单片机原理及应用期末考试必考知识点重点总结

微控制器概述：微型计算机是微型计算机的缩写，是微型计算机的一种。将中央处理器(CPU)、随机内存(RAM)、只读内存(ROM)、计时器计数器、IO接口、串行和通信等接口电路的功能与单个电路芯片的微型计算机集成。字符长度：有一组二进制代码表示计算机上的一个信息。此代码称为计算机中的单词，单词的位数称为“字符长度”，字符长度表示准确性，MCS-51是8位微型计算机。89c51是8位(字长)微控制器(51系列为8位)微控制器硬件系统基于计算、控制(CPU)、数据内存(RAM)、程序内存(ROM)、输入和输出设备以及内部总线等体系结构。由于大小有限的电路芯片实现了多种功能，需要单片机的高性能、简单的结构和稳定的工作。Scm软件系统包括监视程序、中断、控制、初始化等用户程序。一般编程语言有汇编语言和c语言，通过编译可以获得机器语言(二进制代码)。1.1单片机半导体工艺一个是HMOS工艺，这是具有高速高密度特性的高密度短通道MOS工艺。另一种是CHMOS工艺，互补金属氧化物的HMOS工艺，兼具HMOS工艺的特性和CMOS的低功耗功能。例如：8051的耗电量为630mW，80C51的耗电量约为110mW。1.2开发阶段5突然：1.单片机系统电路设计2.使用软件开发工具(例如Keil C51)编辑程序。编译hex的机器语言。3.利用单片机仿真系统(如Protus)，对单片机最小系统和设计周边电路的仿真硬软件进行协同调试。4.使用单片机开发工具软件(如STC_ISP下载软件)读写设备在模拟中调试。将hex程序复制到单片机的程序内存中。根据设计，构建单片机系统。2.1MCS-51单片机的配置： (有两个计时器)计算、控制(CPU)、数据内存(RAM)、程序内存(ROM)、I/O端口(串行端口、并行端口)、内部总线和中断系统等。工作流程方块图如下：云算机组态：8位元算术逻辑运算单元(ALU)、8位元累加器A(Accumulator)、8位元暂存器b、程式状态字暂存器PSW(Program Status Word)、8位元暂存器功能：完成算术和逻辑运算控制器配置：程序计数器PC、命令寄存器IR、命令解码器ID、堆栈指针SP、数据指针DPTR、时序控制逻辑和振荡器OSC等电路。功能：CPU从内存中取出要根据PC地址运行的命令的脚本，将其保留在IR中，ID解码IR的脚本，时序控制逻辑与OSC一起在解码ID后对信号进行分时处理，以生成执行此命令所需的所有信号。2.2存储MCS-51的存储可分为程序内存和数据内存，片上和外接。(1)程序内存只读内存(ROM)通常用作程序内存。可寻址空间为64KB，用于存储用户程序、数据和表等信息。MCS-51单片机可以根据程序内存分为内部ROM类型(如8031)和内部ROM类型(如8051)，连接时针脚不同。程序内存结构如图所示。(2)数据内存随机内存(RAM)通常用作数据内存。可寻址空间为64KB。MCS-51数据内存可以分为片和片两部分。外部RAM:最大范围：0000H至FFFFH，64KB；使用命令MOVX访问。片上RAM:最大范围：00H至FFH，256B；以命令MOV访问。分为两部分。低128b (00 7fh)是实际RAM区域，高128b (80 ffh)是特殊功能寄存器(SFR)区域。如图所示。2.3计时器/计数器(TL0、TH0、TL1和TH1)MCS-51微控制器有两个16位计时器/计数器T0和T1，由四个8位寄存器(TL0、TH0、TL1和TH1)组成，两个16位计时器/计数器完全独立。这四个寄存器可以单独寻址，但T0和T1不能用作16位寄存器。8051有两个16位可编程计时器/计数器，其二进制数加上一个计数器，分别命名为T0和T1。T0和T1都有两种操作模式：计时器和计数器。在计时器模式下，T0和T1的计数脉冲可以在12分频后由单芯片时钟脉冲提供。在计数器模式下，T0和T1的计数脉冲可以在P3.4和P3.5针脚上输入。对T0和T1的控制由计时器选择寄存器TMOD和计时器控制寄存器TCON执行2.4中断系统中断：CPU暂停原始程式执行、执行外部装置服务(执行中断服务程式)，然后在服务完成时返回原始程式执行的程序。中断系统：表示处理上述中断进程所需的硬件电路。中断源：指示可以生成中断请求信号的源。8051可以处理来自5个中断源(2个外部、3个内部)的中断请求并排定其优先级。外部中断请求信号可以通过两种方式从P3.2、P3.3(和)针脚输入：级别或边缘触发器。内部中断源有三个、两个计时器/计数器中断源和一个串行端口中断源。8051的中断系统主要由允许中断控制器IE和中断优先级控制器IP等电路组成。2.5MCS-51微控制器外接针脚8051微控制器有40个针脚，分为端口线、电源线和控制线三类。电源线GND:接地端号20。VCC:静电接脚40。5v电源供应器2.6MCS-51单芯片工作原理：MCS-51系列单片机的工作方式可以分为重置、程序运行、单片机运行、断电保护、节电操作和EPROM编程/验证。重置电路有两种：电源自动重置和电源开/键手动重置，如下所示：程序执行方式是单片机的基本工作方式，可以分为连续执行工作方式和单步执行工作方式。节能工作方式可以分为空闲(待机)方式和断电(停机)方式。基于CHMOS的微控制器无法在睡眠模式下运行，但设计用于具有断电保护的CHM OS类芯片。1.hmos单片机的断电保护VCC突然断电时，单芯片微型计算机可以中断需要受内部RAM保护的数据，从而通过备用电源VPD保持内部RAM上的数据不丢失。2.CHM OS单片机节电方法基于CHMOS的微控制器是低功耗设备，正常运行时为11-22ma，空闲时为1.7-5ma，断电时为5-50ma。因此，基于CHMOS的微控制器特别适用于低功耗应用程序，使用由电源控制寄存器PCON中相应位控制的空闲和断电方法。3.空闲操作：将IDL位置设置为1(使用命令MOV PCON，#01H)时，内部控制电路进入空闲操作模式，如右图所示。此时，CPU将进入空闲等待状态，中断系统、串行端口、计时器/计数器，仍有时钟信号，并且可以继续工作。退出空闲状态的方法有两种。一种是停止关机，另一种是关闭硬件重置。4.断电操作方式：将PD设置为1(使用命令MOV PCON，#02H)，微芯片可以进入断电操作方式。振荡器这时停止了，只有芯片内RAM和SFR的数据保持不变，所有电路(包括中断系统)都处于静止状态。关闭电源关闭操作只能使用硬件重置方法。要确保8051在断电后断电前继续运行，必须在断电前将SFR的内容预先存储在片内的RAM中，并恢复断电后SFR断电前的内容。2.7单片机定时计时：CPU在执行命令时控制信号所需的时间顺序称为计时。计时由四个计时单位描述：时钟周期(位)、状态、机器周期和命令周期。MCS-51的计时单位：1.时钟周期：也称为振荡周期，位(用p表示)，它定义了振动源(OSC)为单片机提供时钟信号的周期。计时的最小单位。2.状态(以s表示):微控制器振荡脉冲2分割后，获得整个微控制器运行系统的状态。一个状态有两个位，前半部分的相应位定义为P1，后半部分的相应位定义为P2。3.机器周期：通常完成一项基本任务所需的时间称为机器周期。MCS-51规定一个机器周期包含12个时钟周期。也就是说，有6种状态显示为S1到S6。如果静振为6MHz，则机器周期为2s，如果静振为12MHz，则机器周期为1s。4.命令周期：执行一个命令所需的时间称为命令周期。计时的最大单位。指令循环通常包含一至四个机器循环。指令包含的机器周期数决定指令的运算速度，机器周期数越少，执行速度越快。以机器周期为单位，命令可以分为单个周期、双周期和4个周期命令。3.1单片机系统的工程设计设计要求：首先，可靠性和稳定性是对SCM系统工程设计指标的测量。提高系统可靠性的一些基本方法如下：1 .系统使用双机系统。2 .使用分布式控制系统。3 .硬件和软件过滤：一些常见的数字过滤方法包括：(1)中央滤波(2)算术平均滤波(3)脉冲抗干扰平均滤波4。提高组件的可靠性5。提高印刷电路板的质量：布线和接地必须合理6。加强对电源的抗干扰措施7。增强输入/输出通道的抗干扰能力第二，系统自我诊断功能系统正常运行时，定期监视每个任务模块，并对外部情况采取快速响应措施。要手动操作，必须能够直接切换到备份设备或立即发送信号。三、方便的操作和维护将操作员的专业知识需求降至最低，最小化控制交换机，简化操作顺序，使用十进制表示法确定数据输入和输出显示、服务和系统卷展栏的有效故障位置。第四，性能/性价比尽可能少花钱，使用可以使用软件实现的软件进行设计。设计方法：第一，整体设计：1。掌握工作原理2。机器和组件的选择3。硬件和软件功能分区：硬-提高运行速度，减少工作负载，支出更多；软-以较少的成本增加软件复杂性，减少系统操作速度第二，硬件设计工作1。掌握工作原理第三，软件设计1。系统定义2 .软件结构3。编程4.1模拟输入通道的通用组件模拟输入通道通常包括信号预处理、多路复用器、前导器、采样固定器、模式/数转换器和接口逻辑电路等。核心是模拟/数字转换器。4.2A/D转换器和规格：A/D转换器负责将模拟数量(模拟系统和计算机之间的接口)转换为数字体积，这是模拟输入通道的关键组件。分辨率：通常，如果n=8，全范围输入为5.12V，则LSB等于模拟电压。转换时间：转换命令信号执行中转换结束信号完成n位转换所需的时间间隔。转换精度：绝对精度是指整个范围输出中模拟输入电压的实际值和理想值之间的差异。相对精度是指在整个范围校准的情况下，与整个转换范围内任意数字输出量相对应的模拟输入电压的实际值与理想值的最大差异。转换精度显示为LSB的分数值。线性错误：在整个范围输入范围内偏离理想转换性质的最大错误被定义为线性错误。线性错误通常使用LSB的分数表示法，例如1/2 LSB、1/4LSB等。转换范围：可转换的模拟输入电压范围，例如0至5V、0至10V、-5v至105v等。4.3a/d转换器和计算机接口ADC0809和8255A连接接口电路：使用查询方法完成8路模拟数据收集方块图(假定基本程序已完成8255A初始化编程)。编程：ORG OO13HAjp针脚t1ORG2000HMAIN:MOV R1，#DATASet位1SETB EASETBEX1MOVDPTR，#7FF8HMOVX DPTR，A回路： nopAjploopORG2100Hpint 1: push pswpushaccpushdpl(垂直向下写入两个组)PUSH DPHMOV DPTR，#7FF8HMOVX A，DPTRMOVR1，AINCR1MOVX DPTR，APOPDPHPOPDPLPOPACCPOPPSW4.4D/A转换器的主要规格：分辨率：D/A转换器的分辨率字符串定义为基准电压比率。其中n是D/A转换器的位数。固定时间：当输入二进制波动为完整刻度时，输出达到结束值所需的时间。数值量时D/A转换器实际输出值和理论值之间的最大偏差；相对精度是校正完整刻度后所有输入数据的实际输出值和理论值之间的最大偏差。转换精度显示为最低有效位LSB的分数，例如土壤1/2 LSB、土壤1/4 LSB等。线性度：理想D/A转换器的输入和输出特性必须是线性的。在整个记号范围内，实际特性和理想特性的最大偏移称为非线性图，以LSB的分数表示，例如土壤1/2 LSB、土壤1/4 LSB等。4.5d/双极模拟输出的实现Vout1是单极输出，如果d是输入数字，Vref是参考电压，并且是位d/a转换器，则存在双极输出，可以派生这种双极输出方式使用最高位作为符号位，与单极输出相比，分辨率降低一位。5.1干涉的来源和分类一、外部干涉(1)自然现象(如闪电、闪电等)对通信设备、导航器、无线传输模块的影响。(2)各种电气设备引起的电磁场、电火花、弧焊、高频加热、晶闸管整流等干扰通过电源影响系统。(3)地磁场的影响和来自电力本身的高频干扰。一、内部干扰对计算机控制系统内部各种组件的