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江 苏 广 播 电 视 大 学（开放教育）单片机技术及应用课程考试说明江苏广播电视大学计算机系 顾筠2003年5月22日单片机技术及应用是“开放教育试点”计算机科学与技术专业（专科）的一门面向应用的专业技术课。单片机技术及应用介绍了单片机的基本知识和单片机技术的应用，其内容与工程实际紧密相联系，实用性很强，是一门在理论指导下, 偏重于实际应用的课程。本课程具有实用性强、理论和实践结合、软硬件结合等特点。本课程围绕使用较为广泛的MCS-51系列单片机进行学习。通过学习要求学员掌握MCS-51系列单片机工作原理、编程技术，掌握单片机应用系统的扩展方法和实际应用。由于这门课内容较多，特别是MCS-51汇编语言编程对大多数学生有一定难度，希望同学们在学习本课程时，抓住重点，注重基础。本文根据教学要求提出学习要点，供同学们在复习时参考。第一部分考核说明一、考核要求：本课程选择使用较为广泛的MCS-51系列单片机进行学习。通过本课程的学习，要求学生学习和掌握MCS-51单片机的系统结构、指令系统、程序设计方法、系统扩展方法、单片机常用接口等应用技术。本课程的教学过程由面授辅导、自学、实验及作业四个环节组成。因此本课程考核要求为：1作业及实验未完成大纲的80%者不得参加本课程的考试。2作业、实验成绩与期末考试成绩共同评定为课程总成绩。3作业、实验占课程总分的20%，期末理论考试占总分的80%。4作业、实验和社会实践成绩由各市校及教学班评定，理论考试有省校统一命题、统一考试。二、平时成绩考核要求及说明1每章作业均要求完成后交教师批改，完成作业80%为6分（及格）；所有作业均完成，且质量较好者，10分（满分）。中间情况酌情给分。2每次实验均能按照教师安排进行，实验态度好，至少完成4个实验且实验报告完整，为6分（及格）；能基本独立完成4个或以上实验，实验报告完整、无误，实验质量高，10分（满分）。中间情况酌情给分。3作业与实验的平均分为平时成绩，满分20分。三理论考试说明： 1 单片机技术及应用理论考试实行全省统一考试，采用闭卷笔试形式，考试时间120分钟，可带计算器、尺子等工具。2 期末考试试题根据教学大纲，按照本说明中制订的考核内容和考核要求确定，其范围和难度均遵照此说明。考试命题覆盖教材第一章至第六章的内容。3期末考试试题类型有以下几种： 填空题10分； 简述题25分； 判断题20分； 阅读程序20分； 计算（画图）题10分； 编程题15分。4按照教学大纲的要求，理论考试要求分为掌握、理解和了解三个层次。l 掌握：对于本课程的重点内容要求学生达到掌握的程度。即能够全面、深入理解和熟练掌握所学内容，并能够用其分析、初步设计和解答与应用相关的问题，能够举一反三。要求学生掌握的内容也就是考试的主要内容，在考试中所占比例约70%。l 理解：对于本课程的一般内容要求学生能够理解。即要求学生能够较好地理解所学内容，并且对所涉及的内容能够进行简单分析和判断。要求学生理解的内容也是考试的内容，在考试中所占比例约25%。l 了解：对于本课程的次要内容要求学生能够了解。要求学生了解的内容，一般是指在眼下不必进一步深入和扩展，有些也许需要学生自己今后在工作中进行深入研究。对要求了解的内容，在考试中占较小比例，不超过5%。第二部分考试内容和要求第一章 计算机基础知识本章为计算机系统基本知识。1掌握有关计算机的基本概念：计算机的分类、计算机的字、字长、指令、指令系统等。2掌握计算机的系统组成：有关总线、运算器、控制器、存储器、外设等概念。3掌握数值及其转换：二、十、十六进制数的转换，以及二进制编码的十进制数8421BCD码。4理解有关存储器、运算器、控制器、外围设备、总线的功能。5理解计算机中数的表示方法：计算机中数的表示方法，有关带符号数、无符号数、原码、补码、反码。6了解计算机的发展概况。第一章重点内容综述：计算机是一种能够高速而精确地进行各种数据处理的机器。至今，计算机的发展已经经历了四代，微型计算机是第四代计算机的产物，而单片机是微型机的一种。当前计算机的发展趋势是微型化、巨型化、网络化和智能化。根据设计目标，计算机可分为通用计算机和专用计算机；根据用途，有科学计算、数据处理和工业控制计算机；根据规模和功能，有巨型机、大型机、中型机、小型机、和微型机。常用的数制有十进制、二进制、十六进制，计算机中均用0、1来存储数据。要求掌握十进制、二进制、十六进制整数之间的转换。机器中有符号数，是用“0”表示正，用“1”表示负。一般n位机器数的最高位为符号位，其余（n-1）位为数值部分。无符号数没有符号位，机器的全部有效位都用来表示数的大小。原码、补码和反码都是带符号数在机器中的表示方法。原码是数的真值，但其符号部分用0或1表示的一种机器数；反码是对原码除符号位外各位求反后得到的一种机器数；负数的补码可通过对原码除符号位外，各位求反加“1”得到。计算机是由硬件和软件组成的，计算机的硬件组成为运算器、控制器、存储器和输入/输出设备；运算器和控制器是计算机硬件的核心，称为中央处理器（CPU）。计算机中的程序称为软件，包括系统软件和应用软件。硬件是计算机赖以工作的物质基础，而软件是计算机系统工作的灵魂。计算机的工作可以认为是信息加工的过程，计算机中的信息是指数据或指令。指令是指示计算机执行某种操作的命令，指令是以一组二进制码表示的，称为机器指令。计算机只能识别和执行机器指令。在计算机中指令是依次地存储于存储器中的。指令的编码规则称为指令格式；一条指令的二进制码位数称为指令的长度；不同类型的计算机，指令的长度和格式是不一样的，所能执行的指令类型和数目也不同。通常把一台计算机所能执行的全部指令的集合称为指令系统。指令包含操作码和操作数两个部分，操作码用来表示执行什么样的操作，如传送、加法等，操作数用以指出参加操作的数据或数据的存储地址。计算机中作为一个整体来进行处理和运算的一组数据或指令的二进制编码，统称为“机器字”，简称“字”，CPU一次可处理的二进制数的位数称为字长，字长是衡量计算机性能的一个重要指标，字长为字节的整数倍。 计算机采取程序存储的工作方式。存储器的职能是存储程序和数据。了解存储器的主要技术指标和分类、内存外存常用何种存储器、半导体存储器的特点是什么。运算器是计算机进行算术和逻辑运算的功能部件，控制器控制计算机系统的各种操作，输入/输出设备通过输入/输出接口电路与主机相连。了解常用外设有哪些。总线是计算机中各个功能部件之间传送信息的公用通道，是连接各个功能部件并为它们服务的一组信息传递导线，总线可分为单向总线和双向总线，并行总线和串行总线，若按传递信息的属性不同，可分为地址总线、数据总线和控制总线。 第二章 单片微型机概述本章为单片机概述。1掌握有关单片机的基本概念：单片机的定义、特性及应用。2掌握典型的单片机产品及其主要区别。3掌握单片机的特点、应用。4了解单片机的产生、发展和发展规律趋势。5了解单片机的内部结构和单片机应用系统结构。第二章重点内容综述：微型计算机是第四代计算机的产物，而单片机是微型机的一种。 将计算机的基本功能部件：中央处理器、存储器和输入/输出接口都集成在一个大规模集成电路芯片上的微型计算机称为单片机。单片机面向控制应用领域。给单片机配上适当的外围设备和软件，便可构成一个单片机应用系统。单片机应用系统可分为基本系统和扩展系统两大类，扩展系统和基本系统的区别在于有无程序存储器、数据存储器和I/O接口电路等扩展部件。MCS-51系列的典型产品为8051、8751和8031，均为8位单片机，MCS-96系列为16位单片机。单片机具有体积小、可靠性高、控制功能强、使用方便、性能价格比高、容易产品化等特点。单片机主要应用在：智能仪表、机电一体化、实时控制、分布式多机系统、家用电器等，对各个行业的技术改造和产品的更新换代起重要的推动作用。第三章 MCS-51系列单片机系统结构本章为单片机的主要硬件结构，需全面掌握8051的系统结构和工作原理，着重掌握系统所提供的资源特性及其功能特性。 （一）有关中央处理器CPU 1掌握8051系统总体结构，运算器、控制器的组成和功能；2掌握有关复位和CPU定时。3 了解8051、8751、8031有何异同，其硬件资源包括哪些。第三章重点内容综述1：8051、8751和8031均为8位单片机，其内部结构是基本相同的。都具有如下硬件资源：面向控制的8位CPU、128B内部RAM数据存储器、32位双向输入/输出线、一个全双工的异步串行口、二个16位定时器/计数器、五个中断源、2个中断优先级、时钟发生器、可以寻址64KB的程序存储器和64KB的外部数据存储器。MCS-51内部有一个功能很强的8位微处理器CPU，它由算术逻辑运算部件（ALU）、布尔处理器、控制器和工作寄存器组成。8051内部有4KBROM，8751内部有4KBEPROM，而8031内部无程序存储器。时钟电路控制着计算机的工作节奏，是计算机的心脏。时钟可由内部振荡器产生，也可由外部振荡器提供。CPU取出一条指令至该指令执行完所需的时间称为指令周期。大多数8051指令执行时间为一个机器周期或两个机器周期。一个机器周期由六个状态组成，每个状态为二个时钟周期，即一个机器周期由12个时钟构成，所以一个机器周期T=12/fosc （fosc为振荡器频率）。单片机可通过上电自动复位和人工复位，使CPU和系统中的其它部件都处于一个确定的初始状态，并从这个状态开始工作（需掌握复位以后内部各寄存器的状态）。若系统有外部扩展的接口电路，则也需与单片机同步复位，以保证CPU有效地对外部电路进行初始化编程。应注意两者复位电路的不同，需保证两者同步复位。（二）存储器组织1掌握单片机五个独立的存储空间的划分，各空间的寻址范围、寻址方式；2掌握有关信号、的作用；3掌握MCS-51存储器结构图。第三章重点内容综述2：程序存储器空间为64KB，其地址指针为16位的程序计数器PC。8051内部RAM数据存储器的空间为128B。内部RAM低128B中不同的地址区域从功能和用途方面，可划分为三个区域：工作寄存器区、位寻址区、堆栈和数据缓冲器区。8051内部RAM的01FH为四组工作寄存器区，寄存器组的选择由PSW中的RS1、RS0两位决定，每组有8个工作寄存器R0R7，四组共32B。内部RAM的202FH为位寻址区域，这16个单元的每一位（168）都有一个位地址，它们占据位地址空间的07FH。307FH为数据缓冲区，8051的堆栈一般设在307FH的范围内，栈顶位置由栈指针SP指出，复位以后SP为07H，一般应对SP初始化来具体设置堆栈区。在实际的8051应用系统中，内部RAM的07FH，除了实际用到的工作寄存器、位标志和堆栈区以外的单元，都可以作为数据缓冲器使用，存放输入的数据或运算的结果。8051内部的I/O口锁存器以及定时器、串行口、中断等各种控制寄存器和状态寄存器都称为特殊功能寄存器，它们离散地分布在80HFFH的地址空间（8051有21个特殊功能寄存器）。而其中部分地址能被8整除的字节地址单元可以位寻址，即有些特殊功能寄存器，既能用字节地址访问又可以用位地址访问其中的某些位。外部RAM和I/O口是统一编址的，均在64KB的外部数据存储器空间，CPU对它们具有相同的操作功能。（三）中断系统1掌握有关中断、中断源、中断优先级等概念；2掌握中断响应过程；3掌握中断优先级排列；4掌握中断允许寄存器IE、中断优先级寄存器IP各位的含义及设置；5掌握外部中断的两种触发方式：电平、边沿；6掌握中断系统结构图。第三章重点内容综述3：8051有5个中断源，分别是两个外部中断源INT0和INT1，三个内部中断源：即定时器T0和T1的溢出中断及串行口收/发中断。两个外部中断源由P3口的第二功能引脚P3。2和P3。3引入。5个中断源相应的控制位和标志位在TCON和SCON的相应位中，对于中断系统结构图，弄清楚各信号的来源、作用，哪些是CPU控制自动完成的，哪些是用户软件完成的，中断的撤消是如何完成的等。第四章 MCS-51指令系统1掌握指令与伪指令的正确格式；2掌握五种寻址方式的使用及寻址方式的含义；3掌握五类指令的功能和使用；4掌握书中所列例题。第四章重点内容综述：MCS51的五种寻址方式为寄存器寻址、直接寻址、寄存器间接寻址、立即寻址和基变址寻址。按功能化分，其指令系统可分为数据传送指令、算术运算指令、逻辑运算指令、位操作指令和控制转移指令，要求能够正确指出指令源、或目的操作数的寻址方式，指令操作数地址的形成，指令执行后的结果以及对标志位的影响，转移、调子等指令对其转移的范围、适用的场合应予掌握。第五章 MCS-51单片机外围模块本章为单片机的外围模块，虽然这些外围模块都和8051的CPU、存储器集成在一起，但从微型计算机结构上看，属于外围模块。握系统所提供的资源特性和使用方法。（一）并行口1掌握4个I/O口在不同作用时的信息内容和信息流向；2了解4个I/O口的结构组成。第五章重点内容综述1： 8051有四个双向8位输入/输出口P0P3，每个口都有锁存器、输入/输出缓冲器。CPU对口的读操作分为读口锁存器的状态和读口引脚的输入信息两种。各个口硬件组成有相同又有不同，这不同是与各个口所担负的作用与功能相关联的，如P0口无内部上拉电阻，P1、P3口无多路开关，P3口的每位可定义第二I/O功能等，各个口在不同作用时的信息内容和信息流向是不同的。如P0、P2口的多路开关就决定了当前口是作为通用I/O口与外部的输入/输出设备之间交换信息，还是作为系统扩展的地址/数据总线使用，多路开关的切换由其控制端决定。系统扩展时，通常由P0口提供8位数据；由P2口提供高8位地址，与P0口提供的低8位地址共同完成对外部存储器64KB范围寻址，=0决定访问外部程序存储器，而、是外部数据存储器的读写信号；P0口的低8位地址总线与8位数据总线是分时复用的。（二）定时器1掌握TMOD和TCON中各位的含义、作用；2掌握定时器/计数器的四种工作方式及有何不同；3掌握不同工作方式计数初值与定时时间的关系，即能根据定时时间算出计数初值，完成定时器的初始化编程和简单应用编程。第五章重点内容综述2：单片机内部均有定时器/计数器。定时器/计数器是单片机重要的内部资源，定时器与计数器的工作原理是相同的，8051的定时器/计数器是根据输入的脉冲进行加1计数，当计数器溢出时，将溢出标志位置1，表示计数到预定值。当输入的是标准脉冲（如系统脉冲）时，计数的目的是为了得到时间，此时即为定时器；若输入的不是标准脉冲，只是计输入脉冲数，此时即为计数器。MCS51的定时器/计数器是加1计数器。其方式寄存器TMOD决定了定时器/计数器是工作在定时器方式还是工作在计数器方式，并控制定时器/计数器的工作方式以及计数时是否受外部引脚的控制。控制寄存器TCON控制定时器/计数器的启停（TRi）、寄存定时器/计数器的溢出状态（TFi）。注意外部事件计数时的最高计数频率限制及其原因。（三）串行口1掌握有关通信的概念；2理解串行口的四种工作方式；3掌握SBUF的含义及作用；4了解串行口的工作原理；5了解SCON中每一位的含义及SMOD位的作用。第五章重点内容综述3：教材中有关通信的概念有：串行通信、并行通信、异步通信、同步通信、全双工、通信数据格式、波特率等。MCS-51有一个全双工的异步串行通信接口，有四种工作方式供选择，可以同时发送和接收数据，SBUF是其数据发送和接收缓冲器，SCON是串行口的控制寄存器，PCON7是串行口波特率加倍位SMOD。其波特率可由定时器T1的溢出率确定。第六章 汇编语言程序设计1掌握程序设计的基本步骤；2掌握各种基本的程序设计方法；3掌握常用程序的设计与阅读。第六章重点内容综述：按照程序设计的基本步骤，能够根据题意画出程序流程图，继而编写出汇编语言程序，也能够分析已知程序，并画出程序流程图。重点掌握各种基本的程序设计方法：简单（顺序）程序设计、分支程序设计、循环程序设计、子程序设计。要求学生能够自己编写：数据传送程序、简单的加减乘除程序、延时程序、逻辑运算程序、位变量的逻辑操作程序、十进制BCD码加法程序、BCD码与ASCII码的转换程序、十六进制与ASCII码的转换程序、简单常用子程序，定时器、串行口的基本程序设计。弄通教材中所举例子，能够阅读一般的程序，并指出其功能、程序执行后结果所在。第七章 单片机系统扩展技术1掌握MCS-51系统扩展原理；2掌握用EPROM扩展程序存储器的8031系统的接线方法；3掌握用静