在进行单片机应用系统设计时除了

Ⅰ 在进行单片机应用系统设计时,除了电源和地线引脚外还有什么引脚信号必须连接相应电路

传统单片机通常是将地线和电源设置在电路外壳中的对称引脚位置，大都是在右上左下、左上右下两部分对称位置中。

如此让电源噪音顺利穿过整个芯片，干扰单片机内部电路。大部分单片机都将电源引脚与地线设置在两个相邻引脚中，这样能够有效减少穿过整个芯片的电流，同时还能在印刷电路板中设置去耦电容，进一步减少噪声影响。

(1)在进行单片机应用系统设计时除了扩展阅读

单片机工作的三个条件分别是电源、时钟晶振、复位。当单片机不能正常工作时，首先就要检查这三个条件，用电压表或者万用表检测他的电源和接地脚，检测两个引脚之间的电压是不是5V左右；

对于时钟晶体振荡有没有正常工作，最好用示波器进行检测，看能否检测到相应频率的正弦波脉冲；

复位检测比较简单，单片机的复位电平一般是高电平复位，单片机在接通电源的时候一般复位引脚上会出现5V左右的高电平，另外在按下复位按键时，复位引脚上也会出现高电平，用一般的电压表或者万用表都可以进行检测。

Ⅱ 单片机原理及接口技术多选题一个单片机应用系统的设计包括以下什么步骤

单片机模拟试卷001 一、选择题（每题1分，共10分） 1．8031单片机的( )口的引脚，还具有外中断、串行通信等第二功能。 a）P0 b）P1 c）P2 d）P3 2．单片机应用程序一般存放在（ ） a） RAM b）ROM c）寄存器 d）CPU 3．已知某数的BCD码为0111 0101 0100 0010 则其表示的十进制数值为（ ） a） 7542H b） 7542 c） 75.42H d） 75.42 4．下列指令中不影响标志位CY的指令有（ ）。 a）ADD A，20H b）CLR c）RRC A d）INC A 5．CPU主要的组成部部分为（ ） a）运算器、控制器 b）加法器、寄存器 c）运算器、寄存器 d）运算器、指令译码器 6．INTEL 8051 CPU是（ ）位的单片机 a） 16 b）4 c）8 d）准16 7．8031复位后，PC与SP的值为（ ） a ）0000H，00H b） 0000H，07H c） 0003H，07H d）0800H，00H 8．当需要从MCS-51单片机程序存储器取数据时，采用的指令为（ ）。 a）MOV A, @R1 b）MOVC A, @A + DPTR c）MOVX A, @ R0 d）MOVX A, @ DPTR 9．8031单片机中既可位寻址又可字节寻址的单元是（ ） a）20H b）30H c）00H d）70H 10．下列哪条指令是正确的（ ） a） PUSH R2 b） ADD R0,A c） MOVX A @DPTR d） MOV @R0,A 二、填空题（每空1分，共30分） 1．一个完整的微机系统由 和 两大部分组成。 2．8051 的引脚RST是____(IN脚还是OUT脚)，当其端出现____电平时,8051进入复位状态。8051一直维持这个值，直到RST脚收到____电平，8051才脱离复位状态，进入程序运行状态，从ROM H单元开始取指令并翻译和执行。 3．半导体存储器分成两大类 和 ，其中 具有易失性，常用于存储 。 4．求十进制数-102的补码（以2位16进制数表示），该补码为 。 5．PC存放_______________,具有___________特性。在8051中决定程序执行顺序的是PC还是DPTR？ 它是______位？ （是，不是）SFG？ 6．123= B= H。 7．8051内部有 并行口，P0口直接作输出口时，必须外接 ；并行口作输入口时，必须先 ，才能读入外设的状态。 8．MCS-51的堆栈只可设置在 ，其最大容量为 ，存取数据的原则是 。堆栈寄存器SP是 位寄存器，存放 。 9．中断处理的全过程分为以下3个段： 、 、 。 10．定时和计数都是对 进行计数，定时与计数的区别是 。 三、判断题（对者打√，错者打×，并改正，每题1分，共10分） 1 中断服务程序的最后一条指令是RET。 2 存储器分成内存和外存两大部分，其中外存可以直接与CPU交换信息。 3 P2口既可以作为I/O使用，又可以作地址/数据复用口使用。 4 在中断响应阶段CPU一定要做如下2件工作：保护断点和给出中断服务程序入口地址。 5 RC A为循环左移指令。 6 MOV A，30H的源操作数为立即寻址方式。 7 MOV A,@A+DPTR是一条查表指令。 8 MUL AB的执行结果是高8位在A中，低8 位在B中。 9 AJMP跳转空间最大可达到64KB 。 10 DPTR是由DPH和DPL两个8位特殊寄存器组成的。 四、简答题（每题5分，共15分） 1．MCS51的中断系统有几个中断源？几个中断优先级？中断优先级是如何控制的？在出现同级中断申请时，CPU按什么顺序响应（按由高级到低级的顺序写出各个中断源）？各个中断源的入口地址是多少？ 2．已知单片机系统晶振频率为6MHz，若要求定时值为10ms时，定时器T0工作在方式1时，定时器T0对应的初值是多少？TMOD的值是多少？TH0=？TL0=？(写出步骤) 3．MCS51系列单片机的内部资源有哪些？说出8031、8051和8751的区别。 五、作图题（10分） 用6264（8K*8）构成16K的数据存储系统。要求采用线选法产生片选信号，并计算6264的地址范围。 六、设计题（1题13分；2题12分，共25分） 1．某单片机控制系统有8个发光二极管。试画出89C51与外设的连接图并编程使它们由左向右轮流点亮。 2．某控制系统有2个开关K1和K2，1个数码管，当K1按下时数码管加1，K2按下时数码管减1。试画出8051与外设的连接图并编程实现上述要求。 单片机模拟试卷001答案 一、选择题（每题1分，共10分） 1． D 2． B 3． B 4． D 5． A 6． C 7． B 8． B 9． A 10． D 二、填空题（每空1分，共30分） 1．一个完整的微机系统由硬件和软件两大部分组成。 2．8051 的引脚RST是IN脚(IN脚还是OUT脚)，当其端出现高电平时,8051进入复位状态。8051一直维持这个值，直到RST脚收到低电平，8051才脱离复位状态，进入程序运行状态，从ROM 0000 H单元开始取指令并翻译和执行。 3．半导体存储器分成两大类：RAM ROM，其中 RAM 具有易失性，常用于存储 临时性数据 。 4．求十进制数-102的补码（以2位16进制数表示），该补码为¬¬¬¬ 9AH 。 5．PC存放_CPU将要执行的指令所在的ROM单元的地址,具有自动加1特性。在8051中决定程序执行顺序的是PC还是DPTR PC ？它是16位？不是（是，不是）SFG？ 6．123= 01010010 B= 52 H。 7．8051内部有 4 个并行口，P0口直接作输出口时，必须外接 上拉电阻 ；并行口作输入口时，必须先 将口锁存器置1 ，才能读入外设的状态。 8．MCS-51的堆栈只可设置在 内RAM低128B区 ，其最大容量为 128B ，存取数据的原则是 先进后出 。堆栈寄存器SP是 8 位寄存器，存放 堆栈栈顶的地址 。9．中断处理的全过程分为以下3个段： 中断请求 、 中断响应 、 中断服务 。 10．定时和计数都是对 脉冲 进行计数，定时与计数的区别是 定时是对周期已知的脉冲计数；计数是对周期未知的脉冲计数 。 三、判断题（对者打√，错者打×，并改正，每题1分，共10分） 1 中断服务程序的最后一条指令是RETRETI。× 2 存储器分成内存和外存两大部分，其中外内存可以直接与CPU交换信息。× 3 P2口既可以作为I/O使用，又可以作地址/数据复用口使用。√ 4 在中断响应阶段CPU一定要做如下2件工作：保护断点和给出中断服务程序入口地址。√ 5 LCRL A为循环左移指令。× 6 MOV A，30H的源操作数为立即直接寻址方式。 7 MOVMOVC A,@A+DPTR是一条查表指令。× 8 MUL AB的执行结果是高低8位在A中，低高8 位在B中。× 9 AJMP跳转空间最大可达到642KB 。 10 DPTR是由DPH和DPL两个8位特殊寄存器组成的。 √ 四、简答题（每题5分，共15分） 1．MCS51的中断系统有几个中断源？几个中断优先级？中断优先级是如何控制的？在出现同级中断申请时，CPU按什么顺序响应（按由高级到低级的顺序写出各个中断源）？各个中断源的入口地址是多少？ 答：MCS51单片机有5个中断源，2个中断优先级，中断优先级由特殊功能寄存器IP控制，在出现同级中断申请时，CPU按如下顺序响应各个中断源的请求：INT0、T0、INT1、T1、串口，各个中断源的入口地址分别是0003H、000BH、0013H、001BH、0023H。 2．已知单片机系统晶振频率为6MHz，若要求定时值为10ms时，定时器T0工作在方式1时，定时器T0对应的初值是多少？TMOD的值是多少？TH0=？TL0=？(写出步骤) 答：定时值为10ms时，定时器T0工作在方式1时，定时器T0对应的初值是1388H TMOD的值是00000001B，TH0=13H；TL0=88H。 3．MCS51系列单片机的内部资源有哪些？说出8031、8051和8751的区别。 答：MCS51系列单片机上有1个8位CPU、128B的RAM、21个SFR、4个并行口、1个串行口、2个定时计数器和中断系统等资源。8031、8051和8751的区别是8031内无ROM；8051内有4KB的掩膜ROM；8751内有4KB的EPROM。 五、作图题（10分） 答：WR接6264的WE RD接6264的OE AB0---AB12接6264的A0---A12 DB0—DB7接6264的D0—D7 AB15、AB14分别接Y0和Y1 地址：0000H---1FFFH；2000H---3FFFH 六、设计题 1．某单片机控制系统有8个发光二极管。试画出89C51与外设的连接图并编程使它们由右向左轮流点亮。 答： 图 (5分) 构思 (3分) MOV A，#80H (1分) UP：MOV P1，A (1分) RR A (2分) SJMP UP (1分) 2．某控制系统有2个开关K1和K2，1个数码管，当K1按下时数码管加1，K2按下时数码管减1。试画出8051与外设的连接图并编程实现上述要求。 答：图 (5分) 构思 (3分) 程序（4分） ORG 0000H LJMP MAIN ORG 0003H LJMP AINT0 ORG 0013H LJMP BINT1 MAIN: MOV IE,#83H SETB IT0 SETB IT1 MOV R0,#00H MOV DPTR,#TAB UP: MOV A,R0 MOVC A,@A+DPTR MOV P1,A SJMP UP AINT0: INC R0 CJNE R0,#10,AINT01 MOV R0,#0 AINT01: RETI BINT1: DEC R0 CJNE R0,#0FFH,BINT11 MOV R0,#9 BINT11: RETI

Ⅲ 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。

Ⅳ 请简述单片机系统的设计过程是怎样的

单片机应用系统设计分为硬件设计与软件设计两部分及系统调试三个部分，大致过程如下：一、硬件电路设计1、根据任务需求规划确定单片机类型及外围接口电路方案；2、根据方案设计具体电路。二、软件设计1、根据目标任务的功能需求，结合硬件电路控制方式，规划设计软件功能模块；2、将功能模块细化成流程图；3、根据流程图编写程序代码；4、将编译后的目标代码下载到实物单片机或虚拟单片机进行软件仿真调试；三、系统调试1、将初调成功的目标的代码下载到单片机目标试验板进行软硬件联调及功能验证；2、验证成功符合设计要求，就可以进入小批量测试了。

Ⅳ 求 步进电机单片机控制系统设计 相关资料

摘要：单片机控制技术应用十分广泛，其核心技术是单片机控制系统的设计。介绍了对单片机控制系统的构成、硬件设计、软件设计和系统调试等各环节并进行了讨论，根据工作经验给出了调试方法。
关键词：单片机；系统设计；系统调试��

随着材料科学、工艺技术、计算机技术的发展与进步，电路系统向着集成度极高的方向发展。CPU的生产制造技术，也朝着综合性、技术性、实用性发展。如CPU的运算位数从4位、8位
……到32位机的发展，运算速度从8 MHz、32 MHz……到1.6
GHz。可以说是日新月异的发展着。其中单片机在控制系统中的应用是越来越普遍了。单片机控制系统是以单片机（CPU）为核心部件，扩展一些外部接口和设备，组成单片机工业控制机，主要用于工业过程控制。要进行单片机系统设计首先必须具有一定的硬件基础知识；其次，需要具有一定的软件设计能力，能够根据系统的要求，灵活地设计出所需要的程序；第三，具有综合运用知识的能力。最后，还必须掌握生产过程的工艺性能及被测参数的测量方法，以及被控对象的动、静态特性，有时甚至要求给出被控对象的数学模型。

单片机系统设计主要包括以下几个方面的内容：控制系统总体方案设计，包括系统的要求、控制方案的选择，以及工艺参数的测量范围等；选择各参数检测元件及变送器；建立数学模型及确定控制算法；选择单片机，并决定是自行设计还是购买成套设备；系统硬件设计〔1〕，包括接口电路，逻辑电路及操作面板；系统软件设计，包括管理、监控程序以及应用程序的设计，应用系统设计包含有硬件设计与软件设计两部分〔2〕；系统的调试与试验。�
1单片机控制系统总体方案的设计

确定单片机控制系统总体方案，是进行系统设计最重要、最关键的一步。总体方案的好坏，直接影响整个控制系统的性能及实施细则。总体方案的设计主要是根据被控对象的任务及工艺要求而确定的。设计方法大致如下：根据系统的要求，首先确定出系统是采用开环系统还是闭环系统，或者是数据处理系统。选择检测元件，在确定总体方案时，必须首先选择好被测参数的测量元件，它是影响控制系统精度的重要因素之一。选择执行机构，执行机构是微型机控制系统的重要组成部件之一。执行机构的选择一方面要与控制算法匹配，另一方面要根据被控对象的实际情况确定。选择输入/输出通道及外围设备。选择时应考虑以下几个问题：被控对象参数的数量；各输入/输出通道是串行操作还是并行操作；各通道数据的传递速率；各通道数据的字长及选择位数；对显示、打印有何要求；画出整个系统原理图。
单片机控制系统中控制算法的选用一般有：
(1) 直接数字控制
当被控对象的数学模型能够确定时，可采用直接数字控制。所谓数学模型就是系统动态特性的数学表达式，它表示系统输入输出及其内部状态之间的关系。一般多用实验的方法测出系统的特性曲线，然后再由此曲线确定出其数学模型。现在经常采用的方法是计算机仿真及计算机辅助设计，由计算机确定出系统的数学模型，因而加快了系统模型的建立。当系统模型建立后，即可选定上述某一种算法，设计数字控制器，并求出差分方程。计算机的主要任务就是按此差分方程计算并输出控制量，进而实现控制。
(2) 数字化PID控制
由于被控对象是复杂的，因此并非所有的系统均可求出数学模型，有些即使可以求出来，但由于被控对象环境的影响，许多参数经常变化，因此很难进行直接数字控制。此时最好选用数字化PID（比例积分微分）控制。在PID控制算法中，以位置型和增量型2种PID为基础，根据系统的要求，可对PID控制进行必要的改进。通过各种组合，可以得到更圆满的控制系统，以满足各种不同控制系统的要求。例如串级PID就是人们经常采用的控制方法之一。

所谓串级控制就是第一级数字PID的输出不直接用来控制执行机构，而是作为下一级数字PID的输入值，并与第二级的给定值进行比较，其偏差作为第二级数字PID的控制量。当然，也可以用多级PID嵌套。�
2单片机系统硬件设计

尽管单片机集成度高，内部含有I/O控制线，ROM，RAM和定时/计数器。但在组成单片机系统时，扩展若干接口仍是设计者必不可少的任务。扩展接口有2种方案，一种是购置现成的接口板，另一种是根据系统实际需要，选用适合的芯片进行设计控制系统。就后一种而言，主要包括以下几个方面的内容。

基本系统的构成：一个独立的单片机核心系统，一般由时钟电路、地址锁存器电路、地址译码器、存储器扩展、模拟量输入通道的扩展、模拟量输出通道的扩展、开关量的I/O接口设计、键盘输入和显示电路等组成。
(1)存储器扩展
由于单片机有4种不同的存储器，且程序存储器和数据存储器是分别编址的，所以单片机的存储器容量与同样位数的微型机相比扩大了一倍多。扩展时，首先要注意单片机的种类；另一方面要把程序存储器和数据存储器分开。
(2)模拟量输入通道的扩展
主要有以下2个问题：一个是数据采集通道的结构形式，一般单片机控制系统都是多通道系统。因此选用何种结构形式采集数据，是进行模拟量输入通道设计首先要考虑的问题。多数系统都采用共享A/D和S/H形式。但是当被测参数为几个相关量时，则需选用多路S/H，共享A/D形式。对于那些参数比较多的分布式控制系统，可把模拟量先就地进行A/D转换，然后再送到主机中处理。对于那些被测参数相同（或相似）的多路数据采集系统，为减少投资，可采用模拟量多路转换，共享仪用放大器、S/H和A/D的所谓地电平多路切换形式。另外一个问题是A/D转发器的选择，设计时一定要根据被控对象的实际要求选择�A/D�转换器，在满足系统要求的前提下，尽量选用位数比较低的A/D转换器。
(3)模拟量输出通道的扩展
模拟量输出通道是单片机控制系统与执行机构（或控制设备）连接的纽带和桥梁。设计时要根据被控对象的通道数及执行机构的类型进行选择。对于那些可直接接受数字量的执行机构，可由单片机直接输出数字量，如步进电机或开关、继电器系统等。对于那些需要接收模拟量的执行机构，则需要用D/A转化，即把数字量变成模拟量后，再带动执行机构。
(4)开关量的I/O接口设计
由于开关量只有2种状态“1”或“0”，所以，每个开关量只需一位二进制数表示即可。因为MCS—51系列单片机设有一个专用的布尔处理机，因而对于开关量的处理尤为方便。为了提高系统的抗干扰能力，通常采用光电隔离器把单片机与外部设备隔开。
(5)操作面板
操作面板是人机对话的纽带，它根据具体情况，可大可小。为了便于现场操作人员操作，单片机控制系统设计一个操作面板的要求：操作方便、安全可靠、并具有自保功能，即使是误操作也不会给生产带来恶果。
(6)系统速度匹配
在不影响系统总功率的前提下，时钟频率选得低一些较好，这样可降低系统对其他元器件工作速度的要求，从而降低成本和提高系统的可靠性。但系统频率选的比较高时，要设法使其他元器件与主机匹配。
�(7)系统负载匹配 系统中各个器件之间的负载匹配问题，主要表现在以下几个方面。
�①
逻辑电路间的接口及负载：在进行系统设计时，有时需要采用TTL和CMOS混合电路，由于二者要求的电平不一样，因此一定要注意电流及负载的匹配问题。�
②
MCS—51系列单片及负载：8031的外部扩展功能是很强的，但是8031的P0口和P2口以及控制信号ALE的负载能力都是有限的，P0口能驱动8个LSTTL电路，P2口能驱动4个LSTTL电路。硬件设计时应仔细核对8031的负载，使其不超过总的负载能力的70%。
3单片机控制系统的软件设计

�单片机控制系统的软件设计一般分2类，系统软件和应用软件设计。系统软件的主要任务是：管理整个控制系统的全过程，比如，POWERUP自诊断功能，KEY
INPIT 的管理功能，PRINTER
OUTPUT报表功能，DISPLAY功能等等。是控制系统的核心程序，也称之为MONITER监控管理程序其作用类似PC机的DOS
系统。软件设计的几个方面如下：

�(1)可靠性设计为保证系统软件的可靠性，通常设计一个自诊断程序，定时对系统进行诊断。在可靠性要求较高的场合，可以设计看门狗电路，也可以设计软件陷阱，防止程序跑飞。�

(2)软件设计与硬件设计的统一性在单片机系统设计中，通常一个同样的功能，通过硬件和软件都可以实现，确定那些由硬件完成，那些由软件完成，这就是软件、硬件的折衷问题。一般来说，在系统可能的情况下，尽量采用软件，因为这样可以节省经费。若系统要求实时性比较强，则可采用硬件。�
(3)应用软件的特点

①实时性：由于工业过程控制系统是实时控制系统，所以对应用软件的执行速度都有一定的要求，即能够在被控对象允许的时间间隔内对系统进行控制、计算和处理。换言之，要求整个应用软件必须在一个采样周期内处理完毕。所以一般都采用汇编语言编写应用软件。但是，对于那些计算工作量比较大的系统，也可以采用高级语言和汇编语言混合使用的办法，即数据采集、判断、及控制输出程序用汇编语言，而对于那些较为复杂的计算可采用高级语言。为了提高系统的实时性，对于那些需要随机间断处理的任务，通常采用中断系统来完成。
�②
通用性：在应用程序设计中，为了节省内存和具有较强的适应能力，通常要求程序有一定的灵活性和通用性。为此，可以采用模块结构，尽量将共用的程序编写成子程序，如算术和逻辑运算程序、A/D、D/A转换程序、延时程序、PID运算程序、数字滤波程序、标度变换程序、报警程序等。�

(4)软件开发步骤软件开发大体包括：划分功能模块及安排程序结构；画出各程序模块详细流程图；选择合适的语言编写程序；将各个模块连接成一个完整的程序。�
4单片机控制系统的调试
� (1)硬件调试 根据设计的原理电路做好实验样机，便进入硬件调试阶段。调试工作的主要任务是排除样机故障，其中包括设计错误和工艺性故障。
�①
脱机检查：用万能表或逻辑测试笔逐步按照逻辑图检查机中各器件的电源及各引脚的连接是否正确，检查数据总线、地址总线和控制总线是否有短路等故障。有时为保护芯片，先对各管座的电位（或电源）进行检查，确定其无误后再插入芯片检查。
�②
仿真调试：暂时排除目标板的CPU和EPROM，将样机接上仿真机的40芯仿真插头进行调试，调试各部分接口电路是否满足设计要求。这部分工作是一种经验性很强的工作，一般来说，设计制作的样机不可能一次性完好，总是需要调试的。通常的方法是，先编调试软件，逐一检查调试硬件电路系统设计的准确性。其次是调试MONITOR程序，只有MONITOER程序正常工作才可以进行下面的应用软件调试。
�硬件电路调试的一般顺序是：�
① 检查CPU的时钟电路。通过测试ALE信号，如没有ALE信号，则判断是晶体或CPU故障，这称之为“心脏”检查。�
② 检查ABUS/DBUS的分时复用功能的地址锁存是否正常。�
③ 检查I/O地址分配器。一般是由部分译码或全译码电路构成，如是部分译码设计，则排除地址重叠故障。�
④
对扩展的RAM、ROM进行检查调试。一般先后写入55H、AAH，再读出比较，以此判断是否正常。因为这样RAM、ROM的各位均写入过‘0’、‘1’代码。�
⑤ 用户级I/O设备调试。如面板、显示、打印、报警等等。
�(2）软件调试 软件调试根据开发的设备情况可以有以下方法：
�① 交叉汇编：用IBM PC/XT机对MCS—51系列单片机程序进行交叉汇编时，可借助IBM
PC/XT机的行编辑和屏幕编辑功能，将源程序按规定的格式输入到PC机，生成MCS—51 HEX目标代码和LIST文件。
�② 用汇编语言：现在有些单片STD工业控制机或者开发系统，可直接使用汇编语言，借助CRT进行汇编语言调试。
�③
手工汇编：这种方法是最原始，但又是一种最简捷的调试方法，且不必增加调试设备。这种方法的实质就是对照MCS—51指令编码表，将源程序指令逐条地译成机器码，然后输入到RAM重新进行调试。在进行手工汇编时，要特别注意转移指令、调用指令、查表指令。必须准确无误地计算出操作码、转移地址和相对偏移量，以免出错。
�以上3种方法调试完成以后，即可通过EPROM写入器，将目标代码写入EPROM中，并将其插至机器的相应插座上，系统便可投入运行。
�(3）硬件、软件仿真调试
经过硬件、软件单独调试后，即可进入硬件、软件联合仿真调试阶段，找出硬件、软件之间不相匹配的地方，反复修改和调试。实验室调试工作完成以后，即可组装成机器，移至现场进行运行和进一步调试，并根据运行及调试中的问题反复进行修改。
5结论

�单片机控制技术应用越来越广泛，其核心技术是单片机控制系统的设计。对工程技术人员来说，抓住系统的原理构成、软件设计、硬件设计以及系统调试方法的要点是十分必要的。根据工作经验，前面叙述的系统调试方法将会有助于从事这方面工作的技术人员及本专业的学习者。

参考文献�
1陈粤初.单片及应用系统设计与实践. 北京： 北京航空航天大学出版社,1992�
2何立民.单片机应用系统设计 .北京：北京航空航天大学出版社,1998