單片機(jī)原理及應(yīng)用期末考試必考知識點(diǎn)重點(diǎn)總結(jié)

1、單片機(jī)概述： 單片機(jī)是微單片微型計(jì)算機(jī)的簡稱，微型計(jì)算機(jī)的一種。 它把中央處理器（CPU ,隨機(jī)存儲器（RAM,只讀存儲器（ROM ,定時器 計(jì)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(jì)算機(jī)。 字長：在計(jì)算機(jī)中有一組二進(jìn)制編碼表示一個信息,這組編碼稱為計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)。 89c51 是 8 位（字長）單片機(jī)（ 51 系列為 8 位） 單片機(jī)硬件系統(tǒng)仍然依照體系結(jié)構(gòu)：包括CPU進(jìn)行運(yùn)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

2、實(shí)現(xiàn)多種功能，所以制作上要求單片機(jī)的高性能，結(jié) 構(gòu)簡單，工作可靠穩(wěn)定。 單片機(jī)軟件系統(tǒng)包括監(jiān)控程序，中斷、控制、初始化等用戶程序。 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(jī)器語言 （二進(jìn)制代碼）。 單片機(jī)的半導(dǎo)體工藝 一種是HMO工藝，高密度短溝道 MOST藝具有高速度、高密度的特點(diǎn)； 另一種是CHMOT藝，互補(bǔ)金屬氧化物的 HMO工藝，它兼有HMO工藝的特點(diǎn)還具 有CMOS勺低功耗的特點(diǎn)。例如： 8051的功耗是630mW,80C51的功耗只有110mV左 右。 開發(fā)步 5 驟： 1. 設(shè)計(jì)單片機(jī)系統(tǒng)的電路 2. 利用軟件開發(fā)工具（如： Keilc51 ）編輯程序，通過編譯得到

3、 .hex 的機(jī)器語言。 3. 利用單片機(jī)仿真系統(tǒng)（例如： Protus ）對單片機(jī)最小系統(tǒng)以及設(shè)計(jì)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(jī)幵發(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(jī)的程序存儲器里面。 5. 根據(jù)設(shè)計(jì)實(shí)物搭建單片機(jī)系統(tǒng)。 單片機(jī)的組成：（有兩個定時器） CPU進(jìn)行運(yùn)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(yùn)算器 組成：8位算術(shù)邏輯運(yùn)算單元 ALU （ ArithmeticLogicUnit ）、8位累加器 A （Accumula

4、tor ）、8 位寄存器 B、程序狀態(tài)字寄存器 PSW（ ProgramStatusWord ）、8 位暫存寄存器 TMP1和 TMP2等。 功能：完成算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算 控制器 組成：程序計(jì)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。 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

5、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 EA 序、數(shù)據(jù)和表格等信息。MCS-51單片機(jī)按程序存儲器可分為內(nèi)部無ROM型 （如 8031） 和內(nèi)部有ROMS （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(jī)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：0000H- FFFFH 64KB;用指令 MOVXM可。片內(nèi)RAM最大范圍：00HFFH 256B;用指令MO訪問。又分為兩部 分：低128B （007FH）為真正的 RAM區(qū)，高1

6、28B （80FFH）為特殊功能寄存器 （SFR區(qū)。如圖所示。 定時器 / 計(jì)數(shù)器（ TL0,TH0,TL1 和 TH1） MCS-51單片機(jī)中有兩個16位的定時器/計(jì)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(jì)數(shù)器是完全獨(dú)立的。可以單獨(dú)對 這 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(jì)數(shù)器 ，均為二進(jìn)制加 1 計(jì)數(shù)器， 分別命 名為 T0 和 T1 。 T0 和 T1 均有定時器和計(jì)數(shù)器兩種工作模式。在定時器模式下， T0 和 T1 的計(jì)數(shù)脈沖可以由

7、單片機(jī)時鐘脈沖經(jīng) 12 分頻后提供。 在計(jì)數(shù)器模式下， T0 和 T1 的計(jì)數(shù)脈沖可以從和引腳上輸入。對 T0 和 T1 的控制由定時器方式選擇寄存器 TMO刖定時器控制寄存器 TCONr成 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，（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

8、個定時器0計(jì)數(shù)器中斷源禾口 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。 單片機(jī)外部引腳 8051單片機(jī)有40個引腳，分為端口線、電源線和控制線三類。 電源線GND接地引腳20。VCC正電源引腳40。接+ 5V電源 單片機(jī)的工作方式： MCS-51系列單片機(jī)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!程/校驗(yàn)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(jī)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

9、作方式，可分為空閑（等待）方式和掉電（停機(jī)） 方式。是針對CHMO類芯片而設(shè)計(jì)的，HMO型單片機(jī)不能工作在節(jié)電方式，但它有 一種掉電保護(hù)功能。 1 . HMO單片機(jī)的掉電保護(hù) 當(dāng)VCC突然掉電時，單片機(jī)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。 2. CHMO單片機(jī)的節(jié)電方式 CHMO型單片機(jī)是一種低功耗器件，正常工作時電流為1122mA空閑狀態(tài)時為 5mA掉電方式為550?A。因此，CHMO型單片機(jī)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

10、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(jī)狀態(tài)，中斷系統(tǒng)、串行口、 定時器 / 計(jì)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 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MOVPCON,#02H可使單片機(jī)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

11、方式退出后恢復(fù) SFR掉電前的內(nèi)容。 單片機(jī)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(jī)器周期和 指令周期。 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(jī)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(jī)振蕩脈沖經(jīng)過二分頻后即得到整個單片機(jī)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(jī)器周期：通常將完成一個基本操作所需的時

12、間稱為機(jī)器周期。 MCS-51中規(guī)定一 個機(jī)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(jī)器周期為2卩s，若晶振為12MHz則機(jī)器周期為1卩s o 4. 指令周期：執(zhí)行一條指令所需要的時間稱為指令周期。它是時序中的最大單位 一個指令周期通常含有14個機(jī)器周期。指令所包含的機(jī)器周期數(shù)決定了指令的 運(yùn)算速度，機(jī)器周期數(shù)越少的指令，其執(zhí)行速度越快。以機(jī)器周期為單位，指令可 分為單周期、雙周期和四周期指令。 單片機(jī)系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)要求： 一、可靠性和穩(wěn)定性是衡量單片機(jī)系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)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(jī)系統(tǒng) 2.采用集散式控

13、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(jì)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(qiáng)輸入 輸出通道的抗干 擾性 二、系統(tǒng)自診斷功能 當(dāng)系統(tǒng)正常運(yùn)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(yùn)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

14、修和系統(tǒng)的推廣。 四、性能 / 價格比 設(shè)計(jì)的時候盡量考慮花錢少，能用軟件實(shí)現(xiàn)的應(yīng)該采用軟件實(shí)現(xiàn)。 設(shè)計(jì)方法： 一、總體設(shè)計(jì)： 1. 掌握工作原理 2.機(jī)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(jì)任務(wù)1.掌握工作原理 三、軟件設(shè)計(jì)1.系統(tǒng)定義2.軟件結(jié)構(gòu)3.程序設(shè)計(jì) 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。 / D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

15、量 輸入通道的核心部件，是模擬系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)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 n= 8,滿量程輸入為，則 LSB 對應(yīng)于模擬電壓-二八。 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(shí)際值與理想值之間的 LSB的分?jǐn)?shù)值 差值；相對精度指在滿量程已校準(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(shí)際值與理想值之間的最大差值。轉(zhuǎn)換精度用 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

16、1/2LSB、1/4LSB等。 /D轉(zhuǎn)換器與計(jì)算機(jī)的接口 ADC0809與 8255A的連接接口電路: 采用查詢方式完成8 （假設(shè)在主程序中已完成對 8255A的初始化編程 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。 編程: 0RG0013H AJMPPINT1 ORGOOOH MAIN: MOVR1,#DATA SETB IT1 SETBEA SETB EX1 MOVDPTR,#7FF8H MOVX DPTR,A LOOP:NOP AJMP LOOP ORG100H PINT1:PUSHPSW PUSH ACCPUSH DPL （按兩個一組豎直向下寫） P

17、USHDPH MONDPTR,#7FF8H MOVX A,DPTR MOR1,A INC R1 MOVX DPTR,A POP DPHPOP DPL POP ACCPOP PSW 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(shí)際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(shí)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 1/2LSB、土 1/4LS

18、B 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(shí)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 1/2LSB、土 1/4LSB 等。 A雙極性模擬量輸出的實(shí)現(xiàn)方法 Voutl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D/A轉(zhuǎn) 換器，則有VOUT1VrEF歹Vout2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，與單極性輸出比較，使分辨率 降低1位。 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

19、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(jì)算機(jī)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(jī)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(jī)性電子熱運(yùn)動引起的熱噪聲；(2)半導(dǎo)體及電子管截流子的隨機(jī)運(yùn) 動引起的散粒噪聲； (3) 兩種導(dǎo)電材料之間的不完全接觸，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(diǎn)接地造成的電位差引起

20、的干擾； (6) 寄生振蕩引起的 干擾； (7) 熱騷動噪聲干擾等。 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(jì)算機(jī)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

21、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；采用終端阻抗匹配和始端阻抗匹配抑制 “長線效應(yīng)”。 單片機(jī)的接地技術(shù)：（1） 一點(diǎn)接地；（2）浮地系統(tǒng)：設(shè)備的整個地線系統(tǒng)和大地之間

22、 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。 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。 串行接口控制器SCON 8位分別代表什么？ SCON SerialCo ntrolRegister）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

23、： SCOND7D6D5D4D3D2D1DO SM0SM1SM2RENTB8RB8TIRI 位地址 9FH9EH9DH9CH9BH9AH99H98H （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(jī)通信控制位。（3）.REN :允許接收位。（4）.TB8 :發(fā)送接收數(shù)據(jù)位 AssemblerCodeHere;#pragmaENDASM 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 voidmain() unsignedlongm,*v; _asm moveax,m bswapeax movm,EAX