单片机原理及接口技术(第三版)教材习题解答.pdf
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1、.单片机原理及接口技术教材习题全部解答 第 1 章 绪论 1-1 解答:第一台计算机的研制目的是为了计算复杂的数学难题。它的特点是:计算机字长为 12 位,运算速度为 5 000 次/s,使用 18 800 个电子管,1 500 个继电器,占地面积为 150 m2,重达 30 t,其造价为 100多万美元。它的诞生,标志着人类文明进入了一个新的历史阶段。1-2 解答:单片微型计算机简称单片机。一个完整的单片机芯片至少有中央处理器(CPU)、随机存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、定时/计数器及 I/O 接口等部件。1-3 解答:单片机的发展大致经历了四个阶段:第一阶段(19701974 年
2、),为 4 位单片机阶段;第二阶段(19741978 年),为低中档 8 位单片机阶段;第三阶段(19781983 年),为高档 8 位单片机阶段;第四阶段(1983 年至今),为 8 位单片机巩固发展阶段及 16 位单片机、32 位单片机推出阶段。1-4 解答:Intel 公司的 MCS-48 系列、MCS-51 系列、MCS-96 系列产品;Motorola 公司的 6801、6802、6803、6805、68HC11 系列产品;Zilog 公司的 Z8、Super8 系列产品;Atmel 公司的 AT89 系列产品;Fairchild 公司的 F8 和 3870 系列产品;TI 公司的
3、TMS7000 系列产品;NS 公司的 NS8070 系列产品;NEC 公司的 COM87(PD7800)系列产品;National 公司的 MN6800 系列产品;Hitachi 公司的 HD6301、HD63L05、HD6305。1-5 解答:(1)8031/8051/8751 三种型号,称为 8051 子系列。8031 片内没有 ROM,使用时需在片外接 EPROM。8051 片内含有 4KB 的掩模 ROM,其中的程序是生产厂家制作芯片时烧制的。8751 片内含有 4KB 的EPROM,用户可以先用紫外线擦除器擦除,然后再利用开发机或编程器写入新的程序。(2)8032A/8052A/8
4、752A 是 8031/8051/8751 的增强型,称为 8052 子系列。其中片内 ROM 和 RAM的容量比 8051 子系列各增加一倍,另外,增加了一个定时/计数器和一个中断源。(3)80C31/80C51/87C51BH 是 8051 子系列的 CHMOS 工艺芯片,80C32/80C52/87C52 是 8052 子系列的 CHMOS 工艺芯片,两者芯片内的配置和功能兼容。1-6 解答:8052 子系列片内 ROM 和 RAM 的容量比 8051 子系列各增加一倍,另外,增加了一个定时/计数器和一个中断源。1-7 解答:.AT89 系列单片机是美国 Atmel 公司的 8 位 Fl
5、ash 单片机产品。它的最大特点是在片内含有 Flash 存储器,在系统的开发过程中可以十分容易地进行程序的修改,使开发调试更为方便。AT89 系列单片机以 8031 为内核,是与 8051 系列单片机兼容的系列。1-8 解答:高档型单片机有 AT89S51、AT89S52、AT89S53 和 AT89S8252 等型号,其中 AT89S51 有 4KB 可下载 Flash 存储器,AT89S52、AT89S8252 有 8KB 可下载 Flash 存储器,AT89S53 有 12KB 可下载 Flash 存储器。第 2 章 MCS-51 系列单片机的结构及原理 2-1 解答:MCS-51 单
6、片机由 8 个部件组成:中央处理器(CPU),片内数据存储器(RAM),片内程序存储器(ROM/EPROM),输入/输出接口(I/O 口,分为 P0 口、P1 口、P2 口和 P3 口),可编程串行口,定时/计数器,中断系统及特殊功能寄存器(SFR)。中央处理器(CPU):单片机的核心部分,它的作用是读入和分析每条指令,根据每条指令的功能要求,控制各个部件执行相应的操作。片内数据存储器(RAM):存放各项操作的临时数据。片内程序存储器(ROM/EPROM):存放单片机运行所需的程序。输入/输出接口(I/O 口):单片机与外设相互沟通的桥梁。可编程串行口:可以实现与其它单片机或 PC 机之间的数
7、据传送。定时/计数器:具有可编程功能,可以完成对外部事件的计数,也可以完成定时功能。中断系统:可以实现分时操作、实时处理、故障处理等功能。特殊功能寄存器(SFR):反映单片机的运行状态,包含了单片机在运行中的各种状态字和控制字,以及各种初始值。2-2 解答:EA引脚是片内外程序存储器的选择信号。当EA端保持高电平时,访问内部程序存储器,但在 PC(程序计数器)值超过 0FFFH(对于 8051/8751/80C51)或 1FFFH(对于 8052)时,将自动转向访问外部程序存储器。当EA端保持低电平时,不管是否有内部程序存储器,则只访问外部程序存储器。由于 8031 片内没有程序存储器,所以在
8、使用 8031 时,EA引脚必须接低电平。2-3 解答:在 MCS-51 单片机中,除 P3 口具有第二功能外,还有 3 条控制线具有第二功能。P3 口的第二功能:P3.0RXD:串行数据接收端 P3.1TXD:串行数据发送端 P3.20INT:外部中断 0 申请输入端 P3.31INT:外部中断 1 申请输入端 P3.4T0:定时器 0 计数输入端 P3.5T1:定时器 1 计数输入端 P3.6WR:外部 RAM 写选通 P3.7RD:外部 RAM 读选通 3 条控制线的第二功能:.ALEPROG:片内 EPROM 编程脉冲。片内具有 EPROM 的芯片,在 EPROM 编程期间,此引脚输入
9、编程脉冲。RESETVPD:备用电源。VCC 掉电期间,此引脚可接备用电源,以保持内部 RAM 数据不丢失。EAVPP:片内 EPROM 编程电源。在对片内具有 EPROM 的芯片进行编程时,此引脚用于施加21V 编程电源。2-4 解答:MCS-51 单片机的内部存储空间分为数据存储器和程序存储器。内部数据存储器:共 256 字节单元,包括低 128 个单元和高 128 个单元。低 128 字节又分成 3 个区域:工作寄存器区(00H1FH),位寻址区(20H2FH)和用户 RAM 区(30H7FH)。高 128 字节是供给特殊功能寄存器使用的,因此称之为特殊功能寄存器区。内部程序存储器:在
10、8031 片内无程序存储器,8051 片内具有 4KB 掩模 ROM,8751 片内具有4KBEPROM。2-5 解答:MCS-51 单片机提供了 4 组工作寄存器,对于当前工作寄存器组的选择,是通过 PSW 中的 RS1 和RS0 来进行选择。具体关系如下表:RS1 RS0 当前寄存器组 0 0 第 0 组工作寄存器 0 1 第 1 组工作寄存器 1 0 第 2 组工作寄存器 1 1 第 3 组工作寄存器 2-6 解答:内部 RAM 低 128 个单元按用途分成 3 个区域:工作寄存器区(00H1FH),位寻址区(20H2FH)和用户 RAM 区(30H7FH)。2-7 解答:DPTR 是数
11、据指针寄存器,是一个 16 位寄存器,用来存放 16 位存储器的地址,以便对外部数据存储器 RAM 中的数据进行操作。DPTR 由高位字节 DPH 和低位字节 DPL 组成。2-8 解答:所谓堆栈,顾名思义就是一种以“堆”的方式工作的“栈”。堆栈是在内存中专门开辟出来的按照“先进后出,后进先出”的原则进行存取的 RAM 区域。堆栈的用途是保护现场和断点地址。在 8051单片机复位后,堆栈指针 SP 总是初始化到内部 RAM 地址 07H。从 08H 开始就是 8051 的堆栈区,这个位置与工作寄存器组 1 的位置相同。因此,在实际应用中,通常要根据需要在程序初始化时对 SP 重新赋值,以改变堆
12、栈的位置。2-9 解答:程序状态字寄存器 PSW 是 8 位寄存器,用于存放程序运行的状态信息。CY(PSW.7):进位标志位。AC(PSW.6):辅助进位标志位。F0(PSW.5)、F1(PSW.1):用户标志位。RS1(PSW.4)、RS0(PSW.3):工作寄存器组选择位。.OV(PSW.2):溢出标志位。P(PSW.0):奇偶标志位。2-10 解答:P0 口由一个所存器、两个三态输入缓冲器、场效应管、控制与门、反相器和转换开关组成;作为输出口时,必须外接上拉电阻才能有高电平输出,作为输入口时,必须先向锁存器写“1”;作为普通 I/O口使用或低 8 位地址/数据总线使用。P1 口内没有转
13、换开关,但有上拉电阻;只用作普通 I/O 口使用。P2 口比 P1 口多了一个转换控制开关;作为普通 I/O 口使用或高 8 位地址线使用。P3 口比 P1 口增加了与非门和缓冲器;具有准双向 I/O 功能和第二功能。上述 4 个端口在作为输入口使用时,应注意必须先向端口写“1”。2-11 解答:指令周期:执行一条指令所需要的时间。机器周期:CPU 完成一个基本操作所需要的时间。状态:振荡脉冲经过二分频后,得到的单片机的时钟信号。拍:振荡脉冲的周期。当晶振频率为 12MHz 时,一个机器周期为 1s;当晶振频率为 8MHz 时,一个机器周期为 3s。2-12 解答:在时钟电路工作后,只要在单片
14、机的 RESET 引脚上出现 24 个时钟震荡脉冲(两个机器周期)以上的高电平,单片机就能实现复位。复位后,CPU 和系统都处于一个确定的初始状态,在这种状态下,所有的专用寄存器都被赋予默认值,除 SP=07H,P0P3 口为 FFH 外,其余寄存器均为 0。2-13 解答:8051 单片机应用系统的电压检测电路监测到电源下降时,触发外部中断,在中断服务子程序中将外部 RAM 中的有用数据送入内部 RAM 保存。(内部 RAM 由备用电源供电)80C51 单片机应用系统的电压检测电路监测到电源降低时,也出发外部中断,在中断服务子程序中,除了要将外部 RAM 中有用的数据保存以外,还要将特殊功能
15、寄存器的有用内容保护起来,然后对电源控制寄存器 PCON 进行设置。2-14 解答:单片机退出空闲状态有两种方法:中断退出和硬件复位退出。第 3 章 MCS-51 系列单片机的指令系统 3-1 解答:指令是规定计算机进行某种操作的命令,一台计算机所能执行的指令集合称为该计算机的指令系统。计算机内部只识别二进制数,因此,能别计算机直接识别、执行的指令时使用二进制编码表示的指令,这种指令别称为机器语言指令。以助记符表示的指令就是计算机的汇编语言指令。3-2 解答:标号:操作数 ;注释 3-3 解答:.MCS-51 系列单片机提供了 7 种寻址方式:(1)立即寻址:操作数在指令中直接给出,立即数前面
16、有“#”。(2)直接寻址:在指令中直接给出操作数地址。对应片内低 128 个字节单元和特殊功能寄存器。(3)寄存器寻址:以寄存器的内容作为操作数。对应的寄存器有:R0R7、A、AB 寄存器和数据指针 DPTR。(4)寄存器间接寻址:以寄存器的内容作为 RAM 地址,该地址中的内容才是操作数。对应片内RAM 的低 128 个单元采用 R0、R1 作为间址寄存器,片外 RAM 低 256 个单元可用 R0、R1 作为间址寄存器,整个 64KB 空间可用 DPTR 作为间址寄存器。(5)变址寻址:以 DPTR 或 PC 作为基址寄存器,以累加器 A 作为变址寄存器,并以两者内容相加形成的 16 位地
17、址作为操作数地址。对应片内、片外的 ROM 空间。(6)相对寻址:只在相对转移指令中使用。对应片内、片外的 ROM 空间。(7)位寻址:对可寻址的位单独进行操作。对应位寻址区 20H2FH 单元的 128 位和字节地址能被8 整除的特殊功能寄存器的相应位。3-4 解答:直接寻址方式。3-5 解答:寄存器间接寻址方式。3-6 解答:立即寻址方式,直接寻址方式,寄存器寻址方式,寄存器间接寻址方式,位寻址方式。3-7 解答:变址寻址方式 3-8 解答:对于 8052 单片机内部 RAM 的高 128B,必须采用寄存器间接寻址方式进行访问。3-9 解答:外部数据传送指令有 6 条:MOVX A,DPT
18、R MOVX DPTR,A MOVX A,Ri MOVX Ri,A MOVC A,A+DPTR MOVC A,A+PC(1)MOVX A,R1 MOVX A,DPTR 都是访问片外 RAM,但二者寻址范围不同。前 1 条指令是对片外 RAM 低 256 个单元的“读”操作。后 1 条指令是对片外 RAM64KB 空间的“读”操作。(2)MOVX A,DPTR MOVX DPTR,A 访问空间相同,但数据传送方向不同。前 1 条指令是对片外 RAM64KB 空间的“读”操作。后 1 条指令是对片外 RAM64KB 空间的“写”操作。(3)MOV R0,A MOVX R0,A 二者访问的空间不同。
19、前 1 条指令是对片内 RAM 低 128 个单元的“写”操作。后 1 条指令是对片外 RAM 低 256 个单元的“写”操作。.(4)MOVC A,A+DPTR MOVX A,DPTR 二者访问的空间不同,寻址方式不同。前 1 条指令是变址寻址方式,对 ROM 操作。后 1 条指令是寄存器间接寻址方式,对片外 RAM 操作。3-10 解答:R030H,(R0)=30H A(R0),(A)=40H R1(A),(R1)=40H B(R1),(B)=10H(R1)(P1),(R1)=(40H)=EFH P2(P1),(P2)=EFH 10H20H,(10H)=20H 30H(10H),(30H)
20、=20H 结果:(R0)=30H,(A)=40H,(R1)=40H,(B)=10H,(40H)=EFH,(P2)=EFH,(10H)=20H,(30H)=20H 3-11 解答:(1)由于在工作寄存器与工作寄存器之间不能直接传送数据,所以需要借助累加器 A。MOV A,R1 MOV R0,A(2)片外 RAM 向片内 RAM 传送数据,不能直接进行,需要借助累加器 A。由于片外 RAM 是 60H单元,地址小于 FFH,所以间址寄存器使用 Ri 即可。MOV R1,#60H MOVX A,R1 MOV R0,A(3)MOV R1,#60H MOVX A,R1 MOV 40H,A(4)片外数据不
21、能直接送入片外单元,需要先将片外数据读入累加器,然后再送到片外。MOV DPTR,#1000H MOVX A,DPTR MOV R1,#40H MOVX R1,A(5)ROM 中的数据需要使用查表指令才能读出来,所以此题不能使用一般的传送指令从 ROM 中读数据。MOV DPTR,#2000H MOV A,#00H MOVC A,A+DPTR MOV R2,A(6)MOV DPTR,#2000H MOV A,#00H.MOVC A,A+DPTR MOV 40H,A(7)MOV DPTR,#2000H MOV A,#00H MOVC A,A+DPTR MOV DPTR,#0200H MOVX D
22、PTR,A 3-12 解答:片外 RAM 与片内 RAM 之间的数据传送不能直接进行,需要借助累加器 A。数据交换需要使用数据交换指令 XCH。MOV DPTR,#1000H MOVX A,DPTR XCH A,60H MOVX DPTR,A 3-13 解答:本题需要采用查表指令。ORG 0200H MOV DPTR,#TAB MOV A,R7 MOVC A,A+DPTR ORG 0300H TAB:DB 0,1,4,9,16,25,36,49,64,81 3-14 解答:(1)结果:(A)(R1),(A)=40H,(R1)=5BH,(PSW)=81H(2)结果:(A)(40H),(A)=C3
23、H,(40H)=5BH,(PSW)=80H(3)结果:(A)(R1),(A)=C3H,(R1)=(40H)=5BH,(PSW)=80H(4)结果:(A)03(R1)03,(A)=53H,(R1)=(40H)=CBH,(PSW)=80H(5)结果:(A)03(A)47,(A)=B5H,(PSW)=81H(6)结果:A(A)+(R1),(A)=9BH,(PSW)=05H(7)结果:A(A)+(40H),(A)=1EH,(PSW)=80H(8)结果:A(A)+40H,(A)=9BH,(PSW)=05H(9)结果:A(A)+(40H)+CY,(A)=1FH,(PSW)=81H(10)结果:A(A)-(
24、40H)-CY,(A)=97H,(PSW)=85H(11)结果:A(A)-40H-CY,(A)=1AH,(PSW)=01H 3-15 解答:(1)该组指令执行后(A)=00H,不影响 CY 位。(2)该组指令执行后(A)=00H,影响 CY 位。说明:单独执行 INC 指令,只影响奇偶标志位 P,不影响半进位标志位 AC 和进位位 CY 位。执行ADD 指令后,将影响 CY、AC 和 P 位。3-16 解答:.本题涉及的是 16 位数的减法运算,首先应让低 8 位相减,然后让高 8 位带着借位相减。注意:应在低 8 位相减前将进位位 CY 清空 0。CLR C MOV A,#56H SUBB
25、A,#78H MOV R0,A MOV A,#23H SUBB A,#45H MOV R1,A 3-17 解答:A(A)23H,(A)=03H 42H(42H)(A),(42H)=37H A(A)(R0),(A)=34H A(A),(A)=CBH 结果:(A)=CBH 3-18 解答:(1)MOV DPTR,#1000H MOVX A,DPTR CPL A MOVX DPTR,A(2)MOV R0,#60H MOVX A,R0 ANL A,#3FH XRL A,#03H MOVX R0,A 3-19 解答:DA A 指令的作用是对 A 中刚进行的两个 BCD 码的加法结果进行修正,即继续使 B
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- 单片机 原理 接口 技术 第三 教材 习题 解答
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