《单片机原理与接口技术》期末复习

　　《单片机原理与接口技术》课程是一门在当今计算机领域中发展较快，用途十分广泛的计算机专业应用性技术课程。在教学过程中，要按照教学大纲规定，对于凡是在课程中要求掌握的知识点，均要求同学能够全面、深入地掌握所学内容，并能够举一反三，熟练解决相关问题。要求同学掌握的内容也是课程考试的主要内容。对于同学要理解的知识点，为课程的一般内容，要求同学能够理解所学习的内容，对所涉及的内容能够进行简单的分析和判断。对于本课程的次要内容要求学员能够加以了解，在这部分内容中所涉及的都是一些基本概念和简单叙述，知道了就行，没有进一步深入和拓展的要求。

　　各章节的具体要求为：

第一章 单片机基础知识

　　本章为了解内容。

了解：单片机的概念，单片机的特点、发展概况及应用领域，典型单片机系列的基本情况。注意相关概念之间的联系和区别。

掌握内容

　　MCS-51单片机指令的寻址方式

　　掌握指令的7种寻址方式的作用以及不同寻址方式所查询的存储空间及范围，对于常用的指令，能够给出指令的寻址方式。

　　1. 寄存器寻址方式

　　寄存器寻址方式的寻址范围包括：

　　① 寄存器寻址的主要对象是通用寄存器，共有四组共32个通用寄存器，但寄存器寻址只能使用当前寄存器组，因此指令中的寄存器名称只能是R0～R7。在使用本指令前，有时需通过对PSW中RS1、RS0位的状态设置，来进行当前寄存器组的选择。

　　② 部分专用寄存器。例如累加器A、B寄存器对以及数据指针DPTR等。

　　2. 直接寻址方式

　　指令中操作数直接以单元地址的形式给出，就称之为直接寻址。

例如指令： MOV A, 3AH

　　3. 寄存器间接寻址方式

　　寄存器寻址方式，寄存器中存放的是操作数，而寄存器间接寻址方式，寄存器中存放的则是操作数的地址，即操作数是通过寄存器间接得到的，因此称之为寄存器间接寻址。如 MOV R0，#100H

　　4. 立即寻址方式

　　所谓立即寻址就是操作数在指令中直接给出。为了与直接寻址指令中的直接地址相区别，在立即数前面加“＃”标志。MOV R0，#100H

　　5. 变址寻址方式

　　变址寻址是为了访问程序存储器中的数据表格。MCS-51的变址寻址是以DPTR或PC作基址寄存器，以累加器A作变址寄存器，并以两者内容相加形成的16位地址作为操作数地址，以达到访问数据表格的目的。注意A 中的数为无符号数。例如：

JMP @A＋DPTR

MOVC A,@A＋PC

MOVC A,@A＋DPTR 

这种寻址方式特别适用于查表。DPTR为16位字宽，可指向64KB的任何单元；@A＋PC可指向以PC当前值为起始地址的256B单元。

　　6. 位寻址方式

MCS-51有位处理功能，可以对数据位进行操作，因此就有相应的位寻址方式。位寻址指令中可以直接使用位地址。位寻址是一种直接寻址方式，由指令给出直接位地址。

例如：

SETB 20H                 ;120H位

MOV 32H, C                ;进位位C32H位

ORL C, 5AH                ;C | 5AH位C

　　7. 相对寻址方式

　　相对寻址方式是为解决程序转移而专门设置的，为转移指令所采用。在相对寻址的转移指令中，给出了地址偏移量（在MCS-51指令系统中以“rel”表示），把PC的当前值加上偏移量就构成了程序转移的目的地址。但这里的PC当前值是指执行完该转移指令后的PC值，即转移指令的PC值加上它的字节数。因此转移的目的地址可用如下公式表示：

　　目的地址＝转移指令地址＋转移指令字节数＋rel

偏移量rel是一个带符号的8位二进制补码数。所能表示的数的范围是-128～+127，因此相对转移是以转移指令所在地址为基点，向前最大可转移（127＋转移指令字节数）个单元地址，向后最大可转移（128－转移指令字节数）个单元地址。

例如执行指令：

JC rel   ;设rel＝75H, Cy＝1

这是一条以Cy为条件的转移指令。因为JC rel指令是2B指令，当程序取出指令的第2个字节时，PC的当前值已是原PC＋2，由于Cy＝1，所以程序转向PC＋75H单元去执行。

练习题：

1. MOV ACC, 30H ;目的操作数寻址方式为： ; 源操作数寻址方式为：

2. MOV R7, #16 ;目的操作数寻址方式为： ; 源操作数寻址方式为：

3. MOV B, @R0 ;目的操作数寻址方式为： ; 源操作数寻址方式为：

4. MOV C, 20H.3 ;目的操作数寻址方式为： ; 源操作数寻址方式为：

5. INC P1 ;操作数P1寻址方式为：

6. MOVC A, @A+DPTR ;源操作数寻址方式为： ；操作对象为

7. MOVX A, @ DPTR ;源操作数寻址方式为： ；操作对象为

8. JBC P1.0, NEXT ;操作数NEXT寻址方式为： ;操作对象为 (P1.0引脚、P1.0锁存器位)。

1. ___直接 __， 直接

2. ___寄存器 __， 立即数

3. ___ 直接 __， 寄存器间接

4. ___ 寄存器 __， 直接

5. 直接

6. ___ 寄存器_ ，变址

7. ___ 寄存器 __， 寄存器间接

8. ___ 相对 __， I/O锁存器

第二章 增强型MCS-51单片机

　　本章介绍的是MCS-51单片机的内部器件结构，包括运算电路结构、控制电路结构和存储器结构等，它们是集成在一个芯片上的单片机硬件资源，构成了一个简单的计算机系统，因此在学习中应当从计算机系统的观点出发进行理解。这一章节是学习单片机的基础，也是学习《单片机技术》课程的重点章节。

掌握内容

　　单片机系统结构

　　单片机是由运算器、控制器、存储器、输入设备以及输出设备共五个基本部分组成的。单片机是把包括运算器、控制器、少量的存储器、最基本的输入输出口电路、串行口电路、中断和定时电路等都集成在一个尺寸有限的芯片上。

　　通过对MCS-51单片机的系统逻辑结构图的学习来掌握单片机的内部系统结构。

　　MCS-51单片机芯片内部逻辑结构

　　通过MCS-51单片机内部的逻辑结构图（书图2-1）掌握单片机内部的逻辑结构及各个部件的功能与特点。即：

　　中央处理器（CPU）、内部数据存储器、内部程序存储器、定时器/计数器、并行I/O口、串行口、中断控制系统、时钟电路、位处理器、总线。

　　MCS-51单片机的内部存储器

　　MCS-51单片机芯片内部有数据存储器和程序存储器两类存储器，即所谓的内部RAM和内部ROM。同学重点要掌握内部数据存储器的结构、用途、地址分配和使用特点。

　　一是内部数据存储器的低128单元，它包括了寄存器区、位寻址区、用户RAM区，要掌握这些单元的地址分配、作用等。

　　二是内部数据存储器高128单元，这是为专用寄存器提供的，地址范围为80H～FFH。所谓专用寄存器是区别于通用寄存器而言的，即这些寄存器的功能或用途已作了专门的规定，用于存放单片机相应部件的控制命令、状态或数据等。在这些专用寄存器中，重点要掌握以下寄存器的使用：

　　程序计数器、累加器A、B寄存器、程序状态字（PSW）、数据指针（DPTR）。

　　MCS-51的堆栈操作：堆栈是计算机的重要概念，要掌握以下几方面：

　　1. 堆栈的功用

　　2. 堆栈的设置

　　3. 堆栈指示器

　　4. 堆栈使用方式

　　内部程序存储器

　　80C51芯片内有4K ROM存储单元，其地址为0000H～0FFFH，这就是我们所说的内部程序存储器（或简称“内部ROM”）。无论是片内或是片外存储器（对于无片内ROM的单片机），在程序存储器中有一组特殊的保留单元0000H～002AH，使用时应特别注意。

　　系统的启动单元：0000H～0002H

　　五个中断源的中断地址区：0003H～002AH

　　0003H～000AH 外部中断0中断地址区

　　000BH～0012H 定时器/计数器0中断地址区

　　0013H～001AH 外部中断1中断地址区

　　001BH～0022H 定时器/计数器1中断地址区

　　0023H～002AH 串行中断地址区

　　中断响应后，系统能按中断种类，自动转到各中断区的首地址去执行程序。因此在中断地址区中本应存放中断服务程序。但通常情况下，8个单元难以存下一个完整的中断服务程序，因此一般也是从中断地址区首地址开始存放一条无条件转移指令，以便中断响应后，通过中断地址区，再转到中断服务程序的实际入口地址去。 MCS-51单片机系统的存储器结构特点

　　单片机的存储器结构有两个重要的特点：一是把数据存储器和程序存储器截然分开，二是存储器有内外之分。总的来说，由芯片内存储器和芯片外扩展存储器构成了单片机应用系统的整个存储器系统。

其结构和存储空间分配如书图2-9所示。对于这一节，要掌握MCS-51单片机的四个物理空间（片内RAM、片内ROM、片外RAM、片外ROM），三个独立的逻辑空间（片内RAM空间：00H～FFH、片内外统一编址的ROM空间：0000H～FFFFH、片外RAM空间：0000H～FFFFH）的概念。

　　MCS-51单片机并行输入/输出口电路

　　单片机芯片内还有一项重要内容就是并行I/O口电路。MCS-51共有四个8位的并行双向I/O口，分别记作P0、P1、P2、P3，实际上它们已被归入专用寄存器之列。这四个口除了按字节寻址之外，还可以按位寻址，四个口合在一起共有32位。

　　在单片机中，口是一个集数据输入缓冲、数据输出驱动及锁存等多项功能于一体的I/O电路。MCS-51的四个口在电路结构上是基本相同的，但它们又各具特点，因此在功能和使用上各口之间有一定的差异。在学习中必须要掌握各个口的用途。

　　需要说明的是，虽然在大纲中将MCS-51单片机的引脚内容列为了解内容，这只是说，同学们不必去死记引脚的顺序及部分引脚的定义，但是，对于一些重要的引脚的功能和使用方法还是要求同学掌握的，如数据引脚和地址引脚P0口和P2口以及控制信号：如RD、WR、PSEN、EA等。

理解内容

　　MCS-51单片机时钟电路与时序

　　时钟电路用于产生单片机工作所需要的时钟信号，单片机本身就是一个复杂的同步时序电路，为了保证同步工作方式的实现，电路应在唯一的时钟信号控制下严格地按时序进行工作。而时序所研究的则是指令执行中各信号之间的相互时间关系。

　　要理解时钟电路的产生与作用，能根据外部所加入的晶体的振荡频率计算时序的定时单位。

　　1. MCS-51的常见外部晶体的振荡频率范围：1.2MHz～12MHz，

　　2. MCS-51时序的定时单位共有4个，依次是：拍节、状态、机器周期和指令周期。

第三章 MCS-51单片机指令系统与汇编语言程序设计

本章介绍的是单片机的指令系统，包括指令的寻址方式、指令分类介绍。这一章节是单片机指令系统的学习基础。

掌握内容

　　　　掌握常用指令的使用，理解一般指令的使用：对于常用指令，要掌握指令格式，了解指令的用途，并能正确选择指令进行简单程序的编制。

　　常用指令一般包括：

　　数据传送类指令（29条）

　　算术运算类指令（24条）

　　逻辑运算及移位类指令（24条）

　　控制转移类指令（17条）

　　位操作类指令（17条）

例题：

　　1. 说明下列指令中源操作数采用的寻址方式。

　　MOV R5，R7 答案：寄存器寻址方式

　　MOV A，55H 直接寻址方式

　　MOV A，＃55H 立即寻址方式

　　JMP @A+DPTR 变址寻址方式

　　MOV 30H，C 位寻址方式

　　MOV A，@R0 间接寻址方式

　　MOVX A,@R0 间接寻址方式

掌握内容

　　汇编语言的特点及其语句格式

　　1. 汇编语言的特点

　　汇编语言有如下特点：

　　① 助记符指令和机器指令一一对应，所以用汇编语言编写的程序效率高，占用存储空间小，运行速度快，因此汇编语言能编写出最优化的程序。

　　② 使用汇编语言编程比使用高级语言困难。因为汇编语言是面向计算机的，汇编语言的程序设计人员必须对计算机硬件有相当深入的了解。

　　③ 汇编语言能直接访问存储器及接口电路，也能处理中断，因此汇编语言程序能直接管理和控制硬件设备。

　　④ 汇编语言缺乏通用性，程序不易移植，各种计算机都有自己的汇编语言，不同计算机的汇编语言之间不能通用。

　　2. 汇编语言的语句格式

　　MCS-51汇编语言的语句格式表示如下：

　　〔＜标号＞〕：＜操作码＞〔＜操作数＞〕；〔＜注释＞〕

　　即一条汇编语句是由标号、操作码、操作数和注释四个部分所组成，其中方括号括起来的是可选择部分，可有可无，视需要而定。

编程：通过本章的学习，同学应能够正确使用指令系统中的常用指令，按照MCS-51单片机汇编语言指令格式设计一些简单的程序，如：

　　无符号16位以内数据的加、减、乘、除及二转十、十转二、ASCII转换、数据的片内片外传送等简单程序。

第四章 单片机的中断、定时系统与串行口

理解中断概念、MCS-51单片机芯片中断结构及中断响应过程，掌握中断初始化步骤、外中断服务程序编写；理解MCS-51定时/计数器结构、工作方式及用途，掌握定时/计数器初始化步骤、定时中断服务程序编写；了解通讯概念、种类及特征，理解MCS-51串行通讯口结构、工作方式；掌握串行通信口初始化步骤、串行通讯服务程序编写。

本章知识点：中断概念（中断源、中断标志、中断优先级及控制）、中断响应条件及过程、中断入口地址、中断服务程序结构；定时/计数器结构、工作方式、定时/计数器初始化；串行通讯概念、串行通信口结构、串行通信波特率选择及初始化；对机通讯硬件结构及控制。

中断是一项重要的计算机技术，采用中断技术可以使多项任务共享一个资源，所以中断技术实质上就是一种资源共享技术。

掌握内容

＊中断源

MCS-51是一个多中断源的单片机，以8OC51为例，有三类共五个中断源，分别是外部中断两个，定时中断两个和串行中断一个。

1．外中断

外中断是由外部原因引起的，共有两个中断源，即外部中断0和外部中断1。它们的中断请求信号分别由引脚INT0和INT1引人。

外部中断请求有两种信号方式，即电平方式和脉冲方式．可通过有关控制位进行定义。

2．定时中断

定时中断是为满足定时或计数的需要而设置的。为此在单片机芯片内部有两个定时器/计数器，以对其中的计数结构进行计数的方法，来实现定时或计数功能。当计数结构发生计数溢出时，即表明定时时间到或计数值已满，这时就以计数溢出信号作为中断请求，去置位一个溢出标志位，作为单片机接受中断请求的标志。由于这种中断请求是在单片机芯片内部发生的，因此无需在芯片上设置引人端。

3．串行中断

串行中断是为串行数据传送的需要而设置的。每当串行口接收或发送完一组串行数据时，就产生一个中断请求。因为串行中断请求也是在单片机芯片内部自动发生的，所以同样不需在芯片上设置引人端。

＊中断控制

这里所说的中断控制是指提供给用户使用的中断控制手段，实际上就是一些专用寄存器。在MCS-51单片机中，用于此目的的控制寄存器共有四个，即定时器控制寄存器、中断允许控制寄存器、中断优先控制寄存器以及串行口控制寄存器。

1．定时器控制寄存器（TCON）

该寄存器用于保存外部中断请求和以及定时器的计数溢出。寄存器地址88H，位地址8FH～88H。

2．中断允许控制寄存器（IE）

寄存器地址A8H，位地址AFH～A8H

3．中断优先级控制寄存器（IP）

MCS-51的中断优先级控制只定义了高、低两个优先级。各中断源的优先级由优先寄存器（IP）进行设定。IP寄存器地址B8H，位地址为BFH～B8H

中断响应

中断响应就是对中断源提出的中断请求的接受，是在中断查询之后进行的，当查询到有效的中断请求时，紧接着就进行中断响应。中断响应的主要内容是由硬件自动生成一条长调用指令LCALL。其格式为LCALL addr16，这里的addr16就是程序存储器中断区中相应中断的人口地址。在MCS-51单片机中，这些入口地址已由系统设定。

例如，对于外部中断0的响应，产生的长调用指令为：

LCALL 0003H

生成LCALL指令后，紧接着就由CPU执行。首先将程序计数器PC的内容压入堆栈以保护断点，再将中断入口地址装人PC，使程序执行转向相应的中断区入口地址。但由于各中断区只有8个单元。一般情况下难以安排下一个完整的中断服务程序。因此通常总是在各中断区入口地址处放置一条无条件转移指令，使程序执行转向在其它地址存放的中断服务程序。

中断返回

MCS-51单片机的定时器／计数器，分别称定时器／计数器0和定时器／计数器1。它们都是十六位加法计数结构。

1．计数功能

所谓计数是指对外部事件进行计数。外部事件的发生以输入脉冲表示．因此计数功能的实质就是对外来脉冲进行计数。MCS-51芯片有T0（P34）和T1（P3。）两个信号引脚，分别是这两个计数器的计数输人端。外部输入的脉冲在负跳变时有效，进行计数器加1（加法计数）。

2．定时功能

定时功能也是通过计数器的计数来实现的，不过此时的计数脉冲来自单片机的内部，即每个机器周期产生一个计数脉冲。也就是每个机器周期计数器加 1。由于一个机器周期等于 12个振荡脉冲周期，因此计数额率为振荡频率的 1／12。

＊定时器／计数器的控制寄存器

与定时器八十数器应用有关的控制寄存器有：

1．定时器控制寄存器（TCON）

2．工作方式控制寄存器（TMOD）

3．中断允许控制寄存器（IE）

MCS－51的定时器／计数器共有四种工作方式

1．   定时工作方式0

2．   定时工作方式1

3．   定时工作方式2

4．   定时工作方式3

理解内容

定时器／计数器的综合应用

十进制调数

第六章 数字信号输入/输出接口电路

在本章的学习过程中，应掌握单片机的扩展方法，即利用存储器地址分配原理扩展包括存储器、I／O口的方法。理解一些常用的扩展器件，如程序存储器、数据存储器、常用的TTL器件、LED、键盘以及常用的专用器件8255的工作原理，了解串行接口的扩展原理及应用。

在理解典型单片机芯片I/O口结构(传统弱上拉准双向输入/输出、OD输出、互补推挽输出以及高阻输入)、特点，以及常见输入/输出方式基础上，掌握扩展单片机芯片I/O引脚方式，以及常见I/O扩展芯片的功能、引脚排列，能构建结构合理、性能稳定可靠的输入、输出接口电路；理解LED显示器件结构，掌握静态、动态LED显示驱动程序编写要领；了解按键结构及特征，掌握键盘接口电路驱动程序的编写要领；掌握单片机芯片与继电器、可控硅的连接方式；理解A/D及D/A转换技术在单片机系统中的应用。

本章知识点：单片机I/O口结构；输入/输出方式及电路；I/O扩展芯片（各类D型触发器、8255专用I/O扩展芯片）；LED显示器件及显示驱动电路；键盘接口电路及其驱动程序；单片机与继电器接口电路；A/D及D/A转换器件与MCU芯片连接。

掌握内容

1．单片机扩展中的地址译码技术

线选法

线选法一般用于扩展少量的片外存储器和I／O接口芯片。 所谓线选法通常是将单片机的高8位地址线A8～A15中的某几根与外部接口芯片的选通端一一相连，当该地址线为“0”时（对于“0”选通有效的外部芯片而言），与该地址线相连接的外部芯片被选通。

全地址译码法 对于一些要求外部RAM容量较大、外扩芯片数量较多的应用系统，需要的片选信号往往多于单片机可利用的高位地址线，因而，就无法使用线选法来扩展外围芯片了。这时，常常采用全地址译码法来进行。所谓全地址译码法，是通过译码电路对单片机可利用的高位地址线进行译码，以得到较多的片选信号。

2．存储器扩展

存储器是单片机系统中使用最多的外扩芯片，对MCS－51单片机而言，由于程序存储器与数据存储器空间在物理空间上的各自独立性，使得两者的扩展方法略有不同。

程序存储器（EPROM）扩展

数据存储器（RAM）扩展

3．单片机应用系统中的 I／O口扩展技术

4、8255A可编程并行I/O扩展接口

5、键盘、显示接口

6、光电耦合器件和继电器接口电路

第七章单片机应用系统设计

在本章的学习过程中，应主要了解并初步掌握单片机应用系统的设计，即如何规划单片机应用系统软、硬件之间的关系，如何合理地选择外部扩展器件，合理地分配单片机资源等。

了解内容

1．单片机应用系统的构成：是指以单片机为核心，通过扩展相关的外围电路所构成的用于测量外界物理信号并控制相应器件工作的硬件系统，以及能对硬件系统进行合理操作与控制的应用程序。两者的结合使得应用系统能完成某些特定的功能。

2．单片机应用系统范围：包括了工业过程控制系统、数据采集系统、智能仪器仪表以及其它采用单片机控制的电子设备。

3．单片机应用系统设计特点：一个重要特点是硬件设计与程序设计基本上是同步进行的，软件与硬件之间有着密切的联系。因此，一名优秀的单片机应用系统设计者，必须对单片机的软、硬件有较全面的了解和掌握。

4．基本单片机应用系统的硬件构成：分析其硬件结构，主要是由信号输人通道、基本单片机系统、人机对话通道以及信号输出控制通道等几部分组成的，根据单片机测控系统使用场合的不同，对这几部分的要求可能有繁有简，由此，可以将包含有以上各部分的单片机测控系统视为一个典型的单片机应用系统。

单片机 期末复习