单片机接口技术

第二章MCS—51内部结构和时序

1、特殊功能寄存器

累加器ACC —累加器A在大部分的算术运算中存放某个操作数和运算结果。

寄存器B—寄存器B主要用于与累加器A配合执行乘法和除法指令的操作。

程序状态字PSW——8位寄存器，用来存放程序状态信息。某些指令的执行结果会自动影响PSW的有关状态标志位，有些状态位可用指令来设置。

ＣＹ：进位标志位；ＡＣ：半进位标；ＦＯ：用户标志位；ＲＳ１．ＲＳ０：工作寄存器组选择；ＯＶ：溢出标志；P ：奇偶标志。

2、堆栈：符合先进后出或后进先出的RAM区；MCS-51堆栈的最大容量：128字节（8031/8051）；堆栈指示器SP：8位二进制计数器；作用：存放栈顶/栈底地址；初始化后，SP=07H；堆栈区在内部RAM

3、数据指针DPTR：二进制16位计数器；作用：存放外部RAM/ROM地址。DPH/DPL

4、8051片内RAM容量：有128字节；可分为3个区：工作寄存区、位寻址区、便笺区。

5、8051由以下五部分组成：1）CPU：ALU—算数逻辑计算；定时控制部件；专用寄存器组—PC/A/BPSW/SP/DPTR；2）存储器：片内ROM、片外ROM、片内RAM、片外RAM；3）I/O端口：并行口、串行口；4）定时/计数器：T0/T1有定时和计数两种模式；5）中断电路：T0、T1、INT0和INT1（外部中断输入引脚）、串口中断。

6、8051ALE的作用：锁存P0口低8位地址；ALE上脉冲频率在不访问片外RAM/ROM时为晶振6分频（fosc/6）；ALE上系列脉冲可作为外部时钟源使用。

7、8051XTAL1作用：接晶振；XTAL2：接收fosc频率脉冲；PSEN：片外ROM的选通线RD/WR：片外RAM的选通线；RST：令CPU处于待命状态。

8、程序计数器PC，是一个由16个触发器组成的计数器，能自动加1，用来存放将要执行指令的地址。

9、MCS—51单片机的引脚功能：

1）电源线和时钟信号线共4根

VCC，GND——电源和地+5V电源供电，

X1——时钟振荡器输入端，内部振荡器输入端；

X2——时钟振荡器输出端，内部振荡器输出端；

2）控制线4根

RST——复位信号，晶振工作后2个机器周期的高电平复位CPU.

ALE——地址锁存信号访问外部存储器时该信号锁存低8位地址；无RAM时，ALE为晶振6分频；

PSEN——外部程序存储器读从程序存储器中取指令或读取数据时，该信号有效。EA——程序存储器有效地址，EA=1从内部开始执行程序；EA=0从外部开始执行程序；3）I/O口线32根---- MCS-51系列单片机

P0、P1、P2、P3共32位，对应着芯片的32根引脚。

第三章指令系统

1、指令的三种表示形式：二进制形式：能直接为CPU执行；16进制形式：书写，阅读和送入机器；汇编形式：编程使用。

2、指令按功能可分五类：数据传送指令、算术运算、逻辑和移位、控制转移、位操作指令

3、MCS—51的七种寻址方式：直接寻址：指令码中含有操作数地址；立即寻址：指令码中含有操作数本身；寄存器寻址：指令码中含有操作数所在寄存器号；寄存器间址：指令码中含有操作数地址所在寄存起号；变址寻址：操作数地址=基地址+地址偏移量；相对寻址：用于相对转移指令，指令码中含有相对地址偏移量；位寻址：触发器的地址，0或1。

4、变址寻址和相对寻址的地址偏移量有

何异同？

5、

6、

第五章半导体存储器

一、半导体存储器具有体积小、重量轻速度快和价格便宜等优点。按功能可分为两类：

1、RAM存储器

特点：1）正常工作时既能读又能写2）存放实时数据，程序和运算结果

分类：1）双极型RAM 特点：速度快，集成度低，功耗大等；

2）MOS型RAM：静态RAM（依靠触发器存储二进制信息）优点是无需刷新，

缺点是容量小；动态RAM（依靠电容存储二进制信息）优点是容量大和集程度

高，缺点是需要刷新

2、ROM存储器

特点：1）正常工作时只能读不能写；2）存放程序/常数。

分类：1）掩膜ROM（一次性编程）：编程在掩膜工艺时进行；可靠性高成本低；适合大批量生产。

2）PROM（一次性编程）：可以在实验室编程；可靠性高成本低；适合大批量生产。

3）EPROM（可多次编程）：紫外光/电脉冲擦洗的PROM；可靠性高；适合批量生产。

二、半导体存储器的技术指标

1、存储容量：表示方法：存储容量=字数X字长

2、最大存取时间：对存储芯片读写一次所需的最大时间

3、功耗：维持功耗：未选中工作芯片所消耗的功率；操作功耗：被选中的芯片所消耗的功率

4、可靠性和工作寿命：可靠性：抗击电磁场温度和湿度的能力；寿命：几千小时

5、集成度：晶体管数目/每片；表示：位/片

★★三、单译码编制存储器由哪几部分组成？地址线和字线间的关系？

通常由四部分组成：1、地址寄存器和译码器：对地址线上地址译码，产生字选择线，选

中某存储单元工作；2、存储阵列：由基本存储电路组成存储单元，存储单元组成存储阵列；

3、三态输出缓冲器：8位寄存器，暂存从存储阵列中读出或写入的信号；

4、控制电路：控制存储器的读/写过程若地址线有n条，则字线有2^ n条。

四、今有存储容量512*4、1K*4、2K*8、4K*1、4K*4、16K*1、32K*4、64KB、128K*8，512KB和4MB的存储器，这些存储器分别需要多少条地址线和数据线？

512*4：地址线9条，数据线4条；1K*4：10、4；2K*8:11、8；4K*1:12、1；4K*4:12、4；16K*1:14、1；32K*4:15、4；64KB:16、8；128K*8:17、8；512KB:19、8；4MB:22、8

五、

六、62128的存储容量是多少？若它采用6管静态MOS

存储电路，则它共有多少基本存储电路？存储阵列至少要

多少MOS管？

存储容量是16KB

基本存储电路个数：16*1024*8=131072

所需MOS管：131072*6=786432

七、设计一个32KB的外部RAM存储器，若采用2114，

试问需要多少块？若用2116，多少块？

2114的存储容量是1K*4，故需两块芯片才能为CPU提供

1KB主存储器。故32KB容量主存需要2114：32*2=64块。2116（16K*1）需8块才能组成16KB主存。故需2116:2*8=16块。

八、

【半导体存储器将沿着提高集成度、提高存取速度、降低工作电压三方面高速发展】【半导体存储器内部有两种基本结构：单译码编址、双译码编址】

【2764在编程时PGM引脚应接50ms的负脉冲，Vpp应接21V，读出校验时OE要接负脉冲】

十、在进行外存储器设计时，考虑单片机对存储器工作速度分配的理由是什么？为什么要对每片外部存储器进行地址分配？

CPU和存储器工作时，存储器工作速度变低，CPU等待时间加长，所以存储器速度应和CPU速度相同步。CPU分给存储器地址不同，CPU和外部存储器的连接也不同。

第六章MCS—51的中断系统

1、中断的定义：CPU暂时中止主程序执行转而为外设服务，服务完后又返回主程序执行的过程。

2、中断的分类：按功能分，1）可屏蔽中断（五级中断）；2）非屏蔽中断；3）软件中断

3、计算机采用中断的好处：CPU的效率高；提高实时数据处理时效；提高故障处理的时效。

4、中断源：引起中断的原因。

种类：1）外部设备中断源（串行口中断）：用于CPU和外设间进行数据传送；2）控制对象中断源：用于CPU对控制对象的监控；3）故障源中断源：用于CPU对故障的处理；

4）定时脉冲源中断源（T0/T1溢出中断）：用于CPU的定时控制。

5、中断嵌套：高优先级嵌入低优先级中断的过程。

中断系统：能实现中断功能的那部分电路。

中断系统的功能：1）响应中断（关中断、断点地址入栈、转入服务和撤除中断等）；

2）中断优先权排队（先响应高优先级中断，后响应低优先级中断）；

3）实现中断优先级嵌套（高优先级中断能自动嵌入低优先级中断）；

4）中断返回（断点地址恢复到PC）。

6、8031的6个中断标志位代号是什么？在什么情况下被置位和复位？

INT0中断：IE0，位地址89H，因有中断而置位，因中断被响应而被复位；

INT1中断：IE1，位地址88H，因有中断而置位，因中断被响应而被复位；

T0/T1中断：TF0/TF1，位地址为8DH/8FH，因有中断而置位，因响应而复位；

串口中断：TI/RI，位地址为99H/98H，因有中断而置位，CPU在中断响应后进入中断服务程序，在中断服务程序中由软件复位。

7、允许T1定时器溢出中断的指令：MOV IE，#88H；采用位操作指令为：SETB EA SETB ET1。

9、中断处理过程一般分为三个阶段，即中断响应、中断处理和中断返回。

中断响应的条件：1）有中断源发出请求信号；2）中断是开放的（总允许、源允许）；3）没有封锁（受阻）。受阻情况是：①CPU正在执行同级或高一级的中断服务程序；②现行机器周期不是正在执行的指令的最后一个机器周期，即现行指令完成前．不响应任何中断请求；

③当前正在执行的是中断返回指令RETI或访问专用寄存器IE或IP的指令。也就是说，在执行RETI或是访问IE、IP的指令后，至少需要再执行—条其他指令，才会响应中断请求。

10、MCS—51中那些中断可随该中断被响应而自动撤除？哪些需用户来撤除？方法？

11、为什么单片8259初始化时要给它ICW1和ICW2命令字？（上右图）

12、在哪些情况下需要给8259送ICW4？

由ICW4格式可知，如下情况需要ICW4：8086/8088系统；特殊全嵌套模式；缓冲方式；自动结束中断方式。

13、如何才能进入全潜嵌套中断模式，在全嵌套中断模式下，为什么各IRn的中断服务程序中要使用指定或非指定EOI命令？（下左图）

14、MCS—51有哪三种扩展外部中断源的方法？各有什么特点？（下右图）

15、写出定时器T1作为外中断源的初始化程序。（下左图）

16、采用8259扩展外中断源时为什么要在中断服务程序中连续安排三条MOVX A，@Ri 指令？（下右图）

17、试比较采用查询法和采用8259扩展外部中断源的优缺点？

查询法外扩中断源的优缺点：1）无需硬件，程序简单2）外扩中断个数多时，查询程序太长，中断响应速度太慢。

用8259外扩中断源的优缺点：1）属于硬件外扩中断源2）中断响应速度快。

18、MCS—51响应中断时要做三件事：断点地址入栈、关中断、按中断矢量转入相应中断服务程序执行。

第七章并行I/O接口

1、I/O接口定义：CPU和I/O设备之间的过渡大规模接口电路，可集成在CPU内部，也可做成专用集成块。作用：进行CPU和外设间速度匹配；改变I/O口数据传送方式；改变I/O 信号性质和电平。

2、外设端口的两种编址方式：

外设端口的单独编址，特点：1）需要专用I/O指令，实现CPU和外设间数据传送；2）I/O端口地址是独立的。

外设端口和外存储器统一编址，特点：1）无需专用I/O口指令；2）I/O端口地址是内存地址中的一部分。

2、I/O数据的四种传送方式？各在什么场合使用？

1）同步传送（无条件传送）：外设速度很快或很慢时均可采用；2）异步传送（条件/查询式传送）：通常不用，因为CPU在查询中会失去时效；3）中断传送：CPU能和外设并行工作，具有效率高、实时性好等特点；4）DMA传送：适合CPU和外设间批量传送数据。

3、MCS—51内部四个并行I/O口有什么异同？作用是什么？（下左图）

4、MCS—51对内部四个并行I/O有哪三种操作方式？各有什么特点？（下右图）

5、决定8255A选口地址的引脚有哪几条？作用是什么？

CS：片选线，CS=0本片被选中；CS=1本片未选中。

A1A0：地址线00——A口；01——B口；10——C口；11——控制口

6、

7、决定8155A选口地址的引脚有哪些？IO/M的作用？T/IN和T/OUT的作用是什么？（左）

8、若8155A的T/IN端输入脉冲频率为12MHZ，则8155A的定时器的最大定时时间？（右）

9、若8155A的T/IN端输入脉冲频率为1MHZ，编出能在T/OUT上输出周期为8ms的方波程序。

10、如图，若把字符打印机的ACK和8031的INT0相接，请简述电路的工作原理和编出能把20H为始址的连续50个内存单元中内容输出打印的程序。

11、显示缓冲区：把被显字符送LED显示的RAM单元；存放地点：只能在RAM单元，通常在内部RAM；存放内容：被显字符（实际上是被显字符在字形码表中的地址偏移量）。

12、扭曲向列型LCD的显示原理：1）若电极上没有电压，则液晶材料内部分子呈90度扭曲状态，形成的90度偏振面挡住了偏振光的透过；2）若电极上有3V电压，则液晶分子的扭曲状态在电场作用下消失，线性偏振光可透过液晶而使LCD显示。

13、试比较MCS—51内部定时器四种工作方式下的异同。

方式0：13位加1计数器；计满产生溢出中断（需重装TC初值）；

方式1：16位加1计数器（需重装TC初值）；计满为零时产生溢出中断；

方式2：8位重装计数器（无需重装TC初值）；计满为零时产生溢出中断；

方式3：T0是两个8位独立计数器（需重装TC初值）计满为零时产生溢出中断；

T1是一个8位重装计数器（无需重装TC初值）计满后不产生溢出中断。

14、

第八章MCS—51对A/D和D/A的接口

1、D/A转换器的作用：把数字量转换成模拟量。使用场合：在单片机控制系统的后向通道中用来推动执行部件工作。

A/D转换器的作用：把模拟量转换成数字量。使用场合：在单片机控制系统的前向系统中用来采集模拟量的值。

2、D/A转换器的主要性能指标有哪些？设某DAC有二进制14位，满量程模拟输出电位为10V，则它的分辨率和转换精度各为多少？

3、DAC0832的工作原理和引脚功能。

4、DAC的单极性和双极性电压输出的根本区别何在？

单极性电压输出：当数字量从0~FFH时，输出电压的范围是：0~—最大或者0~+最大；

双极性电压输出：当数字量从0~FFH时，输出电压的范围是：—最大到+最大。

5、DAC0832和MCS—51接口时有哪三种工作方式？特点？适用场合？

1）直通方式特点：DI7~DI0上数字量变化时，V out跟着变；使用：非微机控制系统；

2）单缓冲方式特点：8位DAC寄存器工作于直通方式；8位输出寄存器受8031控制；

使用：波形发生器/其他需模拟输出的地方；

3）双缓冲方式特点：8位DAC寄存器工作于非直通方式；8位输入寄存器也工作于非直通方式；使用：8位以上D/A转换器；多路模拟量输出的地方。

6、MCS—51和DAC1208接口时，CPU为什么必须给它先送高8位和后送低四位数字量？这时的DAC1208能否在直通或单缓冲方式下工作？为什么？

先送高8位的原因：因为CPU给DAC1208送高8位时，低4位输入寄存器也接收数据。此时的工作方式必须是双缓冲方式，原因是：如果是工作在直通/单缓冲方式，CPU送完高8位数字量后，DAC1208就开始D/A转换，V out有一个输出电压。若此时CPU再给DAC1208

送低4位数字量，V out又有一个输出电压，这两个V out电压是不会相同的，这个不同的电压就是毛刺。

7、编出能把20H开始的20个数据（高8位数字量在前一单元，低8位数字量在后一单元的低4位）送DAC转换的程序。

8、ADC共分哪几种类型？各有什么特点？

共分四种类型：1）计数器式特点：结构简单，造价低；转换速度慢，用于仪器仪表；2）双积分式特点：转换精度高；转换速度慢，用于仪器仪表；3）逐次比较式特点：精度高，速度快；结构不太复杂，应用广泛；4）并行A/D式特点：精度高，速度最快；结构复杂，造价高，特殊用途。

9、决定ADC0809模拟电压输入路数的引脚有哪几条？

ADDA ADDB ADDC ALE——控制地址码输入

10、下图示出了8031和ADC0809的接口。设在内部RAM始址为20H处有一数据区，请写出对8路模拟电压连续采集并更新这个数据区的程序。

11、ADC574A的主要特性是什么？哪些引脚可以决定它的选口地址？

主要特点：1）内部有转换时钟，不需外接晶振；2）转换速度快，约为25微秒，ADC0809则需100微秒；3）模拟电压输入为10Vin—0~10V单极性（±5V双极性）；20Vin—0~20V 单极性（±10V双极性）；4）数字量位数：8位或12位，可任选。

这些引脚有：CE CS R/C 12/8 A0

12、D/A转换器内部必须有一个解码网络。解码网络有两种：二进制加权电阻网络；T型电阻网络。~分辨率定义为“：满量程电压的2^（-n）倍。~转换精度是：满量程实际输出值对理论值的最大偏差。14、EOC上有正脉冲时表示A/D转换已完成；R/C引脚为高电平时可读出A/D转换后的数字量。