单片机原理及应用期末考试必考知识点重点总结.docx
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单片机原理及应用期末考试必考知识点重点总结
单片机概述：
单片机是微单片微型计算机的简称，微型计算机的一种。
它把中央处理器（CPU）,随机存储器（RAM）,只读存储器（ROM），定时器计数器以及1\0接口，串并通信等接口电路的功能集成与一块电路芯片的微型计算机。
字长：
在计算机中有一组二进制编码表示一个信息，这组编码称为计算机的字，组成字的位
数称为字长”字长标志着精度，MCS-51是8位的微型计算机。
89c51是8位（字长）单片机（51系列为8位）
单片机硬件系统仍然依照体系结构：
包括CPU（进行运算、控制）、RAM（数据存储器）、
ROM（程序存储器）、输入设备和输出设备、内部总线等。
由于一块尺寸有限的电路芯片实现多种功能，所以制作上要求单片机的高性能，结构简单，
工作可靠稳定。
单片机软件系统包括监控程序，中断、控制、初始化等用户程序。
—般编程语言有汇编语言和C语言，都是通过编译以后得到机器语言（二进制代码）
1.1单片机的半导体工艺
一种是HMOS工艺，高密度短沟道MOS工艺具有高速度、高密度的特点；
另一种是CHMOS工艺，互补金属氧化物的HMOS工艺，它兼有HMOS工艺的特点还具有
CMOS的低功耗的特点。
例如：
8051的功耗是630mW,80C51的功耗只有110mW左右。
1.2开发步5骤：
1.设计单片机系统的电路
2.利用软件开发工具（如：
Keilc51）编辑程序，通过编译得到.hex的机器语言。
3.利用单片机仿真系统（例如：
Protus）对单片机最小系统以及设计的外围电路，进行模拟的硬软件联合调试。
4.借助单片机开发工具软件（如：
STC_ISP下载软件）读写设备将仿真中调试好的.hex程序
拷到单片机的程序存储器里面。
5.根据设计实物搭建单片机系统。
2.1MCS-51单片机的组成：
（有两个定时器）
CPU（进行运算、控制卜RAM（数据存储器）、ROM（程序存储器）、I/O口（串口、并口）、内部总线和中断系统等。
工作过程框图如下：
组成：
8位算术逻辑运算单元ALU
8位寄存器B、程序状态字寄存器
TMP2等。
功能：
完成算术运算和逻辑运算
控制器
组成：
程序计数器PC、指令寄存器IR、指令译码器ID、堆栈指针SP、数据指针DPTR、定时控制逻辑和振荡器OSC等电路。
功能：
CPU根据PC中的地址将欲执行指令的指令码从存储器中取出，存放在IR中，ID对
IR中的指令码进行译码，定时控制逻辑在OSC配合下对ID译码后的信号进行分时，以产
生执行本条指令所需的全部信号。
2.2存储器
MCS-51的存储器可分为程序存储器和数据存储器，又有片内和片外之分。
（1）程序存储器
HFFFH
OFFfII
内部
UFPFH
外部
程序
存储魁
（你三til）
OOOOII
届=0）
町字牡Jilt亦叩位；3址
（2）数据存储器
一般将随机存储器（
可分为片内和片外两部分。
片外访问。
片内RAM
RAM）
可寻址空间为
64KB。
MCS-51数据存储器
128B（00〜7FH）
如图所示。
2.3定时器/计数器
用做数据存储器。
RAM:
最大范围：
0000H〜FFFFH,64KB;用指令MOVX
:
最大范围：
00H〜FFH,256B;用指令MOV访问。
又分为两部分：
低为真正的RAM区，高128B（80〜FFH）为特殊功能寄存器（SFR）区。
（TLO,THO,TL1禾RTH1）
1000H
外部税序存储器
4殂述川寄存》刚》~代予也町柞：
hamWH]
量邯可伦；7111:
处怔亍字节
64KB，用于存放用户程序、
ROM型（如8031）和内部
引脚有区别。
程序存储器结构如图所示：
一般将只读存储器（ROM）用做程序存储器。
可寻址空间为数据和表格等信息。
MCS-51单片机按程序存储器可分为内部无有ROM型（如8051）两种，Ea连接时
MCS-51单片机中有两个16位的定时器/计数器T0和T1,它们由4个8位寄存器（TL0,TH0,TL1和TH1）组成，2个16位定时器/计数器是完全独立的。
可以单独对这4个寄存器进行寻址，但不能把T0和T1当做16位寄存器来使用。
T0和T1的计数脉
T1的计数脉冲可以从
TMOD和定时器控制
8051内部有两个16位可编程序的定时器/计数器，均为二进制加1计数器，分别命名为T0和T1。
T0和T1均有定时器和计数器两种工作模式。
在定时器模式下，冲可以由单片机时钟脉冲经12分频后提供。
在计数器模式下，T0和
P3.4和P3.5引脚上输入。
对T0和T1的控制由定时器方式选择寄存器寄存器TCON完成
2.4中断系统
并在服务完后
中断：
指CPU暂停原程序执行，转而为外部设备服务（执行中断服务程序）
返回到原程序执行的过程。
中断系统：
指能够处理上述中断过程所需要的硬件电路。
中断源：
指能产生中断请求信号的源泉。
8051可处理5个中断源（2个外部，3个内部）发出的中断请求，并可对其进行优先权处理。
外部中断的请求信号可以从P3.2,边沿两种触发方式；内部中断源有的中断系统主要由中断允许控制器
2.5MCS-51单片机外部引脚
卩卩P_rPPHP
RST/VpciRXD.P3.t}rXBPJI
TOTlP3J
T0/P34
TI/PJ5
WIVP3.6
P37
X7AJ.2
XIAL1
GND
L匚匚匚
CC
C匚
CC
OQR7ft5432lwy8765432—-T33333_3333m二「■二2222
V（cmo/Aix）
POl/ADl
PO27ADZ
PO3/AD3
PO4/AlMPO.刃AU5
PO.77AD7
EA/VpE>ALL/PFR>G
PSE-N
7/AI5
P2.6/AHP25/A13
P2.3/AII
P2.2/AK）
P2.I/A9
P2.O7AX
（
—
1右'tc=
H引
ftsr
9
Rsr
WI
上电自动鼬蛾
电源线GND:
接地引脚20。
VCC:
2.6MCS-51单片机的工作方式：
MCS-51系列单片机的工作方式可分为护方式、节电工作方式和
正电源引脚40。
接+5V电源
:
复位方式、程序执行方式、单片执行方式、掉电保EPROM编程/校验方式。
/按键手动复位，如图所示。
程序执行方式是单片机基本工作方式，可分为连续执行工作方式和单步执行工作方式。
节电工作方式是一种低功耗的工作方式，可分为空闲（等待）方式和掉电（停机）方式。
是针对CHMOS类芯片而设计的，HMOS型单片机不能工作在节电方式，但它有一种掉电保护功能。
1.HMOS单片机的掉电保护
当VCC突然掉电时，单片机通过中断将必须保护的数据送入内部VPD可以维持内部RAM中的数据不丢失。
2.CHMOS单片机的节电方式
CHMOS型单片机是一种低功耗器件，正常工作时电流为11〜22mA，空闲状态时为
1.7〜5mA，掉电方式为5〜50A。
因此，CHMOS型单片机特别适用于低功耗应用场合，它的空闲方式和掉电方式都是由电源控制寄存器PCON中相应的位来控制。
3.空闲工作方式：
将IDL位置为1（用指令MOVPCON,#01H）,则进入空闲工作方式，其内部控制电路如右图所示。
此时，
复位电路有两种：
上电自动复位和上电
RAM，备用电源
CPU进入空闲待机状态，中断系统、串行口、定时器/
计数器，仍有时钟信号，仍继续工作。
退出空闲状态有两种方法：
一是中断退出，二是硬件复位退出。
4.掉电工作方式：
将PD置为1（用指令MOVPCON,#02H），可使单片机进入掉电工作
方式。
此时振荡器停振，只有片内的RAM和SFR中的数据保持不变，而包括中断系统在
内的全部电路都将处于停止工作状态。
退出掉电工作方式，只能采用硬件复位的方法。
欲使8051从掉电方式退出后继续执行掉电前的程序，则必须在掉电前预先把SFR中的内容
保存到片内RAM中，并在掉电方式退出后恢复SFR掉电前的内容。
2.7单片机的时序
1
Hr
P3.3（即INT0和INT1）引脚上输入，有电平或
3个，2个定时器/计数器中断源和1个串行口中断源。
8051IE和中断优先级控制器IP等电路组成。
8051单片机有40个引脚，分为端口线、电源线和控制线三类。
时序：
CPU在执行指令时所需控制信号的时间顺序称为时序。
时序是用定时单位来描述的，MCS-51的时序单位有四个，分别是时钟周期（节拍）、状态、机器周期和指令周期。
MCS-51的时序单位：
1.时钟周期：
又称为振荡周期、节拍（用P表示），定义为单片机提供时钟信号的振荡源（OSC）
的周期。
它是时序中的最小单位。
2.状态（用S表示）：
单片机振荡脉冲经过二分频后即得到整个单片机工作系统的状态。
一
P2。
个状态有两个节拍，前半周期对应的节拍定义为P1,后半周期对应的节拍定义为
3.机器周期：
通常将完成一个基本操作所需的时间称为机器周期。
MCS-51中规定一个机
器周期包含12个时钟周期，即有6个状态，分别表示为S1〜S6。
若晶振为6MHz，则机器周期为2卩S,若晶振为12MHz，则机器周期为1卩So
4.指令周期：
执行一条指令所需要的时间称为指令周期。
它是时序中的最大单位。
一个指
令周期通常含有1〜4个机器周期。
指令所包含的机器周期数决定了指令的运算速度，机器周期数越少的指令，其执行速度越快。
以机器周期为单位，指令可分为单周期、双周期和
四周期指令。
3.1单片机系统的工程设计设计要求：
一、可靠性和稳定性是衡量单片机系统工程设计指标。
提高系统可靠性的几种基本方法包括：
1•系统采用双机系统2.采用集散式控制系统3.进行软
硬件滤波：
几种常用的数字滤波方法包括：
（1）中值滤波⑵算术平均值滤波（3）防脉冲干扰
平均值滤波4.提高元器件的可靠性5.提高印制电路板的质量：
设计是布线及接地要合理6.
对供电电源采用抗干扰措施7.加强输入输出通道的抗干扰性
二、系统自诊断功能
当系统正常运行的时候，定时对各工作模块进行监控，并对外界的情况作出快速应变处理。
应能自己及时切换到后备装置投入运行或及时发出信号，以便手动操作。
三、操作维修方便
尽量降低对操作人员的专业知识要求，于，控制开关尽量少，操作顺序简便，数据输入与输
出显示采用十进制表示，能有效地定位故障，以便进行维修和系统的推广。
四、性能/价格比
设计的时候尽量考虑花钱少，能用软件实现的应该采用软件实现。
设计方法：
-提高工作
一、总体设计：
1.掌握工作原理2.机器和元器件的选择3.软硬件功能的划分：
硬速度，减少工作量，花钱多；软-花钱少，增加软件复杂性，降低系统工作速度
二、硬件设计任务1.掌握工作原理
三、软件设计1.系统定义2.软件结构3.程序设计
4.1模拟量输入通道的一般组成
/数转换器
模拟量输入通道一般由信号预处理、多路转换器、前置放大器、采样保持器、模
PC
总线
r&r—
变送器
3过程参数
4.2A/D转换器及技术指标：
A/D转换器的作用是将模拟量转换为数字量，通道的核心部件，是模拟系统和计算机之间的接口。
分辨率：
通常用数字量的
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