1. 【单片机】求用汇编语言写图中的2、3题
是思考题。
－－－－－－－－
这样的题目，要考虑一些技巧。
动一动脑子，不能直来直去的编。
特别是第三题，是已知数列求和，如果用循环50遍、累加，就不符合题意了。
应该用数列求和的公式来做，简化程序，尽量缩短程序运行的时间。
3．程序如下：
MOV A, #2 ;首项
ADD A, #100 ;加上末项
MOV B, #25 ;项数/2
MUL AB ;结果在B、A中
SJMP $
结果是：
B = 09H
A = F6H
BA = 09F6H = 2550 = 2 + 4 + 6 + ... + 100
－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－
第二题，也可以优化如下：
2．
MOV R0, #30H
MOV R2, #0
MOV R3, #0
MOV R4, #0
LOOP:
CJNE @R0, #0, FU
INC R2 ;零的个数
JMP NEXT
FU:
CJNE @R0, #128, $ + 3
JC ZHENG
INC R4 ;负数个数
JMP NEXT
ZHENG:
INC R3 ;正数个数
NEXT:
INC R0
CJNE R0, #3AH, LOOP
SJMP $
END
程序很简单，所用的寄存器也最少。
2. 求解单片机思考题:为什么程序结束用“STOP:SJMP STOP”指令用没有其他的停止方式
把WAIT1: JBC TI,STOP
SJMP WAIT1
STOP: SJMP $
改为
WAIT1: JBC TI,WAIT
SJMP WAIT1
这样程序就能一直接收数据了，原来的只能接收一次数据。
3. 单片机思考题帮我看看做得对不对。 题目: 将内存单元20H中存放的两个BCD码拆开，求它们的乘积，
MOV A,20H
ANL A,#0FH
MOV B,A
XCH A,20H
SWAP A
ANL A,#0FH
MUL AB
MOV B,#10
DIV AB
SWAP A
ANL A,#0F0H
ORL A,B
MOV 21H,A
4. 80c51单片机基础练习习题 资料 试题
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着的电磁兼容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着，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
PA=PTC+Pc=VDD×ITC+fCL×V2DD
动态功耗PA除直接与电源电压VDD、时钟频率土及输出电容CL有关外，导通电流ITC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，功耗会显着下降。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。
5. 练习与思考题
第1章 概 述第1章 概 述 1.1 单片机的概念及单片机的种类 1.2 单片机的类型、特点及用途 1.3 单片机的发展趋势本章小结练习与思考题 第1章 概 述 1.1 单片机的概念及单片机的种类 1.1.1 单片机及单片机系统单片机是微型计算机发展的一个分支，是一种专门面向控制的微处理器件，故又称之为微控制器(Micro Controller Unit，MCU)。单片机通常以单一芯片的形式出现，但是它已具有了微型计算机所包含的基本组成结构和特有的控制应用功能，是一种芯片级的微型计算机。另外，由于单片机的体积、结构和功能特点，在实际应用中可以完全融入应用系统之中，故而也称为嵌入式微控制器 (Embedded Micro-Controller)。 第1章 概 述最基本的单片机系统由单片机芯片和软件程序共同组建而成，是用户为了实现某种控制用途的需要而设计的实际装置。在单片机系统中，单片机芯片内部的中央处理单元(CPU)处于核心地位，CPU通过执行软件程序调动硬件电路完成控制功能。根据这种工作方式，单片机系统可以划分为硬件和软件两个组成部分。 第1章 概 述 1. 硬件部分单片机系统的硬件部分是包括CPU在内的所有硬件电路，按照硬件电路的功能和配置大致可以分为以下3类 第1章 概 述 1) 基本功能类基本功能类硬件包括：CPU(用于运算、控制)、 RAM(用于数据存储)、ROM(用于程序存储)、I/O设备(实现串行、并行输入/输出接口)及时钟电路(建立工作时序)。在微型计算机中，上述部件被分成若干块芯片，安装在一块称之为主板的印刷线路板上，在程序的指挥下完成计算机的基本运算操作功能。但是在单片机中，除了时钟电路之外，其余部分一般均被集成到一块半导体芯片上，所以被称为单片机，即单芯片微型计算机。 第1章 概 述 2) 控制功能类控制功能类硬件包括：定时器/计数器(用于时间设定/事件记录)和中断装置(实现实时处理)。使用这类硬件是为了实现单片机的控制功能，即定时控制、顺序控制和实时控制等基本控制功能。作为面向嵌入式控制的特色，这类部件通常也集成在单片机芯片内部。 3) 辅助功能类辅助功能类硬件包括：A/D(模/数转换)和D/A(数/模转换，通常采用PWM形式)等部件。这类部件根据芯片的配置不同不一定集成在单片机芯片上，需要用户根据使用要求选择。 第1章 概 述 2. 软件部分与微型计算机的运行原理相似，单片机系统的运行也需要软件系统的支持，但是由于处理任务的不同，其复杂程度相对较低。根据单片机软件所要实现的功能，可以将软件划分为管理程序和应用程序两类。 1) 管理程序管理程序是单片机系统的监控程序，主要用于控制过程复杂，控制量较大的装置，例如测控仪器、仪表等。对于仅完成简单控制任务的单片机系统一般可以相应简化。 第1章 概 述 2) 应用程序应用程序是针对具体的控制动作而编写的程序，是实现控制具体功能的程序基础，通常以子程序模块的形式出现，便于执行控制动作时调用。 第1章 概 述 1.1.2 单片机程序设计语言及开发环境简介单片机程序设计语言主要是指在开发系统中使用的语言。在单片机开发系统中可以使用机器语言、汇编语言和高级语言。机器语言采用机器码，是单片机能够直接识别的程序语言，汇编语言是以助记符表示机器码的程序设计语言。机器语言和汇编语言都是高效的计算机语言，实时性较强，但它们都是面向机器的语言，通用性差，编程效率低。 第1章 概 述单片机的开发过程涉及3项内容，即编程、纠错和仿真。一般采用PC机内安装的集成开发环境(IDE)软件进行开发调试。在集成开发环境内可以实现文本编程、编译纠错和仿真运行。其中仿真的形式又可以分为两种，即软件仿真和硬件仿真。软件仿真不必连接硬件应用系统，仿真结果在开发环境中模拟的单片机构造中得到体现；硬件仿真需要与用户控制系统配合，以集成开发环境的输出替代用户系统中原有的单片机，仿真过程真实、实时性强。另一种较新的开发形式采用具有ISP(In-System Programming，在系统可编程)功能的单片机，利用下载程序开发单片机系统。 第1章 概 述 1.1.3 单片机的使用环境及产品等级单片机用途广，使用环境差别大，如何保证单片机控制系统或装置的可靠性是设计者和使用者最为关注的问题。作为电子产品而言，其可靠性主要取决于半导体芯片的产品等级，根据运行温度范围，产品等级大致划分为3级，下面分别予以介绍。 第1章 概 述 1. 军用级运行温度范围为�6�1-50℃～+125℃，适用于军用品要求苛刻的应用环境，芯片的价格比较昂贵。例如Intel公司的 MCS-51系列单片机MD80C51FB。型号以MD表示开头的， M代表军品，D代表直插封装。 第1章 概 述 2. 商业级运行温度范围为0℃～＋70℃，主要限于机房、办公及住宅环境，适用于民用产品，例如家电、玩具等。商业级产品价格低廉，品种齐全，应用最为广泛。 3. 工业级早期的单片机产品大多为工业级，运行温度范围为�6�1－45℃～＋85℃，介于商业级和军用级之间，适宜在工业生产环境下使用。其特点是可靠性远高于商业级，但价格远低于军用级。MCS-51系列单片机的普通产品均属于工业级。 第1章 概 述 1.2 单片机的类型、特点及用途 1.2.1 单片机主要类型及其特点 1. 常用单片机的类型及特点 Intel公司的MCS-51系列及其兼容产品是目前最常用的一种单片机类型，其引进历史较长，学习资料齐全，影响面较广、应用成熟，已被单片机控制装置的开发设计人员广泛接受。本书将以这种单片机产品为主介绍单片机的结构原理、指令系统、编程应用及接口电路等内容。MCS-51系列单片机及其兼容产品的生产厂家很多，以下仅列出具有代表性的 3家公司的产品，其产品的型号及特点如表1-1所示。 第1章 概 述表1-1 常用MCS-51系列单片机一览表公 司 品 名 特 点 Intel 8031 MCS-51 CMOS 单片8 位微控制器，32 条I/O 引线，2 个定时器/计数器， 5 个中断源，2 个优先级，128 B 片内RAM 80C562 基于8051 CMOS 控制器，8 位 A/D，PWM，48 条I/O 引线，3 个定时器/计数器，14 个中断源，4 个优先级，无片内ROM，256 B 片内RAM Philips 87C591 基于8051 CMOS控制器，片内CAN(SJA1000 CAN)，10 位 ADC，WDT， 32 条I/O 引线，3 个定时器/计数器，15 个中断源，4 个优先级，I 2 C 总线， 16 KB EPROM，256 B 片内 RAM +256 B 附加AUX RAM 第1章 概 述 2．常用单片机的更新及进步随着单片机技术的发展，高性能的新型单片机开始出现，其中美国Cygnal公司推出的C8051F系列单片机就是在MCS-51系列单片机基础之上进行更新开发的一种产品。�6�1C8051F实际上是一种以8051为内核集成的混合信号系统级芯片。熟悉MCS-51系列单片机的工程技术人员可以很容易地掌握C8051F的应用技术并能进行软件的移植。 第1章 概 述 C8051F系列单片机采用流水线结构，单周期指令运行速度是8051的12倍，全指令集运行速度是原来的9.5倍。 C8051F系列单片机的内部资源非常丰富，例如C8051F020单片机内部除包含8051微控制器内核、RAM、ROM、I/O口、定时器/计数器等MCS-51 系列的配置之外，还具有ADC、 DAC、PCA、SPI和SMBus等部件。这种将单片机的基本组成单元与模拟、数字外设集成在一个芯片上而组成的片上系统(SoC)，实质上已超出了以往单片机(MCU)的含义，代表了高性能单片机发展的一个方向。 第1章 概 述 3. 其他类型单片机及特点简介 1) �6�1PIC系列单片机 PIC系列单片机由美国Microchip公司设计生产，与MCS-51 系列对应的产品有PIC16C系列和PIC17C系列8位单片机，广泛应用于消费电子产品、汽车电子及工业控制等领域，就产量和市场份额而言在世界单片机领域排名属于前列。 第1章 概 述 PIC系列单片机有如下特点： (1) 完全哈佛结构。指令和数据空间及传输路径完全分开，提高了数据吞吐率。程序和数据总线采用不同的宽度。数据总线为8位，指令总线根据单片机档次不同分为12、14、 16位，指令均以单字节形式表示。 (2) 流水线结构。取指令和执行指令采用流水线形式，执行一条指令时，同时允许取出下一条指令，从而实现了单周期指令。 第1章 概 述 (3) 寄存器组结构。RAM及寄存器，包括I/O口、定时器和程序计数器等都以寄存器方式工作和寻址，只需要一个指令周期就可以完成访问和操作。通常另辟堆栈RAM空间，不占用片内数据存储单元。 (4) 精简指令系统。采用RISC(精简指令集计算机)结构，与传统的采用CISC(复杂指令集计算机)结构的单片机相比，其指令数量少，易学易记。此外，精简指令系统还具有较高的代码压缩能力，有利于提高程序执行速度。 第1章 概 述 (5) 种类齐全。不单纯追求功能堆积，从实际出发，以多种型号满足不同层次、不同用途的需求。在规模上既有84 脚封装，多达66根I/O口线的型号，也有8脚封装，6根I/O口线的型号。功能较全的高档次单片机产品还配置了A/D(模/ 数转换)、CCP(捕捉/比较)或采用PWM(脉宽调制)的D/A转换单元。 PIC系列单片机功能全、种类多，便于选择使用，开发者可以根据不同的用途和要求设计出性价比较高的单片机控制装置。 第1章 概 述 2) �6�1MSP430单片机 MSP430系列单片机是美国德州仪器(TI)公司1996年开始推向市场的一种16位单片机，采用精简指令集，是一种超低功耗的混合型单片机。MSP430系列单片机的主要特点是，具有极低的功耗、丰富的片内外设和方便灵活的开发手段。 MSP430单片机的主要优点描述如下： (1) 运算处理能力强。MSP430系列是16位单片机，采用了RISC结构，具有丰富的寻址方式和简洁的内核指令以及大量的模拟指令，在8 MHz时钟晶振的驱动下指令周期仅为125 ns。 第1章 概 述 (2) 超低功耗设计。采用1.8～3.6 V工作电压，在1 MHz 的时钟条件下运行时，芯片取用电流在200～400 μA左右。在时钟关断模式运行时，最低维持电流只有0.1 μA。具有独特的时钟系统设计，它有两个时钟，用以产生CPU和各功能单元所需的时钟，可以在指令控制下接通和关断时钟，实现对总体功耗的控制。MSP430系列单片机有5种不同的工作模式。在等待方式下，电流消耗为0.7 μA。在节电方式下，最低可达0.1 μA。当系统处于省电的备用状态时，用中断请求将它唤醒的时间只需6 μs。 第1章 概 述 (3) 丰富的片上外围模块。集成了较丰富的片内外设，其中包括看门狗(WDT)、模拟比较器A、硬件乘法器、液晶驱动器、10/12位ADC、I 2 C总线和直接数据存取(DMA)等。 (4) 方便高效的开发环境。MSP430单片机有OPT、 FLASH和ROM 3种类型，目前主要以FLASH型为主。片内有JTAG(Joint Test Action Group，联合测试行动小组)调试接口，通过PC机和JTAG调试器获取片内信息，从而使设计者在调试开发时，无需仿真器和编程器。开发工具简便，价格也相对低廉，可以实现在线编程。开发语言有汇编语言和C 语言。 第1章 概 述 (5) 运行环境。MSP430系列单片机产品均为工业级，运行环境温度为-40�6�1～+85℃，适合工业环境下使用。 3) 单片机品种及主流单片机概况单片机品种繁多，各具特色。其中Intel公司推出的MCS-51 系列单片机及与其兼容的Philips、Atmel、Winbond等公司的产品应用非常广泛。目前单片机入门教材大多以MCS-51系列单片机作为学习基础，所以被普遍接受，堪称主流。而 Microchip公司的PIC精简指令集单片机产品也有着强劲的发展势头。就产量而言，在可供二次开发的单片机产品中PIC 单片机居全球之首。 第1章 概 述 1.2.2 常用单片机的应用领域单片机的特点是集成度高、功能强、可靠性高、体积小、功耗低、使用方便及价格低廉。单片机的应用几乎是无处不在，已经渗透到我们生活中的各个领域。目前单片机已经在工业控制、仪器仪表、家用电器、办公自动化、医用设备、信息和通信产品、航空航天、专用设备的智能化管理等领域中得到了广泛的应用，其应用形式体现如下。 第1章 概 述 1. 在工业控制中的应用工业自动化控制是最早采用单片机控制的领域之一，在测控系统、过程控制、机电一体化设备中主要利用单片机实现逻辑控制、数据采集、运算处理、数据通信等用途。单独使用单片机可以实现一些小规模的控制功能，作为底层检测、控制单元与上位计算机结合可以组成大规模工业自动化控制系统。特别在机电一体化技术中，单片机的结构特点使其更容易发挥其集机械、微电子和计算机技术于一体的优势。 第1章 概 述 2. 在智能仪器中的应用内部含有单片机的仪器统称为智能仪器，也称为微机化仪器。这类仪器大多采用单片机进行信息处理、控制及通信，与非智能化仪器相比，功能得到了强化，增加了诸如数据存储、故障诊断、联网集控等功能。以单片机作为核心组成智能仪表已经是自动化仪表发展的一种趋势。 第1章 概 述 3. 在家用电器中的应用单片机功能完善、体积小、价格廉、易于嵌入，非常适用于对家用电器的控制。嵌入单片机的家用电器实现了智能化，是传统型家用电器的更新换代，现已广泛应用于洗衣机、空调、电视机、视盘机、微波炉、电冰箱、电饭煲以及各种视听设备等。 第1章 概 述 4. 在信息和通信产品中的应用信息和通信产品的自动化和智能化程度很高，其中许多功能的完成都离不开单片机的参与。这里最具代表性和应用最广的产品就是移动通信设备，例如手机内的控制芯片就属于专用型单片机。另外在计算机外部设备中，如键盘、打印机中也离不开单片机。新型单片机普遍具备通信接口，可以方便地与计算机进行数据通信，为计算机和网络设备之间提供连接服务创造了条件。 第1章 概 述 5. 在办公自动化设备中的应用现代办公自动化设备中大多数嵌入了单片机控制核心。如打印机、复印机、传真机、绘图机、考勤机及电话等。通过单片机控制不但可以完成设备的基本功能，还可以实现与计算机之间的数据通信。 6. 在商业营销设备中的应用在商业营销系统中单片机已广泛应用于电子秤、收款机、条形码阅读器、IC卡刷卡机、出租车计价器以及仓储安全监测系统、商场保安系统、空气调节系统、冷冻保险系统等。 第1章 概 述 7. 在医用设备领域中的应用单片机在医疗设施及医用设备中的用途亦相当广泛，例如在医用呼吸机、各种分析仪、医疗监护仪、超声诊断设备及病床呼叫系统中都得到了实际应用。 8. 在汽车电子产品中的应用现代汽车的集中显示系统、动力监测控制系统、自动驾驶系统、通信系统和运行监视器等装置中都离不开单片机。特别是采用现场总线的汽车控制系统中，以单片机担当核心的节点通过协调、高效的数据传送不仅完成了复杂的控制功能，而且简化了系统结构。 第1章 概 述 1.3 单片机的发展趋势目前，单片机正朝着高性能和多品种方向发展，将会进一步实现低功耗、小体积、大容量、高性能、低价格和外围电路内装化等要求。单片机的发展将主要以满足在嵌入式应用前提下与控制对象的最佳结合，突显其智能化控制能力。并在此基础上寻求应用系统在芯片上的最大化解决方式，即形成了SoC化趋势。在微电子技术、IC设计、 EDA工具发展的推动下，基于SoC的单片机应用系统将会得到较快的发展。 第1章 概 述本章小结本章简要介绍了关于单片机及单片机系统的基本概念、结构特点和发展历程，并且对单片机的应用开发方式及应用环境进行了简介。通过对常用单片机系列、型号和各生产厂家的产品特点的介绍，使我们对单片机的种类及性能有一个初步的了解，便于在今后的应用中能够选择合适的单片机类型，满足具体用途的需要。另外，本章还从开拓视野的角度列举了单片机在各个领域的应用，以及单片机今后的发展趋势。
自己研究吧。。我看得晕掉了- -、、、