.EEPROM3.FLASH

RAM：

断电后存储在里面的数据会丢失；

8051芯片内含有4KB的ROM，256B的RAM（128B用户RAM，128B系统RAM）。

当需要更多的ROM或RAM时，需要连接外部的ROM或外部的RAM。

一、各种存储器之间的数据传送

1.ROM送至片内RAM（MOVC,MOV）

应用举例：

已知'A','B','C','D','E'存储在程序储器中，程序存储器的首地址为500H，编写一汇编程序，依次将这些数据读出，送入内部数据存储器，内部数据存储器首地址为30H。

ORG500H

fDATA:

DB'A','B','C','D','E'

ORG0000H

Reset:

LJMPMain

ORG0050H

Main:

MOVR0,#5

MOVR1,#30H

MOVDPTR,#fDATA

SLOOP:

MOVA,#0

MOVCA,@A+DPTR

MOV@R1,A

INCDPTR

INCR1

DJNZR0,SLoop

STOP:

LJMPSTOP

END

2.片内ROM送至片外RAM（MOVC,MOV,MOVX）

应用举例：

已知'A','B','C','D','E'存储在程序储器中，程序存储器的首地址为500H，编写一汇编程序，依次将这些数据读出，送入外部数据存储器，外部数据存储器的首地址为2000H。

ORG500H

fDATA:

DB'A','B','C','D','E'

ORG0000H

Reset:

LJMPMain

ORG0050H

Main:

MOVR2,#0

SendLoop:

MOVDPTR,#fDATA

MOVA,R2

MOVCA,@A+DPTR

MOVDPH,#20H

MOVDPL,R2

MOVX@DPTR,A

INCR2

CJNER2,#5,SendLoop

STOP:

LJMPSTOP

END

3.片内RAM送至片内RAM

应用举例：

将位于片内RAM的30H处开始存放的10个数据依次传送至片内RAM的40H处开始存放。

（略）

4.片内RAM送至片外RAM

应用举例：

将位于片内RAM的30H处开始存放的10个数据依次传送至片外RAM的0030H处开始存放。

（略）

5.片外RAM送至片内RAM（略）

应用举例：

将位于片外RAM的0030H处开始存放的10个数据依次传送至片内RAM的30H处开始存放。

（略）

6.片外RAM送至片外RAM

应用举例：

将位于片外RAM的0030H处开始存放的10个数据依次传送至片外RAM的3000H处开始存放。

ORG0000H

Reset:

LJMPMain

ORG0050H

Main:

MOVR2,0

SendLoop:

MOVDPTR,#0030H

MOVA,DPL

ADDA,R2

MOVDPL,A

MOVXA,@DPTR

MOVDPTR,#3000H

MOVA,DPL

ADDA,R2

MOVDPL,A

MOVX@DPTR,A

INCR2

CJNER2,#10,SendLoop

STOP:

LJMPSTOP

END

综合应用

1.从内部RAM30H单元开始，有10个单字节数据。

试编一个程序，把其中的正数、负数分别送40H和50H开始的内部RAM单元。

MOVR0，#30H

MOVR1，#40H

MOVA，#50H

MOVR7，#10

LOOP：

MOV20H，@R0

JB20H.7，FSHU

ZSHU：

MOV@R1，20H

INCR1

SJMPNEXT

FSHU：

XCHA，R1

MOV@R1，A

XCHA，R1

INCA

NEXT：

INCR0

DJNZR7，LOOP

END

2.将外部RAM的2000H~4FFFH区域之间的所有单元清零。

MOVDPTR，#2000H

LOOP：

CLRA

MOVX@DPTR，A

INCDPTR

MOVA,DPH

CJNZA，#50H,LOOP

END

3.设逻辑运算表达式为

，其中A，B，C分别为P1.0、P1.1、P1.2，D、E、F分别为内部RAM的22H.0、22H.3，22H.5，输出变量Y为P1.5,试编写一程序以软件的方法实现上述逻辑功能。

ABITP1.0

BBITP1.1

DBIT22H.0

EBIT22H.3

FBIT22H.5

YBITP1.5

MOVC,F

CPLC

ORLC,E

ANLC,D

CPLC

MOVD,C

MOVC,P1.2

CPLC

ORLC,B

CPLC

ANLC,A

ORLC,D

MOVY,C

END

难点：

熟练各种寻址方式的应用

1.立即寻址　2.寄存器寻址　3.直接寻址4.寄存器间接寻址5.变址寻址　6.相对寻址7.位寻址

二、存储器的扩展

MCS-51可以扩展64KB的外部的程序存储器和64KB的外部数据存储器。

外部数据存储空间可以作为扩展外围I/O的地址空间，这样，单片机就可以像访问外部RAM存储器那样访问外部接口芯片，对其进行读/写操作。

这些外部芯片必须从属于主机，受主机支配和指挥。

因此，主机与各外部扩展的器件之间必须互相连接，沟通信息。

连接各扩展部器件的公共信息线称为总线。

1.线性选择法：

将空余的地址总线（即除去存储器容量所占用的地址总线外）中的某一根地址线（通常是P2口的某—根线）接到外围芯片的片选端上，只要该地址线为低电平，就选中该芯片。

各芯片的地址空间

若将6116的F001H单元的内容读到内部RAM20H单元，可执行以下程序：

MOVDPTR,#0F001H

MOVXA,@DPTR

MOV20H,A

2.全地址译码法

将低位地址线作为芯片的片内地址（取外部电路中最大的地址线位数），用译码器对高位地址线进行译码，译出的信号作为片选线。

一般采用74LSl38作地址译码器。

如果译码器的输入端占用三根最高位地址线，则剩余的13根地址线可作为片内地址线，因此，译码器的8根输出线分别对应于一个8K字节的地址空间。

各芯片的地址空间

说明：

全地址译码法比线性选择法更节省引脚资源

综合应用题

第1题：

某一系统，采用8031单片机，需外扩16KB容量的程序存储器（提供2764、373、逻辑电路）要求a）画出扩展后的连接图。

b）写出这16KB的地址范围。

2764

（1）地址：

0000H——1FFFH2764

（2）地址：

2000H——3FFFH

第2题

1.下图中外部扩展的数据存储器容量是多少？

（2分）

2.三片6264的地址范围分别是多少？

（地址线未用到的位填1）（6分,）

3.若外部程序存储器已扩展（未画出），请编写程序，要求：

将62642#的前32个单元的内容送入40H~5FH中；（6分）

解:

1.外部扩展的数据存储器为3片8K的RAM，总共外扩容量为24K

2.A15A14A13地址范围

6264#10116000H~7FFFH

6264#2101A000H~BFFFH

6264#3110C000H~DFFFH

3．程序如下：

ORG0000H

RESET：

AJMPMAIN；转主程序

ORG0100H

MAIN：

MOVDPL#00H；初始化DPTR

MOVDPH,#0A0H

MOVR0,#40H;初始化R0

LOOP:

MOVXA,@DPTR

MOV@R0,A

INCDPTR

INCR0

CJNER0,#60H,LOOP

RET

第四部分中断与定时器

（一）中断

一、中断的概念

1.“中断”

中断是指计算机在执行程序的过程中，由于计算机系统内、外的某种原因使CPU暂时停止当前程序的执行，而转去处理该突发事件服务，处理完毕后，再返回原程序继续执行的过程。

2.中断技术的优点：

（1）提高了CPU的工作效率

（2）使CPU能及时处理实时测控现场中许多随机的参数和信息。

（3）使CPU具有了处理故障的能力，提高了系统可靠性。

3.几个概念：

（1）中断服务程序

（2）中断请求（3）断点

（4）响应中断（5）中断返回（6）中断优先级（7）中断嵌套

（8）中断源（9）中断矢量（中断程序入口地址）

8051单片机的有5个中断源以及对应的中断入口地址：

INT0：

0003H

T0：

000BH

INT1：

0013H

T1：

001BH

串行中断：

0023H

二、与中断控制有关的寄存器（主要有4个寄存器）

1.中断源的中断请求标志TCON：

TF1：

定时器T1的溢出中断请求标志位。

TF0：

定时器T0的溢出中断请求标志位。

IE1：

外部中断1的中断请求标志位。

IT1：

外部中断的中断触发方式控制位。

IE0：

外部中断的中断请求标志位，

IT0：

外部中断0的中断触发方式控制位。

2.中断允许控制IE与串行口控制寄存器SCON

EA：

中断允许总控制位。

ES：

串行口中断允许位。

ET1：

定时器／计数器T1的溢出中断允许位。

EX1：

外部中断1中断允许位。

ET0：

定时器／计数器T0的溢出中断允许位。

EX0：

外部中断0中断允许位

SCON：

其低2位TI和RI锁存串行口的接收中断和发送中断。

3.中断优先级控制寄存器IP：

IP中各位的含义（为1时是高优先级，为0时是低优先级）：

PS：

串行口中断优先级控制位。

PT1：

定时器/计数器T1中断优先级控制位。

PX1：

外部中断中断优先级控制位。

PT0：

定时器/计数器T0中断优先级控制位。

PX0：

外部中断中断优先级控制位。

同一级优先级从高到低的顺序为：

INT0，T0，INT1，T1，串行口。

三、中断响应的条件：

1.有中断源发出中断请求；

2.中断总允许位EA=1，即CPU开中断；

3.申请中断的中断源的中断允许控制位为1，即中断没被屏蔽；

4.无同级或更高级中断正在被服务；

5.当前的指令周期已经结束。

INT0,INT1外部中断应用举例

如下图所示，要求将开关所设的数据读入单片机内，并依次通过P1.0～P1.3驱动发光二极管。

现要求采用外部中断边沿触发方式。

ORG0000H

RESET:

AJMPMAIN

ORG0003H

AJMPINT0_ISR

ORG0050H；主程序

MAIN：

SETBIT0

SETBEX0

SETBEA；CPU开中断

HERE：

SJMPHERE；等待中断

ORG0200H

INT0_ISR：

MOVA，#0F0H

MOVP1，A

MOVA，P1

SWAPA

MOVP1，A

RETI

END

（二）定时器

一、定时电路系统

二、与定时有关的寄存器

1.定时器方式寄存器TMOD

M1.M0：

工作方式选择位，有4种工作方式

M1M0=00时，定时方式0，是一个13位计数器，由TL0的低5位和TH0的8位所构成。

M1M0=01时，定时方式1，是一个16位计数器，由TH0（高8位）和TL0（低8位）构成

M1M0=10时，定时方式2，是一个能自动恢复初值的8位定时器／计数器。

M1M0=11时，只有定时器T0被选择为工作方式３，它被拆分成２个独立的８位计数器TL0和TH0。

C/T：

0-定时，1-计数

GATE：

0-由软件控制TR0或TR1位启动定时器工作

1-由中断引脚（P3.2）和（P3.3）输入电平分别控制T1或T0的运行。

2.定时器控制寄存器TCON

TF1：

定时器T1溢出标志。

TR1：

定时器T1的运行控制位，由软件置位或复位。

TR1＝1，允许T1计数；当TR1＝0，禁止T1计数。

TF0：

定时器T0溢出标志，其含义与TF1类同

TR0：

定时器T0的运行控制位，其含义与TR1类同。

3.TH0，TL0，TH1和TL1

三、定时时间的计算

定时器的定时时间t为：

t＝（2x－T0初值）×机器周期T

＝（2x－T0初值）×时钟周期×12

注：

X根据定时器的工作方式0~3分别取13或16或8

例1：

假设8051单片机晶振频率为12MHz，定时器T0初值为912（即0390H），当T0工作在方式0时的定时时间是多少？

解：

由上述公式可得：

定时时间

t＝（213－912）×1/12MHz×12＝8000s＝8ms

例2：

假设8051单片机晶振频率为12MHz，所需定时时间为250s，当T0工作在方式0时T0计数器的初值是多少？

解：

由定时时间t＝（213－T0初值）×机器周期T，可得：

T0初值＝213－定时时间t/机器周期T＝213－250s/1s＝8192－250＝7942D＝1111100000110B。

十六进制表示，高8位为0F8H，低5位为06H。

其中高8位放入TH0，即TH0＝0F8H；低5位放入TL0，即TL0＝06H。

---------------------------------------------------------------------

T0,T1定时/计数器应用举例

（一）计数器应用举例（略，参见真题分析）

（二）定时器应用举例

1.查询方式实现

（1）设8051单片机晶振频率为12MHz，使用定时器T1以方式0产生周期为500s的等宽正方波连续脉冲，并由P1.0输出。

（用查询方式）

解：

设待求的计数初值为X，则：

（213－X）×1s＝250s

得：

X＝7942D＝1111100000110B。

其中高8位放入TH1，即TH1＝0F8H；低5位放入TL1，即TL1＝06H。

TMOD寄存器初始化：

T1工作在方式0，用TR1为定时功能，故TMOD=00H。

ORG0000H

MOVTMOD,#00H

MOVTH1，0F8H

MOVTL1，06H

CLREA

SETBTR1

SETBTR1

LOOP:

JNBTF1，LOOP

CPLP1.0

MOVTH1，0F8H

MOVTL1，06H

CLRTF1

AJMPLOOP

（2）试编写程序将内部RAM以30H为起点地址的X个数传送到外RAM以BUF为起点地址的区域，要求每隔500ms传送一个数据，设8031型单片机的时钟频率为6MHz。

（略）

2.中断方式实现.

设单片机的系统时钟频率为12MHz，试编程输出频率为100KHZ，占空比为2：

10的矩形波。

解：

信号频率为100KHz，则周期为1/100kHz=10s，占