第五十节 单片机通信与应用《电工技术模块》湖南省（对口招生）电工电子类 知识点讲解

湖南省（对口招生）电工电子类《电工技术模块》知识点讲解 单片机编程与中断 【考纲要求】 1.识记单片机串行通信的定义、分类、UART 核心原理，掌握串口通信参数、数据格式等基础概念。 2.掌握 51 单片机串口控制寄存器配置、波特率计算方法，具备基础串口通信编程与调试能力。 3.理解单片机 I/O 口扩展、LED 显示、按键输入的工作原理，能完成典型应用电路连接。 4.能识别单片机通信与接口应用的常见故障，具备基础的电路排查与问题解决能力。 【知识网络】 【知识和技能要点】 考点 1 单片机串行通信基础 1.串行通信定义 数据按一位一位的顺序传输，仅需 1~2 根数据线，适合远距离通信，是单片机通信核心方式。 2.通信分类（高频考点） 按传输方式：并行通信（速度快、线多）、串行通信（速度慢、线少，高考重点） 按同步方式：异步通信（靠起始位 / 停止位同步，51 单片机默认）、同步通信（靠时钟同步） 按传输方向：单工、半双工、全双工（UART 支持，可同时收发） 3.UART 通用异步收发器 51 单片机内置串口核心模块，实现全双工异步串行通信，无需外部时钟。 核心参数与公式 波特率：每秒传输的二进制位数，单位bps，是通信速率核心指标。 51 单片机波特率公式：波特率 = (f_osc × SMOD) / (32 × 12 × (256 - TH1)) （f_osc= 晶振频率，SMOD=1波特率加倍，TH1= 定时器 1 初值） 数据格式：起始位 (1 位，低电平)+ 数据位 (8 位)+ 校验位 (可选)+ 停止位 (1 位，高电平) 4.核心寄存器 SCON：串口控制寄存器，设定串口工作方式、收发使能。 PCON：电源控制寄存器，SMOD位控制波特率加倍。 5.易错提醒 波特率计算易遗漏SMOD位； 异步通信起始位 / 停止位电平混淆； 串口收发接线错误（TXD 接 RXD，RXD 接 TXD）。 【练习题】 一、单项选择题 1.单片机中实现全双工异步串行通信的核心部件是（ ） A. USART B. UART C. SPI D. I2C 2.串行通信与并行通信相比，主要优点是（ ） A. 传输速度快 B. 传输距离远 C. 占用数据线多 D. 抗干扰能力弱 3.51 单片机串口异步通信的起始位电平为（ ） A. 高电平 B. 低电平 C. 高阻态 D. 随机电平 4.波特率的单位是（ ） A. Hz B. bps C. V D. A 5.51 单片机 PCON 寄存器中，控制波特率加倍的位是（ ） A. SM0 B. SM1 C. SMOD D. REN 6.下列属于全双工通信的是（ ） A. 广播 B. 对讲机 C. 手机通话 D. 遥控器 7.51 单片机串口通信常用的数据位长度是（ ） A. 4 位 B. 8 位 C. 16 位 D. 32 位 8.串口通信中，校验位的作用是（ ） A. 提高传输速度 B. 数据纠错 / 检错 C. 增加传输距离 D. 控制波特率 9.晶振频率为 11.0592MHz 时，单片机串口通信易获得标准波特率，原因是（ ） A. 频率高 B. 易分频得到整数波特率 C. 价格低 D. 体积小 10.串口通信中，停止位的作用是（ ） A. 标志数据传输开始 B. 标志数据传输结束 C. 提高传输速率 D. 降低功耗 二、填空题 1.单片机通信按数据传输方式分为（ ）通信和（ ）通信。 2.51 单片机内置的异步串行通信模块简称（ ）。 3.波特率是指每秒传输的（ ）数，单位是（ ）。 4.51 单片机串口控制寄存器是（ ），电源控制寄存器是（ ）。 5.PCON 寄存器中（ ）位为 1 时，波特率加倍。 6.异步通信数据格式包含起始位（ ）、（ ）、（ ）校验位和。 7.串行通信按传输方向分为单工（ ）、（ ）和（ ）。 8.51 单片机串口通信需将 TXD 与外设（ ）端连接，RXD 与外设（ ）端连接。 9.定时器（ ）常用于单片机串口波特率发生器。 10.异步通信中，起始位为（ ）电平，停止位为（ ）电平。 三、综合题 1.简述单片机串行异步通信的定义及数据传输格式。 2.写出 51 单片机波特率计算公式，并说明各参数含义。 3.晶振频率为 11.0592MHz，SMOD=0，定时器 1 初值 TH1=0xFD，计算串口波特率。 4.指出单片机串口通信的 3 个常见故障及排查方法。 【答案】 一、单项选择题 1.B 2. B 3. B 4. B 5. C 6. C 7. B 8. B 9. B 10. B 二、填空题 1.串行；并行 2. UART 3. 二进制位；bps 4. SCON；PCON 5. SMOD 2.数据位；停止位 7. 半双工；全双工 8. RXD；TXD 9. 1 10. 低；高 三、综合题 1.答：串行异步通信是数据一位一位顺序传输，靠起始位和停止位实现同步的通信方式；数据格式：1 位起始位 (低电平)+8 位数据位 + 1 位校验位 (可选)+1 位停止位 (高电平)。 2.答：波特率 =(f_osc×SMOD)/(32×12×(256-TH1))；f_osc = 晶振频率，SMOD = 波特率加倍位，TH1 = 定时器 1 初值。 3.答：代入公式得波特率 = 9600bps。 4.答：①无数据收发：排查 TXD/RXD 接线；②波特率不匹配：重新计算配置 TH1/SMOD；③数据乱码：检查晶振频率、校验位配置。 考点 2 单片机接口扩展与典型应用 1.I/O 口扩展 51 单片机 I/O 口数量有限，常用74LS373 锁存器进行并行扩展，满足 LED、按键等外设需求。 2.LED 显示应用（高频考点） 静态显示：每个 LED 独立占用 I/O 口，亮度高、程序简单，适合少量 LED。 动态显示：多位 LED 轮流扫描显示，节省 I/O 口，需保证扫描频率≥50Hz 避免闪烁。 3.按键输入应用 独立按键：1 个 I/O 口控制 1 个按键，电路简单，适合少量按键。 矩阵按键：多行多列组合，节省 I/O 口，需逐行逐列扫描识别。 软件消抖：按键按下 / 松开延时 10ms，消除机械抖动，高考必考点。 常见故障与排除 LED 不亮：排查 I/O 口电平、接线、限流电阻。 按键无响应：排查消抖程序、I/O 口配置、按键硬件损坏。 扩展外设失控：排查 74LS373 使能端、接线接触不良。 4.易错提醒 动态显示扫描频率过低导致闪烁； 按键程序遗漏软件消抖； LED 缺少限流电阻烧毁。 【练习题】 一、单项选择题 1.单片机 I/O 口扩展常用的锁存器是（ ） A. 74LS00 B. 74LS373 C. 74LS138 D. 74LS164 2.单片机 LED 动态显示的核心是（ ） A. 同时点亮所有 LED B. 轮流扫描点亮 LED C. 无需限流电阻 D. 占用大量 I/O 口 3.单片机按键软件消抖的延时时间通常为（ ） A. 1ms B. 10ms C. 100ms D. 1s 4.独立按键相比矩阵按键的优点是（ ） A. 节省 I/O 口 B. 电路简单 C. 适合大量按键 D. 无需消抖 5.单片机 LED 显示必须串联的元件是（ ） A. 电容 B. 电感 C. 限流电阻 D. 二极管 6.共阳数码管的段选电平为（ ） A. 高电平有效 B. 低电平有效 C. 上升沿有效 D. 下降沿有效 7.动态显示扫描频率过低会导致（ ） A. LED 过亮 B. LED 闪烁 C. LED 烧毁 D. 程序崩溃 8.矩阵按键识别的核心方法是（ ） A. 逐行逐列扫描 B. 同时检测所有按键 C. 无需延时 D. 高电平触发 9.下列属于单片机输出外设的是（ ） A. 独立按键 B. LED 数码管 C. 矩阵按键 D. 电位器 10.I/O 口扩展的主要目的是（ ） A. 提高运行速度 B. 增加外设接口数量 C. 降低功耗 D. 缩小体积 二、填空题 1.单片机 LED 显示分为（ ）显示和（ ）显示两种方式。 2.按键消抖分为（ ）消抖和（ ）消抖，高考重点考察（ ）消抖。 3.矩阵按键通过（ ）、（ ）扫描实现按键识别。 4.单片机 I/O 口扩展常用器件是（ ）。 5.LED 动态显示需保证扫描频率≥（ ）Hz，避免闪烁。 6.共阴数码管的段选电平为（ ）有效。 7.独立按键每个按键占用（ ）个 I/O 口。 8.单片机 LED 电路中，限流电阻的作用是（ ）。 9.按键无响应的常见原因是（ ）、（ ）。 10.动态显示相比静态显示的优点是（ ）。 三、综合题 1.简述单片机 LED 静态显示与动态显示的区别。 2.写出单片机独立按键软件消抖的程序思路。 3.说明 51 单片机 I/O 口扩展的原因及 74LS373 的作用。 4.分析单片机 LED 不亮的 4 种故障原因及解决方法。 【答案】 一、单项选择题 1.B 2. B 3. B 4. B 5. C 6. B 7. B 8. A 9. B 10. B 二、填空题 1.静态；动态 2. 硬件；软件；软件 3. 逐行；逐列 4. 74LS373 5. 50 2.高电平 7. 1 8. 限制电流，保护 LED 9. 无消抖程序；I/O 口配置错误 10. 节省 I/O 口 三、综合题 1.答：静态显示：LED 独立驱动，亮度高、程序简单、占用 I/O 口多；动态显示：轮流扫描，节省 I/O 口、程序复杂、易闪烁。 2.答：检测按键按下→延时 10ms 消抖→确认按键按下→执行按键功能→检测按键松开→延时 10ms 消抖。 3.答：原因：51 单片机 I/O 口数量不足，无法连接大量外设；74LS373 作用：锁存数据，实现 I/O 口并行扩展。 4.答：①无限流电阻：串联 220Ω 限流电阻；②I/O 口电平错误：配置为输出模式；③接线断路：重新焊接接线；④LED 损坏：更换 LED。 【真题演练】 1. 【2016 年真题・选择题 11】当发光二极管正常发光时，其两端施加的外部电压的特点是（ ） A. 反向偏置且被击穿 B. 正向偏置电压约 0.6V C. 反向偏置但不击穿 D. 正向偏置电压约 1.8V 答案：D 解析：发光二极管（LED）是单片机核心输出外设，正常工作需正向偏置，红色 LED 正向压降约 1.8V，为单片机 LED 显示应用高频考点。 2. 【2016 年真题・选择题 16】对于 TTL 门电路多余引脚处理方法不正确的是（） A. 与门多余脚接高电平 B. 与门多余脚悬空 C. 或门多余脚悬空 D. 或门多余脚并接在另一脚上 答案：C 解析：TTL 门电路是单片机 I/O 口扩展常用器件，或门多余引脚悬空易受电磁干扰，需接低电平，为接口扩展高频易错点。 3. 对于共阳数码管要显示 "2"，显示译码器的输出应为（） A. 1101101 B. 0010010 C. 1011101 D. 0100010 答案：B 解析：数码管显示是单片机 LED 显示核心应用，共阳数码管段码低电平有效，显示数字 “2” 的标准段码为 0010010，为高考必考内容。 4. 【2020 年真题・选择题 8】在电路板上焊接电子元件时，作业者需要佩戴接地的静电手环，原因是人体很可能产生（） A. 很高的静电电压 B. 大量的电荷 C. 大的静电电流 D. 大的放电功率 答案：A 解析：单片机属于静电敏感元器件，人体静电电压可达数千伏，易击穿单片机芯片，静电防护是单片机实操核心考点。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $