单片机课后习题-答案~.doc
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1、|习 题 答 案习题 01单片机是把组成微型计算机的各功能部件即(微处理器(CPU)、(存储器(ROM和 RAM)、( 总线)、( 定时器/ 计数器)、(输入/输出接口(I/O 口)及(中断系统)等部件集成在一块芯片上的微型计算机。2什么叫单片机?其主要特点有哪些?将微处理器(CPU) 、存储器(存放程序或数据的 ROM 和 RAM) 、总线、定时器/ 计数器、输入/输出接口(I/O 口) 、中断系统和其他多种功能器件集成在一块芯片上的微型计机,称为单片微型计算机,简称单片机。单片机的特点:可靠性高、便于扩展、控制功能强、具有丰富的控制指令、低电压、低功耗、片内存储容量较小、集成度高、体积小、
2、性价比高、应用广泛、易于产品化等。3. 单片机有哪几个发展阶段?(1)第一阶段(19741976 年):制造工艺落后,集成度低,而且采用了双片形式。典型的代表产品有 Fairchild 公司的 F8 系列。其特点是:片内只包括了 8 位 CPU,64B 的RAM 和两个并行口,需要外加一块 3851 芯片(内部具有 1KB 的 ROM、定时器/计数器和两个并行口)才能组成一台完整的单片机。(2)第二阶段(19771978 年):在单片芯片内集成 CPU、并行口、定时器/计数器、RAM 和 ROM 等功能部件,但性能低,品种少,应用范围也不是很广。典型的产品有 Intel公司的 MCS-48 系
3、列。其特点是,片内集成有 8 位的 CPU,1KB 或 2KB 的 ROM,64B 或128B 的 RAM,只有并行接口,无串行接口,有 1 个 8 位的定时器/ 计数器,中断源有 2 个。片外寻址范围为 4KB,芯片引脚为 40 个。(3)第三阶段(19791982 年): 8 位单片机成熟的阶段。其存储容量和寻址范围增大,而且中断源、并行 I/O 口和定时器/计数器个数都有了不同程度的增加,并且集成有全双工串行通信接口。在指令系统方面增设了乘除法、位操作和比较指令。其特点是,片内包括了 8 位的 CPU,4KB 或 8KB 的 ROM,128B 或 256B 的 RAM,具有串/并行接口,
4、2 个或 3 个 16 位的定时器/ 计数器,有 57 个中断源。片外寻址范围可达 64KB,芯片引脚为 40 个。代表产品有 Intel 公司的 MCS-51 系列,Motorola 公司的 MC6805 系列,TI 公司的 TMS7000 系列,Zilog 公司的 Z8 系列等。(4)第四阶段(1983 年至今): 16 位单片机和 8 位高性能单片机并行发展的时代。16 位机的工艺先进,集成度高,内部功能强,运算速度快,而且允许用户采用面向工业控制的专用语言,其特点是,片内包括了 16 位的 CPU,8KB 的 ROM,232B 的 RAM,具有串/ 并行接口,4 个 16 位的定时器/
5、 计数器,有 8 个中断源,具有看门狗( Watchdog) ,总线控制部件,增加了 D/A 和 A/D 转换电路,片外寻址范围可达 64KB。代表产品有 Intel 公司的 MCS-96 系列, Motorola 公司的 MC68HC16 系列,TI 公司的 TMS9900 系列,NEC 公司的 783系列和 NS 公司的 HPC16040 等。然而,由于 16 位单片机价格比较贵,销售量不大,大量应用领域需要的是高性能、大容量和多功能的新型 8 位单片机。近年来出现的 32 位单片机,是单片机的顶级产品,具有较高的运算速度。代表产品有Motorola 公司的 M68300 系列和 Hita
6、chi(日立)公司的 SH 系列、ARM 等。4在实际应 用 中 , 如 何 选 择 单 片 机 的 类 型 ?选择原则:主要从指令结构、运行速度、程序存储方式和功能等几个方面选择单片机。MCS-51 为主流产品。Motorola 是世界上最大的单片机厂商。品种全、选择余地大、新产品多。其特点是噪声低,抗干扰能力强,比较适合于工控领域及恶劣的环境。Microchip 单片机是市场份额增长较快的单片机。它的主要产品是 PIC 系列 8 位单片机。其特点是运行速度快,低价位,适用于量大、档次低、价格敏感的产品。美国德州仪器(TI)公司生产的 MSP430 系列单片机是一种特低功耗的 Flash 微
7、控制|器。主要用于三表及超低功耗场合。在嵌入式系统低端的单片机领域,Intel 公司的 MCS-51 形成了既具有经典性又不乏生命力的一个单片机系列。许多半导体厂家、电器公司以 MCS-51 系列中的 8051 为基核,推出了许多兼容性的 CHMOS 单片机-80C51 系列。 此外,还有 Zilog、EM78、Senix 、NEC、Epson、NS、三星、富士通、华邦、Philips、 ARM 等单片机。5试比较 MCS-51, MSP430, EM78, PIC, M6800 及 AVR 等系列单片机的特点。MCS-51 为主流产品。MSP430 的功能较强。是一种特低功耗的 Flash
8、微控制器。主要用于三表及超低功耗场合。EM78 系列单片机采用高速 CMOS 工艺制造,低功耗设计为低功耗产品,价格较低。具有三个中断源、R-OPTION 功能、I/O 唤醒功能、多功能 I/O 口等。具有优越的数据处理性能,采用 RISC 结构设计。PIC 系列 8 位单片机是 Microchip 公司的产品。CPU 采用 RISC 结构,运行速度快,价格低适于用量大、档次低、价格敏感的产品。 Motorola 是世界上最大的单片机生产厂家之一,品种全、选择余地大、新产品多。其特点是噪声低,抗干扰能力强,比较适合于工控领域及恶劣的环境。AVR 是增强 RISC 内载 Flash 的单片机,单
9、片机内部 32 个寄存器全部与 ALU 直接连接,突破瓶颈限制,每 1MHz 可实现 1MIPS 的处理能力,为高速、低功耗产品。端口有较强的负载能力,可以直接驱动 LED。支持 ISP、IAP,I/O 口驱动能力较强。6举 例 说 明 生 活 中 应 用 单 片 机 的 例 子 。生活中单片机无处不在:如洗衣机的控制主板、太阳能的温度控制器,电动车的控制器,电磁炉、 (高级)电冰箱的控制系统、手机、电视遥控器、空调、洗衣机、微波炉、冰箱、热水器、电子称、电子表、计算器、汽车钥匙、可视门禁、公交车报站器、公交车刷卡器、红绿灯控制器等等。欧美日等国家,一个家庭中所拥有的单片机数量平均到 100-
10、120 颗。单片机有着广泛的应用领域 :(1) 单片机在智能仪器仪表中的应用; (2) 单片机在工业测控中的应用; (3) 单片机在计算机网络和通讯技术中的应用;(4) 单片机在日常生活及家电中的应用; (5) 单片机在办公自动化方面。 目前单片机渗透到我们生活的各个领域,几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。导弹的导航装置,飞机上各种仪表的控制,计算机的网络通讯与数据传输,工业自动化过程的实时控制和数据处理,广泛使用的各种智能 IC 卡,民用豪华轿车的安全保障系统,录象机、摄象机、全自动洗衣机的控制,以及程控玩具、电子宠物、自动控制领域的机器人、智能仪表、医疗器械等等。1MCS51 单片机是
11、基于(Harvard(哈佛) )结构的,其特点是( 程序存储器和数据存储器是分开的) 。2. CPU 由(运算器 )和(控制器)组成。3. 若不使用 MCS-51 片内程序存储器,引脚(EA)必须接地.。4. 在 MCS-51 单片机中,如果采用 6MHz 晶振,一个机器周期为(2us) 。5. 8051 内部 RAM 位寻址区的单元地址范围为(20H 2FH) ,其位地址范围为|(00H7FH) 。6. 8051 芯片的引脚可以分为三类:(电源线) 、 (端口线)和(控制线) 。7. 若 A 中的内容为 63H,那么,P 标志位的值为(0) 。8. 8031 单片机复位后,R4 所对应的存储
12、单元的地址为(04H) ,因上电时 PSW=(00H) 。这时当前的工作寄存器区是(0)组工作寄存器区。9. 8051 型单片机内部有( A )的 ROM。A:4KB B:6KB C:256B D:8KB10. MCS-51 上电复位后, SP 的内容应是( B ) 。A:00H B:07H C:60H D:70H11. PC 用来存放( C ) 。A:指令 B:上一条的指令地址 C:下一条的指令地址 D:正在执行的指令地址12. 采用 8031 单片机必须扩展( B ) 。A:数据存储器 B:程序存储器 C:I/O 接口 D:显示接口13. PSW=18H 时,则当前工作寄存器是( D )
13、。A:0 组 B:1 组 C:2 组 D:3 组14MCS-51 系列单片机在片内集成了哪些主要逻辑功能部件?各个逻辑部件的主要功能是什么?MCS-51 单片机在片内集成了中央处理器(CPU ) 、程序存储器(ROM) 、数据存储器(RAM) 、定 时 器 /计 数 器 、 并 行 I/O 接 口 、 串 行 I/O 接 口 、 中 断 系 统 等 几 大 单 元 。CPU 是整个单片机的核心部件,由运算器和控制器组成。运算器可以完成算术运算和逻辑运算,其操作顺序在控制器控制下进行。控制器是由程序计数器 PC(Program Counter) 、指令寄存器 IR(Instruction Reg
14、ister) 、指令译码器 ID(Instruction Decoder) 、定时控制逻辑和振荡器 OSC 等电路组成。CPU 根据 PC 中的地址将欲执行指令的指令码从存储器中取出,存放在 IR 中,ID 对 IR 中的指令码进行译码,定时控制逻辑在 OSC 配合下对 ID 译码后的信号进行分时,以产生执行本条指令所需的全部信号。程序存储器(ROM)用于存储程序、常数、表格等。数据存储器(RAM)用于存储数据。8051 内部有两个 16 位可编程序的定时器/计数器 T0 和 T1,均为二进制加 1 计数器。可用于定时和对外部输入脉冲的计数。8051 的中断系统主要由中断允许控制器 IE 和中
15、断优先级控制器 IP 等电路组成。可实现对 5 个中断源的管理。8051 的中断系统主要由中断允许控制器 IE 和中断优先级控制器IP 等电路组成。其中,IE 用于控制 5 个中断源中哪些中断请求被允许向 CPU 提出,哪些中断源的中断请求被禁止;IP 用于控制 5 个中断源的中断请求的优先权级别。I/O 接口是 MCS-51 单片机对外部实现控制和信息交换的必经之路,用于信息传送过程中的速度匹配和增加它的负载能力。可分为串行和并行 I/O 接口。中 断 系 统 用 于 处 理 中 断 过 程 。15. MCS-51 系列单片机的引脚中有多少根 I/O 线?它们与单片机对外的地址总线和数据总线
16、之间有什么关系?其地址总线和数据总线各有多少位?对外可寻址的地址空间有多大?80C51 单片机有 4 个 I/O 端口,每个端口都是 8 位双向口,共占 32 根引脚。每个端口都包括一个锁存器(即专用寄存器 P0P3) 、一个输入驱动器和输入缓冲器。通常把 4 个端口称为 P0 P3。在无片外扩展的存储器的系统中,这 4 个端口的每一位都可以作为双向通用 I/O 端口使用。在具有片外扩展存储器的系统中, P2 口作为高 8 位地址线,P0 口分时作为低 8 位地址线和双向数据总线。对外可寻址空间为 64KB。16. 8051 单片机的控制总线信号有哪些?各有何作用?控制线一共有 6 条:(1)
17、ALE/ :地址锁存允许/ 编程线,配合 P0 口引脚的第二功能使用。在访问片外存PROG储器时,8051CPU 在 P0.7 P0.0 引脚上输出片外存储器低位地址的同时在 ALE/上输出一个高电位脉冲,用于把这个片外存储器低位地址锁存到外部专用地址锁存器,以便空出 P0.7P0.0 引脚线去传送随后而来的片外存储器读写数据。在不访问片外|存储器时,8051 自动在 ALE/ 上输出频率为 fosc/6 的脉冲序列。该脉冲序列可用作外PROG部时钟源或作为定时脉冲源使用。(2) /Vpp:允许访问片外存储器编程电源线,可以控制 8051 使用片内 ROM 还是使EA用片外。若 ,则允许使用片
18、内 ROM;若 则允许使用片外 ROM。EA(3) :片外 ROM 选通线,在执行访问片外 ROM 的指令 MOVC 时,8051 自动在PSN上产生一个负脉冲,用于为片外 ROM 芯片的选通。其他情况下 线均为高电平PSEN封锁状态。(4)RST/V PD:复位备用电源线,可以使 8051 处于复位工作状态。17. 什么是指令?什么是程序?简述程序在单片机中的执行过程。 指令:人为输入计算机,由计算机识别并执行一步步操作的命令的形式称为指令。程序:一系列指令的有序集合称为程序。程序在计算机中是按序执行的,CPU 通过程序计数器 PC 控制程序的执行顺序,一般情况下程序是按序执行的,当执行转移
19、、调用、返回等指令时,程序转移到相应的目的地址处执行。CPU 根据程序计数器 PC 中的地址将欲执行指令的指令码从存储器中取出,存放在 IR 中,ID 对 IR 中的指令码进行译码,定时控制逻辑在 OSC 配合下对 ID 译码后的信号进行分时,产生执行本条指令所需的全部信号,完成本条指令的执行。18. 8051 单片机的存储器组织采用何种结构?存储器地址空间如何划分?各地址空间的地址范围和容量如何?在使用上有何特点?(1)80C51 在结构上的特点80C51 采用将程序存储器和数据存储器截然分开,分别寻址的结构,称为 Harvard 结构。(2)在物理和逻辑上的地址空间存储器上设有 4 个存储
20、器空间:片内程序存储器、片外程序存储器、片内数据存储器、片外数据存储器。在逻辑上有 3 个存储器地址空间:片内、片外统一的 64KB 程序存储器地址空间,片内 256B 数据存储器地址空间,片外 64KB 的数据存储器地址空间。(3)访问格式访问片内 RAM 采用 MOV 格式访问片外 RAM 采用 MOVX 格式19. 8051 片内 RAM 低 128 单元划分为哪三个主要部分?各部分主要功能是什么?片内 RAM 低 128 单元划分及主要功能如下:(1)工作寄存器组(00H 1FH)这是一个用寄存器直接寻址的区域,内部数据 RAM 区的 031,共 32 个单元。它是4 个通用工作寄存器
21、组,每个组包含 8 个 8 位寄存器,编号为 R0R7。(2)位寻址区(20H2FH )16 个字节单元,共包含 128 位,这 16 个字节单元既可以进行字节寻址,又可以实现位寻址。主要用于位寻址。(3)堆栈与数据缓冲区(30H 7FH)用于设置堆栈、存储数据。20. 8051 单片机的片内、片外存储器如何选择?程序存储器通过 /Vpp 引脚选择。若 ,则允许使用片内 ROM;若 EAEAEA则允许使用片外 ROM。数据存储器通过指令区分:访问片内 RAM 采用 MOV 指令,访问片外 RAM 采用MOVX 指令。21. 何为堆栈指针?堆栈操作有何规定?堆栈是一个特殊的存储区。主要功能是暂时
22、存放数据和地址,通常用来保护断点和现场。它的特点是按照“先进后出”的存取数据。堆栈指针 SP 是一个 8 位寄存器,是用于指示堆栈的栈顶地址的寄存器,它决定了堆栈在内部 RAM 中的物理位置。22. 8051 单片机有多少个特殊功能寄存器?这些特殊功能寄存器能够完成什么功能?特殊功能寄存器中的哪些寄存器可以进行位寻址?|8051 有 21 个特殊功能寄存器(PC 除外) ,它们被离散地分布在内部 RAM 的80HFFH 地址单元中,共占据了 128 个存储单元,其中有 83 位可以位寻址。特殊功能寄存器 SFR 的分布和功能见下表。特殊功能寄存器 功 能 名 称 物 理 地 址 可否位寻址B
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