单片机知识点

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1、单片机定义：把CPU、寄存器、RAM/ROM、I/O接口等电路集成在一块集成电路芯片上，构成一 个完整的微型计算机。单片机特点：体积小、功耗低、性价比高；数据大都在片内传送，抗干扰能力强，可靠性高； 结构灵活，应用广泛。单片机发展趋势：数据位长1-4-8-16-32位;CPU处理能力和速度不断提高;增大片内RAM 和ROM容量;增加片内I/O 口和功能模块种类和数量;扩大对外部RAM/IO 口和程序存储器寻址能 力;缩小体积，降低功耗。单片机应用：控制应用：应用范围广泛，从实时性角度可分为离线应用和在线应用。软硬件结合：软硬件统筹考虑，不仅要会编程，还要有硬件的理论和实践知识。应用现场环境恶劣

2、：电磁干扰、电源波动、冲击震动、高低温等环境因素的影响。要考虑芯片等级 选择、接地技术、屏蔽技术、隔离技术、滤波技术、抑制反电势干扰技术等。应用空间大：工业自动化、仪器仪表、家用电器、信息和通信产品、军事装备、物联网等领域。第三章：MCS-51单片机结构与原理3.1MCS-51单片机的物理结构及逻辑结构51单片机的引脚定义：P0、P1、P2、P3 （输入输出口）； RST （复位）/VPD （后备电源引入端）；EA （读内/外ROM控制）/Vpp （编程电压）；ALE （地址低8位锁存）/PROG （编程脉冲）；PSEN （外部ROM读选通信号）；XTAL1、XTAL2 （外接晶振端）Vcc

3、（+5v 电源）；Vss （地）逻辑结构-51单片机的系统结构图（教材P26）51单片机基本组成：一个8位微处理器CPU；数据存储器RAM和特殊功能寄存器SFR；内部程序存储器ROM；两个定时/计数器，用以对外部事件进行计数，也可用作定时器；四个8位可编程的I/O （输入/输出）并行端口； 一个串行端口，用于数据的串行通信；中断控制系统；内部时钟电路。MCS-51单片机的CPU：运算器：由8位算术逻辑运算单元ALU （ArithmeticLogicUnit）、8位累加器ACC （Accumulator）、8位寄存器B、程序状态字寄存器PSW （ProgramStatusWord）、8位暂存寄存

4、器TMP1和TMP2 等组成。控制器：主要由程序计数器PC、指令寄存器IR、指令译码器ID、堆栈指针SP、数据指针DPTR、 时钟发生器及定时控制逻辑等组成。MCS-51单片机的输入/输出（I/O）端口结构：MCS-51单片机有4个双向并行的8位I/O 口 P0 P3，P0 口为三态双向口，可驱动8个TTL电路，P1、P2、P3 口为准双向口（作为输入时，口线 被拉成高电平，故称为准双向口），其负载能力为4个TTL电路。端口逻辑结构的总结：P0、P2 口具有两个功能：I/O 口和总线扩展口； P1 口只作I/O 口使用；P3 口有两个功能：I/O 口和 第二功能；P0 口需要外接上拉电阻；作为

5、准双向口，P1、P2、P3 口输入时，应先使场效应管截止，就要求对锁存器进行预置1；4个端口除可按字节寻址外，还可按位寻址。3.2MCS-51单片机的片外总线结构三总线结构：地址总线（AB）:宽度为16位，由P0 口经地址锁存器提供低8位地址（A0-A7）， P2 口直接提供高8位地址（A8A15），是单向的。数据总线（DB）:宽度为8位，由P0 口提供，是双向的；控制总线（CB）:接收各种部件状态， 发出控制命令。3.3MCS-51单片机的存储器配置1、存储器空间分配物理上有四个存储空间：程序存储器片内、片外；数据存储器片内、片外逻辑上有三个存储空间：片内外统一的64KB程序存储地址空间；2

6、56B内部数据存储空间；64KB外部数据存储空间 使用上有五个存储空间：直接寻址的内部数据存储空间（00H-0FFH）；间接寻址的内部数据存储空间（00H-0FFH）； 外部数据存储空间组0000H-0FFFFH）；程序存储空间（0000H-0FFFFH）；位存储空间（字节地址20H-2FH，位地址00H-0FFH）；特点：数据、程序存储器空间分开；物理存储器有片内外之分；有只能读不能写的存储器；有既能 读又能写的存储器；有读写更快的存储器。2、片内数据存储器片内数据存储器低128单元，00H7FH。（1）寄存器区：32个8位寄存器，00H1FH分为4组。每组8个寄存器，分别为R0R7,4个

7、组的选择由状态字中的RS1、RS0的值确定。位单元湃工作寄存器组（2）位存储区：20H2FH，共16个字节单元，1圈个放在此区。0组（00H07H）（3）用户RAM区：30H7FH,通常堆栈1 组（08HOFH）不可寻址。令地址组（程序存储器地址），并具有自动加片内数据存储器高128单元，80H0FFH。（1）特殊功能寄存器SFR： 22个，21个可寻址，PC3组（18H1FH）A、程序计数器PC （16位）：用于存放将要执行的指1的功能B、C、D、E、累加器A （8位）：存放运算中的操作数据及运算后的结果。B寄存器（8位）：乘除法中的第二个操作数和运算后的结果。程序状态字PSW （8位）：寄

8、存程序运行中的状态信息。栈指针寄存器SP （8位）：指向栈顶，PUSH时先加1，后存数。F、其它：数据指针寄存器DPTRC16位）、端口寄存器P0/P1/P2/P3 （8位）、串行数据缓冲器SBUF （8 位）、定时/计数器 T0/T1 （16 位）、控制寄存器 IP/IE/TMOD/TCON/SCON/PCON （8 位）。（2）特殊功能寄存器的字节寻址：只能使用直接寻址方式，在指令中既可以使用寄存器符号表示， 也可以使用寄存器地址表示。（3）特殊功能寄存器的位寻址：21个SFR中的11个可以位寻址。（4）80H0FFH的间接寻址可作用户的RAM区使用。DATA：直接寻址的内部数据存储空间组

9、00-0FFH）（片内RAM）IDATA：间接寻址的内部数据存储空间（00H-0FFH）（片内RAM）注意：DATA的00H-7FH区间与IDATA的00H-7FH区间重叠，即这个区域既可使用直接寻址， 也可使用间接寻址。若选择了 8051AH则80H以上的存储器不能用。若选择了 8052AH则80H以上的存储器可用。3、片外数据存储器外部数据存储器又称外部RAM，当片内RAM不能满足数量上的要求时，可通过总线端口和其他 I/O 口扩展外部数据RAM，其最大容量可达64K字节。在片外数据存储器中，数据区和扩展的I/O 口是统一编址的，使用的指令也完全相同，因此，在应 用系统设计时，必须合理地进

10、行外部RAM和I/O端口的地址分配，并保证译码的唯一性。XDATA：外部数据存储空间（0000H-0FFFFH）4、程序存储器程序存储器的包括片内和片外程序存储器两个部分。其主要用来存放编好的用户程序和表格常数， 它以16位的程序计数器PC作为地址指针，故寻址空间为64KB。8051片内有4kB(0000H0FFFH)，其中特殊保留单元：0000H0002H无条件转移指令(系统复位后PC=0000H)0003H000AHINT0中断地址区000BH0012HT0中断地址区0013H001AHINT1中断地址区001BH0022HT1中断地址区0023H002AH串行中断地址区CODE：程序地址

11、空间(0000H-0FFFFH)3.4CPU的时序及辅助电路1. 单片机的时钟电路两种形式：内部振荡方式：MCS-51片内有一个构成振荡器的高增益反相放大器，XTAL1和XTAL2分别是放 大器的输入端和输出端。放大器与外接晶振连接构成了内部自激振荡器并产生振荡时钟脉冲。 外部振荡方式：把外部已有的时钟信号引入单片机内。内部：外部：2、振荡周期、时钟周期、机器周期和指令周期振荡周期：为单片机提供时钟信号的振荡源的周期。时钟周期：是振荡源信号经二分频后形成的时钟脉冲信号。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。指令周期：是指CPU执行一条指令所需要的时间。一个指令周期通常含有14

12、个机器周期。若晶振为12MHz时，则：振荡周期=1/12MHz=1/12p s=0.0833m s时钟周期=1/6p s=0.167m s机器周期=1M s指令周期=14m s4、复位电路及复位状态复位电路：单片机复位电路包括片内、片外两部分。外部复位电路就是为内部复位电路提供两个机 器周期以上的高电平而设计的。MCS-51单片机通常采用上电自动复位和按键手动复位两种方式。 复位后，P0P3 口输出高电平，初值07H写入栈指针SP，清“0”其余的特殊功能寄存器和程序 计数器PC。只要RESET保持高电平，单片机循环复位，RESET由高变低后，单片机从0地址开始执行程序。单片机复位不影响内部RA

13、M的状态，包括工作寄存器R0R7。第四章：单片机编程语言基础按照语言的结构及其功能可以分为三种：机器语言：机器语言是用二进制代码0和1表示指令和数据的、最原始的程序设计语言。汇编语言：汇编语言是用助记符代替机器码表示指令和数据的、便于记忆和使用的、面向机 器的专用语言。高级语言：高级语言是接近于人的自然语言，面向应用、独立于机器的通用语言。第五章定时器与计数器5.1定时/计数器的结构及工作方式1、定时/计数器结构结构：由计数器、计数信号源和计数控制三部分组成。图中，TH和TL是计数器，数字信号的下降沿使其加1;两种计数信号源：系统时钟和引脚T输 入的外部信号；其余为计数控制与状态。2、定时/计

14、数器工作方式有4种工作方式，方式0、1、2, T0、T1的工作原理基本相同，方式3,两个定时器的工作原理不 同。方式0： 13位计数器（结构图和上图一样，有13位计数器即TL+TH位数）方式1： 16位计数器方式2：可自动赋初值的8位计数器方式3：两个独立的8位计数器5.2定时/计数器的特殊功能寄存器1、方式控制寄存器一TMOD（89H）2、定时器控制寄存器一TCON（88H）5.3定时/计数器的编程实例1、定时/计数器常数的计算（1）计数器初值的计算把计数器计满为零所需要的计数值设定为C，计数初值设定为TC，由此可得到公式：TC=M-C式中，M为计数器模值，该值和计数器工作方式有关。在方式0

15、时M为213；在方式1时M为 216；在方式2和方式3时M为28。（2）定时器初值的计算在定时器模式下，计数器由单片机主时钟脉冲经12分频后计数。因此，定时器定时时间T的 公式：T=（M-TC）T计数上式也可写成：TC=M-T/T式中，M为模值，和定1时器的工作方式有关；T是单片机振荡周期Tclk的12倍；TC为定 时器的定时初值。计数2、定时/计数器应用实例【应用实例1】设单片机的晶振频率为12MHz，利用T0方式0产生1ms的定时，在P1.0引脚上 输出周期为2ms的方波。方式字：TMOD=00H定时初值：TC=M-T/T计数T=1*10-3，T 计数=12/（12x106）=1*10-6

16、/周期TC=213-1*10-3/1*10-6=213-1000=7192=1C18HTH0=1CH,TL0=18H程序设计：【应用实例2】设单片机的晶振频率为12MHz，利用T0方式2进行计数，T0引脚（P3.4）的3个 下降沿使得P1.0引脚上电平翻转一次。方式字：TMOD=06H计数初值：TC=M-CTC=28-3=253=0FDHTH0=TL0=0FDH程序设计第六章：中断系统结构6.1中断的概念1. 异常和中断异常（exception）:打破CPU正常的执行顺序，并强迫CPU执行一个特殊指令段的事件。 异常分为两类：（1）同步异常（synchronousexceptions）：由内部

17、事件（CPU指令运行产生的事件）引起的异常。例 如：被零除运算产生的异常；断点产生的异常。（2）异步异常（asynchronousexceptions）:由外部事件（与CPU指令执行无关的事件）引起的异常。 一般外部事件来源于外部硬件装置。例如：复位按键产生的系统复位异常；通信设备引发的接收数 据异常。51单片机中的中断是指由CPU外部硬件装置产生的事件引起的异步异常。可以认为中断是硬件与 系统中运行的应用程序之间进行通信的一种方法。异常有三方面的用途：1、内部错误处理和特殊条件的管理；如被零除、溢出、断点处理、特权指令等。2、硬件并发处理：多个与CPU并行的外部设备同时申请CPU干预。3、服

18、务请求管理：各个外部装置向CPU请求服务，如定时间隔到、收到数据包等。6.2中断的系统结构1. 中断的逻辑结构外部中断源：NT0（P3.2）INT1（P3.3）低电平或下降沿有效内部中断源T0：定时/计数器0中断，由T0回零溢出引起。T1：定时/计数器1中断，由T1回零溢出引起。TI/RI:串行I/O中断，完成一帧字符发送/接收引起。中断服务程序的入口地址：0000H0002H无条件转移指令（系统复位后PC=0000H）0003H000AHINT0中断地址区000BH0012HT0中断地址区0013H001AHINT1中断地址区001BH0022HT1中断地址区0023H002AH串行中断地址

19、区2. 中断的响应过程在每个机器周期的S5P2期间，顺序采样每个中断源，CPU在下一个机器周期S6期间按优先级顺 序查询中断标志，如查询到某个中断标志为1，将在再下一个机器周期S1期间按优先级进行中断 处理。中断得到响应后自动清除中断标志，由硬件将程序计数器PC内容压入堆栈保护，然后将对应的中 断矢量装入程序计数器PC，使程序转向中断矢量地址单元中去执行相应的中断服务程序。中断申请将被封锁情况：（1）CPU正在执行一个同级或高一级的中断服务程序。（2）当前正在执行的那条指令还未执行完。（3）当前正在执行的指令是RETI或对IE，IP寄存器进行读/写指令，执行这些指令后至少再执行 一条指令才会响

20、应中断。6.3中断系统的特殊功能寄存器1、中断允许寄存器IE（A8H）2、中断条件和状态寄存器3、中断优先寄存器IP（B8H）中断优先顺序不同级：先高后低；同级：按如下顺序由高到低，INT0、T0、INT1、T1、TI/RI。6.4中断系统的应用实例【应用实例】利用定时器和中断技术，设计以秒、分、时为单位的时钟程序。（晶振12MHz）1、任务分析、确定算法、分配存储单元（1）确定最小计时单位：定时器计时为50msX20=1s（2）T0工作方式1，计算计数初值：TC=M-T/T 计数=216-50ms/1 仇 s=3CB0H（3）中断服务程序：累计20次得到秒，实现秒到分和分到时的计数。（4）时

21、、分、秒各占两位，分别放在30H、31H、32H。第七章单片机人机交互7.2数码管接口技术数码管（又称LED，即发光二极管显示器,lightemittingdiode），是单片机系统中最常用的显示器件。通常数码管是由8个发光二级管组合而成，当发光二级管的阳极为高电平，阴极为低电平时，发 光二级管可以导通发光。控制LED中各二极管亮灭，可以显示不同的字形 数码管分为共阴极和共阳极两种结构形式，如图所示。共阴极指所有发光二级管的阳极相互独立，而把所有的阴极连接起来形成公共端，公共端通常需 要接地。共阳极指所有发光二极管的阴极相互独立，而把所有的阳极连接起来形成公共端，公共端通常需 要接电源。为了能

22、够在数码管上显示某一个字符，需要在它的段选控制端输入不同的电平组合，该电平组合 为8位数据，通常称为字型码或者段选码，格式如表7-1所示。字符的字型码都不同，即使是同一个字符，对于共阴极结构和共阳极结构的LED，字型码也不同 数码管的显示方式有静态显示方式和动态显示方式两种。（1）静态显示硬件连线上，每个数码管的公共端都直接接地（共阴极数码管）或接电源（共阳极数码管），各个段选端分别与一个8位的并行I/O端口连接。显示字符时，将各个字符的字型码分别送入相应的I/O端口，使各数码管同时显示不同的字符。参见教材P87，图7-6。（2）动态显示只利用一个用于段选的单片机8位I/O端口循环点亮各数码管

23、，当间隔时间较短时，由于人眼的视 觉暂留现象，效果与各数码管静态显示相同。在硬件连线上，将所有的数码管的段选端并联，与一个8位的并行I/O端口连接，每个数码管的位 选端分别与另一个I/O端口中的某位连接，轮流输出高电平使各数码管循环点亮。参见教材P89，图7-7。第八章单片机资源扩展（存储器扩展）存储器芯片的扩展存储器芯片的位扩展适用场合：芯片容量满足要求，但字长小于存储器系统的要求。例1：用1KX4的2114芯片构成1KX8的存储器系统。根据硬件连线图，可以进一步分析出该存储器的地址分配范围如下：（假设只考虑16位地址）地址码芯片的地址范围15，.A12A11A10A9，.*A0XX000.

24、00000HXX001.103FFH例2：用2KX8的2716A存储器芯片组成8KX8的存储器系统。地址码地址范围芯片编号15.A13A12A11A10A9.A0XX0000.00000H:2716-1XX0011.107FFHXX0100.00800H:2716-2XX0111.10FFFHXX 1000.01000H :2716-3XX 1011.117FFHXX 1100.01800H:2716-4XX 1111.11FFFH例3:用1KX4的2114芯片组成2KX8的存储器系统。地址码地址范围芯片组编号15.A13A12A11A10A9”.A0XXX000 00000H:2114-1X

25、XX001103FFHXXX010-00400H:2114-2XXX011-107FFH例4 : 一个存储器系统包括2KRAM和8KROM，分别用1Kx4的2114芯片和2Kx8的2716芯片组成。要求ROM地址从1000H开始，RAM的地址从3000H开始，完成硬件连线及相应的地址分 配表地址码地址范围芯片编号A15A14A13A12A11A10A9.A0000100001000H:2716-10001011117FFH 000110001800H :2716-2 000111111FFFH 00100000 2000H :2716-3 0010011127FFH 001010002800H

26、 :2716-4001011112FFFH 001100003000H 2114-1 0011001133FFH001110003800H2114-2001110113BFFH第九章：串行通信技术9.1串行通信的基本概念1、串行通信与并行通信串行通信：按照一定的先后顺序、逐位地进行数据传送。并行通信：采用同时多位的数据传输。串行传输方式：单工、半双工、全双工。2、串行通信方式按照对数据流的分界、定时和同步的不同，可分为异步串行和同步串行。异步串行：以一个字符作为一帧，随机地出现在信道中。一帧中双方是同步的，帧与帧之间双方 是异步的，每一个帧都要重建同步关系。同步串行：以数据块作为一帧，每帧中包

27、含多个字符。多个字符的传输仅建立一次同步关系。一 帧中，不仅每一位要同步，而且字符之间也要同步。异步串行用在数据传送时间不确定，发送数据不连续，数据量较少和数据传输率较低的场合。同 步串行通信则用于高传输率、连续、量大的数据传输场合。异步通信帧格式同步通信帧格式同步通信协议可分为面向字符、面向比特和面向字节计数等。以面向字符例：数据传输速率：有多种表示方法，如波特率、比特率。波特率：数据信号对载波的调制速率，用单位时间内载波状态改变次数表示，单位为波特 （Baud）。比特率：信道中数字信号的传输速率，它用单位时间内传输二进制代码的有效位（bit）数表 示，单位为每秒比特数（bit/s或bps）

28、。两者关系为：比特率=波特率X单个调制状态对应的二进制位数两相调制：单个调制状态对应1个二进制位，比特率等于波特率。四相调制：单个调制状态对应2个二进制位，比特率为波特率的两倍八相调制：单个调制状态对应3个二进制位，比特率为波特率的三倍3、串行通信接口接口的功能（1）串行数据格式化：异步方式，负责生成起止式的帧格式。面向字符的同步方式，要在发送的 数据块前面加上同步控制字符。（2）串并转换：并行数据转换为串行数据再向外发送；串行数据转换为并行数据再送往CPU。（3）数据传输速率的控制：对波特率进行选择和控制。（4）错误检测：对传输的数据自动生成校验码。（5）电平转换：计算机是TTL电平及正逻辑

29、，而传输电路采用的是其他电平和逻辑，如：EIA电 平和负逻辑，需要进行电平和逻辑的转换。（6）提供符合国际接口标准所要求的控制信号线：在RS-232接口标准中，对通信设备与数据终 端间的控制信号进行了明确的规定。串行通信接口电路的组成：可编程的接口电路、波特率发送器、电平转换器以及地址译码电路。9.2MCS-51单片机串行接口2、串口工作方式及波特率设置工作方式：4种（1）方式0：串行移位输入/输出方式输入时，RXD作为数据的输入端，TXD提供移位时钟脉冲，接收器以fosc/12的波特率从RXD输入。移入第8位数据时，中断标志RI置1。输出时，8位数据写入SBUF，在移位时钟脉冲（TXD）的控制下，数据以fosc/12的波特率从RXD移出。8位数据移出后，中断标志TI置1。传输中只有数据位，没有附加位（起始位、校验位和停止位），移位顺序是先低后高。第9位数据，SCON中的TB8 （发送）或RB8 （接收）位，使用如下指令对该位进行设置：SETB TB8； TB8 位置 1CLR TB8； TB8 位置 0(4) 方式3：与方式2的帧格式、工作过程完全相同，区别在于波特率，方式2波特率是固定 的，方式3的波特率是可变的。(5)