单片机结构及工作原理

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. 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。

振荡器和时钟电路 数据存储器

128字节 程序存储器

14KB

CPU 两个16位定时器

计数器

中断

控制 总线扩展控制器 并行可编程

I/O口 可编程

串行口 内部总线

外部中断 扩展控制 P0 P1 P2 P3 RXD TXD

B寄存AC暂存器2 暂存器1

PSW ALU 片内ROM 地址寄存器

PC增量器

程序计数器

指令寄存器 指令译码器 定时及

控制 PSEN

ALE

EA

RST

（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。

1 单片机原理及应用考试复习知识点

第1章 计算机基础知识

考试知识点：

1、各种进制之间的转换

（1）各种进制转换为十进制数

方法：各位按权展开相加即可。

（2）十进制数转换为各种进制

方法：整数部分采用“除基取余法”，小数部分采用“乘基取整法”。

（3）二进制数与十六进制数之间的相互转换

方法：每四位二进制转换为一位十六进制数。

2、带符号数的三种表示方法

（1）原码：机器数的原始表示，最高位为符号位（0‘+’1‘-’），其余各位为数值位。

（2）反码：正数的反码与原码相同。负数的反码把原码的最高位不变，其余各位求反。

（3）补码：正数的补码与原码相同。负数的补码为反码加1。

原码、反码的表示范围：-127～+127，补码的表示范围：-128～+127。

3、计算机中使用的编码

（1）BCD码：每4位二进制数对应1位十进制数。

（2）ASCII码：7位二进制数表示字符。0～9的ASCII码30H～39H，A的ASCII码41H，a的ASCII码61H。

第2章 80C51单片机的硬件结构

考试知识点：

1、80C51单片机的内部逻辑结构

单片机是把CPU、存储器、输入输出接口、定时/计数器和时钟电路集成到一块芯片上的微型计算机，主要由以下几个部分组成。

（1）中央处理器CPU

包括运算器和控制器。

运算电路以ALU为核心，完成算术运算和逻辑运算，运算结果存放于ACC中，运算结果的特征存放于PSW中。

控制电路是单片机的指挥控制部件，保证单片机各部分能自动而协调地工作。程序计数器PC是一个16位寄存器，PC的内容为将要执行的下一条指令地址，具有自动加1功能，以实现程序的顺序执行。

（2）存储器

分类：

随机存取存储器RAM：能读能写，信息在关机后消失。可分为静态RAM（SRAM）和动态RAM（DRAM）两种。

只读存储器：信息在关机后不会消失。

掩膜ROM：信息在出厂时由厂家一次性写入。

单片机IO口结构及工作原理

单片机（Microcontroller Unit，MCU）的IO口是指可用来输入输出数据的引脚，在单片机系统中具有重要的作用。本文将详细介绍单片机IO口的结构和工作原理。

一、单片机IO口的结构

单片机的所有IO口都可以看作是一个通用的数字引脚。常用的单片机IO口主要包括输入端和输出端两个部分。

1.输入端：单片机IO口的输入端包含一个输入缓冲区，用于对输入信号进行缓冲和驱动。输入缓冲区通常由一个高阻抗的MOSFET器件构成，可以对输入信号进行放大和处理。输入端能够接收来自外界的高电平和低电平信号，通过输入缓冲区将信号传递给单片机的内部电路。

2.输出端：单片机IO口的输出端是由一个输出缓冲器和驱动电路构成的。输出缓冲器一般由一个强驱动能力的MOSFET器件构成，可以对输出信号进行放大和驱动。输出端能够将单片机内部的数据通过输出缓冲器传递给外部电路，形成相应的高电平或低电平电压信号。

3. 接口电路：为了提高单片机IO口的抗干扰能力和适应外部电路的需求，通常在IO口的输入和输出端之间设置了一些接口电路， 如上拉电阻（Pull-Up Resistor）和下拉电阻（Pull-Down Resistor）。上拉电阻和下拉电阻可以对输入或输出信号进行稳定的电平处理和电流限制，使得单片机的IO口在复杂的电路环境中能够正常工作。

二、单片机IO口的工作原理

单片机的IO口工作原理主要包括输入和输出两种模式。 1.输入模式：当IO口被设定为输入模式时，输入信号可以通过外部电路或者内部电路输入到IO口，并经过输入缓冲器进行电平放大和处理。在输入模式下，可以通过软件对IO口进行设置，使其能够读取外部电路的电平状态。通过输入模式，单片机可以读取外部的开关状态、传感器的输出以及其他的输入信号，实现数据的采集和处理。

2.输出模式：当IO口被设定为输出模式时，单片机可以将内部处理的数据通过输出缓冲器驱动外部电路。通过软件的设置，可以使IO口输出高电平或低电平信号，控制外部电路的开关状态。通过输出模式，单片机可以控制各种外围设备，如LED灯、继电器、马达等的工作，实现电子系统的各种功能。

桂林电子科技大学信息科技学院

《单片机原理及应用》实训报告

学 号 1151100130

姓 名 龙舟

指导教师：韩剑 覃琴 赵志鹏 张锟

2013年 9 月 27 日

实训题目：交通灯

1 系统设计

1.1 设计要求

1.1.1 设计任务

利用AT89S52单片机控制各个路口红绿灯及时间显示，设计一个交通灯控制系统。

1.1.2 性能指标要求

1、各方向的红、绿色信号灯能按照设定规则运行；

2、绿灯亮之前，黄灯闪烁3次；

3、红灯和绿灯倒计时间能够正确显示；

4、两干道的车辆不会会车冲突

1.2 设计思路及设计框图

1.2.1设计思路

设计一个可以实现时间可以加减，可以有紧急情况切换的交通灯

1.2.2总体设计框图

2 各个模块程序的设计

总体电路图

总电路图 2位一体

共阴数码管

按键（设置、+、-、确定）

单

片

机 12只

发光

二极

管 （红、

黄、绿）

这里的按键是实现复位清零的功能。

这里的按键 P3.4按一下，进入倒计时时间设置，P3.5是实现显示时间减一功能，P3.6实现显示时间加一功能，P3.7实现确认功能

交通灯

电路板实物图正面

电路板实物图 反面

3调试过程

当把线路全部焊接成功后，通上电下载程序，发现下载不进单片机，仔细检查后发现下载口存在虚焊现象，在解决过后发现并不能实现功能，在逐一检查电路后发现两个排阻方向装反，于是改变方向过后发现所有功能全部实现。

4 功能测试

4.1 测试仪器与设备

万用表，keil uvision软件，单片机下载板

4.2 性能指标测试

1.状态灯显示测试

由于在刚焊接好电路板的时候，没有下载程序，而且有虚焊的线路，所以，状态指示灯都没有亮。然后，我仔细的检查电路板，终于，接上电源以后，状态指示灯都可以亮。