《单片机原理及应用》期末复习资料

单片机原理及应用期末复习资料修订第3版第1章微型机的基本知识1.微型机：由CPU、存储器、输入/输出接口电路和系统总线构成。2.系统总线：地址总线AB，控制总线CB和双向数据总线DB。数据总线（DataBus―DB）双向、三态：数据总线的根数决定了一次可以传递二进制数的位数。地址总线（AddressBus―AB）单向、三态：地址总线的位数决定了可以直接访问的存储单元(或I/O口)的最大可能数量（即容量）。控制总线（ControlBus―CB）：控制总线用来传输控制信号，数据总线和每个元件的数据线相连，为了使CPU能够和其中一个元件正确通信，必须使用三态逻辑元件（特别针对输入元件）。3.运算器：运算器由算术逻辑单元ALU、累加器A、标志寄存器F和寄存器组，相互之间通过内部总线连接而成。4.控制器：控制器CU由程序计数器PC、指令寄存器IR、指令译码器ID、操作控制部件或称为组合逻辑阵列PLA和时序发生器等电路组成，是发布操作命令的“决策机构”。5.特殊功能寄存器(PSW)：CY(PSW.7)进位/借位标志位；AC(PSW.6)半进位/借位标志位；F0(PSW.5)可由用户定义的标志位；RS1(PSW.4)、RS0(PSW.3)工作寄存器组选择位；OV(PSW.2)溢出标志位；P(PSW.0)奇偶标志位。6.堆栈与堆栈指示器SP（StackPointer）：堆栈是按照“先进后出”或“后进先出”原则组织的一个存储区域。7.字长：字长就是计算机的运算器一次可处理（运算、存取）二进制数的位数。字长越长，一个字能表示数值的有效位就越多，计算精度也就越高，速度就越块。8位二进制数称为1个字节，以B(Byte)表示；2个字节定义为1个字，以W(Word)表示；32位二进制数就定义为双字，以DW(Doubleword)表示。8.存储容量：存储器存储二进制信息多少的一个技术指标1KB＝1024B（即1024×8位）1024KB＝1MB（兆字节）1024MB＝1GB（千兆字节）第2章单片机硬件结构1.单片机主要功能特点：8位的CPU，片内有振荡器和时钟电路,工作频率为1～12MHz片内有128B数据存储器RAM片内有4KB程序存储器ROM可寻址片外64K字节数据存储器RAM可寻址片外64K字节程序存储器ROM片内21/26个特殊功能寄存器（SFR）4个8位的并行I/O口（PIO）1个全双工串行口（SIO/UART）2个16位定时器/计数器（TIMER/COUNTER）2个优先级可处理5个中断源，两级中断优先级1个布尔处理器和1个布尔累加器（Cy）MCS-51指令集含111条指令2.时钟电路：XTAL1,XTAL2：片内振荡电路输入/输出端；通常外接一个晶振两个电容。3.控制信号：RST/𝑉𝑃𝐷（9脚）复位信号，复位使单片机进入某种确定的初始状态。MCS-51通常采用上电自动复位（正脉冲保持约10ms以上）和开关复位（输出高电平）两种形式。4.ALE/𝑃𝑅𝑂𝐺（30脚）地址锁存信号，ALE高电平期间，P0口上一般出现地址信息，在ALE下降沿时，将P0口上的地址信息锁存到片外地址锁存器，在ALE低电平期间P0口上一般出现指令和数据信息。5.𝑃𝑆𝐸𝑁（29脚）片外程序存储器读选通单片机原理及应用期末复习资料修订第3版6.𝐸𝐴/Vpp（31脚）当访问内部程序存储器时，保持高电平；当接低电平时，只访问片外程序存储器7.P1.0—P1.7：准双向I/O口（内置了上拉电阻）；准双向：在作输入口用时要先对其写“1”。8.P0.0—P0.7：双向I/O（内置场效应管上拉）；寻址外部程序存储器时分时作为双向8位数据口和输出低8位地址复用口；不接外部程序存储器时可作为8位准双向I/O口使用。9.P2.0—P2.7：双向I/O（内置了上拉电阻）；寻址外部程序存储器时输出高8位地址；不接外部程序存储器时可作为8位准双向I/O口使用。10.P3.0—P3.7：双功能口（内置了上拉电阻）；它具有特定的第二功能。在不使用它的第二功能时它就是普通的通用准双向I/O口。11.MCS-51的存储器组织分为4个存储空间：片内程序存储器和片外扩展的程序存储器，片内数据存储器和片外扩展的数据存储器。片内RAM128字节（00H—7FH）；片内RAM前32个单元是工作寄存器区(00H—1FH)片内RAM有128个可按位寻址的位，占16个单元。位地址编号为：00H—7FH，分布在20H—2FH单元片内21个特殊功能寄存器(SFR)中：地址号能被8整除的SFR中的各位也可按位寻址可寻址片外RAM64K字节（0000H—FFFFH）可寻址片外ROM64K字节（0000H—FFFFH）片内FlashROM4K字节（000H—FFFH）12.MCS-51的内部RAM可以分成三个物理空间，分别是工作寄存器区、位寻址区和数据缓冲区。13.专用寄存器：MCS-51共有23个特殊功能寄存器（3个属于8032/8052），其中5个是双字节寄存器，程序计数器PC在物理上是独立的，其余22个寄存器都属于片内数据存储器SFR块，共占26个字节。程序计数器PC（16bit）：用于存放下一条要执行指令的地址累加器A：最常用的专用寄存器寄存器B：是一个8位寄存器程序状态字PSW：是一个8位寄存器，用来存放程序的状态信息，表征指令的执行状态，供程序查询和判别之用。堆栈指针SP：是一个8位寄存器，用来存放栈顶地址数据指针DPTR：是一个16位专用寄存器，高字节寄存器用DPH表示，低字节寄存器用DPL表示I/O端口P0～P3：I/O端口P0~P3的锁存器定时器/计数器14.MCS-51外部数据存储器寻址空间为64KB。15.1个机器周期=6个状态=12个振荡周期第3章MCS-51指令系统1.指令中所用符号说明A——累加器B——专用寄存器C——进位或借位标志，或布尔处理机中的累加器#data——8位立即数#data16——16位立即数direct——8位直接地址@Ri——R0或R1，可以间接寻址@DPTR——可按DPTR中地址对外部存储器寻址bit——8位位地址addr11——11位目标地址addr16——16位目标地址rel——8位地址偏移量$——当前指令的地址2.七种寻址方式：立即寻址：指令直接给出一个操作数，它紧跟在操作码后，通常称它为立即数（8位或16位）特点：指令码中含有操作数本身单片机原理及应用期末复习资料修订第3版直接寻址：指令直接给出操作数所在存储单元的地址，它紧跟在操作码后。访问专用寄存器的唯一方式特点：指令码中含有操作数地址，机器根据该地址寻找操作数寄存器寻址：指令选定的寄存器内容就是实际操作数特点：指令码中含有操作数地址所在的寄存器号，根据该寄存器号可以找到操作数寄存器间接寻址：指令所选中的寄存器内容是实际操作数地址（而不是操作数）特点：地址的地址变址寻址(基址寄存器+变址寄存器间接寻址)：此种寻址方式以DPTR或PC作基址寄存器，A作变址寄存器（存放8位无符号数），两者相加形成16位程序存储器地址作操作数地址特点：操作数=基地址+地址偏移量指令码内隐含存放基地址的寄存器（DPTR/PC）号DPTR/PC中的基地址常常是表格的起始地址，累加器中存放偏移量rel相对寻址：此种寻址方式以程序计数器PC的内容为基地址，加上指令中给出的偏移量rel，所得结果为转移目标地址，用于转移指令。偏移量rel是一8位有符号补码数，范围-128～+127。所以转移范围应在当前PC指针的-128～+127之间某一程序存储器地址中特点：操作码中含有相对地址偏移量rel目标地址=源地址+转移指令字节数rel源地址=相对转移指令的始址位寻址：以访问触发器的方式对内部RAM、特殊功能寄存器SFR中的位地址空间进行访问称之为位寻址特点：操作数是8位二进制数中的某位指令码中含有位地址位地址用bit表示3.数据传送指令：内部存储器间传送：MOV特点：源操作数在内部，目的操作数也在内部。分四类介绍如下以累加器A为目的字节的传送指令（4条）（1）立即数送累加器MOVA，#data;A←#data（2）寄存器内容送累加器MOVA，Rn;A←(Rn)(n=0~7)（3）内部RAM或SFR内容送累加器MOVA，direct;A←(direct)（4）内部RAM内容送累加器MOVA，@Ri;A←((Ri))(i=0，1)以Rn为目的字节的传送指令（3条）（1）立即数送寄存器MOVRn，#data;(Rn)←#data(n=0~7)（2）累加器内容送寄存器MOVRn，A;Rn←(A)(n=0~7)（3）内部RAM或SFR内容送寄存器MOVRn，direct;Rn←(direct)(n=0~7)以直接地址为目的字节的传送指令（5条）（1）立即数送内部RAM或SFRMOVdirect，#data;direct←#data（2）累加器内容送内部RAM或SFRMOVdirect，A;direct←(A)单片机原理及应用期末复习资料修订第3版（3）寄存器内容送内部RAM或SFRMOVdirect，Rn;direct←(Rn)(n=0~7)（4）内部RAM或SFR之间直接传送MOVdirect1，direct2;direct1←(direct2)（5）内部RAM内容送内部RAM或SFRMOVdirect，@Ri;direct←((Ri))(i=0，1)以间接地址为目的字节的传送指令（4条）（1）立即数送内部RAMMOV@Ri，#data;(Ri)←#data(i=0，1)（2）累加器内容送内部RAMMOV@Ri，A;(Ri)←(A)(i=0，1)（3）内部RAM或SFR内容送内部RAMMOV@Ri，direct;(Ri)←(direct)(i=0，1)（4）16位立即数传送指令MOVDPTR，#data16;DPTR←#data16;DPH←#dataH;DPL←#dataL外部数据存储器与累加器间传送：MOVX格式：MOVXA，@DPTR;A←((DPTR))MOVX@DPTR，A;(DPTR)←(A)MOVXA，@Ri;A←((Ri))(i=0，1)MOVX@Ri，A;A←((Ri))(i=0，1)特点：单字节指令第1、2条指令可以在外部RAM64K范围寻址；第3、4条指令可以对外部RAM的第0页寻址；寻址范围是0000H~00FFH。程序存储器向累加器传送：MOVC格式：MOVCA，@A+DPTR;A←((A)+(DPTR))MOVCA，@A+PC;PC←(PC)+1;A←((A)+(PC))特点：这两条指令为单字节查表指令DPTR、PC中存放被查表的始址功能：根据A中项数，查得表中对应值送入累加器A中。数据交换：XCH，XCHD，SWAP格式：XCHA，Rn;(A)↔(Rn)(n=0～7)XCHA，direct;(A)↔(direct)XCHA，@Ri;(A)↔((Ri))(i=0，1)XCHDA，@Ri;(A3～0)↔((Ri)3～0)(i=0，1)SWAPA;(A3～0)↔(A7～4)特点：前三条指令执行后会影响PSW中的P标志（奇偶标志）。XCHD使用该指令前应预先给Ri中置地址。堆栈操作：PUSH，POP格式：PUSHdirect;SP←(SP)+1;(SP)←(direct)单片机原理及应用期末复习资料修订第3版POPdirect;direct←((SP));SP←(SP)-1特点：Rn和A不能直接用在本指令中，A必须用ACC（或E0H），Rn也要用它的物理地址。4.算术运算指令不带进位加：ADD格式：ADDA，#data;A←(A)+#dataADDA，Rn;A←(A)+(Rn)(n=0～7)ADDA，@Ri;A←(A)+((Ri))(i=0，1)ADDA，direct;A←(A)+(direct)特点：两个操作数均为8位，其中之一是累加器A；加法操作在ALU中完成，结果送回累加器，运算时产生的标志位在PSW中；不论两操作数是否为带符号数，机器均按带符号数运算。带进位加：ADDC格式：ADDCA，#data;