最完整全面的单片机总复习全书所有重点大归纳总结.docx
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最完整全面的单片机总复习全书所有重点大归纳总结
单片机的全称为单片微型计算机。
从应用领域来看,单片机主要用于控制,所以又称为微控制器或嵌入式控制器。
单片机组成框图：
CPU+ROM/RAM+I/O接口+实时控制器件=单片机
比微机多了实时控制器件
8位单片机是市场的主流产品
单片机的特点
（1）单片机的存储器ROM和RAM是严格区分的。
ROM程序存储器,只存放程序、固定常数及数据表格。
RAM为数据存储器,用作工作区及存放用户数据。
（2）采用面向控制的指令系统。
（3）单片机的I/O引脚通常是多功能的。
引脚处于何种功能,可由指令来设置或由机器状态来区分。
（4）单片机的外部扩展能力很强。
MCS51单片机主要产品
8031，8032：
没有ROM，RAM128字节
8051,8751:
4K的ROM，128字节的RAM
8052:
8K的ROM，256字节的RAM
51单片机的引脚（看图P18,19）
引脚功能分类：
用户I/O，控制总线（CB），地址总线（AB），数据总线（DB），主电源引脚（Vcc，Vss）
PSEN:
片外程序存储器读选通信号输出端,低电平有效。
EA/Vpp:
EA为片外程序存储器选用端。
该引脚有效（低电平）时,只选用片外程序存储器,否则单片机上电或复位后选用片内程序存储器。
ALE/PROG:
地址锁存有效信号输出端。
RST/Vpd:
RST即RESET,VPD为备用电源,该引脚为单片机的上电复位或掉电保护端。
微处理器又称CPU,是单片机内部的核心部件,它决定了单片机的主要功能特性。
CPU由运算部件和控制部件两大部分组成。
运算部件是以算术逻辑单元ALU为核心,再加上累加器ACC、寄存器B、暂存器、程序状态字PSW等部件而构成的。
程序状态字PSW是一个8位标志寄存器,它保存指令执行结果的特征信息,以供程序查询和判别。
PSW.7→CPSW.3→RS0
PSW.6→ACPSW.2→OV
PSW.5→F0PSW.1→
PSW.4→RS1PSW.0→P
进位标志位C（PSW.7）:
在执行某些算术操作类、逻辑操作类指令时,可被硬件或软件置位或清零。
它表示运算结果是否有进位或借位。
如果在最高位有进位（加法时）或有借位（减法时）,则C=1,否则C=0。
辅助进位（或称半进位）标志位AC（PSW.6）:
它表示两个8位数运算,低4位有无进/借位的状况。
当低4位相加（或相减）时,若D3位向D4位有进位（或借位）时,则AC=1,否则AC=0。
在BCD码运算的十进制调整中要用到该标志
用户自定义标志位F0（PSW.5）:
用户可根据自己的需要对F0赋予一定的含义,通过软件置位或清零,并根据F0=1或0来决定程序的执行方式。
工作寄存器组选择位RS1、RS0（PSW.4、PSW.3）:
可用软件置位或清零,用于选定当前使用的4个工作寄存器组中的某一组
溢出标志位OV（PSW.2）:
做加法或减法时,由硬件置位或清零,以指示运算结果是否溢出。
OV=1反映运算结果超出了累加器的数值范围（无符号数的范围为0～255）,以补码形式表示一个有符号数的范围为（-128～+127）。
奇偶标志位P（PSW.0）:
在执行指令后,单片机根据累加器A中1的个数的奇偶性自动给该标志置位或清零。
若A中1的个数为奇数,则P=1,否则P=0。
该标志对串行通信的数据传输非常有用,通过奇偶校验可检验传输的可靠性。
CPU时序
计算机在执行指令时,是将一条指令分解为若干基本的微操作,这些微操作所对应的脉冲信号在时间上的先后次序称为计算机的时序。
51单片机的时序由四种周期构成,即振荡周期、状态周期、机器周期和指令周期。
1个机器周期=6S（状态周期或时钟周期）=12个振荡周期（P）
6MHZ晶振时，振荡周期P=1/6us，机器周期=1/6*12=2us
12MHZ时，P=1/12us,机器周期=1/12*12=1us单周期指令，双周期指令为2us
程序的入口地址
程序地址空间原则上可由用户任意安排,但复位和中断源的程序入口地址在51系列单片机中是固定的,用户不能更改。
51单片机复位、中断入口地址：
复位：
0000H定时器/计数器0溢出：
000BH
外部中断0：
0003H定时器/计数器1溢出：
001BH
外部中断1：
0013H定时器/计数器2溢出：
002BH
串行口中断：
0023H
访问程序存储器是用PESN信号选通,而访问片外数据存储器时,由RD信号（读）和WR信号（写）选通。
片内数据存储器共分为工作寄存器区、位寻址区、数据缓冲区3个区域。
工作寄存器分成4组,每组都有8个寄存器,用R0~R7来表示。
程序中每次只用1组,其它各组不工作。
使用哪一组寄存器工作由程序状态字PSW中的PSW.3（RS0）和PSW.4（RS1）两位来选择
位寻址区访问的是比特，其他访问的是字节
特殊功能寄存器的名称、表示符、地址
P0口：
P080H电源控制：
PCON
堆栈指针：
SP81H串行数据缓冲器：
SBUF
数据指针低字节：
DPL82H串行控制：
SCON
数据指针高字节：
DPH83H中断允许控制：
IE
定时器/计数器控制：
TCON88H中断优先级控制：
IP
定时器/计数器方式：
TMOD89H程序状态字：
PSW
定时器/计数器0低字节：
TL0累加器：
A
定时器/计数器1低字节：
TL1B累加器：
B
定时器/计数器0高字节：
TH0
定时器/计数器1低字节：
TH1
51系列单片机有4个8位并行输入/输出接口:
P0、P1、P2和P3口。
这4个口既可以并行输入或输出8位数据,又可以按位使用,即每1位均能独立作输入或输出用。
P0口是一个三态双向口,可作为地址/数据分时复用口,也可作为通用I/O接口。
P0口作为通用I/O口使用时,是准双向口。
输入数据时，应先人为地把口置1（写1，使场效应管V1和V2截止），才可作高阻输入
P1口为准双向口，只有通用I/O接口一种功能。
P2口也是准双向口，它具有通用I/O接口或高8位地址总线输出两种功能。
P3口除了可作为通用准双向I/O接口外,每一根口线还具有第二功能。
定时器/计数器
计数器主要用于外部事件的计数。
定时器/计数器有多种方式,可以是计数方式,也可以是定时方式。
定时器/计数器的计数值是可变的,当然计数的最大值是有限的,这取决于计数器的位数。
计数的最大值也就限定了定时的最大值。
（要会计算最小定时单位等）
在到达设定的定时或计数值时发出中断申请,以便实现定时控制。
51单片机（51子系列）内带有两个16位定时器/计数器T0和T1,它们均可作为定时器或计数器使用。
由加法计数器、TMOD寄存器、TCON寄存器等组成。
定时器/计数器T0、T1都有4种工作方式,可通过对TMOD编程设置来选择
（TMOD图见P33）
定时器/计数器工作方式
M1，M0：
00，方式0，13位定时器/计数器
01，方式1，16位定时器/计数器
10，方式2，具有自动重装初值的8位定时器/计数器
11，方式3，两个8位定时器/计数器
方式0：
计数值N=2^13-x=8192-x范围1~8192
（THX，TLX的初值，即初值=8192-要求的值）
定时时间T=N×Tcy=（8192-x）Tcy
方式1：
N=2^16-x=65536-x计数范围为1~65536
T=N×Tcy=（65536-x）Tcy定时范围1~65536μs。
方式2：
N=28-x=256-x计数范围为1~256
T=N×Tcy=（256-x）Tcy定时范围为1~256μs（方式3：
同2）
中断
是指CPU对系统中或系统外发生的某个事件的一种响应过程,即CPU暂时停止现行程序的执行,而自动转去执行预先安排好的处理该事件的服务子程序;当处理结束后,再返回到被暂停程序的断点处,继续执行原来的程序。
中断优先级的控制形成了中断嵌套。
51单片机的中断源有两个用户可控的中断优先级,从而可实现二级中断嵌套。
中断系统遵循如下三条规则:
（看）
●正在进行的中断过程不能被新的同级或低优先级的中断请求所中断,一直到该中断服务程序结束,返回了主程序且执行了主程序中的一条指令后,CPU才响应新的中断请求。
●正在进行的低优先级中断服务程序能被高优先级中断请求所中断,实现两级中断嵌套。
●CPU同时接收到几个中断请求时,首先响应优先级最高的中断请求。
复位状态
51系列单片机的复位引脚RST上只要出现10ms以上的高电平,单片机就会实现复位。
51单片机复位状态表
寄存器/复位状态
PC0000HTCON00H
A00HT2CON00H
B00HTH000H
PSW00HTL000H
SP07HTH100H
DPTR0000HTL100H
P0~P3FFHSCON00H
指令与指令系统
指令是使计算机内部执行相应动作的一种操作,是提供给用户编程使用的一种命令。
指令由构成计算机的电子器件特性所决定,计算机只能识别二进制代码,以二进制代码来描述指令功能的语言,称之为机器语言。
由于机器语言不便于人们识别、记忆、理解和使用,因而给每条机器语言指令赋予助记符号来表示,这就形成了汇编语言。
指令一般有功能、时间和空间三种属性。
功能属性是指每条指令都对应一个特定的操作功能;时间属性是指一条指令执行所用的时间,一般用机器周期来表示;空间属性是指一条指令在程序存储器中存储时所占用的字节数。
51单片机指令系统具有功能强、指令短、执行快等特点,共有111条指令。
寻址方式
CPU执行一条指令时怎样找到该指令所要求的操作数的方式。
51系列单片机有7种寻址方式:
立即寻址、寄存器寻址、寄存器间接寻址、直接寻址、基址寄存器加变址寄存器间接寻址、相对寻址和位寻址。
（分别能认出来）
立即寻址：
MOVA,#data等
寄存器寻址：
MOVA,Rn/R0
寄存器间接寻址：
MOVA,@Ri等
直接寻址：
MOVA,40H或MOVA,P0
基址寄存器加变址寄存器间接寻址（变址寻址）：
MOVCA,@A+DPTR/PC
相对寻址,位寻址。
。
。
算术运算结果将影响进位标志CY、半进位标志AC、溢出标志OV。
加减法运算结果将影响CY、AC、OV,乘除运算只影响CY、OV。
只有加1（INC）和减1（DEC）指令不影响这三种标志。
奇偶标志P要由累加器A的值来确定。
逻辑操作指令的特点是不影响程序状态字寄存器PSW中的算术标志位。
只有带进位CY循环移位指令才影响CY。
所有逻辑运算均按位进行。
伪指令不要求计算机做任何操作,也没有对应的机器码,不产生目标程序,不影响程序的执行,仅仅是一些能够帮助进行汇编的指令。
它主要用来指定程序或数据的起始位置,给出一些连续存放数据的地址,为中间运算结果保留一部分存储空间,以及表示源程序结束等。
最小应用系统
所谓最小系统,是指一个真正可用的单片机最小配置系统。
对于片内带有程序存储器的单片机,只要在芯片上外接时钟电路和复位电路就能达到真正可用,这就是一个最小系统,对于片内不带有程序存储器的单片机来说,除了在芯片上外接时钟电路和复位电路外,还需外接程序存储器,才能构成一个最小系统。
系统扩展的基本方法:
一般来讲,所有与计算机扩展连接的芯片的外部引脚线都可以归为三总线结构。
扩展连接的一般方法实际上是三总线对接,要保证单片机和扩展芯片协调一致地工作,即要共同满足其工作时序。
不论何种存储器芯片,其引脚都呈三总线结构,与单片机的连接都是三总线对接。
另外,电源线应接在对应的电源线上。
一般来说,程序存储器具有读操作控制线（OE）,它与单片机的PSEN信号线相连。
单片机的高位地址线总有剩余。
剩余地址线一般作为译码线,译码输出与存储器芯片的片选信号线相接。
单片机的剩余高位地址线的译码及译码输出与存储器芯片的片选信号线的连接,是存储器扩展连接的关键问题。
部分译码法和全译码法。
部分译码，就是存储器芯片的地址线与单片机系统的地址线顺次相接后,剩余的高位地址线仅用一部分参加译码。
参加译码的地址线对于选中某一存储器芯片有一个确定的状态,而与不参加译码的地址线无关。
部分译码的一种特例是线译码。
所谓线译码,就是直接用一根线与存储器芯片的片选信号相接,即一根线选中。
有N条高位地址线不参加译码,则有2^N个重叠的地址范围。
重叠的地址范围中真正能存储信息的只有一个,其余仅是占据,所以造成浪费,
全译码,就是存储器芯片的地址线与单片机系统的地址线顺次相接后,剩余的高位地址线全部参加译码。
这种译码方法中,存储器芯片的地址空间是唯一确定的,但译码电路相对复杂。
在单片机应用系统中,为了控制系统的工作状态以及向系统输入数据,应用系统应设有按键或键盘。
按键的合断都存在一个抖动的暂态过程。
这种抖动的暂态过程大约经过5~10ms的时间,人的肉眼是觉察不到的,但对高速的CPU是有反应的,可能产生误处理。
为了保证键动作一次,仅作一次处理,必须采取措施以消除抖动。
消除抖动的措施有两种:
硬件消抖和软件消抖。
硬件消除抖动可用简单的R-S触发器或单稳电路构成。
软件消除抖动是用延时来躲过暂态抖动过程。
A/D转换器
在单片机测控应用系统中,被采集的实时信号有许多是连续变化的物理量。
由于计算机只能处理数字量,因此需要将连续变化的物理量转换成数字量,即A/D转换。
A/D转换器的主要技术指标。
量化间隔：
△=满量程输入电压/（2^-1）≈满量程输入电压/2^n
n为A/D转换器的位数。
量化误差有两种表示方法:
一种是绝对误差,另一种是相对误差。
绝对误差=量化间隔/2=△/2
绝对误差=1/2^（n+1）×100℅
D/A转换器
是单片机应用系统与外部模拟对象之间的一种重要控制接口。
单片机输出的数字信号必须经D/A转换器变换成模拟信号后,才能对控制对象进行控制。
分辨率是D/A转换器对输入量变化敏感程度的描述。
D/A转换器的分辨率定义为:
当输入数字量发生单位数码变化时,即LSB位产生一次变化时,所对应输出模拟量的变化量。
分辨率Δ=模拟量输出的满量程值/2^n
（n为输入数字量输出的位数
在实际使用中,分辨率高低的更常用的表示方法是采用输入数字量的位数或最大输入码的个数。
例如,8位二进制D/A转换器,其分辨率为8位,Δ=1/256=0.39%;BCD码输入的用其最大输入码个数表示,例如4字位9999D/A转换器,其分辨率为Δ=1/9999=0.01%。
显然,位数越多,分辨率越高。
建立时间是描述D/A转换速度快慢的一个重要参数。
一般所指的建立时间是输入数字量变化后,模拟输出量达到终值误差±LSB/2（最低有效位）时所经历的时间。
根据建立时间的长短,把D/A转换器分成以下几档:
超高速<100ns
较高速1μs～100ns
高速10μs～1μs
中速100μs～10μs
低速≥100μs）
单片机应用系统的一般硬件组成
由于单片机主要用于工业测控,因而其典型应用系统应包括单片机系统,用于测控目的的前向传感器输入通道、后向伺服控制输出通道以及基本的人机对话通道。
大型复杂的测控系统是一个多机系统,还包括机与机之间进行通信的相互通道。
前向通道是单片机与测控对象相连的部分,是应用系统的数据采集输入通道。
数字量检测（光电隔离）
模拟量检测（A/D）
开关量检测（光电隔离）
A/D转换器:
是前向通道中模拟系统与数字系统连接的核心部件。
特点:
（1）与现场采集对象相连,是现场干扰进入的主要通道,是整个系统抗干扰设计的重点部位。
（2）由于所采集的对象不同,故有大量的、形式多样的信号变换调节电路。
（3）前向通道是一个模拟、数字混合电路系统,其电路功耗小,一般没有功率驱动要求。
后向通道是应用系统的伺服驱动通道。
开关量控制（光电隔离）
伺服驱动控制（D/A）
特点:
（1）后向通道是应用系统的输出通道,大多数需要功率驱动。
（2）靠近伺服驱动现场,伺服控制系统的大功率负荷易从后向通道进入单片机系统,故后向通道的隔离对系统的可靠性影响很大。
（3）根据输出控制的不同要求,后向通道电路多种多样。
相互通道是解决计算机系统间相互通信的接口。
人机通道是用户为了对应用系统进行干预以及了解应用系统运行状态所设置的对话通道,。
键盘
显示器（打印机。
。
。
）
特点:
（1）应用系统中的人机对话通道以及人机对话设备的配置都是小规模的。
（2）单片机应用系统中,人机对话通道及接口大多采用内总线形式,与计算机系统扩展密切相关。
（3）人机通道接口一般都是数字电路,电路结构简单,可靠性好。
通用外设←→EPROM程序存储器，RAM数据存储器，I/O接口
硬件系统设计原则
单片机应用系统的硬件电路设计包括两部分内容:
一是单片机系统扩展,即单片机内部的功能单元的容量不能满足应用系统的要求时,必须在片外进行扩展,选择适当的芯片,设计相应的扩展连接电路;二是系统配置,即按照系统功能要求配置外围设备,设计合适的接口电路。
（1）尽可能选择典型通用的电路,并符合单片机的常规用法,为硬件系统的标准化、模块化奠定良好的基础。
（2）系统的扩展与外围设备配置的水平应充分满足应用系统当前的功能要求,并留有适当余地,便于以后进行功能的扩充。
（3）硬件结构应结合应用软件方案一并考虑。
硬件结构与软件方案会产生相互影响,考虑的原则是:
软件能实现的功能尽可能由软件实现,即尽可能地以软件代硬件,以简化硬件结构,降低成本,提高可靠性。
（4）整个系统中相关的器件要尽可能做到性能匹配。
如果系统中相关的器件性能差异很大,则系统综合性能将降低,甚至不能正常工作
（5）可靠性及抗干扰设计是硬件设计中不可忽视的一部分。
（6）单片机外接电路较多时,必须考虑其驱动能力。
解决的办法是增强驱动能力,增加总线驱动器或者减少芯片功耗,降低总线负载。
应用软件设计的特点
应用软件是根据系统功能设计的,应可靠地实现系统的各种功能。
（1）软件结构清晰、简捷,流程合理。
（2）各功能程序实现模块化、系统化,这样既便于调试连接,又便于移植、修改和维护。
（3）程序存储区、数据存储区规划合理,既能节约存储容量,又能给程序设计与操作带来方便。
（4）运行状态实现标志化管理。
（5）经过调试修改后的程序应进行规范化,除去修改“痕迹”。
（6）实现全面软件抗干扰设计。
软件抗干扰是计算机应用系统提高可靠性的有力措施。
（7）为了提高运行的可靠性,在应用软件中设置自诊断程序,在系统运行前先运行自诊断程序,用以检查系统各特征参数是否正常。
系统调试
包括软件调试、硬件调试及软、硬件联调。
根据调试环境的不同,系统调试又分为模拟调试与现场调试。
它们都是为了查出用户系统中潜在的错误。
硬件调试可分静态调试与动态调试两步进行。
静态调试：
目测，万用表测试，加电检查
动态调试的一般方法是由近及远、由分到合。
软件调试的一般方法是先独立后联机、先分块后组合、先单步后连续。
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