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单片机学习
问：什么是单片机？
答：可编程电子设计的产物，也就是一个小芯片。可以用来编程，实现不同的功能。把具有数据处理能力的中央处理器（CPU）、随机存储器（RAM）、只读存储器（ROM）、多种I/O口和中断系统、定时器/计数器等功能（可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D转换器等电路）集成到一块硅片上。单片机的种类繁多，一般按单片机数据总线的位数进行分类，主要分为4位、8位、16位、32位；那什么是数据总线？：总线的概念提出是因为在计算机电路连线中，各微型处理器和各器件间单独连线的话数量太多，所以引入总线概念。各个器件共同享用连线，所有器件的8根数据线全部链接到8根公用的线上，即相当于各个器件并联起来。但是，这样会存在问题：如果两个器件同时发送数据，一个为1，一个为0.那接收方收到的是什么呢？所以，控制线就是为了这种情况出现的。它使器件分时工作，任何时候只能有一个器件发送数据。故：器件的数据线也就被称为数据总线，器件所有的控制线被称为控制总线。顺便一记：单片机的内部或者外部存储器及其它器件中有存储单元，这些存储单元要被分配地址，才能使用，分配地址是以电信号的形式给出，由于存储单元比较多，所以，用于地址分配的线比较多，这些线称为地址总线。1）4位单片机 适合用于控制单一的小型电子类产品，如：PC机的输入装置（鼠标、游戏杆）电池充电器2）8位单片机 目前品种最多，应用最广。主要分为51系及非51系。3）16位单片机 操作速度及数据吞吐能力比8位有所提高；4）32位单片机 一般均指ARM单片机简言之：可编程、可处理数据、可实现不同功能的一块芯片；并且种类繁多，8位（51系）跟32位（ARM）单片机占主市场问：单片机最小系统基本拥有什么?
答： 简言之：单片机（核心）、电源（提供能量）、晶振（提供节奏）、复位电路；
51单片机最小系统：由一系列模块组成； 复位系统：当引脚9出现2个机器周期以上高电平时，单片机复位，程序从头开始运行； 时钟系统：由振荡器电路产生频率等于晶振频率，这时用的是外界晶振。也可以由外部单独输入，此时XTAL2脚接地，时钟信号由XTAL1输入； 电源系统：VCC和GND引脚，供电电压4—5.5V。
问：RAM与ROM的区别？ 答：单片机一个作用就是数据信息的处理，而在处理数据的过程中，需要一些“存储器”来存放这些数据。 存储器物理实质就是一组或者多组具备数据输入/输出和数据存储功能的集成电路，用于进行设备缓存或保存同定的程序及数据。存储器按存储信息的功能不同，分为了只读存储器（ROM）和随机存储器（RAM）； ROM：它的信息一次写入后只能被读出，而不能被操作者修改或者删除。一般用于存放固定的程序或数据表格。但是，”只读“这个概念有时候可以被一些新特性的器件颠覆。 ROM分类：一般分为三类1） 固定内容ROM；采用掩模工艺制作，其内容在出产前就按要求固定，用户无法修改。常用来存储固定的程序和数据。如：在计算机中用来存放监控、管理等专用程序。2） PROM：可一次编程ROM。这种存储器在出厂时未存入数据信息。单元可视为全0或者全1，用户可按要求将所需存入的数码一次性的写入，一旦写入就不能在改变了。PROM在每一个存储单元中都有快速熔断丝，在用户写入数据前，各存储单元相当于存入1，写入数据时，将应该存0的单元，通以足够大的电流脉冲将熔断丝烧掉即可。3） EPROM：是为了克服PROM只能一次写入的缺点，出现了可多次擦除和编程的存储器。这种存储器在擦除方式上有两种：① EPROM（电写入紫外线擦除的存储器）它与ROM不同点在于，它可以用特殊的装置擦除或重写其中的内容。什么是特殊装置？所谓特殊的装置就是必须把芯片从电路板上拔下，将存储器上面的一块石英玻璃窗口对准紫外灯光照射数分钟，使存储的数据消失。擦除时间大约为10min-30min,视型号不同而异。为方便擦除操作，在器件外壳上装有透明的石英盖板，便于紫外线通过。在写好数据以后应使用不透明的纸将石英盖板遮蔽，以防止数据丢失。数据的写入可用软件编程，生成电脉冲来实现。② 闪存FLASH（电写入电擦除的存储器）闪速存储器，又称E2PROM。它是完全非易失的，可以在线写入，并且可以按页连续字节写入，读出速度快。擦除时不需要紫外线，只要加入10ms、20V左右的电脉冲即可完成擦除操作。擦除操作实际上是对E2PROM进行写1操作，全部存储单元的均写为1状态，编程时只要对相应部分写为0即可。 RAM：它就是我们平时说的内存，主要用来存放各种现场的输入/输出数据、中间计算结果，以及与外部存储器交换信息，或者作堆栈（特点：先进后出，后进先出）用。它的存储单元根据具体需要可以读出或者改写。两者区别：RAM只能用于暂时存放程序与数据。一旦电源关闭或发生断电，RAM中的数据就会丢失。而ROM中的数据在电源关闭或者断电后仍然会保留下来。简而言之：相同点它们都是用来存储数据的
不同点存储数据的方式与数据能不能在二次加工不同问：为什么RAM一旦电源关闭或发生断电，数据就会丢失？而ROM不会？ 答：RAM使用寄生电容充放电来表示0和1，断电后电容放电，数据就消失了。而ROM用MOS管中间的一个绝缘体来储备电子，可以长期保存数据。问：单片机I/O口的功能和作用？ 答：I/O是input/output的缩写，即输入输出端口。是单片机对外部实现控制和信息交换的必经之路，是一个过渡的大规模集成电路，用于信息传递过程中的速度匹配和增强单片机的负载能力。I/O端口可以实现和不同外设的速度匹配，以提高CPU的工作效率，可以改变数据的传送方式。如：内部并行总线与外部设备串行数据传送的转换。 1、I/O端口分为串行口与并行口：1） 串行I/O端口一次只能传送一位二进制信息2） 并行I/O端口一次可传送一个字节的数据。（1字节等于8位）访问并行I/O端口的方法:字节地址访问、按位寻址；2、MSC-51单片机有四个并行端口：P0/P1/P2/P3；每个端口都有八条端口线，用于传送数据或地址信息。由于每个端口的结构各不相同，因此它们的功能和用途上差别颇大。3、每个端口都由一个八位数据锁存器和一个八位数据缓冲器组成。其中八位数据锁存器的端口与P0、P1、P2、P3同名，属于21个特殊功能寄存器中的4个，对应内部RAM地址分别为80H、90H、A0H、B0H。进行数据输出时，8个数据锁存器对端口引脚上输入数据进行锁存。输入数据时，8个数据缓冲器用于对端口引脚上输入数据进行缓冲。端口
访问地址 位地址范围 是否双向I/O 负载能力P0（P0.7-P0.0） 80H 80H-87H 是 8个TTLP1 90H 90H-97H 准双向 4个LSTTLP2 A0H A0H-A7H 准双向 4个LSTTLP3 B0H B0H-B7H 准双向 4个LSTTLP0的功能： 组成：一个输出锁存器（D型触发器）、两个三态门缓冲22（控制读引脚或读锁存器）与门和多路开关MUX组成的输出控制电路。用于传递I/O（输入/输出）数据 P0口的多路开关的输入有两个：地址/数据输出和锁存器输出/Q，多路开关的切换由内部控制信号控制。P1的功能：仅用于传递I/O（输入/输出）数据。P2功能：1、作为通用I/O使用2、地址总线用于输出片外存储器的高8位地址P3功能：1、 作为通用I/O使用2、 作控制用a) P3.0-RXD 串行数据接收口b) P3.1-TXD串行数据发送口c) P3.2INTO外中断0输入d) P3.3-INT1外中断1输入e) P3.4-T0 计数器0计数输入f) P3.5-T1 计数器1计数输入g) P3.6-WR 外部RAM写选通信号h) P3.7-RD 外部RAM读选通信号
简言之：可以看出I/O口最主要的功能用来与外部器件实现数据信息的交互、速度匹配、数据传送方式和增强单片机的负载能力。它在两者之间扮演桥梁的作用，单片机拥有着串行与并行接口。每个种类的单片机的不同并行口也有着各自不同的功能。 问：常见的时钟电路有哪些？答：先了解一下什么是时钟电路？ 时钟电路就是产生像时钟一样准确运动的振荡电路，任何工作都按时间顺序。用于产生这个时间的电路就是时钟电路。 组成：晶体振荡器、晶震控制芯片和电容组成。现在流行的串行时钟电路有：DS1302、DS1307、PCF8485等它们的特点：接口简单、价格低廉、使用方便。 DS1302：具有涓细电流充电能力的电路，主要特点：采用串行数据传输，可为掉电保护电源提供可编程的充电功能，并且可以关闭充电功能。采用普通32.768KHz晶振。问：为什么要使用PLL？ 答：PLL（Phase Locked Loop）:锁相环电路。用来统一整合时脉讯号，使高频器件正常工作。如：内存的存取资料等。PLL用于振荡器中的反馈技术。许多电子设备要正常工作，通常需要外部的输入信号与内部的振荡信号同步。一般的晶振由于工艺与成本原因，做不到很高的频率，而在需要高频应用时，有相应的器件VCO，实现转成高频，但不稳定，故利用锁相环路就可以实现稳定且高频的时脉冲讯号。 什么是时脉：指同步电路中时钟的基础频率，它以（若千次周期每秒）来度量，单位是（Hz）总之：PLL可以同步频率，相位正交。倍频、变频。问：怎样去选择合适的晶振频率？答:1、根据使用需要确定。比如：如果要产生标准的串口波特率，应使用11.0592MHz。如果要让51单片机产生整数的时钟频率可使用12MHz或者24MHz单片机。 2、还有就是根据单片机本身的参数，不要选择过高的频率，否则会工作不稳定。比如：At mega8L-8PU,这个单片机后面一个8的意思就是建议最大工作频率不要超过8MHz，如果超过8MHz不大于16MHz，可以选用Atmega8L-16PU。当然，非要让At mega8L-8PU使用大于8MHz的频率，也可以，属于超频使用，相当于我们电脑的CPU超频，会工作不稳定。
问：有源晶振和无源晶振哪个更好？答：无源晶振就是一个晶体，必须要结合外围电路构成一个振荡器才能输出特定频率的信号，而这个振荡器是需要提供电源的。像MCU可以用无源晶振是因为其内部集成有构成振荡器的电路，晶体不好集成就只好外加了。 有源晶振才是真正意义上的一个振荡器，它里面包含了晶体和外围电路，只要外部提供一个电压源，就可以直接输出信号。 所以，有源晶体明显比无源晶体更好。
问：什么是时钟周期？机器周期？指令周期？它们之间的关系？答：1、时钟周期又叫做振荡周期；单片机内部时钟电路产生（或外部时钟电路送入）的信号周期，单片机的时序信号是以时钟周期信号为基础而形成的，在它的基础上形成了机器周期、指令周期和各种时序信号。定义为时钟脉冲的倒数（可以这样理解：时钟周期就是单片机外接晶振的倒数，例如：12M的晶振，它的时钟周期就是1/12us），是计算机中最基本的、最小的时间单位。在一个时钟周期内，CPU仅完成一个最基本的动作。
2、计算机中，为了便于管理，常把一条指令的执行过程划分为若干个阶段，每一个阶段完成一项工作。例如：取指令、存储器读、存储器写等，这每一项工作称为一个基本操作。完成一项基本操作所需要的时间成为机器周期。一般情况，一个机器周期由若干个S周期（状态周期）组成。机器周期是单片机的基本操作周期，每个机器周期包含S1、S2、……S6这6个状态，每个状态包含两拍P1和P2，每个拍为一个时钟周期（振荡周期）。因此，一个机器周期包含12个时钟周期。依次可表示为S1P1、S1P2、S2P1、S2P2……、S6P1、S6P2。
3、指令周期：计算机从取一条指令开始，到执行完该指令所需要的时间称为指令周期。不同的指令，指令长度不同，指令周期也不一样。但指令周期以机器周期为单位，指令不同，所需的机器指令也不同。51单片机指令根据指令长度与执行周期分为：1） 单字节单周期指令2） 单字节双周期指令3） 双字节单周期指令4） 双字节双周期指令5） 三字节双周期指令6） 一字节四周期指令总结：时钟周期是最小单位，机器周期需要1个或者多个时钟周期，指令周期需要1个或者多个机器周期；机器周期是指完成一个基本操作的时间。指令周期是CPU的关键指标，指取出并执行一条指令的时间。一般以机器周期为单位，分单指令执行周期、双指令执行周期等。机器周期是完成一个基本操作的时间单元。时钟周期是CPU的晶振的工作频率的倒数。
看门狗相关问题
问：看门狗是什么东西？有什么作用？答：看门狗（WDT）watchdog timer是一个定时器电路（一般有一个输入和一个输出），开启看门狗定时器之后（比如定时200ms），在单片机程序中每隔一定时间（小于200ms）要“喂狗（输入）”一次，即：将看门狗定时器清零。这样做的用处是，一旦单片机程序跑飞（发生死循环），没有在定时的时间之内去“喂狗”，那么定时达到200ms时，看门狗自动将单片机复位（输出）。 目的：对一些程序潜在错误和恶劣环境干扰等因素导致系统死机而在无人干扰情况下自动恢复系统正常工作状态。问：什么是复位？复位的方式有哪些？答:复位是使中央处理器（CPU）和内部其他部件处于一个确定的初始状态，从这个状态开始工作。方式：上电复位和按钮复位问：看门狗的原理？ 答：工作原理：在系统运行以后就启动看门狗计数器，此时看门狗就开始自动计时，如果达到一定的时间还不去给它进行清零，看门狗计数器就会溢出从而引起看门狗中断，造成系统的复位。 为什么会溢出呢？
因为看门狗是一个计数器，而计数器位数有限。能够装的数值也就有限（比如8位的最多装256个数，16位的最多装65536个数），从开启看门狗那刻起，它就开始不停的数机器周期，数一个机器周期就计数器加1，加到计数器盛不下了（这就是溢出）就产生一个复位信号，重启系统。
问：什么是硬件看门狗？什么是软件看门狗？ 答：硬件看门狗是利用一个定时器电路，其定时输出连接到电路的复位端，程序在一定时间范围内对定时器清零，因此程序正常工作时，定时器总不能溢出，也就不能产生复位信号。如果程序出现故障，不在定时周期内复位看门狗，就使得看门狗定时器溢出产生复位信号并重启系统。
软件看门狗原理上一样，只是将硬件电路上的定时器用处理器的内部定时器代替，这样可以简化硬件电路设计，但是在可靠性方面不如硬件定时器。问：在什么情况下软件看门狗失效？ 答：1、系统内部定时器自身发生故障看门狗就会失效（当然可以通过双定时器相互监视，成本高）；2、中断系统故障导致定时器中断失效。3、整个程序死机。主程序出现异常。4、陷入死循环。问：什么是中断？答：计算机中，由于计算机内外部的原因或软硬件的原因，使CPU从当前正在执行的程序中暂停下来，而自动转去执行预先安排好的为处理该原因而编写的服务程序。执行完服务程序后，再返回被暂停的位置，继续执行原来的程序，这个程序称为中断。
问：什么时候使用硬件看门狗? 答：对系统稳定性有较高要求的关键场合。
问：为什么要使用硬件看门狗? 答：硬件看门狗是一个简单的程序，不会出现异常。当程序异常，软件看门狗无法唤醒时，硬件看门狗就会断电重启，将整个设备的程序复位。确保了系统在严重错误时的恢复能力。
问：怎么喂狗？喂狗的注意事项？答：估算程序运行时间（采用定时器），然后根据看门狗设置的超时时间喂狗。不能频繁喂狗,最好在设置的1/2时间内喂狗；
问：看门狗一般应用到程序的那些位置？ 答：主程序中，容易发生死循环的地方。例：For、while这种循环语句的开始。多任务系统中只要一个任务出现故障系统就重启。
复位相关问题
问：复位时单片机有什么动作？ 答：主要做的就是初始化每个寄存器，包括最重要的PC指针，不包括RAM，然后单片机从复位地址开始执行程序。必须使RST引脚（9）加上持续两个机器周期（即24个振荡周期）的高电平。单片机就执行复位操作。如果RST持续为高电平，单片机就处于循环复位状态。
问：复位的两种启动方式? 答：1、上电复位：要求接通电源后，自动实现复位操作。
2、按钮复位：要求接通电源后，单片机自动复位，并且在单片机运行期间，使用开关也可以实现复位。
问：复位存在哪些问题？ 答：采用上电复位：复位信号上电过程中有掉电现象，可能会造成逻辑方面的错误导致相关芯片复位时间不够、二次复位等、从而不能够正常工作起来。原因：产生的复位信号给了几个芯片用，导致这个复位信号的负载压力比较大，驱动能力不够从而往下调电，此现象常常出现在RC复位上。复位信号上电前有毛刺与复位信号上电时有毛刺，可能会造成逻辑方面的错误导致相关芯片复位时间不够。方案：加大上拉电阻的阻值。
问：复位电路有哪些？那种比较好？ 答：微分学复位电路、积分学复位电路、比较型复位电路、看门狗型复位电路。四种方法都各有利弊，要根据自身需求来进行选择。
中断相关问题问: 中断的响应过程?答：1）根据响应的中断源的中断优先级，使相应的优先级状态触发器置1；2） 执行硬件中断服务子程序调用，并把当前程序计数器PC的内容压入堆栈，保护断点，寻找中断源。3） 清除相应的中断请求标志位（串行口中断请求标志RI和TI除外）；4） 把被响应的中断源所对应的中断服务程序的入口地址（中断矢量）送入PC，从而转入相应的中断服务程序。5） 中断返回，程序返回断点处进行执行。问：中断优先级？ 答：1）CPU同时接收到几个中断，先响应优先级别最高的中断请求；2） 正在进行的中断，不能被新的同级或低级中断请求所打断；3） 正在进行的低优先级中断服务，能被高级中断请求所中断。问：优先级由什么决定？答：中断的优先级有两个：查询优先级与执行优先级查询优先级：查询优先级是不可以更改和设置的1、 系统默认的优先级（逻辑上）：外部中断0 & 定时器中断0 & 外部中断1 & 定时器中断1 & 串行中断2、 由IP寄存器来决定优先级。当IP对应位置为1时，该中断级别提高。同为1是按默认级别问：中断嵌套的好处与坏处？答：中断嵌套：CPU在处理级别较低的中断过程中，出现了级别较高的中断请求。CPU停止执行低级别中断，执行高级别的中断处理程序后，再接着执行低级别的未被处理完的中断程序。使用中断嵌套可以使高优先级别的中断得到及时的响应和处理。1） CPU与外部设备并行工作2） 能够处理例外事件3） 实现实时处理4） 实现人机联系5） 实现用户程序与操作系统的联系6） 实现多道程序并行执行7） 在多处理机系统中，实现处理机之间的联系 坏处：高级别的中断一直持续的话会影响低级别中断的处理。问：中断在单片机中起到什么作用? 答：中断能实现快速的CPU与慢速的外设同步工作，实现数据传送、故障检测与处理、人机联系、多机系统、多道程序分时操作、实时信息处理等。
堆栈相关问题
问：堆栈的原理？答：单片机RAM中，常常会指定一个专门的区域来存放某些特别的数据，它遵循先进后出、后进先出的原则。这个RAM区就是堆栈。堆栈是一种数据结构（数据项按序排列：堆，顺序随意。栈，后进先出）。使用一个称作堆栈指针的专用寄存器指示前的操作位置，堆栈指针总是指向栈顶。问：过程怎么操作？ 答：1） 堆栈的建立（初始化）2） 参数入栈（push）3） 参数出栈（pop）(后进先出)
问：堆栈在单片机中有什么作用？答：1）子程序调用和中断服务时CPU自动将当前PC值压入栈中保存，返回时自动将PC值弹栈。2） 保护现场/恢复现场3） 数据传输问：堆栈应用在什么地方？答：子程序调用及中断处理。问：存在什么问题？怎么解决？答：当需要大量地调用子程序或者保护数据，或者频繁地调用中断服务程序，这些都要占用单片机内存。一旦堆栈空间超出了原先分配给它的内存空间，那就可能导致程序运行混乱以致崩溃。一般单片机上电时默认的堆栈区只有24个字节，假如用的堆栈大于24字节，就会出现两种情况：1） 堆栈数据破坏了用户数据2） 不仅可能导致运算结果出错，更严重的是，它会导致程序跑飞甚至死机。解决方案：堆栈指令访问内存的方式是间接寻址访问，因此我们可以将单片机的堆栈区设定到单片机内存的后128字节（堆栈深度远大于24字节）的内存空间内，这样就可以满足我们的需求了。
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单片机工作必须要外接晶振吗
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现在大多数单片机都有内部rc了，对时间准确性要求不高的话就用内部rc就行了。内部rc的与外接晶振的区别就在于rc受温度影响较大，温度低了速度会慢一点。而石英晶 ...
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不一定啊，有些单片机有内部RC震荡的。
对时间要求不严格，用内部RC就可以了。
或者外部RC震荡
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很多单片机有内部晶振的-
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有些自带内部RC震荡
不一定非得要外接晶体，但一定要有振荡源，这是它跳动的心脏。
东莞市雅博电子科技有限公司 ... ...
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必须要有时钟
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现在大多数单片机都有内部rc了，对时间准确性要求不高的话就用内部rc就行了。内部rc的与外接晶振的区别就在于rc受温度影响较大，温度低了速度会慢一点。而石英晶体受温度较小，因此相对比较准确。
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现在大多数单片机都有内部rc了，对时间准确性要求不高的话就用内部rc就行了。内部rc的与外接晶振的区别就在于rc受温度影响较大，温度低了速度会慢一点。而石英晶体受温度较小，因此相对比较准确。 ...
ncigray 发表于
对。有些单片机的RC震荡稳定度可在1%以内，可部分代替外部晶振。例如宏晶的STC15F系列。。。 ：）
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zjswuyunbo 发表于
不一定啊，有些单片机有内部RC震荡的。
对时间要求不严格，用内部RC就可以了。
或者外部RC震荡 ...
请问stc89c51单片机是必须接外部晶振的吗？
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shawsun 发表于
请问stc89c51单片机是必须接外部晶振的吗？
是的。详细规格请查看数据手册！
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我想问晶振为什么是11.9512M
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是不是自带了的呀
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外部的晶振精度会高一些。
不一定，很多都带有内部RC振荡器。
有时候为了调试方便也会外籍振荡器！
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