厦门理工学院单片机原理及应用期末复习

复习 期末考试题型 1 填空题 20 2 选择题 20 3 分析题 28 4 综合编程题 32 第一章 1 51 单片机内部有哪些功能部件 具体看课本 P20 P21 例 下面的哪一个功能部件不属于 8051 单片机的内部硬件 B A 串行口 B SPI 接口 C 定时器 D 中断系统 2 CPU 结构 1 什么是 PC 指针 复位时 PC 指针的值 见课本 P25 程序计数器 PC Program Counter 存放下一条要执行的指令在程序存储器中的地址 复位时 PC 指针的值 0000H 2 累加器 A 见课本 P24 页 寄存器 B 见课本 P24 页 程序状态字 PSW 见课本 P24 页 堆栈 SP 见课本 P30 累加器 A 使用最频繁的寄存器 也可写为 Acc 是 ALU 单元的输入之一 又是运算结果 的存放单元 A 的进位标志 Cy 是特殊的 同时又是位处理机的位累加器 寄存器 B 运算结果的另一个存放单元 程序状态字寄存器 PSW RS1 RS0 所选的 4 组寄存器 0 0 0 区 内部 RAM 地址 00H 07H 0 1 1 区 内部 RAM 地址 08H 0FH 1 0 2 区 内部 RAM 地址 10H 17H 1 1 3 区 内部 RAM 地址 18H 1FH 5 OV PSW 2 溢出标志位 指示运算是否产生溢出 各种算术运算指令对该位的影响情况较复杂 将在第 3 章介 绍 6 PSW 1 位 保留位 未用 7 P PSW 0 奇偶标志位 P 1 A 中 1 的个数为奇数 P 0 A 中 1 的个数为偶数 堆栈指针 SP 指示出堆栈区顶部在内部 RAM 块中的位置 复位后 SP 中的内容为 07H 堆栈的作用 1 保护断点 2 现场保护 堆栈的原则 先进后出 堆栈的操作 入栈 PUSH 先 SP 1 后把数据压入堆栈 出栈 POP 先把数据弹出堆栈 后 SP 1 例 DPTR 507BH SP 32H 30H 50H 31H 5FH 32H 3CH 执行指令 POP DPH POP DPL POP SP 后 DPTR SP 中的内容分别是 A 3C5F 50H B 5F3CH 30H C 3C5FH 30H D 3C5FH 4FH 2 存储器结构 1 51 单片机的寻址范围 见课本 P26 51 有 16 根地址线 最大寻址程序存储空间为 64KB 寻址范围是 0000H FFFFH 共 64K 分为片内程序存储器 片外程序存储器 采用统一编址方式 4KB 的片内 ROM 编址范围为 0000H 0FFFH 64KB 的片外 ROM 编址范围为 0000H FFFFH 2 两种工作模式 微处理器和微控制器 见课本 p27 微处理器 或称 CPU 中央处理单元 微控制器 MCU MicroController Unit 微处理器模式微处理器模式 类似于电脑的 CPU 程序存取器 数据存储器及 I O 设备都是外部提供的 即不使用 51 内部 RAM ROM 等资源 此时 0 EA 微控制器模式微控制器模式 该模式就是充分利用 51 内部 RAM ROM 定时 计数器的资源进行编程 工作的模式 此时 1 EA 3 程序存储空间 内部 外部 范围 见课本 P26 程序存储空间地址范围 64KB ROM 包括片内程序存储器 4KB 和片外程序存储器 64KB 4 数据存储空间 内部 外部 见课本 P26 外部 外 RAM 与 I O 空间统一编址 范围 0000H FFFFH 共 64K 内部 内 RAM SFR 内 RAM 分布 地址范围 工作寄存器区 位寻址区 通用区 见课本 P28 页 SFR 地址范围 位寻址 见 P29 页 特殊功能寄存器 SFR 共 21 个 离散地分布在高 128B 片内 RAM 的 80H FFH 区域中 11 个可以进行位寻址 特别提示 对 SFR 只能使用直接寻址方式 书写时可使用寄存器符号 也可用寄存器单元地址 数据存储空间地址范围 64KB RAM 包括片内数据存储器 共 256B 21 个特殊功能 寄存器与 128B 内部 RAM 和片外数据存储器 64KB MCS 51 单片机没有独立的 I O 空间 而是将 I O 空间与片外数据存储器空间共用 64KB 地址空间范围 共同编址 例 位地址为 2BH 的位具体是哪个字节的哪一位 B 见课本 P28 页表 A 24H 1 B 25H 3 C 26H 0 D 27H 4 3 最小系统 1 什么是最小系统 最小系统 使得单片机能正常工作所必需的最少外部功能部件 应包括 电源 时钟电路 复位电路 相应软件 2 引脚功能 电源引脚 Vcc Vss 时钟引脚 XTAL1 XTAL2 复位引脚 RESET 即 RST 控制引脚 PSEN EA ALE I0 引脚 P0 P1 P2 P3 为 4 个 8 位 I O 口的外部引脚 重点掌握 EA RST P0 P3 见课本 P23 页 EA 访问程序存储控制信号 见课本 P23 页 复位引脚 RST 见课本 P22 P31 P36 页 1 P0 口 三态复用口 功能 二者选其一 基本输入输出端口 通用 I O 端口 片外总线 地址总线低 8 位与数据总线复用 驱动能力 8 个 LSTTL 门电路 1 个 LSTTL 的驱动电流是 低电平时 0 36mA 高电平时 20uA 2 P1 口 准双向 基本输入输出端口 驱动能力 4 个 LSTTL 门电路 3 P2 口 准双向 功能 基本输入输出端口 总线 地址总线的高 8 位 驱动能力 4 个 LSTTL 门电路 4 P3 口 准双向 功能 基本输入输出端口 第二功能 驱动能力 4 个 LSTTL 门电路 例 当单片机要求工作在微控制器模式 则 EA 1 当单片机要求工作在微处理器模式 则 EA 0 3 时钟电路 见课本 P37 页 51 系列单片机最高工作频率可达 AT 系列 24MHz S 系列 40MHz 时钟周期 机器周期 状态周期之间的关系 时钟周期 单片机的基本时间单位 若时钟的晶体的振荡频率为 fosc 则时钟周期 Tosc 1 fosc 机器周期 CPU 完成一个基本操作所需要的时间称为机器周期 执行一条指令分为几个机 器周期 每个机器周期完成一个基本操作 MCS 51 单片机每 12 个时钟周期为一个机器周 期 状态周期 在 51 里 一个机器周期又分为 6 个状态 S1 S6 因此 一个状态周期为 2 个时钟周期 每个状态又分为两拍 P1 和 P2 因此 一个机器周期中的 12 个时钟周期表 示为 S1P1 S1P2 S2P1 S2P2 S6P2 4 复位电路 51 单片机的复位条件 复位条件 引脚 RST 加上大于 2 个机器周期 即 24 个时钟振荡周期 的高电平就可使 MCS 51 复位 复位时 PC 初始化为 0000H 使 MCS 51 单片机从 0000H 单元开始执行程 序 复位时 SFR 状态 SP P0 P3 SFR 的复位值 除 PC 之外 复位操作还对其它一些寄存器有影响 见表 1 12 SP 07H P0 P3 的引脚均为高电平 FFH 第四 七章 一 4 个 8 位并行 I O 端口 见课本 P23 1 P1 基本输入输出 准双向 操作 输出 输入 必须先写 1 2 P0 P2 总线或基本输入输出 P0 3 态 作为基本 I 0 时 必须外加上拉电阻 3 P3 第二功能或基本 IO 4 应用 P0 口 8 位 内部无上拉电阻 访问外 RAM 或 ROM 时 分时复用作低 8 位地址及数据 I 0 口 具体看 普通 I O 口 当做输入口时 需要令 P0 口对应管脚为 1 这主要是因为 I O 口有 线与 功能 就是说 I O 线的电平状态是 I O 两端共同决定 的 一旦有一端为 0 相与之后 I O 线的状态就肯定为 0 所以 在作为输入口时 我们 需要把相应端口拉高至 1 这样 当另一端为 0 时 I O 线就为 0 当另一端为 1 时 I O 线就为 1 P1 口 8 位 内部有上拉电阻 普通 I O 口 同 P0 口 P2 口 8 位 有上拉 访问外 RAM 或 ROM 时 用作高 8 位地址 普通 I O 口 同 P0 口 P3 口 8 位 有上拉 除了有丰富的第二功能外 与 P1 口相同 例 8051 的准双向 I O 端口有 P1 P2 P3 这是因为 准双向口只有 高电平 态和 低电平 态 例 要求系统使用 P2 口读入拨码开关的状态 并通过 P1 口使得发光二极管显示该状态 请设计硬件电路并编程 include void delay void delay 函数 unsigned char i j 这个函数执行时间的延迟 for i 0 i 255 i for j 0 j 255 j void main void unsigned char temp 声明变量 temp while 1 无穷循环 temp P2 将 P2 输入的数据直接放入变量 temp 当中 P1 temp 将变量 temp 中的数据直接输出到 Port 1 delay 二 中断系统 1 概念 什么是中断 中断源 中断嵌套 中断优先级 中断的定义 CPU 正在执行程序时 单片机外部或内部发生的某一事件 请求 CPU 迅速 去处理 CPU 暂时中止当前的工作 转到中断服务处理程序处理所发生的事件 处理完该 事件后 再回到原来被中止的地方 继续原来的工作 这称为中断 CPU 处理事件的过程 称为 CPU 的中断响应过程 中断源 1 外围设备 A D 键盘 打印机等 2 故障源 掉电 溢出 3 定时器和实时时钟 4 为调试程序设置的中断源 如单步调试 中断嵌套 指 CPU 因响应和执行某一中断源的中断请求时 发生了另一个优先级比它高的 中断源请求 那么 CPU 暂停原来执行的中断服务程序转而响应和处理中断优先级更高的中 断源的中断请求 处理完以后 再回到原来继续执行低优级中断服务程序 中断的优先级 针对同时有多个中断源进行中断请求时 CPU 按优先级的高低来响应中断 高优先级 低优先级 同级中的优先权 2 51 单片机的中断源 中断入口地址 中断优先级 中断源 MCS 51 有 5 个中断源 两个中断优先级 可以实现两级中断服务程序嵌套 中断源 中断入口地址 外部中断 0 INT0 0003H 定时器 0 T0 000BH 外部中断 1 INT1 0013H 定时器 1 T1001BH 串行口 0023H 优先级结构 1 低优先级中断可被高优先级中断所中断 反之不能 2 任何一种中断 不管是高级还是低级 一旦得到 响应 与它同级的中断源不能再中断它 3 同级的中断源同时请求时 遵循辅助优先级顺序 例 当 IP 45H 时 请排出 5 个中断源优先级的先后 中断优先级控制寄存器 IP 中的数据是 PX1 1 PX0 1 外部中断 0 外部中断 1 定时器 0 定时器 1 串行口 3 外部中断触发方式 2 种 课本 P126 边沿触发方式和电平触发方式 4 中断标志位的清除方式 中断请求的撤除 中断源发出中断请求 相应中断请求标志置 1 CPU 响应中断后 必须清除中断 请求 1 标志 否则中断响应返回后 将再次进入该中断 引起死循环出错 对定时 计数器 T0 T1 中断 外中断边沿触发方式 CPU 响应中断时就用硬件自动 清除了相应的中断请求标志 对串行口中断 用户应在串行中断服务程序中用软件清除 TI 或 RI 对外中断电平触发方式 需要采取软硬结合的方法消除后果 5 应用 初始化 SCON TCON IE IP 中断系统初始化步骤 设置堆栈指针 SP 设置中断优先级寄存器 IP 若为外部中断 应设置触发方式 TCON 设置中断使能寄存器 IE 开相应中断 中断程序的编写 中断服务子程序的编写 在中断入口地址设置一条跳转指令 根据需要保护现场 中断源请求中断服务要求的具体操作 若是外部中断电平触发方式 应有中断撤除操作 恢复现场 中断返回 三 定时计数器 1 两种工作模式的区别 本质上是增 1 计数器 两种工作模式 1 定时器工作模式 对片内机器周期脉冲计数 2 计数器工作模式 对外部事件脉冲计数 3 计数器工作模式的计数引脚 T0 P3 4 T1 P3 5 4 种工作方式 方式 0 方式 3 例 当定时 计数器选定为定时器方式时 是对 对片内机器周期脉冲计数 进行计数 选定为计数器方式时 是对 对外部事件脉冲计数 进行计数 2 作为计数器使用时对应的引脚 T0 P3 4 T1 P3 5 3 4 种工作方式的区别 分别可以定时和计数的最大范围是多少 见课本 P140 142 4 溢出后 51 单片机会有什么操作 首先 把中断标志 TF1 或 TF0 清 0 并重新计数 接着 如果有相应定时器中断服务 子程序 就执行中断服务子程序里的程序 5 应用 1 初值的计算 定时器 计数器初值计算 计数器 公式 2n x 所要计的数 定时器 公式 2n x T 所要定时时间 n 8 13 16 X 计算的初值 T 机器周期 2 初始化 TCON TMOD THX TLX IE IP 定时器 计数器编程步骤 1 设置工作模式 工作方式 TMOD 2 赋初值 THX TLX 3 开中断 IE 和定义中断优先级 IP 若有 4 启动定时器 计数器 TCON SETB TRX 5 等待中断或查询中断标志 TCON TFX 3 程序编写 中断方式 查询方式 4 查询方式中注意标志位的清除 例 在 P1 7 口接有 1 个发光二极管 要求利用定时器 T0 控制使 LED 亮 1S 停 1S 周而复 始 解 这是长延时例子 一般采用定时器定时和软件计数相结合的办法 设 T0 为方式 1 定时值为 100ms 计数为 10 次 即 100ms 10 1S 216 X 2us us 解得 X 15536 3CB0H 则 TH0 3CH TL0 B0H ORG 1000H START MOV R7 0AH MOV TMOD 01H CPL P1 7 LOOP MOV TH0 3CH MOV TL0 0B0H SETB TR0 Wait JBC TF0 Next 软件查询方式 SJMP Wait Next DJNZ R7 LOOP 1S 延时到否 SJMP START 四 串行口 1 概念 串行通信 并行通信 同步通信 异步通信 波特率 通信制式 通信方式 1 并行通信 是指数据的各位同时进行传送的通信方式 优点 传输速度快 缺点 占用 I O 线多 传输距离短 30m 2 串行通信 是指数据一位一位顺序传送的通信方式 优点 占用 I O 线少 一对 传输距离远 缺点 传输速度低 3 异步通信 Asynchronous Communication 数据以字节为单位组成字符帧传送 字符帧由发送端一帧一帧地发送 两相邻字符帧之间 可以无空闲位 也可以有若干空闲位 这就是异步概念 发送端和接收端的时钟各自独立 实现双方同步接收是靠字符帧的起始位和停止位 字符帧格式 起始位 1 位 数据位 1 8 位 奇偶校验位 1 位 和停止位 1 2 位 优点 不需要传送同步时钟 缺点 字符帧中包含有起始位和停止位从而降低了有效数据 的传输速率 适用低速通信 4 同步通信 Synchronous Communication 是一种连续串行传送数据的通信方式 1 个信息帧中包含有若干数据字符 发送端和接收 端的时钟必须同步 实现双方同步接收是靠信息帧中同步字符 数据字符之间无间隔 信息帧格式 同步字符 n 数据字符 n CRCH CRCL 优点 高速传送数据 缺点 发送时钟和接收时钟保持严格同步 发送时钟传送到接收端 波特率 baud rate 每秒钟传送二进制数码的位数 bit 单位 bps bit persecond bit s 串行通信的制式 单工方式 Simplex 只允许数据向一个方向传送 A B 半双工方式 Half Duplex 允许数据向两个方向中的一个方向传送 但每次只能一个站 发送 全双工方式 Full Duplex 允许数据同时双向传送 例 串行通信根据通信的数据格式分有两种方式 分别是 异步通信 和 同步通信 p155 2 51 单片机的串行口通信的帧格式 见上面红色字体 3 4 种工作方式的区别 课本 P159 32 2 SMOD 方式数据帧格式 0用于拓展 I O 没有规定的格式 我们一般从 SBUF 每 8 位一个段操作 11 位起始位 0 8 位数据 1 位停止位 1 2与方式 1 相同 31 位起始位 0 9 位数据 最后一位在 TB8 或 RB8 中 1 位停止位 1 说明 起始位和停止位的发送都是通