关于单片机知识总结

哈佛结构：采用分别用于存储数据和程序的两个存储器,两条总线的系统结构；各个部件有专用的数据、地址与控制总线；CPU和外设DMA的操作引入了某种并行度 区别：地址空间和数据空间是否分开。

指令与微指令

指令：面向程序员（软件）

微指令：复杂指令由微指令有序序列实现（在CPU中实现） 区别：1.每条微指令所代表的都是很简单的基本操作

2.所有微指令的格式都很规则、简单、易于解码 3.取微指令的速度很快 4.微指令的执行速度很快

时序与指令周期

时序：为指令的执行提供各种定时信号。 机器周期（CPU周期）：指令执行相对阶段，例如访问存储器一次所需的时间。 指令周期（包含若干个机器周期）：

 取指周期  译码周期  执行周期

节拍：机器周期内时序。

脉冲：节拍内有时需要若干个工作脉冲。

等待周期与速度匹配

通过控制内部寄存器插入等待周期，由外部电路产生READY信号。

插入等待周期的作用：插入等待周期主要是让外部的器件（存储器）和CPU配合起来工作。访问慢速存储器或外设时需插入等待周期。

与外设的连接方式（输入输出方法）：无条件传送、查询方式(轮询)、中断方式、DMA（Direct Memory Access 直接内存存取 ）。

总线竞争（总线争用）：在同一总线上，同一时刻有两个或两个以上的器件输出其状态。总线竞争可能会因为产生过大电流而损坏器件。避免方法：使用三态门输出。用它可在一根导线上轮流（输入/ 输出）传送多个不同的数据信号或控制信号。 多个输入设备连在总线上时，只有进行数据传送设备的数据线处于工作状态，而未进行数据传送设备的数据线应处于高阻态。

避免共地干扰，可以采用以下措施：

1. 变压器隔离，2.光电耦合器件隔离，3.继电器隔离

计算机辅助设计印制电路板的主要步骤： 1. 设计电路原理图；

2. 根据所设计的原理图准备好所需要的元器件；

3. 根据实物对原理图中的元器件制作封装或调用库中的封装； 4. 进行ERC检测，然后生成网络表文件；

5. 设计PCB：规划电路板的大小、板层数量，调用网络表并布局布线。 6. DRC检测，输出PCB文件并制版。

印制电路板的检验：

印制板制成后必须通过必要的检验，才能进入装配工序。 1. 目视检验

（1） 外形尺寸与厚度是否在要求的范围内。 （2） 线路有无粘连、短路、毛刺等。

（3） 表面质量，有无凹痕、划伤、针孔，表面是否粗糙。 （4） 焊盘孔及其他孔的位置及孔径，有无漏打或打偏。 （5） 镀层质量，镀层是否平整光亮、无凸起缺损。 （6） 版面平整无明显翘曲。

（7） 字符标记清晰、干净，无划伤、短线。 2. 电气性能检验 （1） 连通性能

一般可以使用万用表对导电图形的连通性进行检验，重点是双面板的金属化孔和多层板的连通性能。 （2） 绝缘性能

可检测同一层不同导线之间或不同层导线之间的绝缘电阻，以确认印制板的绝缘性能。 3. 工艺性能检验 （1） 可焊性

可焊性是用来检测元器件连接到印制板上时，焊接对印制图形的润湿能力，一般用湿润、半湿润和不湿润来表示。 （2） 镀层附着力

检验镀层附着力，可以采用简单的胶带试验法。将质量好的透明胶带粘到要测试的镀层上，按压均匀后快速掀起胶带一端扯下，镀层无脱落为合格。

查找电路故障的主要方法：

1. 测量法。包括电压测量法，电流测量法和电阻测量法。电压测量法的一般规律：先测供

电电源电压，再测量其他各点电压；先测关键点电压，再测一般点电压。电阻测量一般要求断开电源。

2. 信号注入法。多级放大电路，注入信号逐级检查。

3. 比较法。将故障电路与正常电路比较，以决定该电路是否正常工作。

4. 旁路法。检测寄生振荡，可以在适当位置接入电容，使其对地短路一下，若振荡消失则

表明在此或前级电路是产生振荡的所在。

5. 断开环路法。在反馈环路断开点注入适当的电平或信号，然后检测电路响应是否有误。 6. 隔离法。对于复杂电路，通常用隔离法检测各子电路，确定故障部位。

7. 信号跟踪法。用监测仪表测试电路中各点的信号，将检测结果和正常工作的信号比较。 8. 示波法。用示波器逐级观察输出波形，看波形有无失真。

MCS-51单片机的内部结构

1. CPU

(1) 运算器：由算术逻辑单元ALU、累加器Acc和寄存器B几部分组成。

(2) 控制器：由程序计数器、指令寄存器、指令译码器、时序产生器和操作控制器组成。 2. 存储器组织：51单片机是哈佛结构，即程序存储器和数据存储器分开的结构。 (1) 片内ROM

8051有4KB程序存储器 ROM，当使用片内ROM时，EA 引脚上加上高电平。EA引脚接低电平，CPU自动寻址片外ROM。片外ROM的地址范围最大KB（因为地址总线为16根，地址范围为0000~FFFF）。 (2) RAM

分为片内RAM和片外RAM，片内RAM由以下几部分组成：工作寄存器、位寻址区、缓冲区、特殊功能寄存器SFR。

3. 并行I/O口：8051有P0—P3 四个8位并行输入输出接口。 4. 两个16位定时计数器。可设置为定时方式或计数方式。 5. 五个中断源的中断控制系统。 6. 一个全双工串行通信接口。 7. 片内振荡器和时钟产生电路。 以上各部分通过内部系统总线相连。

单片机系统

单片机最小系统只要有单片机芯片、直流稳压源、晶体振荡电路、复位电路，系统就可以工作了。根据实际应用来选用外围元件。

注意：芯片的管脚加上拉电阻来提高输出电平，从而提高芯片输入信号的噪声容限增强抗干扰能力。51的P0口用作普通IO时必须接上拉电阻，用作总线时不用接。为加大输出引脚的驱动能力，单片机其他管脚上也常使用上拉电阻。 复位

一般复位有两种方式：硬件复位和软件复位。硬件复位由外部复位电路和内部复位检测电路两部分组成。片内复位检测电路不断检测引脚RST，一旦发现出现大于两个机器周期的高电平，就自动对8051复位。片外复位电路一般有上电复位和带按键的上电复位两种。 时序

CPU访问存储器一次所需的时间称为一个机器周期。51的一个机器周期为12个振荡周期，分为6个S状态，每个状态又分为两拍P1 P2。每条指令都由若干个机器周期组成。

工作原理

首先是系统复位，复位后振荡器开始工作，产生时钟信号。程序计数器PC的值为0000H。控制器从PC中取出第一条指令的地址，根据该地址从程序存储器中取出指令的操作码，对该操作码进行译码，改变PC的值，使其为下一条指令在程序存储器中的地址。接下来运行本条指令的操作，再从PC中取出第二条指令的地址，如此循环下去直到CPU断电为止。

中断系统

五个中断源：外部中断INT0、INT1,定时器T0、T1溢出中断,串口中断。有两个中断优

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先级。四个用于中断控制的寄存器：IE、IP、TCON和SCON。

中断的使用：1.初始化中断系统，包括开总中断和相应中断源的中断，设置中断优先级，设置外部中断源的触发标志。2.编写中断服务程序。3.填写中断服务程序的入口地址。在中断向量规定的入口地址里填上长转移指令，转到真正的中断服务程序上。 定时计数器

通过两个特殊功能寄存器TMOD和TCON进行控制。定时器初始化流程为：写方式控制字TMOD->写计数初值->写中断IE和IP->写控制命令字TCON.

串口

通信使用3根线（DB9的2,3,5）：地线，发送，接收。电平转换一般用MAX232芯片。串口控制是由串口控制寄存器SCON和电源控制寄存器PCON实现的。 键盘

分为线性键盘和矩阵键盘，矩阵键盘又可分为非编码键盘（软件方式识键）和编码键盘（硬件方式扫描识别）。注意按键消抖，有软件延时和硬件电路消抖两种方式。 LCD液晶

分为TN（扭转向列）、STN（超曲扭向列）和TFT（薄膜晶体管）。设计方法按带驱动电路和不带驱动电路有所不同。带驱动电路的液晶模块常使用总线方式驱动，可与各种低档MCU接口；不带驱动电路的液晶体积小，通常与带有LCD控制器的微处理器直接接口。 其它显示接口

发光二极管，数码管，VGA接口（由R、G、B三基色信号；HS行同步信号；VS场同步信号组成）。 总线扩展

记住防止总线竞争原则，分析扩展板内的地址特征，根据地址特征画出总线驱动及控制电路。 对那些时间上复用的信号进行分离，例如51的P0口是地址数据复用的，在形成总线时必须将它们分离。选择合适的驱动器使形成的扩展总线有合适的驱动能力。

单片机上电后没有运转，首先要检查什么？

首先应该确认电源电压是否正常。用电压表测量接地引脚跟电源引脚之间的电压，看是否是电源电压，例如常用的5V。

接下来就是检查复位引脚电压是否正常。分别测量按下复位按钮和放开复位按钮的电压值，看是否正确。

然后再检查晶振是否起振了，一般用示波器来看晶振引脚的波形，注意应该使用示波器探头的“X10”档。另一个办法是测量复位状态下的IO口电平，按住复位键不放，然后测量IO口（没接外部上拉的P0口除外）的电压，看是否是高电平，如果不是高电平，则多半是因为晶振没有起振。

另外还要注意的地方是，如果使用片内ROM的话（大部分情况下如此，现在已经很少有用外部扩ROM的了），一定要将EA引脚拉高，否则会出现程序乱跑的情况。有时用仿真器可以，而烧入片子不行，往往是因为EA引脚没拉高的缘故（当然，晶振没起振也是原因只一）。经过上面几点的检查，一般即可排除故障了。如果系统不稳定的话，有时是因为电源滤波不好导致的。在单片机的电源引脚跟地引脚之间接上一个0.1uF的电容会有所改善。如果电源没有滤波电容的话，则需要再接一个更大滤波电容，例如220uF的。遇到系统不稳定时，就可以并上电容试试（越靠近芯片越好）。