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/VPO：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/VPP：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。
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。
Mcs-51系列单片机结构及原理
主要功能
Mcs-51系列单片机是美国intel公司1980年推出的高性能8为单片卫星计算机。较原
来的Mcs-48系列结构更为先进，功能增强。它包括51和52两个子系列。
在51系列中，主要有8031，8051，8751三种机型。它们的指令系统与芯片引脚兼容，仅片内rom有所不同。51系列主要功能为:
1、8位CPU；
2、片内带振荡器（外接）振荡频率FOSC范围为1.2~12MHZ；可有时钟输出；
3、128个字节的片内数据存储器；
4、4K字节的片内程序存储器（8031无）；
5、程序存储器的寻址范围为64K字节；
6、片外存储器的寻址范围为64K字节；
7、21个字节专用寄存器；
8、4个8位并行I/O接口：P0，P1，P2，P3；
9、1个全双2串行I/O接口，可多机通信；
10、2个16位定时器/计数器；
11、中断系统有5个中断源，可编程为两个优先级；
12、111条指令，含乘/除法指令；
13、有强的位寻址、位处理能力；
14、片内采用单总线结构；
15、用单一+5V电源。
二、单片机的内部结构
1、 本次实习研究对象为单片机，其结构如下图所示：
P0，0~P0，7 P2，0~P2，7
Vcc
PSEN
ALE
EA
RST
XTAL1 XTAL2
P1，0~P1，7 P3，0~P3，7 P0驱动器 P2驱动器
RAM地址寄存器 RAM P0锁存器 P2锁存器 EPROM或ROM
A SP
B寄存器 暂存器2 暂存器1
ALU
PSW 中断系统串行口
定时器/计数器 定时
及
控制 指令寄存器
振荡器 P1驱动器 P1锁存器 P3锁存器P3驱动器 16位地址寄存器
缓冲器
PC加1
PC
DPTR
2、外部引脚
MCS-51系列单片机芯片有40个引脚，用HMOS工艺制造的芯片采用双列直播式封
单片机的工作过程 以及原理
单片机自动完成赋予它的任务的过程，也就是单片机执行程序的过程，即一条条执行的指令的过程，所谓指令就是把要求单片机执行的各种操作用的命令的形式写下来，这是在设计人员赋予它的指令系统所决定的，一条指令对应着一种基本操作；单片机所能执行的全部指令，就是该单片机的指令系统，不同种类的单片机，其指令系统亦不同。为使单片机能自动完成某一特定任务，必须把要解决的问题编成一系列指令(这些指令必须是选定单片机能识别和执行的指令)，这一系列指令的集合就成为程序，程序需要预先存放在具有存储功能的部件--存储器中。存储器由许多存储单元(最小的存储单位)组成，就像大楼房有许多房间组成一样，指令就存放在这些单元里，单元里的指令取出并执行就像大楼房的每个房间的被分配到了唯一一个房间号一样，每一个存储单元也必须被分配到唯一的地址号，该地址号称为存储单元的地址，这样只要知道了存储单元的地址，就可以找到这个存储单元，其中存储的指令就可以被取出，然后再被执行。
程序通常是顺序执行的，所以程序中的指令也是一条条顺序存放的，单片机在执行程序时要能把这些指令一条条取出并加以执行，必须有一个部件能追踪指令所在的地址，这一部件就是程序计数器PC(包含在CPU中)，在开始执行程序时，给PC赋以程序中第一条指令所在的地址，然后取得每一条要执行的命令，PC在中的内容就会自动增加，增加量由本条指令长度决定，可能是1、2或3，以指向下一条指令的起始地址，保证指令顺序执行。
单片机介绍
单片微型计算机简称单片机，是典型的嵌入式微控制器(Microcontroller
Unit)，常用英文字母的缩写MCU表示单片机，它最早是被用在工业控制领域。单片机由芯片内仅有CPU的专用处理器发展而来。最早的设计理念是通过将大量外围设备和CPU集成在一个芯片中，使计算机系统更小，更容易集成进复杂的而对体积要求严格的控制设备当中。INTEL的Z80是最早按照这种思想设计出的处理器，从此以后，单片机和专用处理器的发展便分道扬镳。 早期的单片机都是8位或4位的。其中最成功的是INTEL的8031，因为简单可靠而性能不错获得了很大的好评。此后在8031上发展出了MCS51系列单片机系统。基于这一系统的单片机系统直到现在还在广泛使用。随着工业控制领域要求的提高，开始出现了16位单片机，但因为性价比不理想并未得到很广泛的应用。90年代后随着消费电子产品大发展，单片机技术得到了巨大提高。随着INTEL i960系列特别是后来的ARM系列的广泛应用，32位单片机迅速取代16位单片机的高端地位，并且进入主流市场。而传统的8位单片机的性能也得到了飞速提高，处理能力比起80年代提高了数百倍。目前，高端的32位单片机主频已经超过300MHz，性能直追90年代中期的专用处理器，而普通的型号出厂价格跌落至1美元，最高端[1]的型号也只有10美元。当代单片机系统已经不再只在裸机环境下开发和使用，大量专用的嵌入式操作系统被广泛应用在全系列的单片机上。而在作为掌上电脑和手机核心处理的高端单片机甚至可以直接使用专用的Windows和Linux操作系统。
