单片机原理及应用课后习题 答案.docx
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1、单片机原理及应用 张兰红9第1 章微型计算机的根本概念1.1 微型计算机由哪几局部组成?每一局部各起何作用?解:微型计算机由微处理器芯片、存储器芯片、输入输出接口电路芯片及总线组成。微处理器是微型计算机的核心,它通常包括 3 个根本局部:算术逻辑部件 ALU(ArithmeticLogic Unit),对传送到微处理器的数据进展算术运算或逻辑运算的电路,如执行加法、减法运算,逻辑及、逻辑或运算等。工作存放器组,用来存放操作数及运算的中间结果等。限制部件,包括时钟电路和限制电路,时钟电路产生时钟脉冲,用于计算机各局部电路的同步定时;限制电路产生完成各种操作所需的限制信号。存储器是微型计算机的重要
2、组成局部,计算机有了存储器才具备记忆功能。IO 接口是沟通 CPU 及外部设备的不行缺少的重要部件。外部设备种类繁多,其运行速度、数据形式、电同等各不一样,经常及 CPU 不一样,所以要用 IO 接口作桥梁,起到信息转换及协调的作用。总线是在微型计算机各芯片之间或芯片内部各部件之间传输信息的一组公共通信线。1.2 什么是CPU?什么是主机?解:由于运算器、限制器是计算机处理信息的关键部件,所以常将它们合称为中央处理单元 CPU(Central Processing Unit,简称 CPU)。通常把运算器、限制器、存储器这三局部称为计算机的主机。1.3 何谓计算机系统?何谓单板机?何谓单片机?解
3、:计算机及外围设备、电源、系统软件一起构成应用系统,称为计算机系统。在一块印刷电路板上,集成了中央处理单元 CPU、只读存储器 ROM、随机存取存储器 RAM、I/O 接口、定时器/计数器、中断系统等功能部件,构成一台完好的微型计算机,称为单板机。在一块半导体芯片上,集成了中央处理单元 CPU、只读存储器 ROM、随机存取存储器 RAM、I/O 接口、定时器/计数器、中断系统等功能部件,构成一台完好的微型计算机,称为单片机。1.4 为什么要采纳总线构造?芯片为什么要通过缓冲器才能挂在总线上?解:微型计算机采纳总线构造后,芯片之间不需单独走线,大大削减了连接线的数量。挂在总线上的芯片不能同时发送
4、信息,否则多个信息同时出如今总线上将发生冲突而造成出错。假设有几块芯片须要输出信息,就必需分时传送,为了实现这个要求,挂在总线上的各芯片必需通过缓冲器及总线相连。1.5 何谓程序计数器?程序计数器中存放的是什么内容?它对计算机的工作起什么作用?在什么情况下,程序的执行依次发生转移?此时程序计数器的内容是怎么样的?解:程序计数器 PC 是管理程序执行次序的特殊功能存放器。程序计数器 PC 中存放的是下一条要执行的指令的地址。它管理程序执行的次序。在执行转移指令的状况下,程序的执行依次发生转移。此时程序计数器干脆承受内部总线送来的数据,并用该数据取代原有的内容。1.6 评价存储器有哪些重要的指标?
5、为什么说存储器性能已成为计算机性能进步的关键?10解:存储器的重要指标是容量和存取速度。容量越大,则记忆的信息越多,计算机的功能就越强。存储器的存取速度比 CPU 的运算速度要低,所以存储器的工作速度是影响计算机工作速度的主要因素。1.7 综述存储器的种类、特点、用处和优缺点?(主要针对内存)解:按构造及运用功能分,内存储器可分为随机存取存储器 RAM 和只读存储器 ROM 两类。随机存取存储器 RAM 又称读写存储器,它的数据读取、存入时间都很短,因此,计算机运行时,既可以从 RAM 中读数据,又可以将数据写入 RAM。但掉电后 RAM 中存放的信息将丧失。RAM 相宜存放原始数据、中间结果
6、及最终的运算结果,因此又被称作数据存储器。只读存储器 ROM 读出一个数据的时间为数百纳秒,有时也可改写,但写入一个数据的时间长达数十 ms,因此在计算机运行时只能执行读操作。掉电后 ROM 中存放的数据不会丧失。ROM 相宜存放程序、常数、表格等,因此又称为程序存储器。只读存储器又可以分为下列四类:掩膜 ROM:在半导体工厂消费时,已经用掩膜技术将程序做入芯片,用户只能读出其内容而不能改写。掩膜 ROM 只能应用于有固定程序且批量很大的产品中。可编程只读存储器 PROM:用户可将程序写入 PROM,仅程序一经写入就不能改写。可擦除可编程只读存储器 EPROM:用户可将程序写入 EPROM 芯
7、片。假设要改写程序,先用紫外灯照耀芯片,擦去原先的程序,然后写入新程序。及 PROM 芯片一样,写入的速度很慢,且要用到高压,所以必需用特定的 EPROM 编程器写入信息。在计算机运行时只能执行读操作。电擦除可编程只读存储器 EEPROM:这是近年开展起来的一种只读存储器。由于采纳电擦除方式,而且擦除、写入、读出的电源都用十 5V,故能在应用系统中在线改写。但目前写入时间较长,约需 10ms 左右,读出时间约为几百 ns。1.8 何谓堆栈?为什么要设置堆栈?栈区是怎样确定的?数据进栈、出栈依据何种规律?进栈用什么指令?出栈用什么指令?进栈、出栈时栈指针如何变更?通常栈底所指是什么内容?解:微型
8、计算机中的堆栈是读写存储器 RAM 中的一个特殊的区域,是一组依据“先进后出”的方式工作的、用于暂存信息的存储单元。设置堆栈的目的是便于爱护断点地址及现场信息。用堆栈指针指示堆栈所在的位置。数据进栈、出栈“按先进后出”的原则工作。进栈用 PUSH 指令,出栈用 POP 指令。进栈时指针向地址增加的方向变更,出栈时指针向地址减小的方向变更。栈底是最先进栈的信息所在的单元。1.9 请说明下列名词:(1)字长,字,字节,BCD 码,ASCII 码。(2)指令,指令地址,指令系统,程序。解:(1)一台计算机一次所能处理的二进制代码的位数称为该计算机的字长。16 位二进制数称为一个字。8 位二进制数称为
9、一个字节。二进制编码的十进制数,简称二十进制数,又称 BCD 码 (Binary Coded Decimal)。11ASCII 码是美国标准信息交换代码(American Standard Code for Information Interchange)的缩写。(2)指令:限制计算机进展各种操作的吩咐称为指令。指令地址:指令所在存储单元的地址。指令系统:一台计算机所具有的全部指令的结合,称为该计算机的指令系统。程序:一系列指令的有序集合称为程序。1.10 计算机中常用的计数制有哪些?解:二进制、十进制(BCD)、十六进制。1.11 什么是机器码? 什么是真值?解:把符号数值化的数称为机器数或
10、机器码,原来的数值叫做机器数的真值。1.12 完成下列数制的转换。(1)10100110B( )D( )H(2)0.11B( )D(3)253.25( )B( )H(4)10ll011.101B( )H( )BCD解:(1) 166,A6(2) 0.75(3) 11111101.01,FD.4(4) 5B.A,11.13 8 位和16 位二进制数的原码、补码和反码可表示的数的范围分别是多少?解:8 位二进制数原码(127+127)、16 位二进制数原码(32767+32767)8 位二进制数补码(128+127)、16 位二进制数补码(32768+32767)8 位二进制数反码(127+127
11、)、16 位二进制数反码(32767+32767)1.14 写出下列真值对应的原码和补码的形式。(1) X111001lB(2) X71D(3) X+1001001B解:(1) 原码:11110011B 补码:10001101B(2) 原码:11000111B 补码:10111001B(3) 原码:01001001B 补码:01001001B1.15 写出符号数10110101B 的反码和补码。解:11001010B,11001011B1.16 已知X 和Y 的真值,求X 十Y的补码(1) X1110111BY+l011010B(2) X56D Y21D12解;(1) 11100011B(2)
12、 00100011B1.17 己知X1101001B,Y1010110B用补码求XY的值。解:11101101B1.18 请写出下列字符的ASCII 码。4A3!解:34H,41H,33H,3DH,21H1.19 若给字符4 和9 的ASCII 码加奇校验,应是多少?解:34H,B9H1.20 上题中若加偶校验,结果如何?解:B4H,39H1.21 计算下列表达式。(1) (4EH 十 10110101B) (0.0101)BCD( )D(2) 4EH(24/08H 十B/2)( )B解:(1) 1295D(2) 101010B13第2 章MCS51单片机的硬件构造2.1 请结合课本中MCS5
13、1系列单片机的构造图,说明其大致组成。解:按功能部件分,51 子系列单片机由 CPU、数据存储器 RAM、程序存储器 ROM、特殊功能存放器、4 个并行 I/O 口、1 个串行口、定时器/计数器、中断系统等八个功能部件组成。CPU 由累加器 A、暂存器 1、2、ALU、PSW 等组成数据存储器由 RAM 地址存放器、RAM 单元等组成。程序存储器指 EPROM 或 ROM。SFR 指 P0、P1、P2、P3 锁存器、B、DPTR 等。2.2 综述MCS51系列单片机各引脚的作用,并进展分类。解:(1) 主电源引脚Vcc:接+5V 电源正端。Vss:接+5V 电源地端。(2) 外接晶体引脚XTA
14、L1:片内反相放大器输入端XTAL2:片内反相放大器输出端(3) 输入输出引脚P0.0P0.7:P0 口的 8 个引脚。在不接片外存储器及不扩展 IO 接口时,作为准双向输入输出接口(在输入时须要附加条件的双向输入输出口,称为准双向 I/O 口)。在接有片外存储器或扩展I/O 接口时,P0 口分时复用为低 8 位地址总线和双向数据总线。P1.0P1.7:P1 口的8 个引脚。可作为准双向 IO 接口运用。对于52 子系列,P1.0 及 P1.1 还有第二种功能:P1.0 可用作定时器计数器2 的计数脉冲输入端 T2;P1.1 可用作定时器计数器 2 的外部限制端 T2EX。P2.0P2.7;P
15、2 口的 8 个引脚。一般可作为准双向 IO 接口;在接有片外存储器或扩展 IO 接口且寻址范围超过 256 个字节时,P2 口用为高 8 位地址总线。P3.0P3.7;P3 口的 8 个引脚。一般可作为准双向 IO 接口; P3 口的第二功能如表 21所示。表 21引脚第二功能P3.0P3.1P3.2P3.3P3.4P3.5P3.6P3.7RXD (串行输入口)RXD (串行输出口)INT0 (外部中断 0 恳求输入端)INT1 (外部中断 1 恳求输入端)T0 (定时器/计数器 0 计数脉冲输入端)T1 (定时器/计数器 1 计数脉冲输入端)WR (片外数据存储器写选通信号输出端)RD (
16、片外数据存储器读选通信号输出端)142.3 EA 引脚的作用是什么?在下列四种状况下,EA 引脚各应当接何种电平?(1)只有片内 ROM。(2)只有片外 ROM。(3)有片内 ROM 和片外 ROM。(4)有片内 ROM 和片外 ROM,片外 ROM 所存为调试程序。解:EA VDD:片外程序存储器选用端。(1) EA =1。(2) EA =0。(3) 若片外 ROM 和片内 ROM 编址不重叠,则EA =1。(4) 若片外 ROM和片内 ROM 编址重叠,则访问片内ROM 时EA=1,访问片外 ROM 时EA=0。2.4 MCS51系列单片机的引脚中有多少根I/O 线?它们及单片机对外的地址
17、总线和数据总线之间有什么关系?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?解:MCS51系列单片机有 4 个 I/O 端口,每个端口都是 8 位双向口,共占 32 根引脚。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 端口运用。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,P3 口作为限制线运用。地址和数据线分别是 16 位和 8 位,对外可寻址的地址空间是 64KB。2.5 程序计数器的符号是什么?MCS51系列单片机的程序计数器有几位?它的位置在哪里?解:程序计数器的符号是 PC
18、,MCS51系列单片机的程序计数器有 16 位,为一个专用存放器。在CPU 内部。2.6 何谓程序状态字?它的符号是什么?它的位置在哪里?它各位的含义是什么?为1、为0各代表什么?各在何种场合有用?解:程序状态字是一个 8 位存放器,它包含了程序运行的状态信息,它的符号是 PSW。它的位置在CPU 中。各位含义如下:D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0C AC F0 RS1 RS0 O2 P(1)进位标记位 C(PSW.7):作用:在执行某些算术操作类、逻辑操作类指令时,可被硬件或软件置位或清零。例如 8 位加法运算时,假设运算结果的最高位D7 有进位,则 C=1,否则 C0;又如
19、8 位减法运算时,假设运算结果的最高位D7 有借位,则 C1,否则 C0。(2)协助进位标记 Ac(PSW.6):作用:8 位加法运算时,假设低半字节的最高位 D3 有进位,则 Ac1,否则 Ac0;8 位减法运算时,假设 D3 有借位,则 Ac1,否则 Ac0。Ac 在作 BCD 码运算而进展二十进制调整时有用。(3)软件标记 F0(PSW.5)作用:是用户定义的一个状态标记。可通过软件对它置位、或清零。编程时,也常测试其是否建起而进展程序分支。15(4)工作存放器组选择位 RS1、RS0 (PSW.4、PSW.3):作用:用软件置位或清零,以确定四组工作存放器中的哪一组工作,它们及各组的对
20、应关系为RS1 RS00 0 0 组(地址从 0007H)0 1 1 组(地址从 080FH)1 0 2 组(地址从 1017H)1 1 3 组(地址从 181FH)(5)溢出标记 OV(PSW.2):作用:当执行算术运算时,由硬件置位或清零,以指示溢出状态。各种算术指令对该位的影响情况在指令系统中具体介绍。(6)奇偶标记 P(PSW.0):每执行一条指令,单片机都能依据 A 中 1 的个数的奇偶自动令 P 置位或清零:奇为 1,偶为0。此标记对串行通信的数据传输特别有用,通过奇偶校验可检验传输的牢靠性。2.7 MCS51系列单片机的内存由哪几局部组成?其编址及访问的规律是怎样的?解:MCS5
21、1系列单片机内存由程序存储器及数据存储器两个独立的空间。程序存储器的编址自 0000H 开场,最大可至 FFFFH。MCS51单片机有 3 种不同的芯片:片内有掩膜只读存储器的(如 8051、8 052)、片内有 EPROM的(如 8751)和片内没有只读存储器的(如 8031、8032),而 ROM 的寻址范围为 64KB,所以片内程序存储器的容量远小于该数,可见如扩展片外存储器,其裕量是很大的。ROM 编址规律:程序存储器的编址规律为:先片内、后片外,片内、片外连续,二者一般不作重叠。依据 PC 的内容进展访问。片内 RAM 从 00H 开场编址,片外 RAM 从 0000H 开场,局部地
22、址重叠(实际并不完全一样),若只需扩展少量片外 RAM,容量不超过 256 个单元,则也可以依据 8 位二进制编址,从 00H 开场,到 FFH 完毕。由于访问片内外 RAM 所用的指令不一样,不会引起混淆。2.8 MCS51系列单片机片内RAM 有多少单元?有哪些用处?这些用处各占用哪些单元?堆栈的栈区设在哪里?解:51 子系列片内 RAM 有 128B 单元,52 子系列片内 RAM 有 256B 单元。单片机片内 RAM 可分为:工作存放器区,位寻址区,数据缓冲区三个区域。(1) 工作存放器区:00H1FH单元为工作存放器区。供用户编程时运用,临时存放8 位信息。分为四组:0 7 R R
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