《单片机技术与应用》51系列单片机结构（1）（举一反三考点练）-讲义

举一反三考点练 《单片机技术与应用》51系列单片机结构-讲义 1. 掌握51系列单片机引脚及功能、内部存储器； 2. 了解51系列单片机内部结构； 3. 掌握单片机时序(时钟、机器、指令、状态周期关系)； 知识点一 51系列单片机引脚及功能、内部存储器 一、51系列单片机引脚及功能 51系列单片机通常有40个引脚，分为以下几类： 电源引脚 VCC：电源正极，通常接+5V。 GND：电源负极，接地。 外部时钟引脚 XTAL1：外部晶振输入端。 XTAL2：外部晶振输出端。 复位引脚 RST：复位端，高电平有效。 输入/输出引脚（P0、P1、P2、P3） P0.0 ~ P0.7：P0口为双向通用I/O口，内部无上拉电阻，需要外接上拉电阻。 P1.0 ~ P1.7：P1口为双向通用I/O口，内部有上拉电阻。 P2.0 ~ P2.7：P2口为双向通用I/O口，内部有上拉电阻，可作为外部存储器地址总线。 P3.0 ~ P3.7：P3口为双向通用I/O口，内部有上拉电阻，同时具有第二功能。 P3口第二功能如下： P3.0（RXD）：串行通信接收端。 P3.1（TXD）：串行通信发送端。 P3.2（INT0）：外部中断0请求输入端。 P3.3（INT1）：外部中断1请求输入端。 P3.4（T0）：定时器/计数器0外部输入端。 P3.5（T1）：定时器/计数器1外部输入端。 P3.6（WR）：外部数据存储器写信号。 P3.7（RD）：外部数据存储器读信号。 二、内部存储器的相关概念 程序存储器（ROM） 51系列单片机的程序存储器用于存放程序代码，分为片内程序存储器和片外程序存储器。 片内程序存储器：容量通常为4KB，地址范围为0000H ~ FFFFH。 片外程序存储器：通过P0口和P2口实现16位地址总线，可扩展至64KB。 数据存储器（RAM） 51系列单片机的数据存储器用于存放程序运行过程中的数据和变量，分为片内数据存储器和片外数据存储器。 片内数据存储器：容量通常为128字节，地址范围为00H ~ 7FH。可分为以下几部分： 寄存器区（00H ~ 1FH）：包括通用寄存器、累加器、标志寄存器等。 位寻址区（20H ~ 2FH）：共16字节，128位，可进行位操作。 数据存储区（30H ~ 7FH）：供用户存放数据和变量。 片外数据存储器：通过P0口实现8位数据总线，P2口实现16位地址总线，可扩展至64KB。 特殊功能寄存器（SFR） 特殊功能寄存器用于控制51系列单片机的各种功能，如定时器、串行通信、中断等。这些寄存器位于片内数据存储器的高128字节地址空间（80H ~ FFH）。 1. (单项选择题)下列关于51系列单片机P0口的说法，错误的是？（ ） A. P0口为双向通用I/O口 B. P0口内部有上拉电阻 C. P0口可以作为地址/数据总线 D. 使用P0口时，需要外接上拉电阻 【答案】B 【解析】P0口内部无上拉电阻，需要外接上拉电阻。 【要点】考查51系列单片机P0口的特点。 1. (单项选择题)下列关于51系列单片机内部存储器的说法，正确的是？（ ） A. 片内程序存储器的地址范围为0000H ~ 0FFFH B. 片内数据存储器的容量为256字节 C. 特殊功能寄存器位于片内数据存储器的低128字节地址空间 D. 片外数据存储器通过P0口实现16位地址总线 【答案】A 【解析】片内程序存储器的地址范围为0000H ~ FFFFH，但通常只使用到0000H ~ 0FFFH。 【要点】考查51系列单片机内部存储器的地址范围。 2. (单项选择题)下列关于51系列单片机P3口第二功能的说法，错误的是？（ ） A. P3.0可以作为串行通信接收端 B. P3.1可以作为串行通信发送端 C. P3.2和P3.3只能作为普通I/O口 D. P3.4可以作为定时器/计数器0外部输入端 【答案】C 【解析】P3.2和P3.3可以作为外部中断请求输入端。 【要点】考查51系列单片机P3口第二功能。 3. (判断题)51系列单片机的片内数据存储器容量为256字节。（ ） 【答案】× 【解析】51系列单片机的片内数据存储器容量为128字节。 【要点】考查51系列单片机片内数据存储器的容量。 1. (判断题)51系列单片机的程序存储器可以通过P0口和P2口实现16位地址总线，扩展至64KB。（ ） 【答案】√ 【解析】51系列单片机的程序存储器确实可以通过P0口和P2口实现16位地址总线，扩展至64KB。 【要点】考查51系列单片机程序存储器的扩展能力。 2. (填空题)51系列单片机的______口内部无上拉电阻，需要外接上拉电阻。 【答案】P0 【解析】P0口内部无上拉电阻，需要外接上拉电阻。 【要点】考查51系列单片机P0口的特点。 3. (填空题)51系列单片机的______口可以作为外部中断请求输入端。 【答案】P3.2和P3.3 【解析】P3.2和P3.3可以作为外部中断请求输入端。 【要点】考查51系列单片机P3口第二功能。 · 51系列单片机的引脚功能：51系列单片机共有40个引脚，包括电源引脚、外部时钟引脚、复位引脚以及4组I/O口（P0、P1、P2、P3）。这些引脚负责单片机的电源供应、时钟信号输入、复位操作以及与外部设备的数据交换和控制信号的传递。 · P0口的特性：P0口是一个8位双向通用I/O口，同时也是地址/数据总线。由于P0口内部没有上拉电阻，因此在使用时需要外接上拉电阻才能保证输出高电平。 · 内部存储器结构：51系列单片机内部包含程序存储器、数据存储器和特殊功能寄存器。程序存储器用于存放程序代码，数据存储器用于存储数据和变量，特殊功能寄存器用于控制单片机的各种功能。 · 存储器扩展能力：51系列单片机的程序存储器和数据存储器可以通过外部总线进行扩展。程序存储器可以通过P0口和P2口实现16位地址总线，扩展至64KB；数据存储器可以通过P0口实现8位数据总线，P2口实现16位地址总线，同样可以扩展至64KB。 知识点二 51系列单片机内部结构 1. MCS-51单片机的内部结构 MCS-51单片机的内部结构包含了作为微型计算机所必需的基本功能部件，CPU、RAM、ROM、定时器/计数器、可编程并行口和可编程串行口等。 2. 中央处理器（CPU） CPU是单片机的核心部分，主要由运算器和控制器组成。51系列单片机的CPU具有以下特点： 8位数据总线宽度，可以并行处理8位二进制数据。 哈佛结构，指令和数据分开存储，提高了处理速度。 阵列式算术逻辑单元（ALU），能进行加、减、乘、除等基本运算及逻辑运算。 3. 存储器 51系列单片机的存储器包括程序存储器、数据存储器和特殊功能寄存器。 （1）程序存储器（ROM） 用于存放程序代码和常数。 容量通常为4KB、8KB、16KB等。 编程时，通常使用16位地址来访问程序存储器中的指令。 （2）数据存储器（RAM） 用于存放程序运行过程中的数据和中间结果。 容量通常为128B、256B、512B等。 分为内部RAM和外部RAM，内部RAM访问速度快，外部RAM容量可扩展。 （3）特殊功能寄存器（SFR） 用于控制和管理单片机的各种功能。 包括累加器（ACC）、程序状态字（PSW）、堆栈指针（SP）、定时器/计数器（T0、T1）等。 4. 定时器/计数器 51系列单片机通常包含两个定时器/计数器，分别为定时器0（T0）和定时器1（T1）。 定时器模式：用于计时或产生周期性中断。 计数器模式：用于对外部信号进行计数。 5. 并行I/O口 51系列单片机有4个8位并行I/O口，分别为P0、P1、P2、P3。 P0口：具有漏极开路输出，可作为通用I/O口或地址/数据总线。 P1口：具有内部上拉电阻，可作为通用I/O口。 P2口：具有内部上拉电阻，可作为通用I/O口或高位地址总线。 P3口：具有内部上拉电阻，除了作为通用I/O口外，还具备第二功能，如外部中断、定时器输入、串行通信等。 6. 串行通信接口 51系列单片机内置全双工串行通信接口，可用于与其他单片机或外部设备进行数据交换。 支持串行异步通信和同步通信。 具有串行控制寄存器（SCON）、串行数据缓冲器（SBUF）等特殊功能寄存器。 7. 中断系统 51系列单片机具有丰富的中断源，包括外部中断、定时器中断、串行通信中断等。 中断优先级可编程，分为两级。 中断控制寄存器（IE）用于开启或关闭中断源，中断优先级寄存器（IP）用于设置中断优先级。 8. 时钟电路 51系列单片机的时钟电路包括晶振和时钟电路，用于为单片机提供稳定的时钟信号。 内部时钟：单片机内置的时钟源。 外部时钟：通过外部晶振和时钟电路为单片机提供时钟信号。 1. (单项选择题)下列关于51系列单片机内部结构的说法，错误的是？（ ） A. 51系列单片机的CPU是8位的 B. 51系列单片机的存储器包括程序存储器、数据存储器和特殊功能寄存器 C. 51系列单片机的P0口可以作为地址/数据总线，但不具备通用I/O功能 D. 51系列单片机内置全双工串行通信接口 【答案】C 【解析】51系列单片机的P0口既可以作为地址/数据总线，也可以作为通用I/O口。 【要点】考查51系列单片机的内部结构及其功能。 1. (单项选择题)下列关于51系列单片机定时器/计数器的说法，正确的是？（ ） A. 定时器/计数器只能工作在定时器模式 B. 定时器/计数器只能工作在计数器模式 C. 定时器/计数器可以工作在定时器模式或计数器模式 D. 定时器/计数器无法进行模式切换 【答案】C 【解析】51系列单片机的定时器/计数器可以根据需要工作在定时器模式或计数器模式。 【要点】考查定时器/计数器的工作模式。 2. (单项选择题)下列关于51系列单片机中断系统的说法，错误的是？（ ） A. 中断系统具有多个中断源 B. 中断优先级不可编程 C. 中断控制寄存器（IE）用于开启或关闭中断源 D. 中断优先级寄存器（IP）用于设置中断优先级 【答案】B 【解析】51系列单片机的中断优先级是可编程的。 【要点】考查中断系统的基本概念。 3. (判断题)51系列单片机的P3口除了作为通用I/O口外，还具有第二功能。（ ） 【答案】√ 【解析】P3口的每个引脚除了作为通用I/O口外，还具有第二功能，如外部中断、定时器输入、串行通信等。 【要点】考查P3口的功能。 1. (判断题)51系列单片机的程序存储器（ROM）用于存放程序运行过程中的数据和中间结果。（ ） 【答案】× 【解析】程序存储器（ROM）用于存放程序代码和常数，而数据存储器（RAM）用于存放程序运行过程中的数据和中间结果。 【要点】区分程序存储器（ROM）和数据存储器（RAM）的作用。 2. (填空题)51系列单片机的CPU主要由______和______组成。 【答案】运算器 控制器 【解析】CPU是单片机的核心部分，主要由运算器和控制器组成。 【要点】考查CPU的基本组成。 3. (填空题)51系列单片机的存储器包括______、______和特殊功能寄存器。 【答案】程序存储器 数据存储器 【解析】51系列单片机的存储器分为程序存储器、数据存储器和特殊功能寄存器。 【要点】考查存储器的分类。 · 核心组成：51系列单片机的核心是中央处理器（CPU），它由运算器和控制器两部分组成，负责执行程序指令和处理数据。 · 存储器结构：51系列单片机的存储器系统包括程序存储器（ROM）、数据存储器（RAM）和特殊功能寄存器（SFR）。程序存储器用于存放程序代码，数据存储器用于存储运行时的数据和中间结果，特殊功能寄存器则用于控制和管理单片机的各种功能。 · I/O端口功能：51系列单片机具有多个并行I/O端口（如P0、P1、P2、P3等），这些端口不仅可以作为通用输入/输出端口，部分端口还具有第二功能，如P3口可用于外部中断、定时器输入/输出、串行通信等。 · 中断系统特点：51系列单片机的中断系统具有多个中断源，中断优先级可编程，通过中断控制寄存器（IE）和中断优先级寄存器（IP）可以灵活地控制和管理中断请求。 知识点三 单片机时序(时钟、机器、指令、状态周期关系) 一、时钟周期 定义：时钟周期是单片机的基本时间单位，通常用T表示。它是指单片机时钟脉冲的周期，即单片机时钟频率的倒数。 作用：时钟周期决定了单片机执行指令的速度，时钟频率越高，执行指令的速度越快。 关系：时钟周期与单片机的晶振频率有关，晶振频率越高，时钟周期越短。 二、机器周期 定义：机器周期是指单片机执行一条指令所需的时间，通常包含若干个时钟周期。机器周期用M表示。 分类：根据指令的不同，机器周期可分为单周期指令、双周期指令和多周期指令。 关系：一个机器周期包含若干个时钟周期，具体取决于指令的类型和单片机的结构。 三、指令周期 定义：指令周期是指单片机从取指、译码到执行完一条指令所需的时间。指令周期用C表示。 组成：指令周期通常由取指周期、译码周期和执行周期组成。 关系：指令周期是机器周期的整数倍，具体取决于指令的类型。 四、状态周期 定义：状态周期是指单片机内部状态发生一次变化所需的时间，通常用S表示。 作用：状态周期用于协调单片机内部各个部件的工作，确保指令的正确执行。 关系：一个机器周期包含若干个状态周期，具体取决于单片机的结构。 以下为各周期之间的关系： 时钟周期（T）是最小的时间单位，机器周期（M）包含若干个时钟周期。 指令周期（C）是机器周期（M）的整数倍，具体取决于指令的类型。 状态周期（S）是机器周期（M）的组成部分，一个机器周期包含若干个状态周期。 1. (单项选择题)下列关于单片机时钟周期的说法，错误的是？（ ） A. 时钟周期是单片机的基本时间单位 B. 时钟周期与晶振频率成正比 C. 时钟周期越短，单片机执行指令的速度越快 D. 时钟周期用T表示 【答案】B 【解析】时钟周期与晶振频率成反比，晶振频率越高，时钟周期越短。 【要点】考查对单片机时钟周期的理解。 1. (单项选择题)下列关于机器周期的说法，正确的是？（ ） A. 机器周期是指单片机执行一条指令所需的时间 B. 机器周期包含一个时钟周期 C. 机器周期与指令类型无关 D. 机器周期用C表示 【答案】A 【解析】机器周期是指单片机执行一条指令所需的时间，通常包含若干个时钟周期。 【要点】考查对单片机机器周期的理解。 2. (单项选择题)下列关于指令周期的说法，错误的是？（ ） A. 指令周期由取指周期、译码周期和执行周期组成 B. 指令周期是机器周期的整数倍 C. 指令周期与指令类型无关 D. 指令周期用C表示 【答案】C 【解析】指令周期与指令类型有关，不同类型的指令可能有不同的指令周期。 【要点】考查对单片机指令周期的理解。 3. (判断题)一个机器周期包含若干个时钟周期，具体取决于单片机的晶振频率。（ ） 【答案】× 【解析】一个机器周期包含若干个时钟周期，具体取决于单片机的结构，而非晶振频率。 【要点】考查对机器周期与时钟周期关系的理解。 1. (判断题)状态周期是单片机内部状态发生一次变化所需的时间，一个机器周期包含若干个状态周期。（ ） 【答案】√ 【解析】状态周期确实是单片机内部状态发生一次变化所需的时间，一个机器周期包含若干个状态周期。 【要点】考查对状态周期的理解。 2. (填空题)单片机的基本时间单位是________，通常用________表示。 【答案】时钟周期 T 【要点】考查对单片机时钟周期概念的理解。 3. (填空题)指令周期是指单片机从________、________到执行完一条指令所需的时间。 【答案】取指 译码 【要点】考查对单片机指令周期组成的理解。 · 时钟周期是单片机的最小时间单位，它由单片机的晶振频率决定，时钟频率越高，时钟周期越短，单片机的运行速度越快。 · 机器周期是指单片机执行一条指令所需的时间，它由一个或多个时钟周期组成，具体取决于单片机的内部结构。 · 指令周期是指从取指、译码到执行完一条指令所需的总时间，它是机器周期的整数倍，不同类型的指令可能有不同的指令周期。 · 状态周期是机器周期的一部分，一个机器周期包含若干个状态周期，每个状态周期内单片机的内部状态发生一次变化，用于完成指令的不同操作阶段。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！2 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$