1、单片机原理及应用课后习题习题 1 1单片机的基本含义和主要特点是什么答：基本含义单片机是将计算机的四个基本部件，即运算器、控制器、存储器和输入输出( Input Output )接口微型化并集成在一块芯片上的微型计算机。单片机的全称为单片微型计算机( Single Chip Microcomputer )，又称为微控制器( Microcontroller Unit ， MCU)。主要特点1)有优异的性能价格比。 由于单片机的应用不断向高级应用和复杂应用扩展，因此，其性能越 来越高，如速度越来越快，内存越来越大，处理字长越来越长等。 而大批量的生产和使用也使单 片机的价格越来越低。2)集成度高、
2、体积小、有很高的可靠性。单片机把各功能部件集成在一块芯片上，内部采用总 线结构， 减少了各芯片之间的连线， 大大提高了单片机的可靠性与抗干扰能力。 另外，其体积小， 对于强磁场环境易于采取屏蔽措施，适合在恶劣环境下工作。3)控制功能强。为了满足工业控制的要求，一般单片机的指令系统中均有极丰富的转移指令、 I/O 口的逻辑操作以及位处理功能。单片机的逻辑控制功能及运行速度均高于同一档次的微机。4)低功耗、低电压，便于生产便携式产品，如手机等。现在的单片机在功耗上已达到了极高的 水平，不少芯片的功耗已达到微安级，在一粒纽扣电池供电的情况下就可长期运行。5)外部总线增加了 I2C( Inter-In
3、tegrated Circuit )及 SPI( Serial Peripheral Interface )等串行总线 方式，进一步缩小了体积，简化了结构。6)单片机的系统扩展和系统配置较典型、规范，容易构成各种规模的应用系统。2简述单片机的基本组成及各部分功能。答：单片机芯片内部结构包括中央处理器 CPU (Central Processing Unit) 、程序存储器 ROM (Read-Only Memory )、随机存储器 RAM( Random Access Memory )、IO 口( Input/Output 口)、定时/计数器(T/C)、中断系统以及将这些部分连接起来的总线，它
4、们都分布在总线的 两旁，并和它连通。一切指令、数据、控制信号都可经内部总线传送。中央处理器CPU单片机的核心单元，由运算器和控制器组成，控制整个单片机系统协调工作， 决定了单片机的运算能力和处理速度。程序存储器ROM用于存放用户程序，只允许读操作， ROM的信息可在断电后长期保存。随机存储器 RAM用于存放程序运行时一些需要临时保存的工作变量和数据 ，所以有时直接称之为数据存储器。 RAM 存放的信息可随机“读出”或“写入”，其中存放的内容是易失性的， 掉电后会丢失。并行I/O 口一一单片机的重要资源， 用于并行通信，负责实现CPU与并行设备的联系。 它可以使单片机和存储器或外设之间并行的传送
5、数据。串行I/O 口一一用于串行通信， 负责实现CPU与串行设备或其他单片机的联系。 它可以把单片机内部的并行数据一位一位向外传送， 也可以一位一位地接收外部送来的数据并把它们变成并行数 据送给CPU处理。定时器/计数器一一用于单片机内部精确定时或对外部事件进行计数。并可用定时、计数结果对 单片机以及系统进行控制。系统时钟一一相当于 PC微机中的主频。通常采用外接石英晶体或其他振荡源提供时钟信号输入， 也可用内部RC振荡器。时钟电路为单片机产生时钟脉冲序列，作为单片机工作的时间基准，典 型的晶体振荡频率为 12MHZ 。总线一一各种数据信息的公共通道，包括内部总线和外部总线。 CPU通过总线与
6、内设以及 I/O接口电路交换信息。3单片机的分类及主要指标是什么答： 一、目前单片机品种很多，至少有五十多个系列、三百多个品种，可按以下方式进行分类。(1)按适用范围分专用型是为过程控制、 参数监测、 信号处理等方面的特殊需要而专门设计的单片机， 是专门 针对某些产品的特定用途而制作的。通用型通用型单片机是一种基本芯片， 可把开发资源全部提供给应用者的微型控制器， 它内 部资源比较丰富，性能全面且适用性强，能覆盖多种应用需求(2)按制造工艺分 分HMOS工艺，CHMOS工艺(3 )按字长分 可分为4位机(如 NEC公司的 卩PD75XX系列)、8位机(In tel公司的MCS-51系列)、16
7、位机(In tel公司的MCS-96/98系列)和32位机(Motorola公司的MC683XX系列) 等，字长越长其运算处理的速度越快，功能越强大。二、指标( 1 )速度CPU处理速度，常用单位是 MIP( Million in structio n Per Seco nd )，目前最快的单片机可达 200MIPS。 单片机的速度与系统时钟相联系， 但并不是频率越高处理速度就越快， 对于同一型号的单片机来 说，采用频率高的时钟一般比频率低的速度快。( 2)位数单片机一次处理数据的宽度。它与微处理器内部寄存器以及 CPU 内部数据总线宽度是一致的。按位数分类，单片机可以分成 8位机、 16位机
8、、 32位机、 64位机等。位数越多，所表示的数据 精度就越高。在完成同样精度的运算时，位数较多的单片机比位数较少的单片机运算速度快。( 3)功耗为了满足广泛使用于便携式系统的要求，目前许多单片机内的工作电压仅为 ，而工作电流仅为数百毫安，一些低功耗的单片机的静态电流甚至可以达到卩 A或nA级。( 4) I/O 口不同类型的单片机其输入 /输出接口有很大差别。一般从几个到几十个。例如， MCS-51 系列单片机有 4 个接口，使用上很方便。在片内接口不够时，可考虑进行接口扩展。( 5)存储器包括数据存储器和程序存储器。 数据存储器字节数通常在几十字节到几百字节之间。 程序存储器空间较大，从几
9、KB 到几十 KB。(6)工作电压几乎所有的单片机都有 WAIT、 STOP 等省电运行方式。允许使用的电压范围越来越宽，一般在 36V范围内工作。低电压供电的单片机电源下限已可达 12V。目前供电的单片机已经问世。7将下列二进制数转化成相应的十进制数、十六进制数。( 1 )( 101100 ) B =44=2CH(2)() B=231=E7H(3)() B =( 4)() B=9设机器字长为 8 位，求下列数的原码、反码和补码。(1) +56 原码=反码=补码 =38H(2) +117 原码=反码=补码 =75H(3)-63 原码 =1011 1111=BFH 反码 =1100 0000=C
10、0H 补码 =1100 0001=C1H (4)-89 原码 =1101 1001=D9H 反码 =1010 0110=A6H 补码 =1010 0111=A7H10已知下列补码，求真值。1)+56原码=反码=补码 =38H2)+117原码=反码=补码 =75H3)-63补码=1011 1111=BFH反码 =1011 1110=BEH原码 =1100 0001=C1H4)-89补码=1101 1001=D9H 反码 =1101 1000=D8H 原码 =1010 0111=A7H12写出下列十进制数的 8421BCD 码。(1)56 =(0101 0110)BCD(2)117 =(0001
11、0001 0111)BCD( 3 ) =(0110 0010 0101)BCD(4)=(1001 0111 0101)BCD习题 22简述 MCS-51 单片机的物理存储空间按编址方式划分，其存储器可分为哪几个空间、相应编址范围答：MCS-51 单片机的存储器结构可以分为 2个不同的存储空间，分别是：程序存储空间地址范围 64KB ( ROM),包括片内程序存储器 (4KB)和片外程序存储器 (64KB)。数据存储空间地址范围 64KB (RAM) ，包括片内数据存储器(共 256B， 21 个特殊功能寄存器与 128B内部RAM)和片外部数据存储器 (64KB)。MCS-51单片机没有独立的
12、I/O空间，而是将I/O空间与片外数据存储器空间共用 64KB地址空间范围（即共同编址）程序地址空间（ROM）按编址划分：1） ROM，低4KB范围（0000H0FFFH）可划分为片内与片外两部分，通过 /EA区分选取片内外ROM;其余部分都为片外 ROM,地址范围：1000HFFFFH。2） RAM,通过不同指令可分为片内外 RAM,其中片外 RAM地址范围为：0000HFFFFH,采用 MOVX访问；片内只有256B（ 00HFFH）,其中高128B （ 80HFFH）为特殊功能寄存器区 （SFR， 目前只使用21B，低128B又可分为3个区即，工作寄存器区（00H1FH），位寻址区（20
13、H2FH）， 数据缓冲区（30H7FH）。3.MCS-51单片机的片内数据存储器分为哪几个地址空间各部分的主要功能是什么答：1） 工作寄存器区00H1FH共32个字节单元属于工作寄存器区。工作寄存器分为 4个组：0区、1区、2区、3区。每区有8个寄存器，用 R0R7命名，R0R7称为工作寄存器。工作寄存器是 MCS-51单片机 的重要寄存器，指令系统中有专用于工作寄存器操作的指令，读写速度比一般内 RAM要快。2） 位寻址区地址为20H2FH共16个字节单元可分为 16X 8=128个二进制位进行位寻址。每一位均有一个 位地址，编址为 00H7FH,位寻址区的主要用途是存放各种标志位信息和位数
14、据。3） 数据缓冲区地址30H7FH的80个字节单元为数据缓冲区，属一般内 RAM,只能进行字节寻址，用作数据缓冲区以及堆栈区，供用户存放各种数据和中间结果。4） 特殊功能寄存器区CPU对各种功能部件的控制通过特殊功能寄存器采用集中控制方式， 即利用特殊功能寄存器控制单片机的I/O 口、定时/计数器、串行口、中断系统等。特殊功能寄存器 SFR共21个，离散地分布在高128B片内RAM80HFFH区域中。4. MCS-51单片机特殊功能寄存器有多少个其分布地址范围某特殊功能寄存器地址为 98H ,它可 以按位寻址吗答：特殊功能寄存器SFR共21个分布在咼128B片内RAM80HFFH区域中某特殊
15、功能寄存器地址为 98H,因其字节地址可被 8整除，故可进行位寻址。5. MCS-51单片机复位条件复位后， CPU从00H单元开始执行程序， SP= 07H ，第一个压入堆栈的数据将位于片内 RAM的 08H 单元地址。6. MCS-51单片机EA引脚作用是什么在下列情况 EA引脚应接何种电平(3)有片内、片外 ROM，EA=1(4)有片内ROM但不用，而用片外 ROM，EA =08. 12根地址线可选多少个存储单元 32KB存储单元需要多少根地址线答：12根地址线可选 4K个存储单元，32KB存储单元需要15根地址线 9 若PSW的内容为18H，则工作寄存器 R0的地址是什么D7 D6 .
16、 D5 D4 D3 D2 D1 D0 PSW _-_P18H0 00 1 1000故,选用的是工作寄存器3组，R0地址为18H0组00H-07H108H-0FH210H-17H318H-1FH10.MCS-51单片机片内 位地址7FH是在哪个字节地址的那一位 答：片内位地址 7FH是字节2FH的最高位，即位 7.表内RAM位寻址区的位地址映射字节地址位地址D7D6D5D4D3D2D1do2FH7FH7EH7DH7CH7BH7AH79H78H2EH77H76H75H74H73H72H71H70H2DH6FH6EH6DH6CH6BH6AH69H68H2CH67H66H65H64H63H62H61H
17、60H2BH5FH5EH5DH5CH5BH5AH59H58H2AH57H56H55H54H53H52H51H50H29H4FH4EH4DH4CH4BH4AH49H48H28H47H46H45H44H43H42H41H40H27H3FH3EH3DH3CH3BH3AH39H38H26H37H36H35H34H33H32H31H30H25H2FH2EH2DH2CH2BH2AH29H28H24H27H26H25H24H23H22H21H20H23H1FH1EH1DH1CH1BH1AH19H18H22H17H16H15H14H13H12H11H10H21H0FH0EH0DH0CH0BH0AH09H08H
18、20H07H06H05H04H03H02H01H00H11.MCS-51单片机需外部扩展存储器时， P0 口为什么要外接地址锁存器而 P2 口则不需接答：因为P0 口是数据总线与地址总线低 8位的复用口，为了区分地址和数据，必须把 P0 口输岀的低8位地址锁存在锁存器中， P0 口才能空岀来传送随后而来的数据。 而P2 口只负责传送高8位地址，而不传送数据，因此不需要接外部地址锁存器。1512MHz和6MHz时，机器周期什么叫机器周期机器周期与时钟频率有何关系当时钟频率为 各是多少时间CPU完成一个基本操作所需要的时间称为机器周期。1个机器周期等于12个时钟周期，故 Tcy=12/fosc根据
19、Tcy=12/fosc可得，12MHz时钟频率时，机器周期 Tcy=1us，6MHz时钟频率时，机器周期Tcy=2us。16什么叫指令周期什么叫指令字节二者有什么区别答：指令周期：指 CPU执行一条指令占用的时间（用机器周期数表示）。 MCS-51单片机执行各种指令时间是不一样的，可分为三类：单机器周期指令、双机器周期指令、四机器周期指令。指令字节：指程序中的指令在程序存储空间中占用的长度，以字节为单位。 MCS-51单片机的指令系统的指令长度可分为：单字节指令、双字节指令和三字节指令。指令周期和指令字节是两个完全不同的概念， 前者表示执行一条指令所用的时间， 后者表示一条指令在ROM中所占的
20、存储空间17复位的作用是什么 MCS-51单片机的复位条件是什么复位后各寄存器的状态是什么答：复位：复位是单片机的一个重要工作状态， 复位是单片机的初始化操作。 当单片机程序运行出错（如程序跑飞、进入死循环）或操作错误使系统处于死锁状态时， 可通过复位使系统重新启动而摆脱系统死锁状态。复位条件：必须在引脚 RST加上大于2个机器周期（即 24个时钟振荡周期）的高电平。复位状态：复位时，SP=07H,而4个I/O端口 P0P3的引脚均为高电平， 其余特殊功能寄存器基本上为清零。18. PC的值是：（3）（1）当前正在执行指令的前一条指令的地址（2）当前正在执行指令的地址（3）当前正在执行指令的下
21、一条指令的地址（4）控制器中的指令寄存器的地址19. MCS-51单片机引脚 ALE的作用是什么当单片机不外接存储器时， ALE上输岀的脉冲频率是多少 答：ALE引脚第一功能为地址锁存允许，当单片机上电正常工作后， ALE引脚不断输岀正脉冲信号。当单片机访问外部存储器时， ALE输岀信号的负跳沿用于单片机发岀的低 8位地址经外部锁存器的锁存控制信号。习题 47写岀完成下列要求的 C程序。(1 )将地址为 4000H 的片外数据存储单元内容，送入地址为 30H 的片内数据存储单元中。 void main(void)unsigned char xdata *xdp;unsigned char da
22、ta *dp;xdp = 0x4000;dp = 0x30;*dp = *xdp;(2)将地址为 4000H 的片外数据存储单元内容，送入地址为 3000H 的片外数据存储单元中void main(void)unsigned char xdata *xdp1;unsigned char xdata *xdp2;xdp1 = 0x4000;xdp2 = 0x3000;*xdp2 = *xdp1;(3)将地址为 0800H 的程序存储单元内容，送入地址为 30H 的片内数据存储单元中。 void main(void)unsigned char code *cdp;unsigned char dat
23、a *dp;cdp = 0x0800;dp = 0x30;*dp = *cdp;( 4 )将片内数据存储器中的地址为 30H 与 40H 的单元内容交换。void main(void) unsigned char data *dp1,*dp2,*dp3; dp1 = 0x30; dp2 = 0x40; dp3 = 0x50; *dp3 = *dp1;*dp1 = *dp2;*dp2 = *dp3;( 5 )将片内数据存储器中地址为 30H 单元的低 4 位与高 4 位交换。#include#includevoidmain(void)DBYTE0x30 = 0x54;DBYTE0x30 =_cr
24、ol_( DBYTE0x30,4);习题 51什么叫中断中断有什么作用答：中断就是指 CPU 正在处理某件事件时，外部发生了另一事件 （例如一个电平的变化、一个脉冲沿的发生、定时计数器溢岀等 ）请求CPU迅速去处理，于是， CPU暂停当前的程序，转去处理所发生的事情；当处理完所发生的事情后，再回到原来被暂停的程序处继续原来的工作。中断的作用：（1） 提高 CPU 工作效率。在计算机与外围设备之间传送数据， CPU 工作速度快，外围设备工作速度慢，形成 CPU 等待，效率降低。如果没有使用中断， CPU 的大量时间可能会浪费在等待操 作上。设置中断后，完全消除了 CPU 在查询方式中的的等待现象
25、， CPU 不必花费大量时间等待 和查询外围设备工作，就可以使 CPU 与外设同步工作，大大地提高了 CPU 的工作效率。（2） 具有实时处理功能。实时控制是微型计算机系统特别是单片机系统应用领域的一个重要内容。在实时控制系统中，现场各种参数和状态的变化是随机发生的，要求 CPU 能快速响应、及时处理。有了中断系统，这些参数和状态的变化可以作为中断信号，根据要求随时向 CPU 发岀中断申请，请求 CPU 及时处理，如中断条件满足， CPU 马上就会响应进行相应的处理，从而实 现实时处理。（3） 具有故障处理功能。单片机应用系统在实际运行中，常会岀现一些故障。例如电源突然掉电、硬件自检岀错、运算
26、溢岀等。利用中断，可通过中断系统由故障源向 CPU发岀中断请求,再由CPU转到相应的故障处理程序进行处理。（4）实现分时操作。单片机应用系统通常需要控制多个外围设备同时工作。2.MCS-51单片机有哪几个中断源简述各中断源的中断请求方式、中断标志位及中断入口地址答：MCS-51单片机共有5个中断源，分别为外部中断请求 （外部中断0请求INTO、外部中断1请求INT1）、定时器/计数器 TO溢岀中断请求 TFO、定时器/计数器 T1溢岀中断请求 TF1和串行中断请求RI或TI。中断源的中断请求方式：中断请求标志位置 1的过程就是发岀中断请求的过程，外部中断 0的中断请求标志位为IE0,外部中断1
27、的中断请求标志位为 IE1,定时计数器 TO的中断请求标志位为TF0,定时计数器T1的中断请求标志位为 各中断所对应的入口地址TF1，串行中断请求标志位为RI 或 TI。中断源中断号入口地址外部中断000003H定时器T0中断1000BH外部中断120013H定时器T1中断3001BH串行口中断40023H3.MCS-51单片机外部中断有哪两种触发方式对触发脉冲或电平有什么要求如何选择和设定答：MCS-51单片机外部中断触发方式有电平触发方式和脉冲触发方式。1） 当IT匸0,外部中断1设置为电平触发方式。若 INT1引脚采样到低电乎，则认为有中断申请，随即使IEl标志=1。若为高电平，认为无中
28、断申请或中断申请已撤除，随即清除 IEI标志。在电平触发方式中，CPU响应中断后不能自动清除 IEI标志，也不能由软件清除IEI标志，所以在中断返回前必须撤消INT1弓I脚上的低电乎，否则将再次响应中断造成岀错。2） 若IT匸1,外部中断1设置为边沿触发方式。若在连续两个机器周期 INT1引脚采样到先高 电平后低电平，则使 IEI标志=1,此标志一直保持到 CPU响应中断时，才由硬件自动清除。4.MCS-51中断处理过程包括哪几个步骤简述中断处理过程。答：中断处理过程可分为三个阶段，即中断响应、中断处理和中断返回。中断处理（又称中断服务）程序从入口地址开始执行，直到返回指令“ RET”为止，这
29、个过程称为中断处理。此过程一般包括两部分内容，一是保护现场， 二是处理中断源的请求。因为一般主程序和中断服务程序都可能会用到累加器、 PSW寄存器及其他一些寄存器。 CPU在进入中断服务程序后，用到上述寄存器时就会破坏它原来存在寄存器中的内容， 一旦中断返回，将会造成主程序的混乱。因而，在进入中断服务程序后，一般要先保护现场，然后再执行中断处理程序，在返回主程序以前，再恢复现场。8 用MCS-51的P1 口接8个LED发光二极管，由INT1接一消抖开关，开始的 LED亮，以后每中断一次，下一个 LED亮顺序下移，且每次只一个 LED亮，周而复始。画岀电路图，编岀程序。解：#i nclude un sig ned char i=OxO1; void mai n()EX仁1;EA=1;for(;)P1=i;void in t1() in terrupt 2if(i0x80) i=i*2; else i=0x01;习题6
