单片机原理和应用

单片机是一种集成电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU、随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计数器等功能(可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D转换器等电路)集成到一块硅片上构成的一个小而完善的微型计算机系统，在工业控制领域广泛应用。从上世纪80年代，由当时的4位、8位单片机，发展到现在的300M的高速单片机。

单片机又称单片微控制器，它不是完成某一个逻辑功能的芯片，而是把一个计算机系统集成到一个芯片上。相当于一个微型的计算机，和计算机相比，单片机只缺少了I/O设备。概括的讲：一块芯片就成了一台计算机。它的体积小、质量轻、价格便宜、为学习、应用和开发提供了便利条件。同时，学习使用单片机是了解计算机原理与结构的最佳选择。单片机的使用领域已十分广泛，如智能仪表、实时工控、通讯设备、导航系统、家用电器等。各种产品一旦用上了单片机，就能起到使产品升级换代的功效，常在产品名称前冠以形容词——“智能型”，如智能型洗衣机等。

硬件特性

1、主流单片机包括CPU、4KB容量的RAM、128 KB容量的ROM、 2个16位定时/计数器、4个8位并行口、全双工串口行口、ADC/DAC、SPI、I2C、ISP、IAP。

2、系统结构简单，使用方便，实现模块化;

3、单片机可靠性高，可工作到10^6 ~10^7小时无故障;

4、处理功能强，速度快。

5、低电压，低功耗，便于生产便携式产品

6、控制功能强

7、环境适应能力强。

单片机原理

单片机主要由运算器、控制器和寄存器三大部分构成。其中，运算器由算术逻辑单元(ALU)、累加器、寄存器等构成，首先累加器和寄存器向ALU输入两个8位源数据，其次ALU完成源数据的逻辑运算，最后将运算结果存入寄存器中;控制器由程序计数器、指令寄存器、指令译码器、时序发生器和操作控制器等构成，是一个下达命令的“组织”，用于协调整个系统各部分之间的运作;寄存器主要有累加器A、数据寄存器DR、指令寄存器IR、指令译码器ID、程序计数器PC、地址寄存器AR等。

在微处理器内部运算器、控制器、寄存器之间是相互连接的，由控制器向各部分发布操作命令，运算器接到命令后进行相应运算，并将运算后结果存入相应的寄存器中。

单片机现已渗透到我们日常生活中的各个领域，小到家用电器、仪器仪表，大到医疗器械、航空航天，无不存在着单片机的身影。一旦在某种产品上添加了单片机，便使得原产品向互联网靠拢，获得了“智能型”的前缀。单片机具体在各个领域的应用如下：

1)在仪器仪表领域，一旦采用单片机对其进行控制，便使得仪器仪表变得数字化、智能化、微型化，且其功能更加强大;

2)在家用电器领域，已广泛实现了家用电器的单片机控制，如电饭煲、电冰箱、空调、彩电、音响等等;

3)在网络通信领域，手机、小型程控交换机、楼宇自动通信呼叫系统等等都已实现了单片机控制，且单片机普遍具备通信接口，使得通信设备可以方便地与计算机之间进行数据通信;

4)在工业控制领域，可以使用单片机构成多种多样的控制系统，如工厂流水线的智能化管理、电梯智能化控制、各种报警系统、与计算机联网构成二级控制系统等;

5)在医疗设备领域，单片机也极大的实现了它的价值，已广泛应用于各种分析仪、监护仪、病床呼叫系统、医用呼吸机等医疗设备中;

6)在模块化系统中，可利用单片机实现特定功能，进行模块化应用，而不要求操作人员了解其内部结构，这样做大大地缩小了体积、简化了电路，也降低了损坏率、错误率;

7)在汽车电子领域，单片机已广泛应用于发动机控制器、GPS导航系统、ABS防抱死系统、制动系统中;

8)除上述应用外，单片机在工商、金融、教育、物流等领域都或多或少的发挥了其本身的作用

单片机原理及应用知识点汇总(复习)

一、填空题

1、单片机是将微处理器 、一定容量的 RAM 和ROM 以及 I/O 口、定时器等电路集成在一块芯片上而构成的微型计算机。

2、单片机80C51片内集成了 4 KB的FLASH ROM，共有 5 个中断源。

3、两位十六进制数最多可以表示 256 个存储单元。

4、在80C51中，只有当EA引脚接 高 电平时，CPU才访问片内的Flash ROM。

5、当CPU访问片外的存储器时，其低八位地址由 P0 口提供，高八位地址由 P2 口提供，8位数据由 P0 口提供。

6、在I/O口中， P0 口在接LED时，必须提供上拉电阻， P3 口具有第二功能。

7、80C51具有 64 KB的字节寻址能力。

8、在80C51中，片内RAM分为地址为 00H~7FH 的真正RAM区，和地址为80H~FFH的 特殊功能寄存器(SFR) 区两个部分。

9、在80C51中，通用寄存器区共分为 4 组，每组 8 个工作寄存器，当CPU复位时，第 0 组寄存器为当前的工作寄存器。

10、数据指针DPTR是一个 16 位的 特殊功能寄存器 寄存器 。

11、在80C51中，一个机器周期包括 12 个振荡周期，而每条指令都由一个或几个机器周期组成，分别有单周期指令、双周期指令和 4周期 指令。

12、当系统处于正常工作状态且振荡稳定后，在RST引脚上加一个 高 电平并维持 2 个机器周期，可将系统复位。

13、单片机80C51复位后，其I/O口锁存器的值为 0FFH ，堆栈指针的值为 07H ，SBUF的值为 不定 ，内部RAM的值不受复位的影响，而其余寄存器的值全部为 0H 。

14、在809C51中，有两种方式可使单片机退出空闲模式，其一是 任何的中断请求被响应 ，其二是 硬件复位 ；而只有 硬件复位 方式才能让进入掉电模式的单片机退出掉电模式。

15、单片机80C51的5个中断源分别为 INT0 、INT1 、T0 、T1 以及 TXD/RXD 。

16、单片机80C51的中断要用到4个特殊功能寄存器，它们是TCON 、SCON 、 IE 以及IP 。

17、在80C51中，外部中断由IT0(1)位来控制其两种触发方式，分别是 电平 触发方式和 边沿 触发方式。

18、中断处理过程分为4个阶段，即 中断请求、中断响应、中断服务以及中断返回 。

19、单片机80C51片内有两个 16 位的定时/计数器，即T0和T1，它们都有 定时 和 计数 的功能。

20、单片机80C51的时钟频率为6MHz，若要求定时1ms，定时/计数器工作于模式1，其定时/计数器的初值为FE0CH 。

21、单片机80C51具有 并行 通信和 串行 通信两种通信方式。

22 、串行通信有 同步 通信和 异步 通信两种通信方式。

23、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。

24、串行通信中，为使设备同步工作，需要通信双方有两个共同的要求，一是 通信双方必须采用统一的编码方式 ，二是 通信双方必须能产生相同的传送速率 。

25、单片机80C51中的串行通信共有 4 种方式，其中方式 0 是用作同步移位寄存器来扩展I/O口的。

26、设80C51的晶振频率为11.0592MHz，选用定时器T工作模式2作波特率发生器，波特率为2400b/s，且SMOD置0，则定时器的初值为 F4H

27、键盘可分为 独立连接 式和 矩阵 式两类。键盘可分为 编码 式和 非编码 式两类。

28、LED数码管有 静态 显示和 动态 显示两种方式。

29、在执行下列指令后，A=___60H___，R0=__45H____，（60H）=___45H___。

MOV A，# 45H

MOV R0，# 60H

MOV @R0，A

XCH A, R0

30、设RAM 中(2456H)=66H，(2457H)=34H，ROM 中(2456H)=55H，(2457H)=64H。请分析下面程序执行后各寄存器的内容。 （A）=___64H___，（DPTR）=__2456H____。

MOV A，#1

MOV DPTR，#2456H

MOVC A，@A+DPTR

31．对单片机而言，连接到数据总线上的输出口应具有（锁存） 功能。

32．决定程序执行的顺序是（PC） 寄存器，该寄存器复位时的值为 （0000h） 。

33.单片机内包含组成微机的三个主要功能部件是CPU 、存储器和（I/O口） 。

34. 80C51系列单片机字长是（8） 位，有（40） 根引脚。

35.ALE信号的作用是（锁存允许） 。

36.80C51复位后，PC=（0000） H。

37.80C51的堆栈指针是（SP） 。

38．80C51单片机的P0口和P2口除了可以作为并行口进行数据的输入／输出外，通常还用来构建系统的（地址） 和（数据） 。

39．80C51单片机外部中断请求信号有电平方式和（边沿触发） ，在电平方式下，当采集到INT0、INT1的有效信号为（低电平） 时，激活外部中断。

40．80C51单片机指令ANL A，20H中源操作数的寻址方式是（直接） 。

41．串行通讯中有 （同步） 和异步两种基本方式。

42.C51中存储类型XDATA定义的是（外部） 存储空间，其地址范围是（0000h~ffffH）

43.执行下列程序后，（A）=__35H____，（B）=__16H____。

MOV A，#9FH

MOV B，#36H

ANL B，A

SETB C

ADDC A，B

二、选择题

1、80C51是以下哪个公司的产品？（ C ）

A、INTEL B、AMD C、ATMEL D、PHILIPS

2、80C51系列单片机是属于（ C ）体系结构。

A、冯诺依曼 B、普林斯顿 C、哈佛 D、图灵

3、以下哪一条指令的写法是错误的（ C ）。

A、MOV DPTR,#3F98H B、MOV R0,#0FEH C、MOV 50H,#0FC3DH D、INC R0

4、以下哪一条指令的写法是错误的（ D ）。

A、INC DPTR B、MOV R0,#0FEH C、DEC A D、PUSH A

5、以下哪一条指令的写法是错误的（ B ）。

A、MOVC A,@A+DPTR B、MOV R0,#FEH C、CPL A D、PUSH ACC

6、以下哪一条是位操作指令（ B ）。

A、MOV P0，#0FFH B、CLR P1.0 C、CPL A D、POP PSW

7、以下哪一条是位操作指令（ B ）。

A、MOV P1，#0FFH B、MOV C,ACC.1 C、CPL A D、POP PSW

8、以下哪一条是位操作指令（ B ）。

A、MOV P0，#0FFH B、SETB TR0 C、CPL R0 D、PUSH PSW

9、以下哪种方式的接口总线最少？（ C ）

A、SPI B、I2C C、单总线 D、并行通信

10、以下哪个是属于单片机系统前向通道的器件？（ A ）

A、A/D转换 B、D/A转换 C、LED数码管 D、继电器

11、80C51 单片机的RS1,RS0=01 时，当前寄存器R0—R7 占用内部RAM( B )单元。 A、 00H—07H B、 08H—0FH C、 10H—17H D、 18H—1FH

12、80C51 单片机有片内RAM 容量( A )。

A. 128B B、 4KB C、 8KB D、 256B

13、80C51 单片机的最大时序定时单位是( D )。

A、 拍节 B、状态 C、机器周期 D、指令周期

14、80C51 单片机的定时器/计数器工作方式0 是（ C ）。

A、8 位计数器结构 B、16 位计数器结构 C、13 位计数器结构 D、2 个8 位计数器结构

15、80C51 单片机的外部中断0 中断入口地址为( C )。

A、 000BH B、 001BH C、0003H D、 0013H

16.在下列80C5l单片机各条指令中，错误的是（ A ）。

A．MOVC @A+DPTR，A B．MOV A, @R0 C．MOV 20H, A D．MOV B, A17. 单片机上电复位后，堆栈区的最大允许范围是 （ B ） 个单元。

A．64 B．120 C．128 D．256

18. 80C51单片机ALE引脚是（ C ）。

A．输出高电平 B．输出低电平 C．输出矩形脉冲，频率为fosc的1/6

D．输出矩形脉冲，频率为fosc的1/2

19．80C51单片机的XTAL1和XTAL2引脚是（ D ）引脚。

A、外接定时器 B、外接串行口 C、外接中断 D、外接晶振

20.80C51的串行数据缓冲器SBUF用于（ D ）。

A．存放运算中间结果 B．暂存数据和地址 C．存放待调试的程序

D．存放待发送或已接收到的数据

21. 假定设置堆栈指针SP的值为37H，在进行子程序调用时把断点地址进栈保护后，SP的值为（ D ）。

A．6H B．37H C．38H D．39H

22. 单片机中的程序计数器PC用来（ B）。

A．存放指令 B．存放正在执行的指令地址

C．存放下一条指令地址 D．存放上一条指令地址

23. 在80C51指令中，下列指令中（ C）是无条件转移指令。

A．LCALL addr16 B．DJNZ direct,rel C．SJMP rel D．ACALL addr11

24．80C51系列单片机的中断系统具有（ A ）。

A、5个中断源 B、6个中断源 C、2个中断源 D、3个中断源

25．指令和程序是以（ C ）形式存放在程序存储器中。

A、源程序 B、汇编程序 C、二进制编码 D、BCD码

26．当需要从80C51单片机程序存储器取数据时，采用的指令为（B ）

A、MOV A, @R1 B、MOVC A, @A + DPTR

C、MOVX A, @ R0 D、MOVX A, @ DPTR

三、判断

1、在51系列单片机的指令系统中，其加法、减法、乘法和除法必须有累加器A的参与才能完成。T

2、当80C51的EA引脚接低电平时，CPU只能访问片外ROM，而不管片内是否有程序存储器。T

3、当80C51的EA引脚接高电平时，CPU只能访问片内的4KB空间。F

4、80C51系列单片机直接读端口和读端口锁存器的结果永远是相同的。F

5、是读端口还是读锁存器是用指令来区别的。T

6、在80C51的片内RAM区中，位地址和部分字节地址是冲突的。F

7、中断的矢量地址位于RAM区中。F

8、在80C51中，当CPU访问片内、外ROM区时用MOVC指令，访问片外RAM区时用MOVX指令，访问片内RAM区时用MOV指令。T

9、工作寄存器区不允许做普通的RAM单元来使用。F

10、工作寄存器组是通过置位PSW中的RS0和RS1来切换的。T

11、特殊功能寄存器可以当作普通的RAM单元来使用。F

12、访问128个位地址用位寻址方式，访问低128字节单元用直接或间接寻址方式。T

13、堆栈指针SP的内容可指向片内00H~7FH的任何RAM单元，系统复位后，SP初始化为00H。F

14、DPTR只能当作一个16位的特殊功能寄存器来使用。F

15、程序计数器PC是一个可以寻址的特殊功能寄存器。F

16、单片机80C51复位后，其PC指针初始化为0000H，使单片机从该地址单元开始执行程序。T

17、单片机系统上电后，其内部RAM的值是不确定的。T

18、在80C51中，当产生中断响应时，所有中断请求标志位都由硬件自动清零。F

19、在51系列单片机中，中断服务程序从矢量地址开始执行，一直到返回指令RETI为止。T

20、在执行子程序调用或执行中断服务程序时都将产生压栈的动作。T

21、定时/计数器工作于定时方式时，是通过80C51片内振荡器输出经12分频后的脉冲进行计数，直至溢出为止。T

22、定时/计数器工作于计数方式时，是通过809C51的P3.4和P3.5对外部脉冲进行计数，当遇到脉冲下降沿时计数一次。T

23、定时/计数器在工作时需要消耗CPU的时间。F

24、定时/计数器的工作模式寄存器TMOD可以进行位寻址。F

25、定时/计数器在使用前和溢出后，必须对其赋初值才能正常工作。F

26、在51系列单片机的指令中，既有带借位的减法指令，又有不带借位的减法指令。F

27、单片机80C51的定时/计数器是否工作可以通过外部中断进行控制。T

28、并行通信的优点是传送速度高，缺点是所需传送线较多，远距离通信不方便。T

29、串行通信的优点是只需一对传送线，成本低，适于远距离通信，缺点是传送速度较低。T

30、异步通信中，在线路上不传送字符时保持高电平。T

31、在异步通信的帧格式中，数据位是低位在前高位在后的排列方式。T

32、异步通信中，波特率是指每秒传送二进制代码的位数，单位是b/s。T

33、在80C51的串行通信中，串行口的发送和接收都是对特殊功能寄存器SBUF进行读/写而实现的。T

34、在单片机809C51中，串行通信方式1和方式3的波特率是固定不变的。F

35、在单片机809C51中，读和写的SBUF在物理上是独立的，但地址是相同的。T

36、单片机80C51一般使用非整数的晶振是为了获得精确的波特率。T

37、单片机809C51和PC机的通信中，使用芯片MAX232是为了进行电平转换。T

38、在A/D转换器中，逐次逼近型在精度上不及双积分型，但双积分型在速度上较低。T

39、A/D转换的精度不仅取决于量化位数，还取决于参考电压。T

四、简答题

1、简述80C51单片机中断的概念。

答：当CPU正在处理某件事情的时候，外部发生的某一事件请求CPU迅速去处理，于是，CPU暂时中止当前的工作，转去处理所发生的时间。中断服务处理完该事件以后，再回到原来被中止的地方，继续原来的工作，这样的过程称为中断。

2、什么是保护现场，什么是恢复现场？

答：保护现场：当CPU响应中断程序时，硬件会自动把断点地址（16位程序计数器的值）压入堆栈之外，用户还须注意保护有关工作寄存器、累加器、标志位等信息；

恢复现场：在完成中断服务程序后，恢复原工作寄存器、累加器、标志位等的内容。

3、单片机80C51有哪些中断源，对其中断请求如何进行控制？

答：80C51中断系统有5个中断源：

●INT0：外部中断0请求，低电平有效。通过P3.2引脚输入。

●INT1：外部中断1请求，低电平有效。通过P3.3引脚输入。

●T0：定时器/计数器0溢出中断请求。

●T1：定时器/计数器1溢出中断请求。

●TXD/RXD：串行口中断请求。当串行口完成一帧数据的发送或接收时，便请求中断。

4、简述单片机809C51中断的自然优先级顺序，如何提高某一中断源的优先级别。

答：中断源（控制位） 自然优先级

外部中断0（PX0） 最 高

定时器/计数器0溢出中断（PT0）

外部中断1（PX1）

定时器/计数器1溢出中断（PT1）

串行口中断（PS） 最 低

若某几个控制位为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）。

5、简述51系列单片机中断响应的条件。

答：●有中断源发出中断请求；

●中断总允许位EA=1，即CPU开中断；

●申请中断的中断源的中断允许位为1，即中断没有屏蔽；

●无同级或更高级中断正在被服务；

●当前的指令周期已经结束；

6、简述定时/计数器4种工作模式中方式0、1、2的特点。

答：方式0：是13位的定时器/计数器，寄存器TLx存低5位，THx存高8位。

方式1：是16位的定时器/计数器；

方式2：把TL0（或TL1）配置成一个可以自动重装载的8位定时器/计数器；

7、简述80C51串口通信的四种方式及其特点。

方式0：同步移位寄存器输入/输出方式，常用于扩展I/O口。波特率固定为振荡频率的1/12，并不受PCON寄存器中SMOD位的影响。

方式1：用于串行发送或接收，为10位通用异步接口。TXD与RXD分别用于发送与接收数据。收发一帧数据的格式为1位起始位、8位数据位（低位在前）、1位停止位，共10位。波特率由定时器T1的溢出率与SMOD值同时决定。

方式2：用于串行发送或接收，为11位通用异步接口。TXD与RXD分别用于发送与接收数据。收发一帧数据的格式为1位起始位、8位数据位（低位在前）、1位可编程的第9数据位和1位停止位，共11位。波特率取决于PCON中SMOD位的值：当SMOD＝0时，波特率为 的1/64；当SMOD＝1时，波特率为 的1/32。

方式3：用于串行发送或接收，为11位通用异步接口。TXD与RXD分别用于发送与接收数据。帧格式与方式2相同，波特率与方式1相同。

8、简述在使用普通按键的时候，为什么要进行去抖动处理，如何处理。

键抖动会引起一次按键被误读多次。为了确保CPU对键的一次闭合仅做一次处理，必须去除键抖动。在键闭合稳定时，读取键的状态，并且必须判别；在键释放稳定后，再作处理。按键的抖动，可用硬件或软件两种方法消除。

9、简述LED数码管动态扫描的原理及其实现方式。

动态扫描的原理是利用人的视觉暂留，让人觉得各位LED同时点亮一样。逐位轮流点亮各个LED，每一位保持1ms，在10～20ms之内再一次点亮，重复不止，就可以实现动态扫描。

五、编程题

1、用P1口控制LED单色灯实现流水灯显示，单色灯0亮1灭，已知晶振12MHz，

2、用P0口控制LED单色灯实现走马灯显示，单色灯0亮1灭，已知晶振12MHz，

3、数码管0~9的显示。

4、用一个定时/计数器加软件计数器的方式，实现一秒的时钟基准信号，试写出程序并加以说明。（设晶振频率为12MHz，由P1.0口输出秒信号。）

#include<reg51.h>

sbit P10 = P1^0;

unsigned char k;

void main()

{

TMOD = 0x01;

TL0 = 0xb0;

TH0 = 0x3c;

TR0 = 1;

ET0 = 1;

EA = 1;

P10 = 1;

while(1);

}

void t0_isr() interrupt 1

{

TL0 = 0xb0;

TH0 = 0x3c;

k++;

if(k==20)

{

k=0;

P10 = ~P10;

}

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