单片机原理与接口技术考试知识点

【8051单片机的基本组成】

（1）8位的8051微处理器（CPU = 运算器+ 控制器）、寄存器

（2）片内256字节数据存储器RAM/SFR，存放可读写的数据

（3）片内4KB程序存储器Flash ROM，存放程序和原始数据表格

（4）4个8位并行I/O端口P0~P3，可作输入输出

（5）2个16为定时器/计数器，都可设计成计数或定时方式

（6）5个中断源，2个中断优先级的中断控制系统

（7）1个全双工UART（通用异步接受发送器）的串行I/O口，实现单片机和单片机或PC机之间的串行通信（8）片内振荡器和时钟产生电路，最高震荡频率24MHz。能画出最小系统电路图。

（9）CPU+ROM/RAM+I/O接口+实时控制器件=单片机

【控制信号引脚RST、ALE 、和】

（1）RST复位信号输入端，高电平有效。当输入端保持两个机器周高电平时完成复位操作。复位后，SP=07H P0~P3 = FFH ，其他寄存器一般为0

（2）ALE/地址锁存信号端。8051上电正常工作后，ALE引脚不断向外输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率f OSC 的1/6。CPU访问片外存储器时，ALE输出信号作为锁存低8位地址的控制信号。如果想确认8051芯片的好坏，可用示波器查看ALE端是否有脉冲信号输出。

（3）程序存储允许输出信号端。（4）/V PP外部程序存储器地址允许输入端/固化编程电压输入端

【8051单片机的存储器配置】

51单片机内部采用哈佛结构，与冯·诺依曼结构(又叫普林斯顿结构如8086芯片)的区别

四个物理存储器（片内ROM/RAM、片外ROM/RAM）地址空间：

（1）片内片外统一编址0000H~FFFFH的64KB程序存储器地址空间（用16位地址）

（2）64KB片外数据存储器地址空间，地址也从0000H~FFFFH（用16位地址）编址

（3）256字节数据存储器地址空间（用8位地址），低128字节空间按功能划分为，工作寄存器区、位寻址区、数据缓冲区3个区域，它们的地址范围分别为00H-1FH、20H-2FH 、30H-7FH 【RS0、RS1的组合关系】

【两个16位寄存器】

提示：

该技术正淡出中…

地址计算题在早期试卷

中才能见到了

要求：会计算某组Rx的实际字节地址，或者一个实际地址对应的Rx，或者超界

DPTR是唯一的用户可访问修改的16位特殊功能寄存器，其高位字节寄存器用DPH表示（83H）低位字节寄存器用DPL表示（82H）。DPTR既可作为16位寄存器来处理，也可作两个独立的8位寄存器DPH 和DPL使用。主要用于存放16位地址，以便对64KB片外RAM作间接寻址。

PC是16位程序计数器。PC实际上是程序的字节地址计数器，即PC中的内容是将要执行的下一条指令的地址，通过转移指令可改变PC的内容，就能改变程序执行方向。用户不能直接对PC赋值或修改。【基本时序定时单位】提示：f OSC =12MHz 对应1μs 机器周期]

振荡周期：晶振的振荡周期，为最小的时序单位。等于1/f OSC

状态周期：震荡频率经单片机内的二分频器分频后提供给片内CPU的时钟周期

机器周期：计算机执行一种基本操作的时间单位。1个机器周期= 6个状态周期= 12个振荡周期

指令周期：执行一条指令所需的时间，可以查询指令表得知，介于1~4个机器周期之中。

【访问片内片外RAM的不同】

指令MOVX读写片外RAM地址，MOV读写片内RAM地址，所以片内片外RAM地址重叠也不会导致分不清片内外RAM。

指令举例：MOVX A, @DPTR MOVX @DPTR, A MOV A, @R0 MOV 30H, A

【复位操作】

RST引脚上有一个高电平并维持2个机器周期，则CPU就可以响应并将系统复位。复位的主要功能是把PC初始化为0000H。RST引脚是复位信号的输入端，复位信号高电平有效，其有效时间应持续24个振荡周期以上。复位电路有上电自动复位和手动复位。

【简述输入输出端口P0~P3】

这4个口既可以并行输入或输出8位数据，又可以按位使用，即每1位均能独立作输入或输出用。

P0口是一个三态双向口，是地址/数据分时复用口，也是通用I/O接口。P0口作为通用I/O口使用时，是准双向口。输入数据时，应先人为地把口置1（写1，使场效应管V1和V2截止），才可作高阻输入

P1口为准双向口，只有通用I/O接口一种功能。

P2口也是准双向口，它具有通用I/O接口或高8位地址总线输出两种功能。

P3口除了可作为通用准双向I/O接口外，每一根口线还具有第二功能。

【指令系统】

51系列单片机有7种寻址方式：立即寻址、寄存器寻址、寄存器间接寻址、直接寻址、基址寄存器加变址寄存器间接寻址、相对寻址和位寻址。例题：写出单片机所有寻址方式并各举一个例子。

部分指令的英文含义帮助记忆：

增量INC－Incremect减量DEC－Decrement空操作NOP－No operation

短转移SJMP－Short jump 长转移LJMP－Long jump 绝对转移AJMP－Absolute jump

比较转移CJNE－Compare jump not equality 条件转移JNZ－Jump No Zero

自减一不为零转移DJNZ－Decrement Jump No Zero 位转移JNC－Jump No Cy JNB－Jump No bit

左环移RL－Rotate left进位左环移RLC－Rotate left carry 交换XCH－Exchange

右环移RR－Rotate right进位右环移RRC－Rotate right carry ；加法ADD－Addition

乘法MUL－Multiplication除法DIV－Division 记住MUL AB与DIV AB结果的存放位置

【伪指令】：不要求计算机做任何操作，也没有对应的机器码，不产生目标程序，仅存在于源程序中，不影响程序的执行，仅仅是一些能够帮助进行汇编的指令。它主要用来指定程序或数据的起始位置，给出一些连续存放数据的地址，为中间运算结果保留一部分存储空间，以及表示源程序结束等。能识别能写出几个。

【ASCII码】记住“0”=30H，“A”=41H，“a”=61H ，例题：字符“G”的ASCII码是( )。

【BCD码】就是十进制数，BCD码调整指令DA A。知道BCD码与十六进制数的区别。

概念解释：【中断】【中断源】【中断优先级】【保护现场恢复现场】。

【外部中断】51单片机外部中断请求信号有电平方式和脉冲方式，在电平方式下，当采集到INT0（P3.2）、

INT1（P3.3）的有效信号为低电平时，激活外部中断。

0 ()

1 (

【中断允许寄存器IE各位含义】

（1）EA：中断允许总控制位。EA=0，屏蔽所有中断请求；EA=1，CPU开放中断。对各中断源的中断请求是否允许，还要取决于各中断源的中断允许控制位的状态。

（2）ES：串行口中断允许位。ES=0禁止串行口中断；ES=1，允许串行口中断。

（3）ET1：定时器/计数器T1的溢出中断允许位。ET1=0，禁止T1中断；ET1=1，允许T1中断。（4）EX1外部中断1中断允许位。EX1=0，禁止外部中断1中断；EX1=1，允许外部中断1中断。（5）ET0：定时器/计数器T0的溢出中断允许位。ET0=0，禁止T0中断；ET0=1，允许T0中断。（6）EX0外部中断0中断允许位。EX0=0，禁止外部中断0中断；EX0=1，允许外部中断0中断。【中断的自然优先级顺序，提高某一中断源的优先级别】

中断源（控制位）自然优先级：

注意是PX0，不是EX0

在IP中若设置某几个控制位为1，则相应的中断源就规定为高级中断；反之，若某几个控制位为0，则相应的中断源就规定为低级中断。当同时接收到几个同一优先级的中断请求时，响应哪个中断源则取决于内部硬件查询顺序（即自然优先级）。设置IE和IP可以开放指定中断及设置响应顺序。

【如何实现中断嵌套】

当CPU正在处理一个中断请求时，又出现了另一个优先级比它高的中断请求，这时CPU就暂时中止执行对原来优先级较低的中断源的服务程序，保护当前断点，转去响应优先级更高的中断请求，并为其服务。待服务结束，再继续执行原来较低级的中断服务程序。

【中断响应条件】

（1）有中断源发出中断请求（2）中断总允许位EA=1，即CPU开中断

（3）申请中断的中断源的中断允许位为1，即中断没有被屏蔽（4）无同级或更高级中断正在被服务（5）当前的指令周期已经结束

（6）若现行指令为RETI或者是访问IE或IP指令，则该指令以及紧接着的另一条指令已经执行完【中断主程序的起始地址】

8051系列单片机复位后，（PC）=0000H，而0003H~002BH分别为各中断源的入口地址。所以，编程时应在0000H处写一跳转指令，使CPU在执行程序时，从0000H跳过各中断源的入口地址。主程序则是以跳转的目标地址作为起始地址开始编写的，一般从0030H开始。见下面中断程序格式题例子。简答题例子：（1）为什么ROM开头要放一条跳转指令。（2）为什么要把主程序放在ROM30H之后。

【定时/计数】【定时器中工作模式寄存器TMOD各位功能】

（1）M1和M0操作模式控制位。形成4种代码。例题：解释定时器/计算器四种工作模式的特点。

（2）C/：定时器/计数器方式选择位

C/=0，设置为定时方式。定时器计数8051片内脉冲，即对机器周期（振荡周期12倍）计数。

C/=1，设置为计数方式。计数器的输入是来自T0（P3.4）或T1（P3.5）端的外部脉冲。

（3）GATE：门控位。

GA TE=0时，只要用软件使TR0（或TR1）置1，就可以启动定时器，而不管（或）的电平是高还是低。

GA TE=1时，只有（或）引脚为高电平且由软件使TR0（或TR1）置1时，才能启动定时器工作。请查定时器工作原理图。

【定时/计数初值X的计算】【务必掌握】

定时器初值X= 定时器的工作方式模值M－定时时间t／机器周期数T。

在方式1时M为2^16=65536；在方式2和方式3时M为2^8=256；M在方式0时M为2^13

【定时器在何种设置下可提供3个8位定时器/计数器】

当T0为模式3，T1为模式2时，可提供3个8位定时器

【串口通信】【异步通信的信息格式及每位含义】

单片机8051具有并行通信和串行通信两种通信方式。串行通信有同步通信和异步通信两种通信方式。异步通信的特点是以字符为单位进行传输，异步串行通信有单工、半双工和全双工共三种传送方向形式。在异步通信中，数据的帧格式定义一个字符由4部分组成，即：起始位、数据位、奇偶校验位和停止位。停止位是高电位，提高抗干扰能力。

【串行口控制寄存器SCON】可以设置串行口的4种工作方式，方式0和方式2的波特率是固定的，方式0不用于通信，而方式1和方式3的波特率是可变的，常用于通信。例题：解释串口四种工作方式的特点。【定时器模式与串口方式的关系】8051的T1的模式2常作为串行口方式1和方式3的波特率发生器。例题：解释定时器/计数器四种工作模式与串口四种工作方式的联系。

【波特率】数据传送速率，每秒传送二进制代码的位数，用bps表示。解释【SBUF】【略】

【波特率计算】【务必掌握】

串行口方式1和方式3的波特率=(1+SMOD)*fosc／[384*(256-TH1)]

【三道计算题：延时时间、定时初值、串口波特率务必掌握】【例题见本站的题库】

(两层为例) 循环延时时间≈（（最里层循环周期数×最里层循环次数）×次里层循环次数）×机器周期【按键或键盘】按键的合断都存在一个抖动的暂态过程。这种抖动的暂态过程大约经过5~10 ms的时间，

人的肉眼是觉察不到的，但对高速的CPU是有反应的，可能产生误处理。为了保证键动作一次，仅作一次处理，必须采取措施以消除抖动。消除抖动的措施有两种: 硬件消抖和软件消抖。硬件消除抖动可用简单的R-S触发器或单稳电路构成。软件消除抖动是用延时来躲过暂态抖动过程。

【LED七段数码管】一位LED数码管显示共阴（阳）的字型码值计算。

【LED动态显示方式】多位LED显示时，将所有位的段选线并联在一起，由一个8位I/O口控制。而共阴（阳）极公共端K分别由相应的I/O线控制，实现各位的分时选通。采用扫描方法轮流点亮各位LED，即在每一瞬间只使某一位显示字符。段选控制I/O口输出相应字符段选码，而位选择控制I/O口在该显示位送入选通电平（LED共阴极，送低电平）以保证该位显示相应字符。如此轮流，使每位分时显示该位应显示的字符。段选码、位选码每送入一次后延时10-50ms，由于人眼视觉暂留效果，看上去每个数码管都在亮。

【中断题格式】已知在INT0（P3.2）处接有轻触开关，按一下开关则P3.2=0，放手则P3.2=1，在P1.0处有LED灯。编写中断程序，按一下开关则LED取反一次。

（注意：凡是中断类题，一定先要写出标准中断格式，否则不会得分。所以要求同学熟背中断程序标准格式，遇到中断题，首先写出标准中断格式，然后再修改程序使之合乎题意。

ORG 0000H

AJMP START //首地址上一般为跳转指令

ORG 0003H //因是INT0，故入口地址为03H

AJMP LED_INT0

ORG 0100H //主程序从100H开始存放(至少也要从30H开始存放)，避开中断矢量地址表START: MOV IE，#81H

MOV IP，#00H //对本题而言，此句可以不要

MOV TCON ，#00H //对本题而言，此句可以不要

SJMP $

LED_INT0：CPL P1.0

RETI

END；（本中断题也是ROM起始段用法的一个实例，见前面“中断主程序的起始地址”的说明）

【定时器初始化程序】

定时器工作之前，应对其进行初始化，大体步骤如下（定时器1为例）：

a、设置TMOD，选择定时器及其工作模式,定时或计数；TMOD=0x20; //定时器1方式2

b、设置定时的时间初值THx,TLx ；TH1=0xfd; TL1=0xfd; //定时初值

c、打开中断，使用IE寄存器，打开总中断，打开定时器中断；EA = 1; ET1 =1; //开中断

d、启动定时器，使用TCON寄存器；TR1=1; //启动定时器

遇到定时器题，算出定时参数、写出中断格式头，再写出初始化程序，即使不完整也可得部分分数

【串口初始化程序】

串行口工作之前，应对其进行初始化，主要是设置产生波特率的定时器1、串行口控制和中断控制。

大体步骤如下（定时器1为例）：

a、确定T1的工作方式（编程TMOD寄存器）；TMOD=0x20; //定时器1方式2

b、计算T1的初值，装载TH1、TL1；TH1=0xfd; TL1=0xfd; //定时器1初值即波特率

c、启动T1（编程TCON中的TR1位）；TR1=1; //启动定时器1

d、确定串行口控制（编程SCON寄存器）；SCON=0x50; //串口工作方式1并允许接收控制位

e、串行口在中断方式工作时，要进行中断设置。EA=1; ES=1; //开cpu中断//开串行中断【读程序写结果】【略】【按题意程序填空】【略】

【按题要求画图与编写程序】【三个略，不属于本资料范围，见本站程序题库及在线测试系统之程序题】取自其他材料，属于单片机应用设计，可以看看，不必背诵。

A/D转换器

在单片机测控应用系统中，被采集的实时信号有许多是连续变化的物理量。由于计算机只能处理数字量，因此需要将连续变化的物理量转换成数字量，即A/D转换。

A/D转换器的主要技术指标。

量化间隔：△=满量程输入电压/2^（n-1）≈满量程输入电压/2^n n为A/D转换器的位数。

量化误差有两种表示方法: 绝对误差是测量值与真值之差，相对误差是绝对误差与被测量值之比。

绝对误差=量化间隔/2=△/2 相对误差=1/2^(n+1)×100℅

D/A转换器

是单片机应用系统与外部模拟对象之间的一种重要控制接口。单片机输出的数字信号必须经D/A转换器变换成模拟信号后，才能对控制对象进行控制。

分辨率是D/A转换器对输入量变化敏感程度的描述。D/A转换器的分辨率定义为: 当输入数字量发生单位数码变化时，即LSB位产生一次变化时，所对应输出模拟量的变化量。

分辨率Δ=模拟量输出的满量程值/2^n

（n为输入数字量输出的位数

在实际使用中，分辨率高低的更常用的表示方法是采用输入数字量的位数或最大输入码的个数。例如，8位二进制D/A转换器，其分辨率为8位，Δ=1/256=0.39%; BCD码输入的用其最大输入码个数表示，例如4字位9999 D/A转换器，其分辨率为Δ=1/9999=0.01%。显然，位数越多，分辨率越高。

建立时间是描述D/A转换速度快慢的一个重要参数。一般所指的建立时间是输入数字量变化后，模拟输出量达到终值误差±LSB/2(最低有效位)时所经历的时间。根据建立时间的长短，把D/A转换器分成以下几档:

超高速< 100 ns 较高速1 μs～100 ns 高速10 μs～1 μs

中速100 μs～10 μs 低速≥100 μs ）

单片机应用系统的一般硬件组成

由于单片机主要用于工业测控，因而其典型应用系统应包括单片机系统，用于测控目的的前向传感器输入通道、后向伺服控制输出通道以及基本的人机对话通道。大型复杂的测控系统是一个多机系统，还包括机与机之间进行通信的相互通道。

前向通道是单片机与测控对象相连的部分，是应用系统的数据采集输入通道。

数字量检测（光电隔离）

模拟量检测（A/D）

开关量检测（光电隔离）

A/D转换器: 是前向通道中模拟系统与数字系统连接的核心部件。

特点: (1) 与现场采集对象相连，是现场干扰进入的主要通道，是整个系统抗干扰设计的重点部位。(2) 由于所采集的对象不同，故有大量的、形式多样的信号变换调节电路。(3) 前向通道是一个模拟、数字混合电路系统，其电路功耗小，一般没有功率驱动要求。

后向通道是应用系统的伺服驱动通道。

开关量控制（光电隔离）

伺服驱动控制（D/A）

特点: (1) 后向通道是应用系统的输出通道，大多数需要功率驱动。(2) 靠近伺服驱动现场，伺服控制系统的大功率负荷易从后向通道进入单片机系统，故后向通道的隔离对系统的可靠性影响很大。(3) 根据输出控制的不同要求，后向通道电路多种多样。

相互通道是解决计算机系统间相互通信的接口。

人机通道是用户为了对应用系统进行干预以及了解应用系统运行状态所设置的对话通道，。

键盘

显示器（打印机。。。）

特点:(1)应用系统中的人机对话通道以及人机对话设备的配置都是小规模的。(2) 单片机应用系统中，人

机对话通道及接口大多采用内总线形式，与计算机系统扩展密切相关。(3) 人机通道接口一般都是数字电路，电路结构简单，可靠性好。

通用外设←→EPROM程序存储器，RAM数据存储器，I/O接口

硬件系统设计原则

单片机应用系统的硬件电路设计包括两部分内容: 一是单片机系统扩展，即单片机内部的功能单元的容量不能满足应用系统的要求时，必须在片外进行扩展，选择适当的芯片，设计相应的扩展连接电路; 二是系统配置，即按照系统功能要求配置外围设备，设计合适的接口电路。

(1) 尽可能选择典型通用的电路，并符合单片机的常规用法，为硬件系统的标准化、模块化奠定良好的基础。

(2) 系统的扩展与外围设备配置的水平应充分满足应用系统当前的功能要求，并留有适当余地，便于以后进行功能的扩充。

(3) 硬件结构应结合应用软件方案一并考虑。硬件结构与软件方案会产生相互影响，考虑的原则是：软件能实现的功能尽可能由软件实现，即尽可能地以软件代硬件，以简化硬件结构，降低成本，提高可靠性。

(4) 整个系统中相关的器件要尽可能做到性能匹配。如果系统中相关的器件性能差异很大，则系统综合性能将降低，甚至不能正常工作

(5) 可靠性及抗干扰设计是硬件设计中不可忽视的一部分。比如加硬件看门狗电路。

(6) 单片机外接电路较多时，必须考虑其驱动能力。解决的办法是增强驱动能力，增加总线驱动器或者减少芯片功耗，降低总线负载。

应用软件设计的特点

应用软件是根据系统功能设计的，应可靠地实现系统的各种功能。

(1) 软件结构清晰、简捷，流程合理。

(2) 各功能程序实现模块化、系统化，这样既便于调试连接，又便于移植、修改和维护。

(3) 程序存储区、数据存储区规划合理，既能节约存储容量，又能给程序设计与操作带来方便。

(4) 运行状态实现标志化管理。

(5) 经过调试修改后的程序应进行规范化，除去修改“痕迹”。

(6) 实现全面软件抗干扰设计。软件抗干扰是计算机应用系统提高可靠性的有力措施。

(7) 为了提高运行的可靠性，在应用软件中设置自诊断程序，在系统运行前先运行自诊断程序，用以检查系统各特征参数是否正常，设置软件陷阱防止程序跑飞。

系统调试

包括软件调试、硬件调试及软、硬件联调。根据调试环境的不同，系统调试又分为模拟调试与现场调试。它们都是为了查出用户系统中潜在的错误。

硬件调试可分静态调试与动态调试两步进行。

静态调试：目测，万用表测试，加电检查

动态调试的一般方法是由近及远、由分到合。

软件调试的一般方法是先独立后联机、先分块后组合、先单步后连续。