单片机的基本结构与工作原理
第二章单片机的基本结构与工作原理
2·1 80C51系列单片机在片内集成了哪些主要逻辑功能都件?各个逻辑部件的主要功能是什么?
答:80C51系列单片机在片内集成了以下主要逻辑功能部件及分别有如下的主要功能。
(l)CPU(中央处理器):8位
功能:中央处理器由中央控制器与运算器一起构成。中央控制器是识别指令，并根据指令性质控制计算机各组成部件进行工作的部件。
(2)片内RAM:128B
功能:在单片机中，用随机存取存储器(RAM)来存储程序在运行期间的工作变量和数据，所以称为数据存储器。一般，在单片机内部设置一定容量(64B至256B)的RAM。这样小容量的数据存储器以高速RAM的形式集成在单片机内，以加快单片机运行的速度。同时，这种结构的RAM还可以使存储器的功耗下降很多。
(3)特殊功能寄存器:21个
功能:特殊功能寄存器(SFR)是80C51单片机中各功能部件所对应的寄存器，用以存放相应功能部件的控制命令、状态或数据的区域。这是80C51系列单片机中最有特色的部分。现在所有80C51系列功能的增加和扩展几乎都是通过增加特殊功能寄存器(SFR)来达到的。
80C51系列单片机设有128B内部数据RAM结构的特殊功能寄存器(SFR)空间区。除
程序计数器PC和4个通用工作寄存器组外，其余所有的寄存器都在这个地址空间之内。
(4)程序存储器:4KB
功能:80C51单片机的程序存储器用于存放经调试正确的应用程序和表格之类的固定常数。由于采用16位的程序计数器PC和16位的地址总线，因而其可扩展的地址空间为64KB，而且这64KB地址空间是连续、统一的。
(5)并行I/O口:8位，4个
功能:为了满足"面向控制"实际应用的需要，80C51系列单片机提供了数量多、功能强、使用灵活的并行I/O口。80C51系列单片机的并行I/O口，不仅可灵活地选作输人或输出，而且还具有多种功能。例如，它既是I/O口，又是系统总线或是控制信号线等，从而为扩展外部存储器和I/O接口提供了方便，大大拓宽了单片机的应用范围。
(6)串行接口:全双工，1个
功能:全双工串行I/O口，提供了与某些终端设备进行串行通信，或者和一些特殊功能的器件相连的能力;甚至可用多个单片机相连构成多机系统，使单片机的功能更强和应用更广。
(7)定时器/计数器:16位，2个
功能:在单片机的实际应用中，定时器/计数器提供精确的定时，或者对外部事件进行计数。为了减少软件开销和提高单片机的实时控制能力，因而均在单片机内部设置定时器/计数器电路，通过中断，实现定时/计数的自动处理。
(8)片内时钟电路:1个
功能:计算机的整个工作是在时钟信号的驱动下，按照严格的时序有规律地一个节拍一个节拍地执行各种操作的。各种计算机均有自己的固定时序和定时电路。同样，80C51系列单片机内部也设有定时电路，只须外接振荡元件即可工作。外接振荡元件一般选用晶体振荡器，或用价廉的RC振荡器，也可用外部时钟源作振荡元件。近来也有的单片机将振荡元件也集成在芯片内部，这样不仅大大缩小了单片机的体积，同时也方便了使用。
2·2 80C51系列单片机有哪些信号需要芯片引脚以第二功能的方式提供？
答：
第一功能第二功能
串行口：
P3.0 RXD（串行输入口）
P3.1 TXD（串行输出口）
中断：
P3.2 INT0外部中断0
P3.3 INT1外部中断1
定时器/计数器（T0、T1）：
P3.4 T0（定时器/计数器0的外部输入）
P3.5 T1（定时器/计数器1的外部输入）
数据存储器选通：
P3.6 WR（外部存储器写选通，低电平有效，输出）
P3.7 RD（外部存储器读选通，低电平有效，输出）
定时器/计数器（T2）：
P1.0 T2（定时器T2的计数端）
P1.1 T2EX（定时器T2的外部输入端）
2．3 程序计数器PC作为不可寻址寄存器，它打哪些特点?地址指针DPTR有哪些特点?
与程存计数器PC有何异同?
答(1)程序计数器PC作为不可寻址寄存器的特点
程序计数器PC是中央控制器申最基本的寄存器，是一个独立的计数器，存放着下一条将程序存储器中取出的指令的地址。
程序计数器PC变化的轨迹决定程序的流程。程序计数器的宽度决定了程序存储器可以寻址的范围。
程序计数器PC的基本工作方式有:
①程序计数器PC自动加1。这是最基本的工作方式，也是这个专用寄存器被称为计数器的原因。
②执行条件或无条件转移指令时，程序计数器将被置入新的数值，程序的流向发生变化。变化的方式有下列几种:带符号的相对跳转SJMP、短跳转AJMP、长跳转LJMP及JMP @A+DPTR等。
③在执行调用指令或响应中断时:
●PC的现行值，即下一条将要执行的指令的地址送入堆栈，加以保护;
●将子程序的入口地址或者中断矢量地址送入PC，程序流向发生变化，执行子程序或
中断服务程序;
●子程序或中断服务程序执行完毕，遇到返回指令RET或RETI时，将栈顶的内容送
到PC寄存器中，程序流程又返回到原来的地方，继续执行。
(2)地址指针DPTR的特点
地址指针DPTR的特点是，它作为片外数据存储器寻址用的地址寄存器(间接寻址)。
(3)地址指针DPTR与程序计数器PC的异同
①相同之处:
●两者都是与地址有关的、16位的寄存器。其中，PC与程序存储器的地址有关，而
DPTR与数据存储器的地址有关。
●作为地址寄存器使用时，PC与DPTR都是通过P0和P2口(作为16位地址总线)输
出的。但是，PC的输出与ALE及PSEN有关;DPTR的输出，则与ALE、RD及WR 相联系。
②不同之处:
●PC只能作为16位寄存器对待，由于有自动加1的功能，故又称为计数器;
DPTR可以作为16位寄存器对待，也可以作为两个8位寄存器对待。
●PC是不可以访问的，有自己独特的变化方式，它的变化轨迹决定了程序执行的流程;
DPTR是可以访问的，如MOV DPTR，#XXXXH，INC DPTP。
2. 4 80C51存储器在结拘上有何特点?在物理上和逻辑上各有哪几种地址空间?访问片内
RAM和片外RAM的指今格式有何区别?
答: (1)80C51存储器在结构上的特点
80C51采用将程序存储器和数据存储器截然分开，分别寻址的结构，称为哈佛(Harvard) 结构。
(2)在物理上和逻辑上的地址空间
①在物理上设有4个存储器空间:片内程序存储器、片外程序存储器、片内数据存储器、片外数据存储器。
②在逻辑上有3个存储器地址空间:片内、片外统一的64KB程序存储器地址空间，片内256B(或384B)数据存储器地址空间，片外64KB的数据存储器地址空间。
(3)访问片内RAM和片外RAM的指令格式
访问片内RAM采用MOV格式。
访问片外RAM采用MOVX格式。
2·5 80C51单片机的EA信号有何功能?在使用80C31时，EA信号引脚应如何处理? 答: (1)80C51单片机的EA信号的功能
EA为片外程序存储器访问允许信号，低电平有效;在编程时，其上施加21V的编程电压
EA引脚接高电平时，程序从片内程序存储器开始执行，即访问片内存储器;EA引脚接低电平时，迫使系统全部执行片外程序存储器程序。
(2)在使用80C31时,EA信号引脚的处理方法
因为80C31没有片内的程序存储器，所以在使用它时必定要有外部的程序存储器，EA 信号引脚应接低电平。
2·6 片内RAM低128单元划分为哪三个主要部分?各部分主要功能是什么?
答: 片内RAM低128单元的划分及主要功能:
(l)工作寄存器组(00H~lFH)
这是一个用寄存器直接寻址的区域，内部数据RAM区的0~31(00H~lFH),共32个单元。它是4个通用工作寄存器组，每个组包含8个8位寄存器，编号为R0~R7。
(2)位寻址区(20H~2FH)
从内部数据RAM区的32~47(20H~2FH)的16个字节单元，共包含128位，是可位寻址的RAM区。这16个字节单元，既可进行字节寻址，又可实现位寻址。
(3)字节寻址区(30H~7FH)
从内部数据RAM区的48~127(30H~7FH)，共80个字节单元，可以采用间接字节寻址的方法访问。
2·7 80C51设有4个通用工作寄存器组，有什么特点?如何选用?如何实现工作寄存器现场保护?
答: (1)通用工作寄存器组的特点
用寄存器直接寻址，指令的数量最多，均为单周期指令，执行速度快。
(2)通用工作寄存器组的选用
在某一时刻，只能选用一个工作寄存器组使用。其选择是通过软件对程序状态字(PSW 中的RS0、RSl位的设置来实现的。设置RS0、RSl时，可以对PSW进行字节寻址，也可以进行位寻址，间接或直接修改RS0、RSl的内容。若RSl、RS0均为0时，则选用工作寄存器组0;若RSl、RS0为1时，则选用工作寄存器组1;其他以此类推。
(3)工作寄存器的现场保护
对于工作寄存器的现场保护，一般在主程序中使用一组工作寄存器;而在进人子程序或中断服务程序时，切换到另一组工作寄存器;在返回主程序前，再重新切换回原来的工作寄存器。
2·8 堆栈有哪些功能?堆栈指示器(SP)的作用是什么?在程序设计时，为什么还要对SP重新赋值?
答: (1)堆栈的功能
堆栈是内部数据RAM区中，数据先进后出或后进先出的区域。其具体功能有两个:保护断点和保护现场。
(2)堆栈指示器(SP)的作用
堆栈指示器(SP)是一个8位寄存器，存放当前的堆栈栈顶所指存储单元地址的。
(3)对SP的重新赋值
系统复位后，SP内容为07H。如不重新定义，则以07H为栈底，压栈的内容从08H单元开始存放;如需使用深度较大的堆栈时，将会影响到工作寄存器的使用。所以要对SP进行重新的赋值，使堆栈区设定在片内数据·RAM区中的某一空白区域内，堆栈深度以不超过片内RAM空间为限。
2·9 为什么说80C51具有很强的布尔(位)处理功能7共有多少单元可以位寻址?采用布尔处理有哪些优点7
答(1)80C51具有很强的布尔(位)处理功能
在80C5I单片机系统中，与字节处理器相对应，还特别设置了一个结构完整的布尔(位) 处理器。在该系统中，除了程序存储器和ALU与字节处理器合用之外，还有自己的:
①累加器CY:借用进位标志位。在布尔运算中，CY是数据源之一，又是运算结果的存放处，是位数据传送中的中心。根据CY的状态，程序转移:JC rel，JNC rel，JBC rel。
②位寻址的RAM区:从内部数据RAM区的32~47(20H~2FH)的16个字节单元，共包含128位(0~127)，是可位寻址的RAM区。
③位寻址的寄存器:特殊功能寄存器(SFR)中的可位寻址的位。
④位寻址的并行I/O口:P0、Pl、P2及P3各口的每一位都可以进行位寻址。
⑤位操作指令系统:位操作指令可实现对位的置位、清0、取反、位状态判跳、传送、位逻辑、运算、位输人/输出等操作。
强大的布尔(位)处理功能，是80C5l系列单片机的突出优点之一。
(2)可以位寻址单元的数目
可以位寻址的单元共有228个。分布在:
①RAM区:20H~2FH字节中所有位，共计有128个单元。
②特殊功能寄存器区:P0、TCON、Pl、SCON、P2、IE、P3、1P.PSW、A、B、PCON 及TMOD中的相应位，共计95个单元(IE中有两位无定义，IP中有三位无定义，PSW中有一位无定义，PCON中有三位无定义)。
(3)采用布尔处理方法的优点
利用位逻辑操作功能进行随机逻辑设计，可把逻辑表达式直接变换成软件执行，方法简便;免去了过多的数据往返传送、字节屏蔽和测试分支，大大简化了编程，节省存储器空间,加快了处理速度;还可实现复杂的组合逻辑处理功能。所有这些，特别适用于某些数据采集，实时测控等应用系统。这些给"面向控制"的实际应用带来了极大的方便，是其他微机机种所无可比拟的。
2·10 80C51单片机的时中周期、机器周期、指令周期是如何设置的?当主频为12MHZ 时，一个机器周期等子多少微秒(us)?执行一条最长的指令需多少微秒(us)?
答:1) 80C51中定时单位的设置为时序定时单位，共有4个，从小到大依次是:节拍、状态、机器周期和指令周期。
●时钟周期:节拍是CPU处理动作的最小周期称为时钟周期。一个状态周期就包含两
个节拍，其前半周期对应的节拍叫Pl，后半周期对应的节拍叫P2.
●机器周期80C51采用定时控制方式，因此它有固定的机器周期。规定一个机器周期
的宽度为6个状态，并依次表示为Sl~S6。由于一个状态又包括两个节拍，因此一个机器周期总共有12个节拍，分别记作SlPl、SlP2…S6P2。由于一个机器周期共有12 个振荡脉冲周期，因此机器周期就是振荡脉冲的12分频。
当振荡脉冲频率为12MHz时，1个机器周期为lus;当振荡脉冲频率为6MHz时，1个
机器周期为2us。
●指令周期:执行一条指令所需要的时间称为指令周期。指令周期是最大的时序定时单
位。80C51的指令周期根据指令的不同，可包含有1、2、3、4个机器周期。
2)当主频为12MHz时，1个机器周期为1件s。
3)执行一条时间最长的指令-----MUI，和DIV指令，需要4个机器周期，即需要4us。
2·11 单片机有几种复往方法?复往后抗暴的初始状态如何，即各寄存器的状态如何?
答: (1)单片机复位方法
单片机复位方法有:上电自动复位、按键电平复位和外部脉冲三种方式，如题图2-1所示。
题图2-1
(2)复位后的初始状态
复位后机器的初始状态,即各寄存器的状态:PC之外,复位操作还对其他一些特殊功能寄存器有影响,它们的复位状态如题表2-1所例.
2. 12 举例说明单片机在工业控制系统中低功耗工作方式的意义及方法。
答: 1. 低功耗系统设计的意义
按传统观念，低功耗系统只是便携式系统中考虑的问题。然而，从经典电子系统发展到现代电子系统，低功耗系统应是一切现代电子系统的普通取向。实现系统运行的低功耗是现代电子系统的普通取向，是"绿色"电子的基本要求。除了节省能源外，低功耗系统还具有显著的电磁兼容EMC(Electro Magnetic Compatib;lily)效益和可靠性效益。
(1)实现"绿色"电子，节省能源
在许多现代电子系统，如家用电器和视频音像系统中，普遍采用遥控操作，在不使用时大都处于待机状况下。据有关部门统计，目前，许多家用电器在备用状态下耗费的电量已超过实际使用中消耗的电量。据报道，美国家用电器每年在备用状态下浪费的能源达10亿美元。采用低功耗系统设计，不仅能减少使用中的功耗，而且可以减少备用状态下的功耗。
在节省能源的同时，许多低功耗设计采用的最大静态化设计有利于减少电磁污染。
(2)促进便携化发展
低功耗设计技术有利于电子系统向便携化发展。便携式电脑/笔记本电脑是低功耗系统设计的成果。现代电子系统便携化拓宽了它的应用领域。
(3)诱人的可靠性效益
低功耗系统设计不可避免要走全CMOS化道路和功耗管理的道路。在数字电路中，MOS电路有较大的噪声容限;在功耗管理中，常采用休闲、掉电、睡眠、关断及电源关闭等方式,在这些方式下系统对外界噪声失敏，大大减少了因噪声干扰产生的出错概率。
2. CMOS电路是低功耗系统设计的首选
(1)CMOS电路的功耗特性
CMOS电路的功耗特性十分鲜明,表现在本质低功耗,静态与动态功耗的巨大差异及功耗可控性等因素上.
①本质低功耗:在题表2-2中,将高速CMOS逻辑电路与传统TTL逻辑电路的功耗进行了对比.
可以看出:CMOS器件有极低的静态功耗，并要求极小的输人驱功电流。因此，使用CMOS电路器件可构成本质低功耗的电路系统。
②静、动态功耗的巨大差异:从题表2-1中看出，传统的TTL电路中，没有静、动态功耗差异，也就不存在利用无谓等待状态的低功耗运行方式。在CMOS电路中，静、动态功耗差异十分显著，而且动态功耗与时钟速度相关，随时钟频率加大，功耗急剧上升。由于CMOS电路中的静、动态功耗的巨大差异，形成了CMOS器件中形形色色的低功耗运行方式。各种低]耗方式的核心，就是CMOS电路的最大静态化控制。
③动态功耗相关参数多:根据动态功耗P"是瞬间导通功耗PTC与静态功耗PC之和，J 表达式为
P A=P TC+Pc=V DD×I TC+fC L×V2DD
动态功耗P A除直接与电源电压V DD、时钟频率土及输出电容C L有关外，导通电流I TC 还与逻辑电平的跳变速率有关。这些相关因素都是CMOS电路系统中的重要运行参数。要设计最小功耗系统，就要在系统中根据实际的时、空运行状态来管理这些参数，保证系统有最小的运行功耗。
④静态功耗的温度特性:CMOS电路的静态功耗主要是保护二级管和PMOS、NMOS管寄生二极管的泄漏电流。常温下，静态功耗极小，但随温度增高呈指数上升，对温度敏感。; 多数CMOS电路在85 0C或125 0C 工作环境下，其静态功耗大约是常温下的30~50倍，相应的输人电流约增加10倍以上。
(2)降低CMOS电路功耗的途径
按照CMOS电路的功耗特性，降低功耗的途径如下:
①大力降低系统或器件的工作电压。随着器件工作电压的下降，功耗会显著下降。目前,集成电路器件普遍从+5V电源向+3V电源过渡。有些低功耗的CMOS器件己出现
2.7V、1.8V的工作电压，表明了电压控制在CMOS电路中的重要作用。
②控制CMOS器件申的时钟频率。时钟宜低不宜高;同时，时钟不用时应及时关断，实现系统的最大时空静态化管理来降低系统功耗。在CMOS器件中，有许多低功耗方式就是基于系统时钟管理来实现的。
③在CMOS电路系统中实施最大限度的静态化运行管理。使无谓等待下的电路处于静态功耗，关闭时钟，停止动态输人或关闭电源。
3. 低功耗系统中单片机的选择和应用
低功耗系统设计中，器件选择是基础。选择的器件不仅要求本质低功耗，而且要求具有良好的功耗控制功能。
(1)采用CMOS工艺制造的单片机
目前单片机已普遍采用高速CMOS工艺，应用系统设计时，不再选用非CMOS单片机。在低功耗系统设计的单片机选择时，主要考虑单片机的本质低功耗与功耗管理性能。CMOS
工艺制造的80C51系列单片机具有优良的功耗管理性能，
(2)低功耗运行方式
早期CMOS单片机的功耗控制主要是对系统时钟实施管理而出现的休闲ID(IDle)方式
和掉电PD(Power Down)方式。当通过编程控制IDL，位有效时，迸人ID方式，关闭进人CPU的时钟，CPU停止运行，只保留中断系统、定时器/计数器、串行口的操作功能。要退出ID方式时，可采用申断或复位操作。编程控制PD位有效时，时钟停振，单片机内部所有功能单元部停止操作。因此，要退出PD方式只有通过复位，清除PD编程位。
题表2-3给出了80C51正常运行、ID、PD方式下的功耗数据。从表中可以大致看出，不同时钟频率及不同运行方式下的功耗状况;可以明显地看出，CMOS单片机中时钟频率及时钟控制对功耗的重要影响。
题表2-3 80C51不同频率不同方式下的功耗状况
(3)单片机的电压及双时钟功耗控制
目前除了采用PD、ID的低功耗运行方式外，还可以采用降低电压和设置双时钟(主时钟、子时钟)的方式来进一步降低功耗。例如，目前有许多带双时钟和宽电源电压的单片机，在正常运行时可以使用3V供电，降低功耗;除了在工作时钟下的运行ID方式外，还可以在子时钟支持下运行慢速(SLOW)和睡眠(SLEEP)方式，以及使全部时钟停止的停振(STOP)方式。题表2-4为东芝TLCS一870在不同方式下的功耗状况。TLCS一870可工作在2.7~6V，主时钟为1~8MHz，子时钟为32.8kHz。双时钟的设置能使单片机高速运行或低速运行，实现控制功能.
题表2-4 TLCS-870不同方式下的功耗状况
有的单片机在设定了主时钟后，在其内部还可以对时钟进行分频，以降低系统运行速度来进一步降低功耗。
2·13 单片机"面向挂创"应用的特点，在硬件结拘方面有哪些体现?
答:单片机"面向控制"应用的特点，体现在硬件结构方面有以下几点:
①由于考虑到单片机"面向控制"的实际应用的特点，一般需要较大的程序存储器，因此目前的单片机以采用程序存储器和数据存储器截然分开的结构为多。这种结构称为哈佛
(Harvard)结构。80C51单片机系列的存储器采用的就是这种结构，即将程序存储器和数据存储器截然分开，程序存储器和数据存储器各有自己的寻址方式、寻址空间和控制系统。
这种结构对于单片机"面向控制"的实际应用极为方便、有利。
②为了满足"面向控制"实际应用的需要，单片机提供了数量多、功能强、使用灵活的并行I/O口。不同单片机的并行I/O电路在结构上稍有差异。有些单片机的并行I/I口，不仅而灵活地选作输人或输出，而且还具有多种功能。例如，它既是IO口，又是系统总线，或是控制信号线等，从而为扩展外部存储器和1/0接口提供了方便，大大拓宽了单片机的应用范围。
③在单片机的实际应用中，往往需要精确的定时，或者需对外部事件进行计数。为了减少软件开销和提高单片机的实时控制能力，因而均在单片机内部设置定时器/计数器电路减过中断，实现定时/计数的自动处理。
④在80C51单片机系统中，与字节处理器相对应，还特别设置了一个结构完整、功能极强的布尔(位)处理器。这是80C5l系列单片机的突出优点之一。这给"面向控制"的实际应用并来了极大的方便。
在位处理器系统申，除了程序存储器和ALU与字节处理器合用之外，还有自己的:
●累加器CY:借用进位标志位。在布尔运算中，CY是数据源之一，又是运算结果的存
放处，位数据传送中的中心。根据CY的状态，程序转移:
JC rel
JNC rel
JBC rel
●位寻址的RAM.：RAM区中的0~127位。
●位寻址的寄存器:特殊功能寄存器(SFR)申的可位寻址的位。
●位寻址的并行I/O口:P0、Pl、P2及P3各口的每一位都可以进行位寻址。
2·14 80C51单片机运行出错或程序进入死循环，如何摆脱困境?
答:当由于程序运行出错或操作错误使系统处于死锁状态时，需按复位键以重新启动。
AT89C51单片机的基本结构和工作原理
AT89C51单片机的主要工作特性： ·内含4KB的FLASH存储器，擦写次数1000次； ·内含28字节的RAM； ·具有32根可编程I/O线； ·具有2个16位可编程定时器； ·具有6个中断源、5个中断矢量、2级优先权的中断结构； ·具有1个全双工的可编程串行通信接口； ·具有一个数据指针DPTR; ·两种低功耗工作模式，即空闲模式和掉电模式； ·具有可编程的3级程序锁定定位； AT89C51的工作电源电压为5（1±0.2）V且典型值为5V,最高工作频率为24MHz. AT89C51各部分的组成及功能： 1.单片机的中央处理器（CPU）是单片机的核心，完成运算和操作控制，主要包括运算器和控制器两部分。
（1）运算器 运算器主要用来实现算术、逻辑运算和位操作。其中包括算术和逻辑运算单元ALU、累加器ACC、B寄存器、程序状态字PSW和两个暂存器等。 ALU是运算电路的核心，实质上是一个全加器，完成基本的算术和逻辑运算。算术运算包括加、减、乘、除、增量、减量、BCD码运算；逻辑运算包括“与”、“或”、“异或”、左移位、右移位和半字节交换，以及位操作中的位置位、位复位等。 暂存器1和暂存器2是ALU的两个输入，用于暂存参与运算的数据。ALU的输出也是两个：一个是累加器，数据经运算后，其结果又通过内部总线返回到累加器；另一个是程序状态字PSW，用于存储运算和操作结果的状态。 累加器是CPU使用最频繁的一个寄存器。ACC既是ALU处理数据的来源，又是ALU运算结果的存放单元。单片机与片外RAM或I/O扩展口进行数据交换必须通过ACC来进行。 B寄存器在乘法和除法指令中作为ALU的输入之一，另一个输入来自ACC。运算结果存于AB寄存器中。 （2）控制器 控制器是识别指令并根据指令性质协调计算机内各组成单元进行工作的部件，主要包括程序计数器PC、PC增量器、指令寄存器、指令译码器、定时及控制逻辑电路等，其功能是控制指令的读入、译码和执行，并对指令执行过程进行定时和逻辑控制。AT89C51单片机中，PC是一个16位的计数器，可对64KB程序存储器进行寻址。复位时PC的内容是0000H. (3)存储器 单片机内部的存储器分为程序存储器和数据存储器。AT89C51单片机的程序存储器采用4KB的快速擦写存储器Flash Memory,编程和擦除完全是电器实现。 （4）外围接口电路 AT89C51单片机的外围接口电路主要包括：4个可编程并行I/O口,1个可编程串行口，2个16位的可编程定时器以及中断系统等。 AT89C51的工作原理： 1.引脚排列及功能 AT89C51的封装形式有PDIP,TQFP,PLCC等，现以PDIP为例。 （1）I/O口线 ·P0口 8位、漏极开路的双向I/O口。 当使用片外存储器及外扩I/O口时，P0口作为低字节地址/数据复用线。在编程时，P0口可用于接收指令代码字节；程序校验时，可输出指令字节。P0口也可做通用I/O口使用，但需加上拉电阻。作为普通输入时，应输出锁存器配置1。P0口可驱动8个TTL负载。 ·P1口 8位、准双向I/O口，具有内部上拉电阻。 P1口是为用户准备的I/O双向口。在编程和校验时，可用作输入低8位地址。用作输入时，应先将输出锁存器置1。P1口可驱动4个TTL负载。 ·P2 8位、准双向I/O口，具有内部上拉电阻。 当使用外存储器或外扩I/O口时，P2口输出高8位地址。在编程和校验时，P2口接收高字节地址和某些控制信号。 ·P3 8位、准双向I/O口，具有内部上拉电阻。 P3口可作为普通I/O口。用作输入时，应先将输出锁存器置1。在编程/校验时，P3口接收某些控制信号。它可驱动4个TTL负载。 （2）控制信号线
单片机原理及应用第三版(张毅刚)1-6章全
第1章思考题及习题1参考答案 一、填空 1. 除了单片机这一名称之外，单片机还可称为或。答：微控制器，嵌入式 控制器. 2.单片机与普通微型计算机的不同之处在于其将、、和三部分，通 过内部连接在一起，集成于一块芯片上。答：CPU、存储器、I/O口、总线 3. AT89S52单片机工作频率上限为 MHz。答：33 MHz。 4. 专用单片机已使系统结构最简化、软硬件资源利用最优化，从而大大降低和提 高。答：成本，可靠性。 二、单选 1. 单片机内部数据之所以用二进制形式表示，主要是 A．为了编程方便B．受器件的物理性能限制 C．为了通用性D．为了提高运算速度 答：B 2. 在家用电器中使用单片机应属于微计算机的。 A．辅助设计应用B．测量、控制应用 C．数值计算应用D．数据处理应用 答： B 3. 下面的哪一项应用，不属于单片机的应用范围。 A．工业控制 B．家用电器的控制 C．数据库管理 D．汽车电子设备 答：C 三、判断对错 1. STC系列单片机是8051内核的单片机。对 2. AT89S52与AT89S51相比，片内多出了4KB的Flash程序存储器、128B的RAM、1个中断 源、1个定时器（且具有捕捉功能）。对 3. 单片机是一种CPU。错 4. AT89S52单片机是微处理器。错
5. AT89C52片内的Flash程序存储器可在线写入，而AT89S52则不能。错 6. 为AT89C51单片机设计的应用系统板，可将芯片AT89C51直接用芯片AT89S51替换。对 7. 为AT89S51单片机设计的应用系统板，可将芯片AT89S51直接用芯片AT89S52替换。对 8. 单片机的功能侧重于测量和控制，而复杂的数字信号处理运算及高速的测控功能则是DSP 的长处。对 四、简答 1. 微处理器、微计算机、微处理机、CPU、单片机、嵌入式处理器它们之间有何区别？ 答：微处理器、微处理机和CPU它们都是中央处理器的不同称谓，微处理器芯片本身不是计算机。而微计算机、单片机它们都是一个完整的计算机系统，单片机是集成在一个芯片上的用于测控目的的单片微计算机。 2. AT89S51单片机相当于MCS-51系列单片机中的哪一型号的产品？“S”的含义是什么？ 答：相当于MCS-51系列中的87C51，只不过是AT89S51芯片内的4K字节Flash存储器取代了87C51片内的4K字节的EPROM。 3. 单片机可分为商用、工业用、汽车用以及军用产品，它们的使用温度范围各为多少？ 答：商用：温度范围为0～+70℃；工业用：温度范围为-40～+85℃；汽车用：温度范围为-40～+125℃；军用：温度范围为-55～+150℃。 4. 解释什么是单片机的在系统编程（ISP）与在线应用编程（IAP）。 答：单片机的在系统编程ISP（In System Program），也称在线编程，只需一条与PC机USB口或串口相连的ISP下载线，就可把仿真调试通过的程序代码从PC机在线写入单片机的Flash存储器内，省去了编程器。在线应用编程（IAP）就是可将单片机的闪存内的应用程序在线修改升级。 5. 什么是“嵌入式系统”? 系统中嵌入了单片机作为控制器，是否可称其为“嵌入式系统”? 答：广义上讲，凡是系统中嵌入了“嵌入式处理器”，如单片机、DSP、嵌入式微处理器，都称其为“嵌入式系统”。但多数人把“嵌入”嵌入式微处理器的系统，称为“嵌入式系统”。目前“嵌入式系统”还没有一个严格和权威的定义。目前人们所说的“嵌入式系统”，多指后者。 6. 嵌入式处理器家族中的单片机、DSP、嵌入式微处理器各有何特点？它们的应用领域有何 不同？ 答：单片机体积小、价格低且易于掌握和普及，很容易嵌入到各种通用目的的系统中，
8051单片机的内部结构
8051是MCS-51系列单片机的典型产品，我们以这一代表性的机型进行系统的讲解。 8051单片机包含中央处理器、程序存储器(ROM)、数据存储器(RAM)、定时/计数器、并行接口、串行接口和中断系统等几大单元及数据总线、地址总线和控制总线等三大总线，现在我们分别加以说明： 中央处理器(CPU)是整个单片机的核心 部件，是8位数据宽度的处理器，能处理 8位二进制数据或代码，CPU负责控制、 指挥和调度整个单元系统协调的工作，完 成运算和控制输入输出功能等操作。 ·数据存储器(RAM)： 8051内部有128个8位用户数据存储 单元和128个专用寄存器单元，它们是统 一编址的，专用寄存器只能用于存放控制 指令数据，用户只能访问，而不能用于存 放用户数据，所以，用户能使用的的RAM 只有128个，可存放读写的数据，运算的 中间结果或用户定义的字型表。 ·程序存储器(ROM)： 8051共有4096个8位掩膜ROM，用于存放用户程序，原始数据或表格。 ·定时/计数器(ROM)： 8051有两个16位的可编程定时/计数器，以实现定时或计数产生中断用于控制程序转向。 ·并行输入输出(I/O)口： 8051共有4组8位I/O口(P0、P1、P2或P3)，用于对外部数据的传输。 ·全双工串行口： 8051内置一个全双工串行通信口，用于与其它设备间的串行数据传送，该串行口既可以 用作异步通信收发器，也可以当同步移位器使用。 ·中断系统： 8051具备较完善的中断功能，有两个外中断、两个定时/计数器中断和一个串行中断，可 满足不同的控制要求，并具有2级的优先级别选择。 ·时钟电路： 8051内置最高频率达12MHz的时钟电路，用于产生整个单片机运行的脉冲时序，但8051 单片机需外置振荡电容。
单片机原理及应用总结
单片机原理及应用 第一章绪论 1.什么叫单片机？其主要特点有哪些？ 在一片集成电路芯片上集成微处理器、存储器、I/O接口电路，从而构成了单芯片微型计算机，即单片机。 特点：控制性能和可靠性高、体积小、价格低、易于产品化、具有良好的性价比。 第二章80C51的结构和原理 1.80C51的基本结构 a.CPU系统 ●8位CPU，含布尔处理器； ●时钟电路； ●总线控制逻辑。 b.存储器系统 ●4K字节的程序存储器 （ROM/EPROM/FLASH，可外扩至 64KB）； ●128字节的数据存储器（RAM，可 外扩至64KB）； ●特殊功能寄存器SFR。 c.I/O口和其他功能单元 ●4个并行I/O口； ●2个16位定时/计数器； ●1个全双工异步串行口； ●中断系统（5个中断源，2个优先 级） 2.80C51的应用模式 a.总线型单片机应用模式 ◆总线型应用的“三总线”模式； ◆非总线型应用的“多I/O”模式 3.80C51单片机的封装和引脚 a.总线型DIP40引脚封装 ●RST/V PO：复位信号输入引脚/备用 电源输入引脚； ●ALE/PROG：地址锁存允许信号输 出引脚/编程脉冲输入引脚； ●EA/V PP：内外存储器选择引脚/片 内EPROM编程电压输入引脚； ●PSEN：外部程序存储器选通信号
输出引脚 b.非总线型DIP20封装的引脚 ●RST：复位信号输入引脚 4.80C51的片内存储器 增强型单片机片内数据存储器为256字节，地址范围是00H~FFH。低128字节的配情况与基本型单片机相同。高128字节一般为RAM，仅能采用寄存器间接寻址方式询问。注意：与该地址范围重叠的特殊功能寄存器SFR 空间采用直接寻址方式询问。 5.80C51的时钟信号 晶振周期为最小的时序单位。一个时钟周期包含2个晶振周期。晶振信号12分频后形成机器周期。即一个机器周期包含12个晶振周期或6个时钟周期。 6.80C51单片机的复位 定义：复位是使单片机或系统中的其他部件处于某种确定的初始状态。a.复位电路 两种形式：一种是上电复位；另一种是上电与按键均有效的复位。 b.单片机复位后的状态 单片机的复位操作使单片机进入初始化状态。初始化后，程序计数器 PC=0000H，所以程序从0000H地址单元开始执行。 特殊功能寄存器复位后的状态是确定的。P0~P3为FFH，SP为07H，SBUF 不定，IP、IE和PCON的有效位为0，其余的特殊功能寄存器的状态为00H.相应的意义为： ●P0~P3=FFH，相当于各口锁存器已 写入1，此时不但可用于输出，也 可以用于输入； ●SP=07H，堆栈指针指向片内RAM 的07单元； ●IP、IE和PCON的有效位为0，各 中断源处于低优先级且均被关断、 串行通讯的波特率不加倍； ●PSW=00H，当前工作寄存器为0 组。 7.80C51的存储器组织
单片机基本原理测试题
精品资料 注意事项: 1. 把此试题重命名为“第 X 组X 号XXX ” 2. 所有的图要用笔画在纸上用手机拍下，再粘贴到试题上; 3. 试题中凡是提到解释原因的或者是为什么的都要详细解释，不要用一句话了事; 4. 解答时直接在问题下面解答就可以了，字体必须要用蓝色的宋体五号字；否则后果自负! 电路分析、解释 1. 电阻的作用？为什么用这么大阻值？写出 计算公式？如果指示灯换成一个① 10mm 的大 led (电流值20ma,压降2V),这个电阻需要接 多大值？写出计算公式如何算？ 答：电阻作用是限流。 因为LED 的有效电流在 3mA-20mA 之间， 压降为1.7V 。计算公式为： R= ( 5V-1.7V ) /(0.003A~0.02A),所以计算出来，限流电阻为 165欧 到1100欧之间。 R= ( 5V-2V ) /0.02A=150 欧。 2. 如果供电电压变成 12v 指示灯换成一个① 10mn t 勺大led (电流值20mA 压降2V ),这个电 阻需 要接多大值？写出计算公式？ 答：R= (12V-2V ) /0.02A=500 欧。 3、电阻电容大小的的选取及计算? 答：因为充电时间必须超过经过两个机器周 期，又T=RC 所以，对电阻电容的选取具有 参数要求。 单片机初始状态各10 口电平状态如何？ 答：高电平 单片机复位的条件？ “复位”指复位什么？ 答：RST 引脚输入高电平，而且必须超过来两 个机器周期；“复位”指单片机程序从 0000H 物理地址开始执行 复位电平要维持多长时间单片机才复位? 2 复位电路 (要求附 有电容充 电坐标 图，分别 详细解释 上电复位 和手动复 位的关键 1、 手动复位的复位过程及解释： 答：1、RST 引脚由接近于0V 经过超过两个机 器周期，变成高电平，超过时间大约为200mso 因为按键按下后，5V 电源经过1K 电阻然后经 过10K 电阻到 地，电容慢慢充电，经过两个机 器周期，电压到达 4.5V 左右，单片机实现高 电平复位。 2、 上电复位的复位过程及解释： 答：电源上电后，VCC 对电容充电，RST 引脚 由1点几伏慢慢变成将近 5V ,高电平复位。 原理图 点的电位 变化) 1 供电电路
51单片机的P0口工作原理详细讲解
51单片机的P0口工作原理详细讲解 一、P0端口的结构及工作原理P0端口8位中的一位结构图见下图： 由上图可见，P0端口由锁存器、输入缓冲器、切换开关、一个与非门、一个与门及场效应管驱动电路构成。再看图的右边，标号为P0.X引脚的图标，也就是说P0.X引脚可以是P0.0到 P0.7的任何一位，即在P0口有8个与上图相同的电路组成。下面，我们先就组成P0口的每个单元部份跟大家介绍一下：先看输入缓冲器：在P0口中，有两个三态的缓冲器，在学数字电路时，我们已知道，三态门有三个状态，即在其的输出端可以是高电平、低电平，同时还有一种就是高阻状态(或称为禁止状态)，大家看上图，上面一个是读锁存器的缓冲器，也就是说，要读取D锁存器输出端Q的数据，那就得使读锁存器的这个缓冲器的三态控制端(上图中标号为‘读锁存器’端)有效。下面一个是读引脚的缓冲器，要读取P0.X引脚上的数据，也要使标号为‘读引脚’的这个三态缓冲器的控制端有效，引脚上的数据才会传输到我们单片机的部数据总线上。D锁存器：构成一个锁存器，通常要用一个时序电路，时序的单元电路在学数字电路时我们已知道，一个触发器可以保存一位的二进制数(即具有保持功能)，在51单片机的32根I/O口线中都是用一个D触发器来构成锁存器的。大家看上图中的D 锁存器，D端是数据输入端，CP是控制端(也就是时序控制信号输入端)，Q是输出端，Q非是反向输出端。对于D触发器来讲，当D输入端有一个输入信号，如果这时控制端CP没有信号(也就是时序脉冲没有到来)，这时输入端D的数据是无法传输到输出端Q及反向输出端Q非的。如果时序控制端CP的时序脉冲一旦到了，这时D端输入的数据就会传输到Q及Q非端。数据传送过来后，当CP时序控制端的时序信号消失了，这时，输出端还会保持着上次输入端D的数据(即把上次的数据锁存起来了)。如果下一个时序控制脉冲信号来了，这时D端的数据才再次传送到Q端，从而改变Q端的状态。多路开关：在51单片机中，当部的存储器够用(也就是不需要外扩展存储器时，这里讲的存储器包括数据存储器及程序存储器)时，P0口可以作为通用的输入输出端口(即I/O)使用，对于8031(部没有ROM)的单片机或者编写的程序超过了单片机部的存储器容量，需要外扩存储器时，P0口就作为‘地址/数据’总线使用。那么这个多路选择开关就是用于选择是做为普通I/O口使用还是作为‘数据/地址’总线使用的选择开关了。大家看上图，当多路开关与下面接通时，P0口是作为普通的I/O口使用的，当多路开关是与上面接通时，P0口是作为‘地址/数据’总线使用的。输出驱动部份：从上图中我们已看出，P0口的输出是由两个MOS管组成的推拉式结构，也就是说，这两个MOS管一次只能导通一个，当V1导通时，V2就截止，当V2导通时，V1截止。 前面我们已将P0口的各单元部件进行了一个详细的讲解，下面我们就来研究一下P0口做为I/O口及地址/数据总线使用时的具体工作过程。1、作为I/O端口使用时的工作原理P0口作为I/O端口使用时，多路开关的控制信号为0(低电平)，看上图中的线线部份，多路开关的控制信号同时与与门的一个输入端是相接的，我们知道与门的逻辑特点是“全1出1，
51单片机IO口工作原理
51单片机I/O口工作原理 一、P0端口的结构及工作原理 P0端口8位中的一位结构图见下图： 由上图可见，P0端口由锁存器、输入缓冲器、切换开关、一个与非门、一个与门及场效应管驱动电路构成。再看图的右边，标号为P0.X引脚的图标，也就是说P0.X引脚可以是P0.0到P0.7的任何一位，即在P0口有8个与上图相同的电路组成。 下面，我们先就组成P0口的每个单元部份跟大家介绍一下： 先看输入缓冲器：在P0口中，有两个三态的缓冲器，在学数字电路时，我们已知道，三态门有三个状态，即在其的输出端可以是高电平、低电平，同时还有一种就是高阻状态（或称为禁止状态），大家看上图，上面一个是读锁存器的缓冲器，也就是说，要读取D锁存器输出端Q的数据，那就得使读锁存器的这个缓冲器的三态控制端（上图中标号为…读锁存器?端）有效。下面一个是读引脚的缓冲器，要读取P0.X引脚上的数据，也要使标号为…读引脚?的这个三态缓冲器的控制端有效，引脚上的数据才会传输到我们单片机的内部数据总线上。 D锁存器：构成一个锁存器，通常要用一个时序电路，时序的单元电路在学数字电路时我们已知道，一个触发器可以保存一位的二进制数（即具有保持功能），在51单片机的32根I/O口线中都是用一个D触发器来构成锁存器的。大家看上图中的D锁存器，D端是数据输入端，CP是控制端（也就是时序控制信号输
入端），Q是输出端，Q非是反向输出端。 对于D触发器来讲，当D输入端有一个输入信号，如果这时控制端CP没有信号（也就是时序脉冲没有到来），这时输入端D的数据是无法传输到输出端Q及反向输出端Q非的。如果时序控制端CP的时序脉冲一旦到了，这时D端输入的数据就会传输到Q及Q非端。数据传送过来后，当CP时序控制端的时序信号消失了，这时，输出端还会保持着上次输入端D的数据（即把上次的数据锁存起来了）。如果下一个时序控制脉冲信号来了，这时D端的数据才再次传送到Q端，从而改变Q端的状态。 多路开关：在51单片机中，当内部的存储器够用（也就是不需要外扩展存储器时，这里讲的存储器包括数据存储器及程序存储器）时，P0口可以作为通用的输入输出端口（即I/O）使用，对于8031（内部没有ROM）的单片机或者编写的程序超过了单片机内部的存储器容量，需要外扩存储器时，P0口就作为…地址/数据?总线使用。那么这个多路选择开关就是用于选择是做为普通I/O口使用还是作为…数据/地址?总线使用的选择开关了。大家看上图，当多路开关与下面接通时，P0口是作为普通的I/O口使用的，当多路开关是与上面接通时，P0口是作为…地址/数据?总线使用的。 输出驱动部份：从上图中我们已看出，P0口的输出是由两个MOS管组成的推拉式结构，也就是说，这两个MOS管一次只能导通一个，当V1导通时，V2就截止，当V2导通时，V1截止。 与门、与非门：这两个单元电路的逻辑原理我们在第四课数字及常用逻辑电路时已做过介绍，不明白的同学请回到第四节去看看。 前面我们已将P0口的各单元部件进行了一个详细的讲解，下面我们就来研究一下P0口做为I/O口及地址/数据总线使用时的具体工作过程。 1、作为I/O端口使用时的工作原理 P0口作为I/O端口使用时，多路开关的控制信号为0（低电平），看上图中的线线部份，多路开关的控制信号同时与与门的一个输入端是相接的，我们知道与门的逻辑特点是“全1出1，有0出0”那么控制信号是0的话，这时与门输出的也是一个0（低电平），与让的输出是0，V1管就截止，在多路控制开关的控制信号是0（低电平）时，多路开关是与锁存器的Q非端相接的（即P0口作为I/O口线使用）。 P0口用作I/O口线，其由数据总线向引脚输出（即输出状态Output）的工作过程：当写锁存器信号CP 有效，数据总线的信号→锁存器的输入端D→锁存器的反向输出Q非端→多路开关→V2管的栅极→V2的漏极到输出端P0.X。前面我们已讲了，当多路开关的控制信号为低电平0时，与门输出为低电平，V1管是截止的，所以作为输出口时，P0是漏极开路输出，类似于OC门，当驱动上接电流负载时，需要外接上拉
ATC单片机的基本结构和工作原理
A T C单片机的基本结构 和工作原理 Document serial number【UU89WT-UU98YT-UU8CB-UUUT-UUT108】
AT89C51单片机的主要工作特性： ·内含4KB的FLASH存储器，擦写次数1000次； ·内含28字节的RAM； ·具有32根可编程I/O线； ·具有2个16位可编程定时器； ·具有6个中断源、5个中断矢量、2级优先权的中断结构； ·具有1个全双工的可编程串行通信接口； ·具有一个数据指针DPTR; ·两种低功耗工作模式，即空闲模式和掉电模式； ·具有可编程的3级程序锁定定位； AT89C51的工作电源电压为5（1±）V且典型值为5V,最高工作频率为24MHz. AT89C51各部分的组成及功能：
1.中央处理器 1.单片机的中央处理器（CPU）是单片机的核心，完成运算和操作控制，主要包括运算器和控制器两部分。 以及位操作中的位置位、位复位等。 暂存器1和暂存器2是ALU的两个输入，用于暂存参与运算的数据。ALU的输出也是两个：一个是累加器，数据经运算后，其结果又通过内部总线返回到累加器；另一个是程序状态字PSW，用于存储运算和操作结果的状态。
累加器是CPU使用最频繁的一个寄存器。ACC既是ALU处理数据的来源，又是ALU运算结果的存放单元。单片机与片外RAM或I/O扩展口进行数据交换必须通过ACC来进行。 B寄存器在乘法和除法指令中作为ALU的输入之一，另一个输入来自ACC。运算结果存于AB寄存器中。 （2）控制器 控制器是识别指令并根据指令性质协调计算机内各组成单元进行工作的部件，主要包括程序计数器PC、PC增量器、指令寄存器、指令译码器、定时及控制逻辑电路等，其功能是控制指令的读入、译码和执行，并对指令执行过程进行定时和逻辑控制。AT89C51单片机中，PC是一个16位的计数器，可对64KB程序存储器进行寻址。复位时PC的内容是0000H. (3)存储器 单片机内部的存储器分为程序存储器和数据存储器。AT89C51单片机的程序存储器采用4KB的快速擦写存储器Flash Memory,编程和擦除完全是电器实现。 （4）外围接口电路 AT89C51单片机的外围接口电路主要包括：4个可编程并行I/O 口,1个可编程串行口，2个16位的可编程定时器以及中断系统等。 AT89C51的工作原理： 1.引脚排列及功能 AT89C51的封装形式有PDIP,TQFP,PLCC等，现以PDIP为例。
单片机概念及其原理
中断：是指CPU在处理某一事件A时，发生了事件B，请求CPU迅速去处理（中断发生）；CPU暂时停止当前的工作（中断响应）， 转去处理事件B（中断服务）；待CPU将事件B处理完毕后， 再回到原来事件A被中断的地方继续处理事件A（中断返回）， 这一过程称为中断。 图单片机中断过程 52单片机一共有6个中断源，它们的符号、名称及产生的条件分别解释如下： INT0—外部中断0，由P3.2端口线引入，低电平或下降沿引起INT1—外部中断1，由P3.3端口线引入，低电平或下降沿引起T0—定时器/计数器0中断，由T0计数器计满回零引起 T1—定时器/计数器1中断，由T1计数器计满回零引起 T2—定时器/计数器2中断，由T2计数器计满回零引起
EA—全局中断允许位 EA=1，打开全局中断控制，在此条件下，由各个中断控制位确定相应中断的打开或关闭。 EA=0，关闭全部中断 —无效位 ET2—定时器/计数器2中断允许位 ES—串行口中断允许位 ET1—定时器/计数器1中断允许位 EX1—外部中断1中断允许位 ET0—定时器/计数器0中断允许位 PS PT1—定时器1/计数器1中断优先级控制位 PX1—外部中断1中断优先级控制位 PT0—定时器0/计数器0中断优先级控制位 PX0—外部中断0中断优先级控制位 为1时，定义为高优先级中断；为0时，定义为低优先级中断 51系列中，高优先级中断能够打断低优先级中断以形成中断嵌套。单片机的定时器中断 单片机定时器/计数器的实质：加1计数器（16位），由高8位和低8位两个寄存器组成。TMOD是定时器/计数器的工作方式寄存器，确定工作方式和功能。TCON是控制寄存器，控制T0、T1的启动和停止及设置溢出标志。 定时器中断原理：加1计数器输入的计数脉冲有两个来源，一个是由系统的时钟振荡器输出脉冲经12分频后送来；另一种是T0或T1引脚输入的外部脉冲源，每来一个脉冲计数器加1，当加到计数器全为1时（即65536），再输入一个脉冲就使计数器回零，且计数器的溢出使TCON控制寄存器中TF0或TF1置1，向CPU 发出中断请求（定时器/计数器中断允许时）。若定时器/计数器工作于定时模式，则表示定时时间到；若工作于计数模式，则表示计数值已满。 装载值：溢出时计数器减去计数器初值就是加1计数器的计数值。 ①设置为计数器模式时，加1计数器是对内部机器周期计数（一个机 器周期等于12个震荡周期，即计数频率（机器周期）为晶振频
(完整版)单片机的基本组成
单片机的基本组成 在讲单片机的组成之前我们先来说一下大家都熟知的计算机 一、计算机的经典结构 在设计计算机时匈牙利籍数学家冯.诺依曼提出的“程序存储”和“二进制运算”的思想。 1、二进制运算决定了计算机的硬件结构。 二进制运算包括二进制算术运算和逻辑运算（逻辑运算的基础是逻辑代数，又称布尔代数）。逻辑量只表示两种不同的状态，可以对应电子线路中的电阻高低、二极管、三极管的通断等。因此，二进制运算决定了计算机可以由电子元器件，特别是集成电路组成。 2、程序存储决定了软件控制硬件工作。因此，计算机的基本结构包括硬件和软件两部分。计算机的工作原理：由输入设备将软件送入存储器，然后由控制器逐条取出存储器中的控制软件，并运行，再将运行结果送到输出设备。 3、计算机的经典结构 根据以上思路，计算机由运算器、控制器、存储器和输入设备、输出设备组成。 图1.1.1 计算机经典结构图 对经典结构中各部分有机组合，就构成了微型计算机。由于各部分的具体电路（元器件及元器件的组合方式）不同，又形成了各种应用形态。 二、微型计算机（Microcomputer）组成及应用形态 1、微型计算机组成 将经典结构中的运算器、控制器组合在一起，再增加一些寄存器等，集成为一个芯片，这个芯片称为微处理器（Microcontroller），即CPU(Center Processing Unit )。这样微型计算机就由CPU、存储器、输入/输出（I/O）接口组成。再配以输入/输出（I/O）设备和软件，就构成了微型计算机应用系统，简称微型计算机。 图1.1.2 微型计算机系统结构图
2、应用形态 （1）系统机（多版机） 微处理器CPU、存储器、I/O端口电路和总线接口等组装在一块主板上，再通过系统总线和外设适配卡连接键盘、显示器、打印机等，再配上系统软件就构成了一个完整的计算机系统。 图1.1.3 微型计算机结构图 这就是办公室、家庭使用的PC机的典型形态。由于较大的存储容量（存储器、硬盘、软盘、光盘等），输入、输出设备齐全，而且软件丰富（系统软件和应用软件），能够进行海量计算和应用系统开发。 (2)单板机 将CPU、存储器、I/O接口芯片和简单的I/O设备等装配在一块线路板上，再配上监控程序（固化在ROM中）就构成了单板机。 图1.1.4 单板机结构图 实验开发系统就是单板机的典型形态：由于有硬件和软件，能独立运行，但I/O设备简单，特别是软件资源少（只有监控程序），不能应用于海量计算和大型应用程序的开发，主要用于计算机原理教学和简单的测试（调试）系统。 三单片机 将CPU、存储器、I/O接口电路集成到一块芯片上，这个芯片称为单片机。
51单片机原理期末考试题
广西工学201 2011学年 2学期课程考核试 考核课单片机技卷）考核班通08082 考核类闭学生人 8 打印份 8 一、填空题（每小分，2分 1．若累加器A中的数据为67H，则PSW中的P=_1__。 2. 一个机器周期＝ _6_个状态周期＝12个振荡周期。 3．89C51的堆栈是按照先进后出的原则进行存取的RAM区。 4. 用一条指令实现以下功能: 若A中数据不等于200，则程序转至PROM_ CJNZ A，#200H，PROM__。 5. 为了使10H—17H作工作寄存器使用RS1， RS0的取值为__1，0。 6. 89C51中21个特殊功能寄存器，其地址凡是能被8整除的都有位寻址功能。 7. 89C51单片机有片内ROM容量_4KB , RAM容量128。 8. 某串行通信中有1个起始位,8个数据位和1个停止位,应选择的异步串行通信方式为方式1。 9. 在89C51单片机初始化时，SP存放的是07H。 10. 当89C51引脚ALE信号有效时,表示从P0口稳定地送出了_数据和地信息。 四、判断题（每小题2分，共20分） 1．如果发生除法溢出错误，则PSW标志位P置1。（∨） 5．对于89C51单片机，当CPU对内部程序存储器寻址超过4K时，系统会自动在外部程序存储器中寻址（∨）。 6．外加晶振频率越高，系统运算速度也就越快，系统性能也就越好（∨）。 7. 位TF0是定时器T1的溢出中断标志位。（∨） 8．在定时器T0和外部中断1都设为高优先级时，外部中断1优先级高于定时器T0。（×） 9．子程序的返回指令是RETI ，中断程序的返回指令是RET。（×） 10．波特率是数据传输的速率，指每秒传送的字节数。（∨） 3、51有 5个中断源，有2个中断优先级，优先级由软件填写特殊功能寄存器 IP 加以选择 4、中断请求信号有电平触发和脉冲触发两种触发方式。 6、74LS273通常用来作简单输出接口扩展；而74LS244则常用来作简单输入接口扩展。 7、A/D转换器的三个重要指标是转换速度、分辨率和转换精度。 二、选择题（从备选答案中选择一个正确答案，并将代号写在括号内。每题2分，共10分） 1、MCS-51单片机外扩存储器芯片时，4个I/O口中用作数据总线的是（ B ）。 （A）P0和P2口（B）P0口（C）P2和P3口（D）P2口 2、访问外部数据存储器时，不起作用的信号是（ C ）。 WRPSENRD（D）（CA））（B）ALE （3、使用定时器T1时，有几种工作模式（ C ）。 （A）1种（B）2种（C）3种（D）4种 4、MCS-51响应中断时，下面哪一个条件不是必须的（ C ）。 A、当前指令执行完毕 B、中断是开放的 C、没有同级或高级中断服务 D、必须有RETI指令 5、当MCS-51进行多机通讯时，串行接口的工作方式应选为（ C ）。 （A）方式0 （B）方式1 （C）方式2 （D）方式0或方式2 三、简答题（每题15分，共30分） 1、MCS-51单片机内部有几个定时/计数器？它们由哪些寄存器组成？ 答：MCS-51单片机内部有两个16位可编程的定时/计数器，简称定时器0（T0）和定时器1（T1）。它们分别由方式寄存器TMOD、控制寄存组成。TL1、TH1，TL0、TH0和数据寄存器TCON器． 一、填空题（每空1分，共20分） 1、计算机的系统总线有地址总线、控制总线和数据总线。 2、通常、单片机上电复位时PC= 0000H ，SP= 07H ；而工作寄存器则缺省采用第 00 组，这组寄存器的地址范围是从000H~007H 。 3、JZ e 的操作码地址为1000H，e=20H，它转移的目标地址为 1022H 。 4、汇编语言中可以使用伪指令，它们不是真正的指令，只是用来对汇编过程进行 某种控制进行某种控制。
80C51 单片机的硬件结构 思考题及答案复习过程
1 、如何理解51单片机存储空间在物理结构上可分为4个，而逻辑上又可划分为3个？ 答： MCS-51在物理上有四个存储空间： 1、片内程序存储器 2、片外程序存储器、 3、片内数据存储器 4、片外数据存储器。从逻辑上划分有三个存储器地址空间： 1、片内外统一编址的64K字节程序存储器（0000H~0FFFFH） 2、内部256字节数据存储器地址空间（包括 128字节片内RAM和128字节的SFR） 3、外部64K字节数据存储器地址空间（0000H~0FFFFH） 2 、MCS-51片内RAM的容量？8051最大可配置的RAM/ROM容量？答： 1）MCS-51片内RAM的容量： 51子系列：128B 52子系列：256B 2）其ROM最大可扩展到64KB 注：片内数据存储区=片内RAM+SFR，51和52子系列的SFR容量都是128B 3 、8051的/PSEN、/RD、/WR的作用？ 答： 1）/PSEN（外部程序存储器读选通信号）: CPU访问片外ROM时，使/PSEN低电平有效，可实现片外ROM的读操作，其他情况下此引脚为高电平封锁状态。 2）/RD：外部RAM读信号 3）/WR：外部RAM写信号 4 、ALE线的作用？当8051不和RAM/ROM相连时，ALE线的输出频率是多少？ 答： 1）ALE（地址锁存控制信号）： 访问片外ROM,RAM时，ALE用于控制把P0口输出的低8位地址送入锁存器锁存，实现低位地址和数据的分时传送。 不访问片外存储器时，可做为外部时钟使用。 2）当8051不和RAM/ROM相连时，ALE线的输出频率等于时钟周期的倒数
5 、MCS-51的工作寄存区包含几个通用工作寄存器组？每组的地址是什么？如何选用？开机复位后，CPU使用的是哪组工作寄存器？答： 1）MCS-51的工作寄存区包含4个通用工作寄存器组 2）第0组通用寄存器区地址：00H~07H 第1组通用寄存器区地址：08H~0FH 第2组通用寄存器区地址：10H~17H 第3组通用寄存器区地址：18H~1FH 3）选择哪个工作寄存器组是通过软件对程序状态字寄存器PSW的第 4、3位进行设置实现的 4 6、 MCS-51的内部RAM地址空间是如何安排的？共有多少个单元可以位寻址？位地址又是如何排列的？ 答： 1）MCS-51的内部RAM地址的空间安排： 00H~1FH 寄存器区 20H~2FH 位寻址区 30H~7FH 数据缓冲区 80H~FFH 专用寄存器区 2）位寻址的单元个数：16B*8位/B=128位 3）位地址排列方式： 位地址为：00H～7FH 字节地址：20H～2FH 7 、MCS-51的程序计数器PC是几位寄存器？它是否为专用寄存器？PC的内容是什么信息？ 答 1）MCS-51的程序计数器PC是16位寄存器
51单片机的电子钟以及lcd1602显示器的工作原理
51单片机的电子钟以及lcd1602显示器的工作原理 基于51单片机的电子钟C语言程序 #include
单片机的基本结构与工作原理
第二章单片机的基本结构与工作原理 2·1 80C51 系列单片机在片内集成了哪些主要逻辑功能都件?各个逻辑部件的主要功能是 什么? 答:80C51 系列单片机在片内集成了以下主要逻辑功能部件及分别有如下的主要功能。 (l)CPU(中央处理器):8 位 功能:中央处理器由中央控制器与运算器一起构成。中央控制器是识别指令，并根据指 令性质控制计算机各组成部件进行工作的部件。 (2)片内RAM:128B 功能:在单片机中，用随机存取存储器(RAM)来存储程序在运行期间的工作变量和数据， 所以称为数据存储器。一般，在单片机内部设置一定容量(64B 至256B)的RAM。这样小容 量的数据存储器以高速RAM 的形式集成在单片机内，以加快单片机运行的速度。同时， 这种结构的RAM 还可以使存储器的功耗下降很多。 (3)特殊功能寄存器:21 个 功能:特殊功能寄存器(SFR)是80C51 单片机中各功能部件所对应的寄存器，用以存放 相 应功能部件的控制命令、状态或数据的区域。这是80C51 系列单片机中最有特色的部分。 现在所有80C51 系列功能的增加和扩展几乎都是通过增加特殊功能寄存器(SFR)来达到的。 80C51 系列单片机设有128B 内部数据RAM 结构的特殊功能寄存器(SFR)空间区。除 程序计数器PC 和 4 个通用工作寄存器组外，其余所有的寄存器都在这个地址空间之内。(4)程序存储器:4KB 功能:80C51 单片机的程序存储器用于存放经调试正确的应用程序和表格之类的固定常 数。由于采用16 位的程序计数器PC 和16 位的地址总线，因而其可扩展的地址空间为 64KB，而且这64KB 地址空间是连续、统一的。 (5)并行I/O 口:8位，4 个 功能:为了满足面向控制实际应用的需要，80C51 系列单片机提供了数量多、功能强、 使用灵活的并行I/O 口。80C51 系列单片机的并行I/O 口，不仅可灵活地选作输人或输出，而且还具有多种功能。例如，它既是I/O 口，又是系统总线或是控制信号线等，从而为扩展外部存储器和I/O 接口提供了方便，大大拓宽了单片机的应用范围。 (6)串行接口:全双工，1 个 功能:全双工串行I/O 口，提供了与某些终端设备进行串行通信，或者和一些特殊功能 的器件相连的能力;甚至可用多个单片机相连构成多机系统，使单片机的功能更强和应用更 广。 (7)定时器/计数器:16 位，2 个 功能:在单片机的实际应用中，定时器/计数器提供精确的定时，或者对外部事件进行 计 数。为了减少软件开销和提高单片机的实时控制能力，因而均在单片机内部设置定时器/计 数器电路，通过中断，实现定时/计数的自动处理。 (8)片内时钟电路:1 个 功能:计算机的整个工作是在时钟信号的驱动下，按照严格的时序有规律地一个节拍一 个节拍地执行各种操作的。各种计算机均有自己的固定时序和定时电路。同样，80C51 系
80C51单片机的基本结构是由中央处理器CPU
80C51单片机的基本结构是由中央处理器CPU、存储器、输入/输出接口电路（I/O口）、定时和中断电路组成。 80C51的组成：微处理器、存储器、外部输入/输出接口电路（I/O接口）、中断系统、时钟电路、系统总线、 80C51的存储器 内部数据存储器：实际上80C51芯片中共有256个RAM单元，但其中后128单元被专用寄存器占用，供用户使用的只是前128单元，用于存放可读写的数据。 内部程序存储器：内部程序存储器是指ROM(4KB×8)。80C51共有4 KB掩膜ROM，用存放程序和原始数据。因此称之为程序存储器，简称“内部ROM”。 I/O口电路：80C51单片机共有4个8位的I／0口(P0-P3)，以实现数据的并行输入输出。还有一个可编程全双工的串行口，它功能强大，可做异步通信收发器使用，也可用作同步移位器使用。 中断系统：80C51单片机的中断功能较强，以满足控制应用的需要。80C51共有5个中断源。即外部中断2个，定时／计数中断2个，串行中断1个。全部中断分为高优先级和低优先级共两级。 时钟电路：80C51单片机的内部具有时钟电路，但石英晶体振荡器和微调电容需外接。 总线：上述这些部件都是通过总线连接起来，才能构成一个完整的单片机系统。总线结构减少了单片机的连线和引脚，提高了集成度和可靠性。 主电源引脚Uss和Ucc ：Vss（20脚）：接地Vcc（40脚）：正常操作、对EPROM编程和验证时为+5V电源。 外接晶振引脚XTALl和XTAL2 XTALl（19脚）：内部振荡电路反相放大器的输入端，是外接晶体的一个引脚。当使用外部时钟时，对于HMOS单片机，该引脚必须接地；对于CHMOS单片机，该引脚作为驱动端。XTAL2（18脚）：内部振荡电路反相放大器的输出端，是外接晶体的另一端。若使用外部时钟时，对于HMOS单片机，该引脚输入外部时钟脉冲；对于CHMOS单片机，此引脚应悬浮。 控制和其它电源复用引脚RST／VPD（9脚）：复位信号输入引脚／备用电源输入引脚。ALE／PROG（30脚）：地址锁存允许信号输出引脚／编程脉冲输入引脚。当访问外部存储器时，ALE的输出用于锁存地址的低位字节。即使不访问外部存储器，ALE仍以不变的频率周期性的出现正脉冲信号，频率为振荡器频率的1/6。EA／VPP（31脚）：当EA端保持电平时，访问内部程序存储器。当PC值超过0FFFH时，将自动转向，执行外部程序存储器的程序。当EA保持低电平时，则只访问外部数据存储器，不管是否有内部程序存储器。PSEN（29脚）：外部程序存储器读选通信号。在由外部程序存储器取指令期间，每个机器周期两次PSEN有效。 并行I／O口引脚(32个，分成4个8位口) P0.0～P0.7：一般I／O口引脚或数据／低位地址总线复用引脚；P1.0～P1.7：一般I／O口引脚；P2.0～P2.7：一般I／O口引脚或高位地址总线引脚；P3.0～P3.7：一般I／O口引脚或第二功能引脚。 P3口的第二功能：P3.0：RXD 串行数据接收P3.1：TXD 串行数据接收P3.2：/INT0 外部中断0申请P3.3：/INT1 外部中断1申请P3.4：T0 定时器／计数器0计数输入P3.5：T1 定时器／计数器1计数输入P3.6：/WR 外部RAM写选通P3.7：/RD 外部RAM读选通 3.3.2引脚的复用对于各种型号的芯片，其引脚的第一功能信号是相同的，所不同的只在引脚的第二功能信号上。对于9、30和31各引脚，由于第一功能信号与第二功能信号是单片机在不同工作方式下的信号，因此不会发生使用上的矛盾。P3口线的情况却有所不同，它的第二功能信号都是单片机的重要控制信号。因此在实际使用时，总是先按需要优先选用它的第二功能，剩下不用的才作为口线使用。 内部数据存储器80C51单片机的内部数据存储器在物理上分为两个区：00H～7FH单元组成的低128字节单元和高128字节的特殊功能寄存器区（SFR）低128字节单元如图所示。80C51片内RAM共有128 B，分成工作寄存器区、位寻址区、通用用户区。 PSW当前工作寄存器组的选择由特殊功能寄存器中的程序状态字寄存器PSW的RSl、RS0位来选定。 程序状态字PSW 程序状态字是一个8位寄存器，它包含了程序状态信息。此寄存器各位的含义如表所示。其中PSW．1未用。程序状态字PSW 各位定义CY(PSW．7)进位标志。AC(PSW．6)辅助进位标志。F0(PSW．5)用户标志。RSl、RS0(PSW．4、PSW．3)寄存器区选择控制。OV(PSW．2)溢出标志。P(PSW.0)奇偶标志。 栈指针栈指针SP是一个8位特殊功能寄存器。它指示出堆栈顶部在内部RAM中的位置。系统复位后，SP初始化为07H，使得堆栈的存放事实上由08H单元开始。 数据指针数据指针DPTR是一个16位特殊功能寄存器，其高位字节寄存器用DPH表示，低位字节寄器用DPL表示，既可以作为一个16位寄存器DPTR来处理， 堆栈的作用堆栈主要是为子程序调用和中断操作而设立的。其具体功能有两个：保护断点和保护现场。 堆栈指针SP 堆栈共有两种操作：进栈和出栈。但不论是数据进栈还是数据出栈，都是对堆栈的栈顶单元进行的，堆栈使用方式堆栈的使用有两种方式。一种是自动方式,另一种是指令方式。