专题四 MCS -51 系列单片机的硬件结构（课件）-山东省职教高考《单片机技术与应用》（高教版）专题复习讲练测

专题四 MCS -51 系列单片机的硬件结构 《单片机技术与应用》（高教版） 专题复习讲练测 1 01. 考纲解读 02. 知识点梳理 03. 考题讲解 04. 课内练习 05. 归纳小结 目录 CONTENTS 一.考纲解读 常见考点： 1. CPU： 8位处理器；指令集和寻址方式；算术逻辑单元(ALU)功能。 2. 内部存储器：256字节内部RAM；特殊功能寄存器(SFR)；位寻址区域。 3. 并行I/O口：4个8位双向I/O口(P0-P3)；准双向口特性；多功能引脚。 4.中断系统：5个中断源；2级优先级结构；中断向量地址。 5.时钟电路：晶振和分频器；机器周期和状态周期；ALE信号 一.考纲解读 1.理解中断系统的工作原理和优先级 2.了解内部和外部存储器的组织结构 3. 理解总线结构和数据传输过程 考试要求 考试要求： 易考题型： 一.考纲解读 选择题 理解MCS-51单片机的基本硬件结构 应用题 理解中断系统的工作原理和优先级 填空题 掌握定时器/计数器的工作模式和配置方法 知识点思维导图 二.知识点梳理和重点概念复习 知识点梳理： 二.知识点梳理和重点概念复习 一、CPU CPU(中央处理器)是整个单片机的核心，它由运算器和控制器组成，主要功能是完成指令的运行、控制、数据运算和位处理等。 二、内部存储器 存储器是用来存放序和据的，包括程序存储器 (ROM)和数据存储器(RAM)。 （1）程序存储器(ROM)要用于放序、常表格，单片机的序储器，就不会改变，掉电时也不会消失，只能被读出来执行。要想改变程序存储器中的内容，只能通过重新写入来实现。 （2）数据器存储器(RAM)要用于放可随机读写的据，电或复位时数据会丢失。 知识点梳理： 二.知识点梳理和重点概念复习 三、并行I/0口 并行I/0 口(输/输出接口) 的作用是把来自外部设备(简称外设)的信息传送给单片机，把单片机处理后的数据传回外设。并行是指可同时传送多位数据，一般为8 位。MCS -51系列单片机内部共有4个8位的双向并行 I/0 (POP1P2 用于实现数据的并行输人和输出。 四、定时器/计数器 MCS -51 系列单片机内部有2个16 位定时器/计数器，分别是定时器/计数器0和定时器计数器1，也称为T0、T1。它们的主要功能是实现定时或计数功能，并以其定时或计数的结果来完成控制功能。 知识点梳理： 五、可编程全双工串行口 可编程全双工串行口用于实现单片机与其他设备之间的串行数据传输。串行是指数据一位一位地传输，因而需要的数据线较少，可以降低成本，但传输速率较慢。MCS -51 系列单片机有1个全双工的串行口，可以同时接收数据和发送数据。 六、中断系统 中断是指单片机暂停正在执行的程序而转去处理其他操作，处理后返回暂停处继续执行程序。MCS -51 系列单片机共有 5 个中断源，即2 个外部中断源，2 个定时器/计数器中断源，1个串行口中断源。 二.知识点梳理和重点概念复习 知识点梳理： 七、内部数据存储器 内部数据存储器分为两个部分，低128 B 的数据存储器和高128 B 的专用寄存器。这两个部分的地址空间是连续的，低128 B 才真正提供给用户使用。内部数据存储器的地址分配情况见表2-1。 二.知识点梳理和重点概念复习 知识点梳理： 二.知识点梳理和重点概念复习 八、外部数据存储器 单片机进行连续的大量数据采集时，内部提供的数据存储器是远远不够的，这时可以利用MCS -51 系列单片机的扩展功能，在芯片外部扩展数据存储器，最大扩展容量为 64KB，地址范围为0000H~FFFFH。 知识点梳理： 九、程序存储器 MCS-51 系列单片机内部具有 4KB 的 ROM，地址范为0000H~OFFFH，一般不需要扩展外部 ROM。如果有特殊需要，才扩展外部程序存储器。单片机是通过EA引脚来控制使用内部ROM 和外部 ROM 的。当EA =1 时，单片机读取内部 ROM 的程序。若超过这个地址范围CPU自动读取外部程序存储器。当EA =时，CPU 完全读取外部程序存储器。当读取外部程序存储器时，单片机的PSEN端变为低电平。当读取内部程序存储器时，单片机的PSEN保持高电平。 二.知识点梳理和重点概念复习 知识点梳理： 在内部程序存储器中，用户在编写程序时要注意，0003H ~0023H有5个中断口地址主程序一定要存放在0023H 之后的存储单元中。因此，一般要在 0000H 单元放一条绝对跳转指令，用户程序则由转移之后的地址开始执行，以下是5 个中断人口地址: （1）0003H:外部中断0入口。 （2）000BH:定时器TO溢出中断入口。 （3）0013H:外部中断1入口。 （4）001BH:定时器T1溢出中断人口。 （5）0023H:串行口中断入口。 二.知识点梳理和重点概念复习 重点概念复习： 二.知识点梳理和重点概念复习 1.CPU(中央处理器)是整个单片机的核心，它由运算器和控制器组成，主要功能是完成指令的运行、控制、数据运算和位处理等。 2.内部数据存储器分为两个部分，低128 B 的数据存储器和高128 B 的专用寄存器。这两个部分的地址空间是连续的，低128 B 才真正提供给用户使用。 3.可编程全双工串行口用于实现单片机与其他设备之间的串行数据传输。串行是指数据一位一位地传输，因而需要的数据线较少，可以降低成本，但传输速率较慢。MCS -51 系列单片机有1个全双工的串行口，可以同时接收数据和发送数据。 1.在MCS-51单片机中,哪个中断的优先级最高? A. 外部中断0 B. 定时器0中断 C. 串行口中断 D. 复位中断 答案: D 解析: 复位中断的优先级最高,它可以使单片机回到初始状态。 三.常考习题练习与讲解 选择题 2.MCS-51单片机访问外部程序存储器时使用哪个信号? A. RD B. WR C. PSEN D. ALE 答案: C 解析: PSEN (程序存储器使能)信号用于读取外部程序存储器。 三.常考习题练习与讲解 选择题 3.MCS-51单片机的特殊功能寄存器主要用于什么目的? A. 存储数据 B. 控制单片机功能 C. 执行程序 D. 扩展内存 答案: B 解析: 特殊功能寄存器用于控制单片机的各种功能,如定时器、中断、串行通信等。 三.常考习题练习与讲解 选择题 4.MCS-51单片机的定时器/计数器在哪种模式下可以自动重装初值? A. 模式0 B. 模式1 C. 模式2 D. 模式3 答案: C 解析: 模式2是8位自动重装模式,定时器/计数器溢出后会自动重装初值。 三.常考习题练习与讲解 选择题 5.MCS-51单片机的串行通信接口最高可以达到多少波特率? A. 9600bps B. 19200bps C. 38400bps D. 取决于晶振频率 答案: D 解析: 串行通信的最高波特率取决于晶振频率,通常可以达到晶振频率的1/32或更高。 三.常考习题练习与讲解 选择题 6.在MCS-51单片机中,以下哪个寄存器不属于特殊功能寄存器? A. TCON B. SCON C. DPTR D. R0 答案: D 解析: R0是通用寄存器,位于内部RAM中,而不是特殊功能寄存器。 三.常考习题练习与讲解 选择题 7.MCS-51单片机的外部数据存储器和外部程序存储器能否共用同一存储芯片? A. 不能,必须分开 B. 可以,但需要额外的硬件 C. 可以,无需额外硬件 D. 取决于具体型号 答案: B 解析: 理论上可以共用,但需要额外的硬件电路来区分对程序存储器和数据存储器的访问。 三.常考习题练习与讲解 选择题 8. MCS-51单片机的哪个特性使其特别适合于实时控制应用? A. 大容量内存 B. 高速CPU C. 位处理能力 D. 多个I/O口 答案: C 解析: MCS-51单片机的位处理能力很强,可以直接对单个位进行操作,这在实时控制应用中非常有用。 三.常考习题练习与讲解 选择题 1.MCS-51单片机的程序存储器采用______结构,内部程序存储器为______。 答案：哈佛、ROM 解析：程序存储器采用哈佛结构,与数据存储器分开。内部程序存储器通常是ROM或Flash。 三.常考习题练习与讲解 填空题 2. MCS-51单片机的P0口除了作为I/O口外,还可以作为______总线和______总线使用。 答案：数据、地址 解析：P0口具有多功能性,可作为I/O口,也可在访问外部存储器时作为数据总线和地址低8位。 三.常考习题练习与讲解 填空题 3. MCS-51单片机的______中断优先级最高,______中断优先级最低。 答案：复位、串行口 解析：中断优先级从高到低依次是:复位、外部中断0、定时器0、外部中断1、定时器1、串行口。 三.常考习题练习与讲解 填空题 4.在MCS-51单片机中,______用于访问片外程序存储器,______用于访问片外数据存储器。 答案：PSEN、RD和WR 解析：PSEN(程序存储器使能)信号用于读取外部程序存储器,RD(读)和WR(写)信号用于访问外部数据存储器。 三.常考习题练习与讲解 填空题 5. MCS-51单片机的特殊功能寄存器中,______用于控制定时器/计数器,______用于控制串行通信。 答案：TCON和TMOD、SCON 解析：TCON(定时器控制寄存器)和TMOD(定时器工作方式寄存器)用于控制定时器/计数器,SCON(串行口控制寄存器)用于控制串行通信。 三.常考习题练习与讲解 填空题 1.MCS-51单片机的程序存储器和数据存储器共用同一地址空间。( ) 答案：错误 解析：由于采用哈佛结构,MCS-51的程序存储器和数据存储器使用独立的地址空间。 三.常考习题练习与讲解 判断题 2. MCS-51单片机的P0口在访问外部存储器时可以同时作为数据总线和地址低8位。( ) 答案：正确。 解析：P0口具有多功能性,在访问外部存储器时确实可以同时作为数据总线和地址低8位。 三.常考习题练习与讲解 判断题 3.MCS-51单片机的所有中断都具有相同的优先级。( ) 答案：错误 解析：MCS-51的中断具有不同优先级,复位中断优先级最高,串行口中断优先级最低。 三.常考习题练习与讲解 判断题 4.在MCS-51单片机中,PSEN信号用于访问外部数据存储器。( ) 答案：错误 解析：PSEN(程序存储器使能)信号用于读取外部程序存储器,而不是数据存储器。 三.常考习题练习与讲解 判断题 5.MCS-51单片机的特殊功能寄存器只能通过直接寻址方式访问。( ) 答案：错误 解析：大多数特殊功能寄存器可以通过直接寻址访问,但部分寄存器也支持位寻址。 三.常考习题练习与讲解 判断题 6.MCS-51单片机的定时器/计数器可以在不同的工作模式下运行,但不能同时用作定时器和计数器。( ) 答案：错误 解析：MCS-51的定时器/计数器可以配置为不同工作模式,既可以用作定时器,也可以用作计数器,甚至可以同时执行这两种功能。 三.常考习题练习与讲解 判断题 1.简述MCS-51单片机CPU的主要功能。 解析：MCS-51单片机的CPU主要功能包括： (1) 指令执行：从程序存储器fetch指令并执行。 (2) 数据处理：进行算术和逻辑运算。 (3) 控制：协调和控制单片机各个部件的工作。 (4) 数据传送：在内部各单元间传送数据。 四.课内练习与讲解 2.MCS-51单片机内部RAM的结构是怎样的？ 解析：MCS-51单片机内部RAM总容量为256字节,分为两个部分： (1) 低128字节：通用数据存储器,可直接和间接寻址。 (2) 高128字节：包括特殊功能寄存器(SFR)区和可堆栈区,只能直接寻址。 四.课内练习与讲解 3. 描述MCS-51单片机并行I/O口的基本特征。 解析：MCS-51单片机有4个8位并行I/O口(P0、P1、P2、P3),特征如下： (1) 每个口有8个引脚,可独立控制。 (2) 可编程为输入或输出。 (3) P0和P2在访问外部存储器时有特殊功能。 (4) P3的各位还具有特殊功能(如中断、定时器等)。 四.课内练习与讲解 4.MCS-51单片机的定时器/计数器有哪些工作模式？ 解析：MCS-51单片机的定时器/计数器有4种工作模式： (1) 模式0：13位定时器/计数器 (2) 模式1：16位定时器/计数器 (3) 模式2：8位自动重装定时器/计数器 (4) 模式3：两个8位定时器/计数器(仅适用于T0) 四.课内练习与讲解 5.简述MCS-51单片机串行通信接口的特点。 解析：MCS-51单片机串行通信接口特点： (1) 全双工异步通信 (2) 可编程波特率 (3) 支持多种通信模式(8位UART、9位UART、移位寄存器模式) (4) 具有帧错误检测功能 (5) 通过中断方式进行数据收发 四.课内练习与讲解 6.MCS-51单片机的中断系统包括哪些中断源？它们的优先级如何？ 解析：MCS-51单片机有5个中断源： (1) 两个外部中断(INT0和INT1) (2) 两个定时器中断(T0和T1) (3) 串行口中断 优先级从高到低依次是：复位、外部中断0、定时器0、外部中断1、定时器1、串行口。 四.课内练习与讲解 7.描述MCS-51单片机的时钟电路工作原理。 解析：MCS-51单片机的时钟电路通常由晶振和两个电容组成： (1) 晶振提供基本频率(通常为12MHz) (2) 内部振荡器将晶振频率除以12,生成机器周期时钟 (3) 每个机器周期包含6个状态,每个状态2个时钟周期 (4) 大多数指令在1~2个机器周期内完成 四.课内练习与讲解 8.MCS-51单片机采用什么总线结构？这种结构有什么优点？ 解析：MCS-51单片机采用哈佛结构： (1) 数据存储器和程序存储器使用独立的总线 (2) 优点：允许同时访问数据和指令,提高执行效率 (3) 数据总线和地址总线分开,简化了硬件设计 (4) 有利于指令流水线的实现,提高处理速度 四.课内练习与讲解 9.比较MCS-51单片机的内部数据存储器和外部数据存储器。 解析：对比如下： 内部数据存储器： (1) 容量256字节(2) 访问速度快(3) 包括特殊功能寄存器 外部数据存储器： (1) 最大可扩展到64KB(2) 访问速度相对较慢(3) 用于存储大量数据 四.课内练习与讲解 10.MCS-51单片机的程序存储器有哪些类型？它们各有什么特点？ 解析：程序存储器类型： (1) ROM：只读,不可更改,适用于大批量生产 (2) EPROM：可擦写可编程,适用于开发阶段 (3) Flash：电可擦写,方便程序更新 (4) 内部程序存储器容量根据型号不同从0~64KB不等 (5) 可扩展外部程序存储器,最大64KB 四.课内练习与讲解 11.解释MCS-51单片机的特殊功能寄存器(SFR)的作用和访问方式。 解析：特殊功能寄存器(SFR)： (1) 作用：控制单片机各种功能,如I/O、定时器、中断等 (2) 位于内部RAM的高128字节 (3) 只能通过直接寻址方式访问 (4) 部分SFR可以位寻址 (5) 常用SFR：TCON、SCON、PCON等 四.课内练习与讲解 五.课程小结 在本节课中，我们了解了数控铣床和加工中心的输入装置、数控系统、伺服系统、辅助控制装置以及机床本体的结构。我们深入掌握了数控铣床和加工中心的工作原理、分类及特点，包括其自动化程度、加工精度、加工效率等方面。通过学习这些知识点，我们可以更好地理解数控铣床和加工中心的运行原理和特点，为日后的实际应用提供基础。 本节课我们学习了MCS-51系列单片机的硬件结构和存储器系统。我们详细讨论了8位CPU的架构，以及内部存储器、外部数据存储器和程序存储器的组织结构。我们还探讨了并行I/O口的特性，定时器/计数器的工作模式，以及可编程全双工串行口的功能。此外，我们学习了中断系统的优先级结构，时钟电路的工作原理，以及哈佛架构的总线系统。这些知识为理解单片机的工作原理和应用奠定了基础。下节课我们将深入探讨这些硬件模块的编程应用。 五.课程小结 重点复习知识点 1.CPU(中央处理器)是整个单片机的核心，它由运算器和控制器组成，主要功能是完成指令的运行、控制、数据运算和位处理等。 2.内部数据存储器分为两个部分，低128 B 的数据存储器和高128 B 的专用寄存器。这两个部分的地址空间是连续的，低128 B 才真正提供给用户使用。 3.可编程全双工串行口用于实现单片机与其他设备之间的串行数据传输。串行是指数据一位一位地传输，因而需要的数据线较少，可以降低成本，但传输速率较慢。MCS -51 系列单片机有1个全双工的串行口，可以同时接收数据和发送数据。 4.内部数据存储器分为两个部分，低128 B 的数据存储器和高128 B 的专用寄存器。这两个部分的地址空间是连续的，低128 B 才真正提供给用户使用。 感谢观看 $$