單片機原理及應(yīng)用期末考試必考知識點重點總結(jié)

1、單片機概述：單片機是微單片微型計算機的簡稱，微型計算機的一種。它把中央處理器（CPU）,隨機存儲器（RAM），只讀存儲器（ROM）,定時器計數(shù)器以及IO接口，串并通信等接口電路的功能集成與一塊電路芯片的微型計算機。字長：在計算機中有一組二進(jìn)制編碼表示一個信息，這組編碼稱為計算機的字，組成字的位數(shù)稱為“字長”，字長標(biāo)志著精度，MCS-51是8位的微型計算機。89c51 是8位（字長）單片機 （51系列為8位）單片機硬件系統(tǒng)仍然依照體系結(jié)構(gòu)：包括 CPU(進(jìn)行運算、控制)、RAM(數(shù)據(jù)存儲器)、ROM(程序存儲器）、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備、內(nèi)部總線等。由于一塊尺寸有限的電路芯片實現(xiàn)多種功能，所以制作上

2、要求單片機的高性能，結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠穩(wěn)定。單片機軟件系統(tǒng)包括監(jiān)控程序，中斷、控制、初始化等用戶程序。一般編程語言有匯編語言和C語言，都是通過編譯以后得到機器語言（二進(jìn)制代碼）。1.1單片機的半導(dǎo)體工藝一種是HMOS工藝，高密度短溝道MOS工藝具有高速度、高密度的特點；另一種是CHMOS工藝，互補金屬氧化物的HMOS工藝，它兼有HMOS工藝的特點還具有CMOS的低功耗的特點。例如：8051的功耗是630mW,80C51的功耗只有110mW左右。1.2開發(fā)步5驟：1.設(shè)計單片機系統(tǒng)的電路2.利用軟件開發(fā)工具（如：Keil c51）編輯程序，通過編譯得到.hex的機器語言。3.利用單片機仿真系統(tǒng)（

3、例如：Protus）對單片機最小系統(tǒng)以及設(shè)計的外圍電路，進(jìn)行模擬的硬軟件聯(lián)合調(diào)試。4.借助單片機開發(fā)工具軟件（如：STC_ISP下載軟件）讀寫設(shè)備將仿真中調(diào)試好的.hex程序拷到單片機的程序存儲器里面。5.根據(jù)設(shè)計實物搭建單片機系統(tǒng)。2.1MCS-51單片機的組成：(有兩個定時器)CPU(進(jìn)行運算、控制)、RAM(數(shù)據(jù)存儲器)、ROM(程序存儲器）、I/O口(串口、并口）、內(nèi)部總線 和中斷系統(tǒng)等。工作過程框圖如下：運算器組成：8位算術(shù)邏輯運算單元ALU（Arithmetic Logic Unit）、8位累加器A（Accumulator）、8位寄存器B、程序狀態(tài)字寄存器PSW（Program S

4、tatus Word）、8位暫存寄存器TMP1和TMP2等。功能：完成算術(shù)運算和邏輯運算控制器組成：程序計數(shù)器PC、指令寄存器IR、指令譯碼器ID、堆棧指針SP、數(shù)據(jù)指針DPTR、定時控制邏輯和振蕩器OSC等電路。功能：CPU根據(jù)PC中的地址將欲執(zhí)行指令的指令碼從存儲器中取出，存放在IR中，ID對IR中的指令碼進(jìn)行譯碼，定時控制邏輯在OSC配合下對ID譯碼后的信號進(jìn)行分時，以產(chǎn)生執(zhí)行本條指令所需的全部信號。 2.2存儲器MCS-51的存儲器可分為程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器,又有片內(nèi)和片外之分。（1）程序存儲器 一般將只讀存儲器（ROM）用做程序存儲器?？蓪ぶ房臻g為64KB，用于存放用戶程序、數(shù)據(jù)和

5、表格等信息。MCS-51單片機按程序存儲器可分為內(nèi)部無ROM型（如8031）和內(nèi)部有ROM型（如8051）兩種， 連接時 引腳有區(qū)別。程序存儲器結(jié)構(gòu)如圖所示：（2）數(shù)據(jù)存儲器 一般將隨機存儲器（RAM）用做數(shù)據(jù)存儲器。可尋址空間為64KB。MCS-51數(shù)據(jù)存儲器可分為片內(nèi)和片外兩部分。片外RAM：最大范圍：0000HFFFFH，64KB；用指令MOVX訪問。片內(nèi)RAM：最大范圍：00HFFH，256B；用指令MOV訪問。又分為兩部分：低128B（007FH）為真正的RAM區(qū)，高128B（80FFH）為特殊功能寄存器（SFR）區(qū)。如圖所示。2.3定時器/計數(shù)器（TL0, TH0, TL1和TH1

6、）MCS-51單片機中有兩個16位的定時器/計數(shù)器T0和T1，它們由4個8位寄存器（TL0, TH0, TL1和TH1）組成，2個16位定時器/計數(shù)器是完全獨立的?？梢詥为殞@4個寄存器進(jìn)行尋址，但不能把T0和T1當(dāng)做16位寄存器來使用。8051內(nèi)部有兩個16位可編程序的定時器/計數(shù)器，均為二進(jìn)制加1計數(shù)器，分別命名為T0和T1。T0和T1均有定時器和計數(shù)器兩種工作模式。在定時器模式下，T0和T1的計數(shù)脈沖可以由單片機時鐘脈沖經(jīng)12分頻后提供。在計數(shù)器模式下，T0和T1的計數(shù)脈沖可以從P3.4和P3.5引腳上輸入。對T0和T1的控制由定時器方式選擇寄存器TMOD和定時器控制寄存器TCON完成2

7、.4中斷系統(tǒng)中斷：指CPU暫停原程序執(zhí)行，轉(zhuǎn)而為外部設(shè)備服務(wù)（執(zhí)行中斷服務(wù)程序），并在服務(wù)完后返回到原程序執(zhí)行的過程。中斷系統(tǒng)：指能夠處理上述中斷過程所需要的硬件電路。中斷源：指能產(chǎn)生中斷請求信號的源泉。8051可處理5個中斷源（2個外部，3個內(nèi)部）發(fā)出的中斷請求，并可對其進(jìn)行優(yōu)先權(quán)處理。外部中斷的請求信號可以從P3.2, P3.3（即 和 ）引腳上輸入，有電平或邊沿兩種觸發(fā)方式；內(nèi)部中斷源有3個，2個定時器/計數(shù)器中斷源和1個串行口中斷源。8051的中斷系統(tǒng)主要由中斷允許控制器IE和中斷優(yōu)先級控制器IP等電路組成。2.5MCS-51單片機外部引腳8051單片機有40個引腳，分為端口線、電源線

8、和控制線三類。電源線 GND：接地引腳20。VCC：正電源引腳40。接5V電源2.6MCS-51單片機的工作方式：MCS-51系列單片機的工作方式可分為：復(fù)位方式、程序執(zhí)行方式、單片執(zhí)行方式、掉電保護(hù)方式、節(jié)電工作方式和EPROM編程/校驗方式。復(fù)位電路有兩種：上電自動復(fù)位和上電/按鍵手動復(fù)位，如圖所示。程序執(zhí)行方式是單片機基本工作方式，可分為連續(xù)執(zhí)行工作方式和單步執(zhí)行工作方式。節(jié)電工作方式是一種低功耗的工作方式，可分為空閑（等待）方式和掉電（停機）方式。是針對CHMOS類芯片而設(shè)計的，HMOS型單片機不能工作在節(jié)電方式，但它有一種掉電保護(hù)功能。1HMOS單片機的掉電保護(hù) 當(dāng)VCC突然掉電時，

9、單片機通過中斷將必須保護(hù)的數(shù)據(jù)送入內(nèi)部RAM，備用電源VPD可以維持內(nèi)部RAM中的數(shù)據(jù)不丟失。 2CHMOS單片機的節(jié)電方式 CHMOS型單片機是一種低功耗器件，正常工作時電流為1122mA，空閑狀態(tài)時為1.75mA，掉電方式為550mA。因此，CHMOS型單片機特別適用于低功耗應(yīng)用場合，它的空閑方式和掉電方式都是由電源控制寄存器PCON中相應(yīng)的位來控制。 3.空閑工作方式：將IDL位置為1（用指令MOV PCON, #01H），則進(jìn)入空閑工作方式，其內(nèi)部控制電路如右圖所示。此時，CPU進(jìn)入空閑待機狀態(tài)，中斷系統(tǒng)、串行口、定時器/計數(shù)器，仍有時鐘信號，仍繼續(xù)工作。退出空閑狀態(tài)有兩種方法：一是中

10、斷退出，二是硬件復(fù)位退出。4. 掉電工作方式：將PD置為1（用指令MOV PCON, #02H），可使單片機進(jìn)入掉電工作方式。此時振蕩器停振，只有片內(nèi)的RAM和SFR中的數(shù)據(jù)保持不變，而包括中斷系統(tǒng)在內(nèi)的全部電路都將處于停止工作狀態(tài)。退出掉電工作方式，只能采用硬件復(fù)位的方法。欲使8051從掉電方式退出后繼續(xù)執(zhí)行掉電前的程序，則必須在掉電前預(yù)先把SFR中的內(nèi)容保存到片內(nèi)RAM中，并在掉電方式退出后恢復(fù)SFR掉電前的內(nèi)容。2.7單片機的時序時序：CPU在執(zhí)行指令時所需控制信號的時間順序稱為時序。時序是用定時單位來描述的，MCS-51的時序單位有四個，分別是時鐘周期（節(jié)拍）、狀態(tài)、機器周期和指令周期

11、。 MCS-51的時序單位：1. 時鐘周期：又稱為振蕩周期、節(jié)拍（用P表示），定義為單片機提供時鐘信號的振蕩源（OSC）的周期。它是時序中的最小單位。2. 狀態(tài)（用S表示）：單片機振蕩脈沖經(jīng)過二分頻后即得到整個單片機工作系統(tǒng)的狀態(tài)。一個狀態(tài)有兩個節(jié)拍，前半周期對應(yīng)的節(jié)拍定義為P1，后半周期對應(yīng)的節(jié)拍定義為P2。3. 機器周期：通常將完成一個基本操作所需的時間稱為機器周期。 MCS-51中規(guī)定一個機器周期包含12個時鐘周期，即有6個狀態(tài)，分別表示為S1S6。若晶振為6MHz，則機器周期為2s，若晶振為12MHz，則機器周期為1s。4. 指令周期：執(zhí)行一條指令所需要的時間稱為指令周期。它是時序中的

12、最大單位。一個指令周期通常含有14個機器周期。指令所包含的機器周期數(shù)決定了指令的運算速度，機器周期數(shù)越少的指令，其執(zhí)行速度越快。 以機器周期為單位，指令可分為單周期、雙周期和四周期指令。3.1單片機系統(tǒng)的工程設(shè)計 設(shè)計要求：一、可靠性和穩(wěn)定性是衡量單片機系統(tǒng)工程設(shè)計指標(biāo)。提高系統(tǒng)可靠性的幾種基本方法包括：1.系統(tǒng)采用雙機系統(tǒng)2.采用集散式控制系統(tǒng)3.進(jìn)行軟硬件濾波：幾種常用的數(shù)字濾波方法包括：(1)中值濾波 (2)算術(shù)平均值濾波 (3)防脈沖干擾平均值濾波4.提高元器件的可靠性5.提高印制電路板的質(zhì)量：設(shè)計是布線及接地要合理6.對供電電源采用抗干擾措施7.加強輸入輸出通道的抗干擾性二、系統(tǒng)自診

13、斷功能當(dāng)系統(tǒng)正常運行的時候，定時對各工作模塊進(jìn)行監(jiān)控，并對外界的情況作出快速應(yīng)變處理。應(yīng)能自己及時切換到后備裝置投入運行或及時發(fā)出信號，以便手動操作。三、操作維修方便盡量降低對操作人員的專業(yè)知識要求，于，控制開關(guān)盡量少，操作順序簡便，數(shù)據(jù)輸入與輸出顯示采用十進(jìn)制表示，能有效地定位故障，以便進(jìn)行維修和系統(tǒng)的推廣。四、性能/價格比設(shè)計的時候盡量考慮花錢少，能用軟件實現(xiàn)的應(yīng)該采用軟件實現(xiàn)。設(shè)計方法：一、總體設(shè)計：1.掌握工作原理2.機器和元器件的選擇3.軟硬件功能的劃分：硬-提高工作速度，減少工作量，花錢多；軟-花錢少，增加軟件復(fù)雜性，降低系統(tǒng)工作速度二、硬件設(shè)計任務(wù)1.掌握工作原理三、軟件設(shè)計1.

14、系統(tǒng)定義2.軟件結(jié)構(gòu)3.程序設(shè)計4.1模擬量輸入通道的一般組成模擬量輸入通道一般由信號預(yù)處理、多路轉(zhuǎn)換器、前置放大器、采樣保持器、模/數(shù)轉(zhuǎn)換器和接口邏輯電路等組成。其核心是模/數(shù)轉(zhuǎn)換器。4.2AD轉(zhuǎn)換器及技術(shù)指標(biāo)：A/D轉(zhuǎn)換器的作用是將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，它是模擬量輸入通道的核心部件，是模擬系統(tǒng)和計算機之間的接口。分辨率：通常用數(shù)字量的位數(shù)n（字長）來表示，若n8，滿量程輸入為5.12V，則LSB對應(yīng)于模擬電壓 。轉(zhuǎn)換時間：從發(fā)出轉(zhuǎn)換命令信號到轉(zhuǎn)換結(jié)束信號有效的時間間隔，即完成 n 位轉(zhuǎn)換所需要的時間。轉(zhuǎn)換精度：絕對精度指滿量程輸出情況下模擬量輸入電壓的實際值與理想值之間的差值；相對精度指在滿

15、量程已校準(zhǔn)的情況下，整個轉(zhuǎn)換范圍內(nèi)任一數(shù)字量輸出所對應(yīng)的模擬量輸入電壓的實際值與理想值之間的最大差值。轉(zhuǎn)換精度用LSB的分?jǐn)?shù)值來表示。線性誤差：在滿量程輸入范圍內(nèi)，偏離理想轉(zhuǎn)換特性的最大誤差定義為線性誤差。線性誤差常用LSB的分?jǐn)?shù)表示，如1/2LSB、1/4LSB等。轉(zhuǎn)換量程：所能轉(zhuǎn)換的模擬量輸入電壓范圍，如05V，010V，5V十5V等。4.3AD轉(zhuǎn)換器與計算機的接口ADC0809與8255A的連接接口電路：采用查詢方式完成8路模擬量數(shù)據(jù)采集的程序框圖(假設(shè)在主程序中已完成對8255A的初始化編程)。編程：ORG OO13HAJMP PINT1ORG2000HMAIN:MOV R1,#DAT

16、ASETBIT1SETB EASETBEX1MOVDPTR,#7FF8HMOVX DPTR,ALOOP:NOPAJMPLOOPORG2100HPINT1: PUSH PSWPUSHACCPUSHDPL（按兩個一組豎直向下寫）PUSH DPHMOV DPTR,#7FF8HMOVX A,DPTRMOVR1,AINCR1MOVX DPTR,APOPDPHPOPDPLPOPACCPOPPSW4.4D/A轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo) :分辨率： D/A轉(zhuǎn)換器的分辨串定義為基準(zhǔn)電壓與之比值，其中n為D/A轉(zhuǎn)換器的位數(shù)。穩(wěn)定時間：輸入二進(jìn)制數(shù)變化量是滿刻度時，輸出達(dá)到離終值時所需的時間。數(shù)字量時，D/A轉(zhuǎn)換器的實際

17、輸出值與理論值之間的最大偏差；相對精度是指在滿刻度己校準(zhǔn)的情況下，整個轉(zhuǎn)換范圍內(nèi)對應(yīng)于任一輸入數(shù)據(jù)的實際輸出值與理論值之間的最大偏差。轉(zhuǎn)換精度用最低有效位LSB的分?jǐn)?shù)來表示，如土1/2 LSB、土1/4 LSB等。線性度：理想的D/A轉(zhuǎn)換器的輸入輸出特性應(yīng)是線性的。在滿刻度范圍內(nèi)，實際特性與理想特性的最大偏移稱為非線性度，用LSB的分?jǐn)?shù)來表示，如土1/2 LSB、土1/4 LSB等。 4.5D/A雙極性模擬量輸出的實現(xiàn)方法Vout1為單極性輸出，若D為輸入數(shù)字量，Vref為基準(zhǔn)參考電壓，且為位DA轉(zhuǎn)換器，則有為雙極性輸出，且可推導(dǎo)得到 這種雙極性輸出方式，是把最高位當(dāng)作符號位使用，與單極性輸出

18、比較，使分辨率降低1位。 5.1干擾的來源和分類一、 外部干擾(1) 自然界的現(xiàn)象，如：閃電、雷擊等對通信設(shè)備，導(dǎo)航儀 ，無線傳輸模塊的影響。(2) 各種電氣設(shè)備所產(chǎn)生的電磁場、電火花、電弧焊接、高頻加熱、晶閘管整流等干擾通過供電電源對系統(tǒng)產(chǎn)生影響。(3) 地磁場的影響及來之電源本身的高頻干擾。 一、 內(nèi)部干擾計算機控制系統(tǒng)內(nèi)部的各種元器件的各種干擾包括固定干擾和過渡干擾。另外按干擾的特性來分，干擾又分為直流干擾，交流干擾和隨機干擾，其中交流干擾最易出現(xiàn)。1.固定干擾(1)電阻中B隨機性電子熱運動引起的熱噪聲； (2) 半導(dǎo)體及電子管截流子的隨機運動引起的散粒噪聲；(3) 兩種導(dǎo)電材料之間的不

19、完全接觸，接觸面的電導(dǎo)產(chǎn)的不一致而產(chǎn)生的接觸噪聲；(4) 因布線不合理，寄生參數(shù)，泄露電阻等耦合形成寄生反饋電流所造成的干擾； (5) 多點接地造成的電位差引起的干擾； (6) 寄生振蕩引起的干擾； (7) 熱騷動噪聲干擾等。 5.2 硬件抗干擾能力 電源系統(tǒng)抗干擾方法(1) 采用低通濾波器：抑制電網(wǎng)侵入的外部高頻干擾；(2) 采用隔離變壓器：控制系統(tǒng)與供電電源之間加入一個三相隔離變壓器，其中一次側(cè)接三角形揭發(fā)，二次側(cè)按星形連接，有利于工頻的3次以上鞋包對控制系統(tǒng)的干擾；(3) 采用能抑制交流電源干擾的計算機控制系統(tǒng)電源； (4) 采用電源分組供電：輸入通道電源和其他設(shè)備電源分開，防止設(shè)備間干

20、擾；(5) 采用直流電源抗干擾措施：每次邏輯印刷制電路板的電源與地線的弧處接電容，以防止板間的互相干擾； 過程通道抗干擾方法(1) 串模干擾：疊加在被測信號上得干擾噪聲。它的抑制方法包括選用低通、高通、帶通濾波器；雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器抑制串模尖峰干擾；采用高抗擾度邏輯器件；采用雙絞線做信號引入線減少電磁感應(yīng)。 (2) 共模干擾：輸入端上公共的干擾電壓。它的抑制方法包括變壓器隔離；光電隔離。利用屏蔽方法使輸入信號的“模擬地”浮空。 (3) 長線傳輸抗干擾：滯后；波形減變化；外界電磁干擾；線路終端阻抗不匹配，有用信號產(chǎn)生反射波與原有用信號疊加產(chǎn)生“長線效應(yīng)”。抑制方法包括雙絞線傳輸抑制電磁干擾；采

21、用終端阻抗匹配和始端阻抗匹配抑制“長線效應(yīng)”。5.3單片機的接地技術(shù)：(1)一點接地；(2)浮地系統(tǒng)：設(shè)備的整個地線系統(tǒng)和大地之間無導(dǎo)體連接，以懸浮的地作為系統(tǒng)的參考電平。(3)接地系統(tǒng)：設(shè)備的整個地線系統(tǒng)和大地之間通過導(dǎo)體連接，對人員比較安全。交流地與直流地分別匯流以后接到接地板；(4) 模擬地與數(shù)字地分別匯流接地；(5) 加寬印刷電路板地線，以降低地線阻抗；(6) 屏蔽地域放大器的公共端連接起來。5.4軟件抗干擾辦法：1. 數(shù)字濾波2.設(shè)立軟件陷阱3.時間監(jiān)視器（wantchdog看門狗電路）：控制系統(tǒng)周期性地復(fù)位。6.1串行接口控制器SCON，8位分別代表什么？SCON（Serial C

22、ontrol Register)串行口控制寄存器，它是一個可尋址的專用寄存器，用于串行數(shù)據(jù)的通信控制，單元地址是98H，其結(jié)構(gòu)格式如下： SCON D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 SM0 SM1 SM2 REN TB8 RB8 TI RI 位地址 9FH 9EH 9DH 9CH 9BH 9AH 99H 98H (1).SM0、SM1：串行口工作方式控制位。SM0，SM1 工作方式 00 方式0 ，01 方式1 ，10 方式2 ，11 方式3 (2).SM2：多機通信控制位。(3).REN：允許接收位。(4).TB8：發(fā)送接收數(shù)據(jù)位8。(5).RB8：接收數(shù)據(jù)位8。(6).TI：

23、發(fā)送中斷標(biāo)志位。(7).RI：接收中斷標(biāo)志位。波特率是每秒鐘傳送的信息位的數(shù)量（位數(shù)）。它是所傳送代碼的最短碼元占有時間的倒數(shù)。例如一個代碼的最短時間碼元寬度為20毫秒，則其波特率就是每秒50波特。 20毫秒=0.02秒 波特率1/0.02=50波特。6.2：20根地址線16根數(shù)據(jù)線的cpu的尋址范圍20根地址線，每根線傳輸0或1，20根共有220總組合尋址范圍00000-FFFFF總字節(jié)數(shù)為220 = 165 = Byte = 1024 KB = 1 MB一字為2字節(jié)，所以為512K。而數(shù)據(jù)線決定cpu與外界傳輸速度：16根數(shù)據(jù)線，只能傳輸4位16進(jìn)制，所以在表示地址時我們使用4位段地址和4

24、位偏移地址來表示，用EA表示段地址，SA表示偏移地址，物理地址即為16*EA+SA6.3 線選法，部分譯碼法，全譯碼法線選法：CPU的某條地址線直接接存儲器芯片的片選端特點：各存儲器芯片地址范圍不連續(xù)，但是會造成地址堆疊，空間利用率低且具體編程時不易編織部分譯碼法：CPU的部分地址線參加譯碼輸出控制片選端特點：一個存儲器單元有多個地址值，部分譯碼法介于兩者之間，也會產(chǎn)生一定程度的地址堆疊，但是有相對連續(xù)的地址空間。全譯碼法：CPU的全部地址線參加譯碼輸出控制片選端特點：一個存儲器單元僅有一個地址值，全譯碼法的芯片利用率高，不會出現(xiàn)地址堆疊，但是電路比起線選法復(fù)雜得多；6.4溢出率定時器1的溢出

25、率，也叫定時器1的溢出頻率，從設(shè)定初值開始計數(shù)，當(dāng)計數(shù)到0FFH再一個計數(shù)脈沖到來時刻就溢出，初值越大溢出率也越高，我們使用這個溢出率確定通信波特率。在使用11.0592MHz晶體時，SMOD=0,C/T=0,方式=2,波特率=9600，則定時器重裝載數(shù)值是0FDH。溢出速率=（技術(shù)速率）（256TH1初值）溢出速率=fosc12*（256TH1初值）6.5怎么在c語言里嵌入?yún)R編語言-C語言中嵌入?yún)R編：方法是這樣的#pragma ASM ; Assembler Code Here;#pragma ENDASM即用_asm.匯編（注）看不懂的話下面是用例，沒有必要把用例寫在卷紙上# include void main() unsigned long m,*v;_asmmov eax,mbswap eaxmov m,EAX