1、1单片机技术考核说明责任教师：赵珩君单片机技术课程是一门在当今计算机领域中发展较快，用途十分广泛的计算机专业应用性技术课程。在教学过程中，要按照教学大纲规定，对于凡是在课程中要求掌握的知识点，均要求同学能够全面、深入地掌握所学内容，并能够举一反三，熟练解决相关问题。要求同学掌握的内容也是课程考试的主要内容。对于同学要理解的知识点，为课程的一般内容，要求同学能够理解所学习的内容，对所涉及的内容能够进行简单的分析和判断。对于本课程的次要内容要求学员能够加以了解，在这部分内容中所涉及的都是一些基本概念和简单叙述，知道了就行，没有进一步深入和拓展的要求。 各章节的具体要求为：第一章 单片机概述本章为了
2、解内容。了解：单片机的概念，单片机的特点、发展概况及应用领域，典型单片机系列的基本情况。注意相关概念之间的联系和区别。第二章 单片机芯片的硬件结构本章介绍的是 MCS-51 单片机的内部邮件结构，包括运算电路结构、控制电路结构和存储器结构等，它们是集成在一个芯片上的单片机硬件资源，构成了一个简单的计算机系统，因此在学习中应当从计算机系统的观点出发进行理解。这一章节是学习单片机的基础，也是学习单片机技术课程的重点章节。 掌握内容单片机系统结构单片机是由运算器、控制器、存储器、输入设备以及输出设备共五个基本部分组成的。单片机是把包括运算器、控制器、少量的存储器、最基本的输入输出口电路、串行口电路、
3、中断和定时电路等都集成在一个尺寸有限的芯片上。通过对 MCS-51 单片机的系统逻辑结构图的学习来（书图 2-1）掌握单片机的内部系统结构。MCS-51 单片机芯片内部逻辑结构通过 MCS-51 单片机内部的逻辑结构图（书图 2-2）掌握单片机内部的逻辑结构及各个部件的功能与特点。即：中央处理器（CPU ）、内部数据存储器、内部程序存储器、定时器/计数器、并行 I/O 口、串行口、中断控制系统、时钟电路、位处理器、总线。MCS-51 单片机的内部存储器2MCS-51 单片机芯片内部有数据存储器和程序存储器两类存储器，即所谓的内部 RAM 和内部 ROM。同学重点要掌握内部数据存储器的结构、用途
4、、地址分配和使用特点。一是内部数据存储器的低 128 单元，它包括了寄存器区、位寻址区、用户 RAM 区，要掌握这些单元的地址分配、作用等。二是内部数据存储器高 128 单元，这是为专用寄存器提供的，地址范围为 80HFFH。所谓专用寄存器是区别于通用寄存器而言的，即这些寄存器的功能或用途已作了专门的规定，用于存放单片机相应部件的控制命令、状态或数据等。在这些专用寄存器中，重点要掌握以下寄存器的使用： 程序计数器、累加器 A、B 寄存器、程序状态字（ PSW）、数据指针（DPTR）。MCS-51 的堆栈操作：堆栈是计算机的重要概念，要掌握以下几方面：1. 堆栈的功用2. 堆栈的设置3. 堆栈指
5、示器4. 堆栈使用方式内部程序存储器80C51 芯片内有 4K ROM 存储单元，其地址为 0000H0FFFH，这就是我们所说的内部程序存储器（或简称“内部 ROM”）。无论是片内或是片外存储器（对于无片内 ROM 的单片机），在程序存储器中有一组特殊的保留单元 0000H002AH，使用时应特别注意。 系统的启动单元：0000H0002H五个中断源的中断地址区：0003H002AH0003H000AH 外部中断 0 中断地址区000BH0012H 定时器/计数器 0 中断地址区0013H001AH 外部中断 1 中断地址区001BH0022H 定时器/计数器 1 中断地址区0023H002
6、AH 串行中断地址区中断响应后，系统能按中断种类，自动转到各中断区的首地址去执行程序。因此在中断地址区中本应存放中断服务程序。但通常情况下，8 个单元难以存下一个完整的中断服务程序，因此一般也是从中断地址区首地址开始存放一条无条件转移指令，以便中断响应后，通过中断地址区，再转到中断服务程序的实际入口地址去。 MCS-51 单片机系统的存储器结构特点3单片机的存储器结构有两个重要的特点：一是把数据存储器和程序存储器截然分开，二是存储器有内外之分。总的来说，由芯片内存储器和芯片外扩展存储器构成了单片机应用系统的整个存储器系统。其结构和存储空间分配如书图 2-4 所示。对于这一节，要掌握 MCS-5
7、1 单片机的四个物理空间（片内RAM、片内 ROM、片外 RAM、片外 ROM），三个独立的逻辑空间（片内 RAM 空间：00HFFH、片内外统一编址的 ROM 空间：0000HFFFFH、片外 RAM 空间：0000HFFFFH）的概念。MCS-51 单片机并行输入/输出口电路单片机芯片内还有一项重要内容就是并行 I/O 口电路。MCS-51 共有四个 8 位的并行双向 I/O 口，分别记作 P0、P1 、 P2、P3，实际上它们已被归入专用寄存器之列。这四个口除了按字节寻址之外，还可以按位寻址，四个口合在一起共有 32 位。在单片机中，口是一个集数据输入缓冲、数据输出驱动及锁存等多项功能于
8、一体的 I/O 电路。MCS-51 的四个口在电路结构上是基本相同的，但它们又各具特点，因此在功能和使用上各口之间有一定的差异。在学习中必须要掌握各个口的用途。需要说明的是，虽然在大纲中将 MCS-51 单片机的引脚内容列为了解内容，这只是说，同学们不必去死记引脚的顺序及部分引脚的定义，但是，对于一些重要的引脚的功能和使用方法还是要求同学掌握的，如数据引脚和地址引脚 P0 口和 P2 口以及控制信号：如 RD、WR、PSEN、EA 等。理解内容MCS-51 单片机时钟电路与时序时钟电路用于产生单片机工作所需要的时钟信号，单片机本身就是一个复杂的同步时序电路，为了保证同步工作方式的实现，电路应在
9、唯一的时钟信号控制下严格地按时序进行工作。而时序所研究的则是指令执行中各信号之间的相互时间关系。要理解时钟电路的产生与作用，能根据外部所加入的晶体的振荡频率计算时序的定时单位。1. MCS-51 的外部晶体的振荡频率范围：1.2MHz 12MHz，2. MCS-51 时序的定时单位共有 4 个，依次是：拍节、状态、机器周期和指令周期。第三章 MCS-51 单片机指令系统本章介绍的是单片机的指令系统，包括指令的寻址方式、指令分类介绍。这一章节是单片机指令系统的学习基础。掌握内容MCS-51 单片机指令的寻址方式掌握指令的 7 种寻址方式的作用以及不同寻址方式所查询的存储空间及范围，对于常用的指令
10、，能够给出指令的寻址方式。41. 寄存器寻址方式寄存器寻址方式的寻址范围包括： 寄存器寻址的主要对象是通用寄存器，共有四组共 32 个通用寄存器，但寄存器寻址只能使用当前寄存器组，因此指令中的寄存器名称只能是 R0R7 。在使用本指令前，有时需通过对 PSW 中 RS1、RS0位的状态设置，来进行当前寄存器组的选择。 部分专用寄存器。例如累加器 A、B 寄存器对以及数据指针 DPTR 等。2. 直接寻址方式指令中操作数直接以单元地址的形式给出，就称之为直接寻址。例如指令： MOV A, 3AH 3. 寄存器间接寻址方式寄存器寻址方式，寄存器中存放的是操作数，而寄存器间接寻址方式，寄存器中存放的
11、则是操作数的地址，即操作数是通过寄存器间接得到的，因此称之为寄存器间接寻址。4. 立即寻址方式所谓立即寻址就是操作数在指令中直接给出。为了与直接寻址指令中的直接地址相区别，在立即数前面加“”标志。5. 变址寻址方式变址寻址是为了访问程序存储器中的数据表格。MCS-51 的变址寻址是以 DPTR 或 PC 作基址寄存器，以累加器 A 作变址寄存器，并以两者内容相加形成的 16位地址作为操作数地址，以达到访问数据表格的目的。注意 A 中的数为无符号数。6. 位寻址方式MCS-51 有位处理功能，可以对数据位进行操作，因此就有相应的位寻址方式。位寻址指令中可以直接使用位地址。7. 相对寻址方式相对寻
12、址方式是为解决程序转移而专门设置的，为转移指令所采用。在相对寻址的转移指令中，给出了地址偏移量（在 MCS-51 指令系统中以“rel”表示），把 PC 的当前值加上偏移量就构成了程序转移的目的地址。但这里的 PC 当前值是指执行完该转移指令后的 PC 值，即转移指令的 PC 值加上它的字节数。因此转移的目的地址可用如下公式表示：目的地址转移指令地址转移指令字节数rel5偏移量 rel 是一个带符号的 8 位二进制补码数。所能表示的数的范围是-128+127，因此相对转移是以转移指令所在地址为基点，向前最大可转移（127转移指令字节数）个单元地址，向后最大可转移（128转移指令字节数）个单元地
13、址。对于偏移量的计算，大多可通过编译程序进行计算，在此，不要求同学计算偏移量。掌握常用指令的使用，理解一般指令的使用：对于常用指令，要掌握指令格式，了解指令的用途，并能正确选择指令进行简单程序的编制。常用指令一般包括：数据传送类指令（29 条）算术运算类指令（24 条）逻辑运算及移位类指令（24 条）控制转移类指令（17 条）位操作类指令（17 条）例题：1. 说明下列指令中源操作数采用的寻址方式。MOV R5 ，R7 答案：寄存器寻址方式MOV A，55H 直接寻址方式MOV A，55H 立即寻址方式JMP A+DPTR 变址寻址方式MOV 30H，C 位寻址方式MOV A，R0 间接寻址方
14、式MOVX A,R0 间接寻址方式第四章 MCS-51 汇编语言程序设计掌握内容汇编语言的特点及其语句格式1. 汇编语言的特点6汇编语言有如下特点： 助记符指令和机器指令一一对应，所以用汇编语言编写的程序效率高，占用存储空间小，运行速度快，因此汇编语言能编写出最优化的程序。 使用汇编语言编程比使用高级语言困难。因为汇编语言是面向计算机的，汇编语言的程序设计人员必须对计算机硬件有相当深入的了解。 汇编语言能直接访问存储器及接口电路，也能处理中断，因此汇编语言程序能直接管理和控制硬件设备。 汇编语言缺乏通用性，程序不易移植，各种计算机都有自己的汇编语言，不同计算机的汇编语言之间不能通用。 2. 汇
15、编语言的语句格式MCS-51 汇编语言的语句格式表示如下：标号：操作码操作数；注释即一条汇编语句是由标号、操作码、操作数和注释四个部分所组成，其中方括号括起来的是可选择部分，可有可无，视需要而定。编程：通过本章的学习，同学应能够正确使用指令系统中的常用指令，按照 MCS-51 单片机汇编语言指令格式设计一些简单的程序，如：无符号 16 位以内数据的加、减、乘、除及二转十、十转二、ASCII 转换、数据的片内片外传送等简单程序。第五章单片机的中断与定时系统中断是一项重要的计算机技术，采用中断技术可以使多项任务共享一个资源，所以中断技术实质上就是一种资源共享技术。掌握内容中断源MCS-51 是一个
16、多中断源的单片机，以 8OC51 为例，有三类共五个中断源，分别是外部中断两个，定时中断两个和串行中断一个。1外中断外中断是由外部原因引起的，共有两个中断源，即外部中断 0 和外部中断 1。它们的中断请求信号分别由引脚 INT0 和 INT1 引人。外部中断请求有两种信号方式，即电平方式和脉冲方式可通过有关控制位进行定义。2定时中断定时中断是为满足定时或计数的需要而设置的。为此在单片机芯片内部有两个定时器/计数器，以对其中的计数结构进行计数的方法，来实现定时或计数功能。当计数结构发生计数溢出时，即表明定时时间到或计数值已满，这时就以计数溢出信号作为中断请求，去置位一个溢出标志位，作为单片机接受
17、中断请求的标志。由于这种中断请求是在单片机芯片内部发生的，因此无需在芯片上设置引人端。3串行中断7串行中断是为串行数据传送的需要而设置的。每当串行口接收或发送完一组串行数据时，就产生一个中断请求。因为串行中断请求也是在单片机芯片内部自动发生的，所以同样不需在芯片上设置引人端。中断控制这里所说的中断控制是指提供给用户使用的中断控制手段，实际上就是一些专用寄存器。在MCS-51 单片机中，用于此目的的控制寄存器共有四个，即定时器控制寄存器、中断允许控制寄存器、中断优先控制寄存器以及串行口控制寄存器。1定时器控制寄存器（TCON）该寄存器用于保存外部中断请求和以及定时器的计数溢出。寄存器地址 88H
18、，位地址SFH88H 。2中断允许控制寄存器（IE）寄存器地址 A8H，位地址 AFH A8H3中断优先级控制寄存器（IP）MCS-51 的中断优先级控制只定义了高、低两个优先级。各中断源的优先级由优先寄存器（IP）进行设定。IP 寄存器地址 B8H，位地址为 BFHB8H中断响应中断响应就是对中断源提出的中断请求的接受，是在中断查询之后进行的，当查询到有效的中断请求时，紧接着就进行中断响应。中断响应的主要内容是由硬件自动生成一条长调用指令 LCALL。其格式为 LCALL addr16，这里的 addr16 就是程序存储器中断区中相应中断的人口地址。在 MCS-51 单片机中，这些入口地址已
19、由系统设定。例如，对于外部中断 0 的响应，产生的长调用指令为：LCALL 0003H生成 LCALL 指令后，紧接着就由 CPU 执行。首先将程序计数器 PC 的内容压入堆栈以保护断点，再将中断入口地址装人 PC，使程序执行转向相应的中断区入口地址。但由于各中断区只有 8 个单元。一般情况下难以安排下一个完整的中断服务程序。因此通常总是在各中断区入口地址处放置一条无条件转移指令，使程序执行转向在其它地址存放的中断服务程序。中断运回MCS-51 单片机的定时器计数器 ，分别称定时器计数器 0 和定时器计数器 1。它们都是十六位加法计数结构。 1计数功能所谓计数是指对外部事件进行计数。外部事件的
20、发生以输入脉冲表示因此计数功能的实质就是对外来脉冲进行计数。MCS-51 芯片有 T0（P34）和 T1（P3。 ）两个信号引脚，分别是这两个计数器的计数输人端。外部输入的脉冲在负跳变时有效，进行计数器加 1（加法计数） 。2定时功能定时功能也是通过计数器的计数来实现的，不过此时的计数脉冲来自单片机的内部，即每个机器周期产生一个计数脉冲。也就是每个机器周期计数器加 1。由于一个机器周期等于 12 个振荡脉冲周期，因此计数额率为振荡频率的 112。定时器计数器的控制寄存器与定时器八十数器应用有关的控制寄存器有：1定时器控制寄存器（TCON）2工作方式控制寄存器（TMOD）3中断允许控制寄存器（I
21、E）MCS51 的定时器计数器共有四种工作方式81 1 定时工作方式 02 2 定时工作方式 13 3 定时工作方式 24 4 定时工作方式 3理解内容定时器计数器的综合应用合数十进制调数分数第六章单片机系统扩展在本章的学习过程中，应掌握单片机的扩展方法，即利用存储器地址分配原理扩展包括存储器、IO口的方法。掌握 8279、0832、0809 等专用芯片的结构原理及与单片机的接口技术。理解一些常用的扩展器件，如程序存储器、数据存储器、常用的 TTL 器件、LED 、键盘以及常用的专用器件 8255 和 8279 A/D、D/A 转换器件的工作原理，了解串行接口的扩展原理及应用。掌握内容1单片机
22、扩展中的地址译码技术线选法线选法一般用于扩展少量的片外存储器和 IO 接口芯片。 所谓线选法通常是将单片机的高 8 位地址线 A8A15 中的某几根与外部接口芯片的选通端一一相连，当该地址线为“0”时（对于“0”选通有效的外部芯片而言） ，与该地址线相连接的外部芯片被选通。例题：教材中图 63 为线选法连接原理示意图，要清楚教材中表 6-1 各芯片地址的计算全地址译码法 对于一些要求外部 RAM 容量较大、外扩芯片数量较多的应用系统，需要的片选信号往往多于单片机可利用的高位地址线，因而，就无法使用线选法来扩展外围芯片了。这时，常常采用全地址译码法来进行。所谓全地址译码法，是通过译码电路对单片机
23、可利用的高位地址线进行译码，以得到较多的片选信号。2存储器扩展存储器是单片机系统中使用最多的外扩芯片，对 MCS51 单片机而言，由于程序存储器与数据存储器空间在物理空间上的各自独立性，使得两者的扩展方法略有不同。程序存储器（EPROM ）扩展数据存储器（RAM）扩展3单片机应用系统中的 IO 口扩展技术4、8255A 可编程并行 I/O 扩展接口5、8279 键盘、显示接口6、D/A 和 A/D 转换器第七章单片机应用系统设计在本章的学习过程中，应主要了解并初步掌握单片机应用系统的设计，即如何规划单片机应用系统软、硬件之间的关系，如何合理地选择外部扩展器件，合理地分配单片机资源等。掌握内容1
24、单片机应用系统的构成：是指以单片机为核心，通过扩展相关的外围电路所构成的用于测量外界物理信号并控制相应器件工作的硬件系统，以及能对硬件系统进行合理操作与控制的应用程序。两者的结合9使得应用系统能完成某些特定的功能。2单片机应用系统范围：包括了工业过程控制系统、数据采集系统、智能仪器仪表以及其它采用单片机控制的电子设备。3单片机应用系统设计特点：一个重要特点是硬件设计与程序设计基本上是同步进行的，软件与硬件之间有着密切的联系。因此，一名优秀的单片机应用系统设计者，必须对单片机的软、硬件有较全面的了解和掌握。4基本单片机应用系统的硬件构成：分析其硬件结构，主要是由信号输人通道、基本单片机系统、人机
25、对话通道以及信号输出控制通道等几部分组成的，根据单片机测控系统使用场合的不同，对这几部分的要求可能有繁有简，由此，可以将包含有以上各部分的单片机测控系统视为一个典型的单片机应用系统。第八章 INTEL16 位单片机MCS96作为一种专门的单片机，MCS96 的内容非常多，限于学时，对于要求同学掌握的内容，可限于各部分的基本概念，无须作深入了解。 掌握内容MCS-96 单片机的内部硬件结构了解 MCS-96 的基本构成，如教材中图 81 各部件的基本作用。中断子系统：了解其中断源，如何开、关中断。定时子系统：三种定时器的工作原理、作用等。指令系统的特点和如 MOV 等典型指令的使用。模 拟 题一
26、、 名词解释： 1、 单片机：2、 CPU 总线：二、填空题：1、MCS51 内部逻辑单元有： 、 、 、定时器/计数器、 、串行口、 、 、位处理器、 。2、堆栈主要是为 和 而设立。功能有两个： 和 。3、MCS51 存储器有两个重要特点： ；三、单选1、对程序计数器 PC 的操作（ ）A 是自动进行的 B 通过传递进行的10C 通过加一指令进行的 D 通过减一指令进行的2、外中断初始化的内容不包括（ ）A 设置中断响应方式 B 设置外中断允许C 设置中断总允许 D 设置中断方式3、在 MCS51 单片机中下列叙述正确的是（ ）A 具有独立的专用的地址线 B 由 P0 口和 P1 口的口线
27、作地址线C 由 P0 口和 P2 口的口线作地址线 D 由 P2 口和 P1 口的口线作地址线四、简答1、假定已把 PSW 的内容压栈，在执行如下指令：MOV R0 ，SPORL R0 , #38HPOP PSW实现的功能是什么？（提示：PWS.0PSW.7）五、程序设计把内部 RAM 中起始地址为 data 的数据串传送到外部 RAM 以 buffer 为首地址的区域。直到发现“回车符（0DH） ”为止。同时规定数据串的最大长度为 64 个字节。参 考 答 案一、名词解释： 1、单片机：把 CPU、RAM、ROM 、中断系统、定时器 /计数器以及 I/O 口电路等主要微型机部件集成在一块芯片
28、上。2、CPU 总线：可分为数据总线、地址总线、信号控制总线，是单片机内部各硬件信息传输的通道。二、填空题：1、 CPU、内部 RAM、内部 ROM、并行 I/O 口、中断控制系统、时钟电路、总线。2、子程序调用，中断操作，保护断点，保护现场。3、把数据存储器和程序存储器截然分开；存储器有内外之分。三、单选A A C四、简答1、 修改 PSW 的内容，使 PSW.5,PSW.4,PSW.3 三位均为 1五、程序设计MOV R0 , #data11MOV DPTR , #bufferMOV R1 , #20HLOOP: MOV A , R0SUBB A , #24HJZ LOOPINC DPTRMOVX DPTR , ADJNZ R1 , LOOPLOOP1: RET
