单片机 期末复习

单片机期末复习

临近期末，单片机复习没有头绪，怎么办？
一个字，背。
但是，背要有背的方法，干背是很头痛也很难的，所以，我总结了一部分思路帮助大家，希望能帮助大家。内容较多，建议大家结合Ctrl+F功能使用。
根据参考教材顺序，分为以下几个内容：
（参考教材：《单片机原理及应用（C51编程）》 主编 李全利 高等教育出版社)

一、单片机绪论

（一）概述

冯·诺依曼提出了程序存储 和二进制运算思想并构建了计算及的经典结构。
80C51系列单片机属于嵌入式微控制器，与嵌入式微处理器、嵌入式DSP处理器、及嵌入式片上系统SOC组成嵌入式应用计算机。
嵌入式应用和桌面应用是微型计算机系统的两种主要形态。
微型计算机由CPU、存储器和I/O设备组成。
CPU由运算器和控制器组成。

（二）发展过程及近况

（三）特点及应用领域

（四）应用系统开发过程

二、结构和原理

（一）内部结构与引脚功能

1、80C51内部结构

（1）CPU模块
· 8位CPU
（2）存储器模块
（3）I/O接口模块
·4个并行I/O端口（8位）
·1个全双工异步串行口
·2个16位定时/计数器
· 中断系统（5个中断源，2个优先级）

2、80C51典型产品资源

3、80C51典型产品封装和引脚功能

（1）40引脚（4个）

Ⅰ、电源及时钟引脚
Vcc：电源接入引脚
Vss：接地引脚
XTAL1：晶振引脚1
XTAL2：晶振引脚2
Ⅱ、控制线引脚（4个）
RST/Vpd：复位信号输入引脚/备用电源输入引脚
ALE¹/PROG ：地址锁存允许信号输出引脚/编程脉冲输入引脚

EA /Vpp：
PSEN ：
Ⅲ、并行I/O引脚（32个，分为4个8位端口）
P0.0~P0.7：一般I/O端口引脚或数据/低位地址总线复用引脚。
P1.0~P1.7：一般I/O端口引脚。
P2.0~P2.7：一般I/O端口引脚或高位地址总线引脚。
P3.0~P3.7：一般I/O端口引脚或第二功能引脚。

（二）CPU

1、CPU功能单元

（1）运算器
运算器由算术/逻辑运算单元ALU，累加器ACC(accumulator)、寄存器B、暂存寄存器、程序状态字寄存器PSW组成，它完成的任务是实现算术和逻辑运算，为变量处理和数据传送等操作。

程序状态字寄存器PSW

CY：进位、借位标志。
AC：辅助进位、借位标志。
F0、F1：用户自定义标志位。
RS1、RS0：当前工作寄存器组选择位。

OV：溢出标志位。
P：奇偶标志位。

（2）控制器
（3）其他寄存器
数据指针DPTR：
一个16位寄存器，由两个8位寄存区组成。可作间接寻址器（用户可用）。
堆栈指针SP：
一个8位寄存器，功能及特点：
1、保护断电及现场（暂存数据和地址）
2、总是指向堆栈顶部
3、向上增长
4、初始值为07H

2、CPU时钟

晶振周期（时钟周期）为最小的时序单位。计算方式为T=1/fosc。
在80C51中，1个机器周期=12个时钟周期
1个状态周期=2时钟周期
1个指令周期=1~4个机器周期。
计算80C51单片机的机器周期公式为： T‘=1/fosc X 12。
例如： 12M晶振的机器周期为： 1/12M X 12=1微秒
当晶振电路、复位电路、和电源电路正常时，在ALE引脚可以观察到未定的脉冲信号，其频率为晶振频率/6。

3、复位

（1）复位电路

复位操作：①上电②按键③复合
当 80C51 的 RST 引脚加高电平复位信号，保持 2 个以上机器周期时单片机
内部就执行复位操作。

（2）复位后的状态

单片机复位操作后使单片机进入初始化状态。
初始化后， 程序计数器PC=0000H ，程序从0000H开始执行。
单片机启动后，RAM为随机值，运行中的复位操作不改变片内RAM内容。

复位后，特殊功能寄存器状态确定。
P0~P3=FFH；
SP=07H；
SBUF不定；
IP、IE、PCON有效位为0；
其余特殊功能寄存器状态均为00H。PSW=00H。（即复位后当前工作寄存器组号为0）
单片机上电复位后，堆栈区的最大允许范围是内部 RAM 的08H—7FH；堆栈区的最大允许范围是120个单元。

（三）存储器结构

存储器功能为存储信息（数据和程序）。分为两大类，RAM和ROM。
RAM断电丢失信息。
ROM断电后信息不变，用来存放数据和常数。

1、程序存储器配置

80C51程序计数器PC是16位计数器，所以能够寻址64K（2^16）的程序存储器地址范围。
程序存储空间物理上是2个部分，逻辑上是1个部分。

2、数据存储器配置

80C51单片机的数据存储器分为片外RAM（64KB）和片内RAM。
片外RAM地址范围是0000H~FFFFH。片内外RAM地址空间重叠，与程序存储器地址空间不同。
片内RAM有128B，分为工作寄存器区、位寻址区、通用RAM区三部分。

（1）工作寄存器区

（2）位寻址区

内部RAM的20H~2FH共16个字节是位寻址区。其128位的地址范围是00H ~7FH。

（四）并行口

所有并行口都可用作通用I/O口，P0口作为I/O口工作时需要外接上拉电阻。
当需要外部总线扩展（在单片机芯片的外部扩展存储器芯片或其它接口芯片）时，P0口作为分时复用的低8位地址/数据总线，P2口作为高8位地址总线。
P1口仅用作通用数据I/O口。
P3为双功能口，除I/O功能外，每根线还具有特殊第二功能。
P3口结构
当P3作为第二功能使用时：
·P3.0——RXD（串行口输入）
·P3.1——TXD（串行口输出）
·P3.2——INT0 （外部中断0输入）
·P3.3——INT1 （外部中断1输入）
·P3.4——T0（定时器0的外部输入）
·P3.5——T1（定时器1的外部输入）
·P3.6——WR （片外数据存储器“写”选通控制输出）
·P3.7——RD （片外数据存储器“读”选通控制输出）

（五）最小系统

单片机最小系统由单片机、电源电路、时钟电路和 复位电路 组成。

三、汇编语言

（一）可执行程序生成示例

（二）汇编指令格式与寻址方式

1、指令格式

2、寻址方式

（1）寄存器寻址

（2）直接寻址

（3）寄存器间接寻址

（4）立即寻址

（5）变址寻址

（三）伪指令

（四）指令系统

1、数据传送类指令

（1）内部RAM传送指令

一般传送指令MOV
特殊传送指令PUSH和POP

（2）片外RAM传送指令MOVX

2、算数运算类指令

3、逻辑运算类指令

四、C语言程序设计

（一）标准C扩展

1、数据类型

C51常用数据类型有：字符型、整形、长整型、浮点型、SFR型、位型²。

（二）C51指针

（三）C51函数

（四）C51与汇编接口

五、人机接口技术

（一）LED灯、数码管、蜂鸣器

（二）按键及键盘接口技术

（三）LCD

六、中断

（一）中断系统

1、中断结构

响应中断时，保护现场发生在中断服务子程序中。
执行返回指令时，返回的断点是调用指令下一条指令的首地址。

2、中断请求标志

各中断源发出的中断请求信号，都会标记在 MCS-51 系统中的TCON/SCON

IT0:INT0触发方式设置位。当IT0=0，电平触发，接收到低电平时，中断请求IE=1，高电平时，IE=0；当IT0=1，下降沿触发。
IE0:INT0中断请求标志位
IT1:INT1触发方式设置位
IE1:INT1中断请求标志位
TR0、TR1:分别为T0、T1的开始计数标志位
TF0、TF1:分别为T0、T1的溢出中断请求标志位

SM0、SM1:串行口工作方式选择位。

SM2:用于方式2和方式3的多机通信控制。
REN：串行接受使能位。当REN位为1时，串行口才能接收。由软件控制。
TB8、RB8：方式2和方式3的特殊作用。
TI：发送中断标志位
RI：接收中断标志位

3、中断控制

（1）中断允许控制

EX0:INT0 中断允许位
ET0:T0中断允许位
EX1:INT1 中断允许位
ET1:T1中断允许位
ES:串行口中断允许位
ET2:T2中断允许位
EA:CPU中断允许（总允许）位
对应上图中，某位设定为1，相应中断源中断允许。

例如：要使 MCS-51 能够响应定时器 T1 中断，串行接口中断，它的中断允许寄存器 IE 的内容应是
IE=98H；//（即1001 1000），
其等价于
EA=1;ET1=1;ES=1;。

转换为汇编指令为：

MOV   IE,#98H

其等价于

SETB EA
SETB ET1
SETB ES

（2）中断优先级控制
80C51单片机有两个中断源，可实现二级中断服务嵌套。
中断优先级寄存器IP

PX0:INT0 中断优先级设定位
PT0:T0中断优先级设定位
PX1:INT1 中断优先级设定位
PT1:T1中断优先级设定位
PS:串行口中断优先级设定位
PT2:T2中断优先级设定位

当同一优先级中断申请不止一个时，按照自然优先级排队。
（个人理解：中断编号越小越靠前）
（下表中，中断服务程序入口可按照（第一个入口为0003H，往下，每个中断依次加8）记忆）

IP 中断优先级寄存器设置非单片机系统响应中断的必要条件。

（二）中断处理过程

1、响应条件及时间

2、响应过程

断点 PC 自动压栈，对应中断矢量地址装入 PC，程序转到该矢量地址，再转至中断服务程序首地址

3、中断返回

中断服务子程序必须用RETI结尾，否则后续中断将被屏蔽。
在中断服务程序中，至少应有一条中断返回指令。

（三）定时/计数器

1、结构

表6.2 定时/计数器工作方式设置表

2、工作原理

3、工作方式

Ⅰ、工作方式0

Ⅱ、工作方式1
51 系列单片机中定时/计数器工作在工作方式 1 时，可实现的最大计数次数为 65536 。
N=t（单位：s）/T=t/(12/fosc) X10^(-6)
X=2^16 - N;
Ⅲ、工作方式2
X=2^8-N
Ⅳ、工作方式3

七、串行口

（一）串行通信基础

（二）51单片机串行口

（三）串行口应用

八、串行总线

（一）一线接口

DS18B20是一线总线串行器件。
DS18B20形状和三极管相似，一共三个引脚，其中一个连接Vcc，一个连接GND，仅有一个中间的引脚传输数据，所以是单线器件

（二）IIC总线接口

IIC总线标准模式传输速率为100Kbps

（三）SPI总线接口

SPI是一种高速、全双工、同步通信总线。
串口是异步通信总线。

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1. ALE： Address Lock Enable地址锁存允许端。
   地址的低8位跟数据线是重合的，访问的时候需要区分开低8位（P0口）地址和数据，这就需要用到ALE信号。
   访问存储器时，P2口输出高地址，P0输出低地址。利用外部的锁存器（配合ALE脉冲），锁存P0地址，这时候读写信号开始起作用（WR或者RD），P0口读入或者输出数据。在整个过程中，外部存储器的地址总线上的数据始终是稳定的，低8位地址的稳定靠的就是ALE和外部锁存器。
   即可以理解为，当ALE有效时，从P0口可靠的输出低8位地址。 ↩︎

2. 扩展数据类型 ↩︎