單片機原理與接口技術考試知識點

1、【8051單片機的基本組成】（1）8位的8051微處理器（CPU = 運算器 + 控制器）、寄存器（2）片內256字節(jié)數(shù)據(jù)存儲器RAM/SFR，存放可讀寫的數(shù)據(jù)（3）片內4KB程序存儲器Flash ROM，存放程序和原始數(shù)據(jù)表格（4）4個8位并行I/O端口P0P3，可作輸入輸出（5）2個16為定時器/計數(shù)器，都可設計成計數(shù)或定時方式（6）5個中斷源，2個中斷優(yōu)先級的中斷控制系統(tǒng)（7）1個全雙工UART（通用異步接受發(fā)送器）的串行I/O口，實現(xiàn)單片機和單片機或PC機之間的串行通信（8）片內振蕩器和時鐘產(chǎn)生電路，最高震蕩頻率24MHz。能畫出最小系統(tǒng)電路圖。（9）CPU+ROM/RAM+I/O接口

2、+實時控制器件=單片機【控制信號引腳RST、ALE、和】（1）RST復位信號輸入端，高電平有效。當輸入端保持兩個機器周高電平時完成復位操作。復位后，SP=07H P0P3 = FFH ，其他寄存器一般為0（2）ALE/地址鎖存信號端。8051上電正常工作后，ALE引腳不斷向外輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率fOSC 的1/6。CPU訪問片外存儲器時，ALE輸出信號作為鎖存低8位地址的控制信號。如果想確認8051芯片的好壞，可用示波器查看ALE端是否有脈沖信號輸出。（3）程序存儲允許輸出信號端。（4）/VPP外部程序存儲器地址允許輸入端/固化編程電壓輸入端 【8051單片機的存儲器配置】51單

3、片機內部采用哈佛結構，與馮諾依曼結構(又叫普林斯頓結構如8086芯片)的區(qū)別四個物理存儲器（片內ROM/RAM、片外ROM/RAM）地址空間：（1）片內片外統(tǒng)一編址0000HFFFFH的64KB程序存儲器地址空間（用16位地址）（2）64KB片外數(shù)據(jù)存儲器地址空間，地址也從0000HFFFFH（用16位地址）編址（3）256字節(jié)數(shù)據(jù)存儲器地址空間（用8位地址），低128字節(jié)空間按功能劃分為，工作寄存器區(qū)、 位尋址區(qū)、 數(shù)據(jù)緩沖區(qū)3個區(qū)域，它們的地址范圍分別為00H-1FH、20H-2FH 、30H-7FH【RS0、RS1的組合關系】RS1RS0寄存器組片內RAM地址00第0組R0R700H07

4、H01第1組R0R7要求：會計算某組Rx的實際字節(jié)地址，或者一個實際地址對應的Rx，或者超界08H0FH10第2組R0R710H17H11第3組R0R718H1FH【訪問片外ROM（RAM）的連接方法與地址計算】8051P1P3P0P2ALE地址指令片外程序存儲器74HC373提示：該技術正淡出中地址計算題在早期試卷中才能見到了【兩個16位寄存器】DPTR是唯一的用戶可訪問修改的16位特殊功能寄存器，其高位字節(jié)寄存器用DPH表示（83H）低位字節(jié)寄存器用DPL表示（82H）。DPTR既可作為16位寄存器來處理，也可作兩個獨立的8位寄存器DPH和DPL使用。主要用于存放16位地址，以便對64KB

5、片外RAM作間接尋址。PC是16位程序計數(shù)器。PC實際上是程序的字節(jié)地址計數(shù)器，即PC中的內容是將要執(zhí)行的下一條指令的地址，通過轉移指令可改變PC的內容，就能改變程序執(zhí)行方向。用戶不能直接對PC賦值或修改。【基本時序定時單位】 提示：fOSC =12MHz 對應 1s 機器周期振蕩周期：晶振的振蕩周期，為最小的時序單位。等于1/fOSC 狀態(tài)周期：震蕩頻率經(jīng)單片機內的二分頻器分頻后提供給片內CPU的時鐘周期機器周期：計算機執(zhí)行一種基本操作的時間單位。1個機器周期 = 6個狀態(tài)周期 = 12個振蕩周期指令周期：執(zhí)行一條指令所需的時間，可以查詢指令表得知，介于14個機器周期之中?！驹L問片內片外RA

6、M的不同】指令MOVX讀寫片外RAM地址，MOV讀寫片內RAM地址，所以片內片外RAM地址重疊也不會導致分不清片內外RAM。指令舉例：MOVX A, DPTR MOVX DPTR, A MOV A, R0 MOV 30H, A【復位操作】RST引腳上有一個高電平并維持2個機器周期，則CPU就可以響應并將系統(tǒng)復位。復位的主要功能是把PC初始化為0000H。RST引腳是復位信號的輸入端，復位信號高電平有效，其有效時間應持續(xù)24個振蕩周期以上。復位電路有上電自動復位和手動復位?！竞喪鲚斎胼敵龆丝赑0P3】這4個口既可以并行輸入或輸出8位數(shù)據(jù)， 又可以按位使用， 即每1位均能獨立作輸入或輸出用。 P0

7、口是一個三態(tài)雙向口，是地址/數(shù)據(jù)分時復用口， 也是通用I/O接口。P0口作為通用I/O口使用時， 是準雙向口。輸入數(shù)據(jù)時，應先人為地把口置1（寫1，使場效應管V1和V2截止），才可作高阻輸入P1口為準雙向口，只有通用I/O接口一種功能。P2口也是準雙向口，它具有通用I/O接口或高8位地址總線輸出兩種功能。P3口除了可作為通用準雙向I/O接口外， 每一根口線還具有第二功能?！局噶钕到y(tǒng)】51系列單片機有7種尋址方式：立即尋址、 寄存器尋址、 寄存器間接尋址、 直接尋址、 基址寄存器加變址寄存器間接尋址、 相對尋址和位尋址。 例題：寫出單片機所有尋址方式并各舉一個例子。部分指令的英文含義幫助記憶：增

8、量 INCIncremect 減量 DECDecrement空操作 NOPNo operation短轉移 SJMPShort jump 長轉移 LJMPLong jump 絕對轉移 AJMPAbsolute jump比較轉移 CJNECompare jump not equality 條件轉移 JNZJump No Zero自減一不為零轉移DJNZDecrement Jump No Zero 位轉移 JNCJump No Cy JNBJump No bit左環(huán)移 RLRotate left 進位左環(huán)移 RLCRotate left carry 交換 XCHExchange右環(huán)移 RRRotat

9、e right 進位右環(huán)移RRCRotateright carry ；加法 ADDAddition乘法 MULMultiplication 除法 DIVDivision 記住MUL AB與DIV AB結果的存放位置【偽指令】：不要求計算機做任何操作， 也沒有對應的機器碼， 不產(chǎn)生目標程序， 僅存在于源程序中，不影響程序的執(zhí)行， 僅僅是一些能夠幫助進行匯編的指令。它主要用來指定程序或數(shù)據(jù)的起始位置， 給出一些連續(xù)存放數(shù)據(jù)的地址， 為中間運算結果保留一部分存儲空間， 以及表示源程序結束等。能識別能寫出幾個?！続SCII碼】記住“0”=30H，“A”=41H，“a”=61H ， 例題：字符“G”的A

10、SCII碼是( )。【BCD碼】就是十進制數(shù)，BCD碼調整指令DA A。知道BCD碼與十六進制數(shù)的區(qū)別。概念解釋：【中斷】【中斷源】【中斷優(yōu)先級】【保護現(xiàn)場恢復現(xiàn)場】?！就獠恐袛唷?1單片機外部中斷請求信號有電平方式和脈沖方式，在電平方式下，當采集到INT0（P3.2）、INT1（P3.3）的有效信號為低電平時，激活外部中斷。【中斷矢量地址表】中斷源中斷服務程序入口地址外部中斷0 ()0003H定時器/計數(shù)器0溢出000BH外部中斷1 ()0013H定時器/計數(shù)器1溢出001BH串行口0023H【中斷允許寄存器IE各位含義】（1）EA：中斷允許總控制位。EA=0，屏蔽所有中斷請求；EA=1，C

11、PU開放中斷。對各中斷源的中斷請求是否允許，還要取決于各中斷源的中斷允許控制位的狀態(tài)。（2）ES：串行口中斷允許位。ES=0禁止串行口中斷；ES=1，允許串行口中斷。（3）ET1：定時器/計數(shù)器T1的溢出中斷允許位。ET1=0，禁止T1中斷；ET1=1，允許T1中斷。（4）EX1外部中斷1中斷允許位。EX1=0，禁止外部中斷1中斷；EX1=1，允許外部中斷1中斷。（5）ET0：定時器/計數(shù)器T0的溢出中斷允許位。ET0=0，禁止T0中斷；ET0=1，允許T0中斷。（6）EX0外部中斷0中斷允許位。 EX0=0，禁止外部中斷0中斷； EX0=1，允許外部中斷0中斷?！局袛嗟淖匀粌?yōu)先級順序，提高某

12、一中斷源的優(yōu)先級別】中斷源（控制位）自然優(yōu)先級： 最高 外部中斷0（PX0） | 定時器/計數(shù)器0溢出中斷（PT0） | 外部中斷1（PX1） 定時器/計數(shù)器1溢出中斷（PT1） 最低 串行口中斷（PS） 注意是PX0，不是EX0在IP中若設置某幾個控制位為1，則相應的中斷源就規(guī)定為高級中斷；反之，若某幾個控制位為0，則相應的中斷源就規(guī)定為低級中斷。當同時接收到幾個同一優(yōu)先級的中斷請求時，響應哪個中斷源則取決于內部硬件查詢順序（即自然優(yōu)先級）。設置IE和IP可以開放指定中斷及設置響應順序?！救绾螌崿F(xiàn)中斷嵌套】當CPU正在處理一個中斷請求時，又出現(xiàn)了另一個優(yōu)先級比它高的中斷請求，這時CPU就暫時

13、中止執(zhí)行對原來優(yōu)先級較低的中斷源的服務程序，保護當前斷點，轉去響應優(yōu)先級更高的中斷請求，并為其服務。待服務結束，再繼續(xù)執(zhí)行原來較低級的中斷服務程序?！局袛囗憫獥l件】（1）有中斷源發(fā)出中斷請求 （2）中斷總允許位EA=1，即CPU開中斷（3）申請中斷的中斷源的中斷允許位為1，即中斷沒有被屏蔽 （4）無同級或更高級中斷正在被服務（5）當前的指令周期已經(jīng)結束（6）若現(xiàn)行指令為RETI或者是訪問IE或IP指令，則該指令以及緊接著的另一條指令已經(jīng)執(zhí)行完【中斷主程序的起始地址】8051系列單片機復位后，（PC）=0000H，而0003H002BH分別為各中斷源的入口地址。所以，編程時應在0000H處寫一跳

14、轉指令，使CPU在執(zhí)行程序時，從0000H跳過各中斷源的入口地址。主程序則是以跳轉的目標地址作為起始地址開始編寫的，一般從0030H開始。見下面中斷程序格式題例子。簡答題例子：（1）為什么ROM開頭要放一條跳轉指令。（2）為什么要把主程序放在ROM30H之后?！径〞r/計數(shù)】【定時器中工作模式寄存器TMOD各位功能】（1）M1和M0操作模式控制位。形成4種代碼。 例題：解釋定時器/計算器四種工作模式的特點。M1M0工作模式功能描述00模式013位計數(shù)器01模式116位計數(shù)器10模式2自動再裝入8位計數(shù)器11模式3定時器0：分成2個8位計數(shù)器。定時器1：停止計數(shù)（2）C/：定時器/計數(shù)器方式選擇位

15、C/=0，設置為定時方式。定時器計數(shù)8051片內脈沖，即對機器周期（振蕩周期12倍）計數(shù)。C/=1，設置為計數(shù)方式。計數(shù)器的輸入是來自T0（P3.4）或T1（P3.5）端的外部脈沖。（3）GATE：門控位。GATE=0時，只要用軟件使TR0（或TR1）置1，就可以啟動定時器，而不管（或）的電平是高還是低。GATE=1時，只有（或）引腳為高電平且由軟件使TR0（或TR1）置1時，才能啟動定時器工作。請查定時器工作原理圖?！径〞r/計數(shù)初值X的計算】【務必掌握】定時器初值X= 定時器的工作方式模值M定時時間t機器周期數(shù)T。在方式1時M為216=65536；在方式2和方式3時M為28=256；M在方式

16、0時M為213【定時器在何種設置下可提供3個8位定時器/計數(shù)器】當T0為模式3，T1為模式2時，可提供3個8位定時器【串口通信】【異步通信的信息格式及每位含義】單片機8051具有并行通信和串行通信兩種通信方式。串行通信有同步通信和異步通信兩種通信方式。異步通信的特點是以字符為單位進行傳輸，異步串行通信有單工、半雙工和全雙工共三種傳送方向形式。在異步通信中，數(shù)據(jù)的幀格式定義一個字符由4部分組成，即：起始位、數(shù)據(jù)位、奇偶校驗位和停止位。停止位是高電位，提高抗干擾能力。【串行口控制寄存器SCON】可以設置串行口的4種工作方式，方式0和方式2的波特率是固定的，方式0不用于通信，而方式1和方式3的波特率

17、是可變的，常用于通信。例題：解釋串口四種工作方式的特點?！径〞r器模式與串口方式的關系】8051的T1的模式2常作為串行口方式1和方式3的波特率發(fā)生器。例題：解釋定時器/計數(shù)器四種工作模式與串口四種工作方式的聯(lián)系?！静ㄌ芈省繑?shù)據(jù)傳送速率，每秒傳送二進制代碼的位數(shù)，用bps表示。解釋【SBUF】【略】【波特率計算】【務必掌握】串行口方式1和方式3的波特率=(1+SMOD)*fosc384*(256-TH1)TCON各位的定義TF1TR1TF0TR0IE1IT1IE0IT0TMOD各位的定義T1T0GATEC/TM1M0GATEC/TM1M0IE各位的定義EA未用未用ESET1EX1ET0EX0SC

18、ON各位的定義SM0SM1SM2RENTB8RB8TIRI 下圖不要求背，但是各位的含義要記得?。骸救烙嬎泐}：延時時間、定時初值、串口波特率務必掌握】【例題見本站的題庫】(兩層為例) 循環(huán)延時時間（最里層循環(huán)周期數(shù)最里層循環(huán)次數(shù)）次里層循環(huán)次數(shù)）機器周期【按鍵或鍵盤】按鍵的合斷都存在一個抖動的暫態(tài)過程。這種抖動的暫態(tài)過程大約經(jīng)過510 ms的時間， 人的肉眼是覺察不到的， 但對高速的CPU是有反應的， 可能產(chǎn)生誤處理。為了保證鍵動作一次， 僅作一次處理， 必須采取措施以消除抖動。 消除抖動的措施有兩種: 硬件消抖和軟件消抖。硬件消除抖動可用簡單的R-S觸發(fā)器或單穩(wěn)電路構成。軟件消除抖動是用延

19、時來躲過暫態(tài)抖動過程?！綥ED七段數(shù)碼管】一位LED數(shù)碼管顯示共陰（陽）的字型碼值計算?！綥ED動態(tài)顯示方式】多位LED顯示時，將所有位的段選線并聯(lián)在一起，由一個8位I/O口控制。而共陰（陽）極公共端K分別由相應的I/O線控制，實現(xiàn)各位的分時選通。采用掃描方法輪流點亮各位LED，即在每一瞬間只使某一位顯示字符。段選控制I/O口輸出相應字符段選碼，而位選擇控制I/O口在該顯示位送入選通電平（LED共陰極，送低電平）以保證該位顯示相應字符。如此輪流，使每位分時顯示該位應顯示的字符。段選碼、位選碼每送入一次后延時10-50ms，由于人眼視覺暫留效果，看上去每個數(shù)碼管都在亮。 【中斷題格式】已知在IN

20、T0（P3.2）處接有輕觸開關，按一下開關則P3.2=0，放手則P3.2=1，在P1.0處有LED燈。編寫中斷程序，按一下開關則LED取反一次。（注意：凡是中斷類題，一定先要寫出標準中斷格式，否則不會得分。所以要求同學熟背中斷程序標準格式，遇到中斷題，首先寫出標準中斷格式，然后再修改程序使之合乎題意。ORG 0000HAJMP START /首地址上一般為跳轉指令ORG 0003H /因是INT0，故入口地址為03HAJMP LED_INT0ORG 0100H /主程序從100H開始存放(至少也要從30H開始存放)，避開中斷矢量地址表START: MOV IE，#81H MOV IP，#00H

21、 /對本題而言，此句可以不要 MOV TCON ，#00H /對本題而言，此句可以不要 SJMP $LED_INT0：CPL P1.0 RETI END ；（本中斷題也是ROM起始段用法的一個實例，見前面“中斷主程序的起始地址”的說明）【定時器初始化程序】定時器工作之前，應對其進行初始化，大體步驟如下（定時器1為例）：a、設置TMOD，選擇定時器及其工作模式,定時或計數(shù)； TMOD=0x20; /定時器1方式2b、設置定時的時間初值THx,TLx ； TH1=0xfd; TL1=0xfd; /定時初值c、打開中斷，使用IE寄存器，打開總中斷，打開定時器中斷； EA = 1; ET1 =1; /

22、開中斷d、啟動定時器，使用TCON寄存器； TR1=1; /啟動定時器遇到定時器題，算出定時參數(shù)、寫出中斷格式頭，再寫出初始化程序，即使不完整也可得部分分數(shù)【串口初始化程序】串行口工作之前，應對其進行初始化，主要是設置產(chǎn)生波特率的定時器1、串行口控制和中斷控制。大體步驟如下（定時器1為例）：a、確定T1的工作方式（編程TMOD寄存器）； TMOD=0x20; /定時器1方式2b、計算T1的初值，裝載TH1、TL1； TH1=0xfd; TL1=0xfd; /定時器1初值即波特率c、啟動T1（編程TCON中的TR1位）； TR1=1; /啟動定時器1d、確定串行口控制（編程SCON寄存器）； S

23、CON=0x50; /串口工作方式1并允許接收控制位e、串行口在中斷方式工作時，要進行中斷設置。 EA=1; ES=1; /開cpu中斷 /開串行中斷【讀程序寫結果】【略】 【按題意程序填空】【略】【按題要求畫圖與編寫程序】【三個略，不屬于本資料范圍，見本站程序題庫及在線測試系統(tǒng)之程序題】取自其他材料，屬于單片機應用設計，可以看看，不必背誦。A/D轉換器在單片機測控應用系統(tǒng)中， 被采集的實時信號有許多是連續(xù)變化的物理量。由于計算機只能處理數(shù)字量， 因此需要將連續(xù)變化的物理量轉換成數(shù)字量， 即A/D轉換。 A/D轉換器的主要技術指標。 量化間隔：=滿量程輸入電壓/2（n-1）滿量程輸入電壓/2n

24、 n為A/D轉換器的位數(shù)。 量化誤差有兩種表示方法: 絕對誤差是測量值與真值之差，相對誤差是絕對誤差與被測量值之比。絕對誤差=量化間隔/2=/2 相對誤差=1/2(n+1)100D/A轉換器是單片機應用系統(tǒng)與外部模擬對象之間的一種重要控制接口。單片機輸出的數(shù)字信號必須經(jīng)D/A轉換器變換成模擬信號后， 才能對控制對象進行控制。 分辨率是D/A轉換器對輸入量變化敏感程度的描述。 D/A轉換器的分辨率定義為: 當輸入數(shù)字量發(fā)生單位數(shù)碼變化時， 即LSB位產(chǎn)生一次變化時， 所對應輸出模擬量的變化量。 分辨率=模擬量輸出的滿量程值/2n（n為輸入數(shù)字量輸出的位數(shù)在實際使用中， 分辨率高低的更常用的表示方

25、法是采用輸入數(shù)字量的位數(shù)或最大輸入碼的個數(shù)。 例如， 8位二進制D/A轉換器， 其分辨率為8位， =1/256=0.39%; BCD碼輸入的用其最大輸入碼個數(shù)表示， 例如4字位9999 D/A轉換器， 其分辨率為=1/9999=0.01%。 顯然，位數(shù)越多，分辨率越高。建立時間是描述D/A轉換速度快慢的一個重要參數(shù)。 一般所指的建立時間是輸入數(shù)字量變化后， 模擬輸出量達到終值誤差LSB/2(最低有效位)時所經(jīng)歷的時間。根據(jù)建立時間的長短， 把D/A轉換器分成以下幾檔: 超高速 100 ns 較高速 1 s100 ns 高速 10 s1 s中速 100 s10 s 低速 100 s ）單片機應用

26、系統(tǒng)的一般硬件組成由于單片機主要用于工業(yè)測控， 因而其典型應用系統(tǒng)應包括單片機系統(tǒng)， 用于測控目的的前向傳感器輸入通道、 后向伺服控制輸出通道以及基本的人機對話通道。 大型復雜的測控系統(tǒng)是一個多機系統(tǒng)， 還包括機與機之間進行通信的相互通道。前向通道 是單片機與測控對象相連的部分， 是應用系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集輸入通道。 數(shù)字量檢測（光電隔離） 模擬量檢測（A/D） 開關量檢測（光電隔離）A/D轉換器: 是前向通道中模擬系統(tǒng)與數(shù)字系統(tǒng)連接的核心部件。 特點: (1) 與現(xiàn)場采集對象相連， 是現(xiàn)場干擾進入的主要通道， 是整個系統(tǒng)抗干擾設計的重點部位。(2) 由于所采集的對象不同，故有大量的、形式多樣的信號

27、變換調節(jié)電路。(3) 前向通道是一個模擬、數(shù)字混合電路系統(tǒng)，其電路功耗小， 一般沒有功率驅動要求。 后向通道 是應用系統(tǒng)的伺服驅動通道。 開關量控制（光電隔離） 伺服驅動控制（D/A）特點: (1) 后向通道是應用系統(tǒng)的輸出通道， 大多數(shù)需要功率驅動。(2) 靠近伺服驅動現(xiàn)場， 伺服控制系統(tǒng)的大功率負荷易從后向通道進入單片機系統(tǒng)， 故后向通道的隔離對系統(tǒng)的可靠性影響很大。(3) 根據(jù)輸出控制的不同要求， 后向通道電路多種多樣。 相互通道 是解決計算機系統(tǒng)間相互通信的接口。 人機通道 是用戶為了對應用系統(tǒng)進行干預以及了解應用系統(tǒng)運行狀態(tài)所設置的對話通道，。鍵盤顯示器 （打印機。）特點:(1)應用系統(tǒng)中的人機對話通道以及人機對話設備的配置都是小規(guī)模的。(2) 單片機應用系統(tǒng)中， 人機對話通道及接口大多采用內總線形式， 與計算機系統(tǒng)擴展密切相關。(3) 人機通道接口一般都是數(shù)字電路， 電路結構簡單， 可靠性好。通用外設EPROM程序存儲器，RAM數(shù)據(jù)存儲器，I/O接口硬件系統(tǒng)設計原則 單片機應用系統(tǒng)的硬件電路設計包括兩部分內容: 一是單片機系統(tǒng)擴展， 即單片機內部的功能單元的容量不能滿足應用系統(tǒng)的要求時， 必須在片外進行擴