單片機(jī)原理與應(yīng)用習(xí)題

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習(xí)題1

1.填空：

⑴20Ｄ＝10100Ｂ＝14Ｈ；⑵1100101B＝101Ｄ＝65Ｈ；⑶1F8H＝111111000Ｂ＝504Ｄ；

⑷1個(gè)字節(jié)由8個(gè)二進(jìn)制位組成，每個(gè)二進(jìn)制位只有2種狀態(tài)，可表示為0或1；⑸1K字節(jié)就是2的10次方字節(jié)，即1024個(gè)字節(jié)；1M字節(jié)就是2的20次方字節(jié)，約為1048567個(gè)字節(jié)。

2.在8位二進(jìn)制中，＋26、－26、－127、－1的補(bǔ)碼（用十六進(jìn)制表示）是多少？解：正數(shù)的補(bǔ)碼等于原碼，負(fù)數(shù)的補(bǔ)碼等于它的原碼除符號(hào)位不變，其余的各位求反加1。[＋26]原=000110101B=1AH，[＋26]補(bǔ)=1AH

[－26]原=100110101B，[－26]補(bǔ)=11100101B+1=11100110B=0E6H[－127]原=11111111B，[－127]補(bǔ)=10000000B+1=10000001B=81H[－1]原=10000001B，[－1]補(bǔ)=11111110B+1=11111111B=0FFH

3.用十進(jìn)制寫出以下補(bǔ)碼表示的數(shù)的真值：FEH、FBH、80H、11H、70H、7FH。解：真值是指日常用“+〞或“－〞號(hào)表示的數(shù)。

機(jī)器數(shù)是指計(jì)算機(jī)中用編碼表示的數(shù)，正數(shù)的符號(hào)以最高位為0表示，負(fù)數(shù)的符號(hào)以最高位為1表示。根據(jù)補(bǔ)碼求真值的一個(gè)通俗口訣是“正碼不變，負(fù)碼求補(bǔ)，補(bǔ)后勿忘添負(fù)號(hào)〞。

①FEH=11111110B，其符號(hào)位為“1〞，屬負(fù)數(shù)，故其原碼為10000001B+1=10000010B，即FEH真值為－2；

②同理FBH屬負(fù)數(shù)，其真值為－5；③80H的真值為－128；④11H的真值為+17；⑤70H的真值為+112；⑥7FH的真值為+127。

4.微型計(jì)算機(jī)主要由哪幾部分組成？各部分有何功能？

答：一臺(tái)微型計(jì)算機(jī)由中央處理單元（CPU）、存儲(chǔ)器、I/O接口及I/O設(shè)備等組成，相互之間通過三組總線（Bus）：即地址總線AB、數(shù)據(jù)總線DB和控制總線CB來(lái)連接。

CPU由運(yùn)算器和控制器組成，運(yùn)算器能夠完成各種算術(shù)運(yùn)算和規(guī)律運(yùn)算操作，控制器用于控制計(jì)算機(jī)進(jìn)行各種操作。

存儲(chǔ)器是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的“記憶〞裝置，其功能是存放程序和數(shù)據(jù)。按其功能可分為RAM和ROM。輸入/輸出（I/O）接口是CPU與外部設(shè)備進(jìn)行信息交換的部件。

總線是將CPU、存儲(chǔ)器和I/O接口等相對(duì)獨(dú)立的功能部件連接起來(lái)，并傳送信息的公共通道。5.何為存儲(chǔ)器單元的地址?

答：存儲(chǔ)器中存放二進(jìn)制數(shù)的單元稱為存儲(chǔ)單元。存儲(chǔ)器中包含大量存儲(chǔ)單元，為了便于信息的存入和取出，每一個(gè)存儲(chǔ)單元必需有一個(gè)固定的編號(hào)來(lái)標(biāo)識(shí)，稱這個(gè)編號(hào)為存儲(chǔ)器單元地址。

6.何謂單片機(jī)？單片機(jī)有何特點(diǎn)？

答：?jiǎn)纹瑱C(jī)（SingleChipMicrocomputer）是指把CPU、RAM、ROM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器以及I/O接口電路等主要部件集成在一塊半導(dǎo)體芯片上的微型計(jì)算機(jī)。

單片機(jī)在控制應(yīng)用領(lǐng)域中的特點(diǎn)：

⑴面向控制，能針對(duì)性地解決從簡(jiǎn)決從簡(jiǎn)單到繁雜的各類控制任務(wù)，因而獲得最正確的性能價(jià)格比；⑵抗干擾能力強(qiáng)、適應(yīng)溫度范圍寬，能在各種惡劣的環(huán)境下都能可靠性地工作；⑶能便利地實(shí)現(xiàn)多機(jī)和分布式控制，從而使整個(gè)控制系統(tǒng)的效率和可靠性大大提高；

⑷體積小、功耗低、低成本、控制功能強(qiáng)、易于產(chǎn)品化，能便利地組成各種智能化的控制設(shè)備和儀器，做到機(jī)、電、儀一體化。

7.單片機(jī)內(nèi)部ROM的配置有幾種形式？

答：?jiǎn)纹瑱C(jī)片內(nèi)ROM的配置狀態(tài)可分四種：片內(nèi)掩膜（Mask）ROM型單片機(jī)（如8051），適合于定型大批量應(yīng)用產(chǎn)品的生產(chǎn)；片內(nèi)EPROM型單片機(jī)（如8751），適合于研制產(chǎn)品樣機(jī)；片內(nèi)無(wú)ROM型單片機(jī)（如8031），需外接EPROM，單片機(jī)擴(kuò)展靈活，適用于研制新產(chǎn)品；EEPROM（或FlashROM）型單片機(jī)（如89C51），內(nèi)部程序存儲(chǔ)器電可擦除，使用更便利。

習(xí)題2

1.8051單片機(jī)內(nèi)包含哪些主要規(guī)律功能部件？

答：8051單片機(jī)是一個(gè)完整的單片微型計(jì)算機(jī)。它包括以下功能部件：一個(gè)芯片上，集成了一個(gè)微型計(jì)算機(jī)的基本組成部分。它包括以下功能部件：·1個(gè)8位CPU；

·片內(nèi)4KB的程序存儲(chǔ)器ROM；·片內(nèi)128B的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM；

·可尋址外部程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器空間各64KB的控制電路；·21個(gè)特別功能寄放器SFR；

·4個(gè)8位并行I/O口P0~P3，共32根I/O線；·1個(gè)全雙工的串行口；·2個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器；

·5個(gè)中斷源，有2個(gè)優(yōu)先級(jí)嵌套中斷結(jié)構(gòu)；·片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘電路。

2.8051單片機(jī)的EA信號(hào)有何功能？8031的EA引腳應(yīng)如何處理，為什么？答：(1)EA是訪問外部程序存儲(chǔ)器ROM的控制信號(hào)。

當(dāng)EA為低電平（接地）時(shí)，CPU只執(zhí)行外部程序存儲(chǔ)器中的程序。

當(dāng)EA為高電平且PC值小于0FFFH（4K）時(shí)，CPU執(zhí)行內(nèi)部程序存儲(chǔ)器的程序，但當(dāng)PC的值超出4K時(shí)（對(duì)8051/8751/8951）將自動(dòng)轉(zhuǎn)去執(zhí)行片外程序存儲(chǔ)器內(nèi)的程序。

8031單片機(jī)無(wú)片內(nèi)ROM的，必需外接程序存儲(chǔ)器，因此，8031的EA必需接地（低電平）。3．8051單片機(jī)的P0～P3口各有什么特點(diǎn)？

8051單片機(jī)有P0、P1、P2、P3四個(gè)雙向的8位并行I/O口，每個(gè)端口可以按字節(jié)輸入或輸出，每一條I/O線也可以單獨(dú)用作輸入或輸出（即按位進(jìn)行輸入或輸出）。每個(gè)端口都是由一個(gè)鎖存器（即特別功能寄放器P0~P3），一個(gè)輸出驅(qū)動(dòng)器和兩個(gè)（P3口為3個(gè)）輸入緩沖器組成。并行I/O口作輸出時(shí)數(shù)據(jù)可以鎖存，作輸入時(shí)數(shù)據(jù)可以緩沖，但它們又各具特點(diǎn)。

⑴P0口和P2口構(gòu)成MCS—51單片機(jī)的16位地址總線，P0口還是8位的數(shù)據(jù)總線。P3口多用于其次功能輸入或輸出，。尋常只有P1口用于一般輸入/輸出。

P3口各位的其次功能

P3口引腳P3.0其次功能RXD（串行輸入端）P3口引腳P3.4其次功能T0（定時(shí)器0的外部輸入）P3.1P3.2P3.3TXD（串行輸出端）P3.5P3.6P3.7T1（定時(shí)器1的外部輸入）INT0（外部中斷0輸入）WR（片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通控制輸出）RD（片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通控制輸出）INT1（外部中斷1輸入）⑵系統(tǒng)復(fù)位后，P0~P3口的32個(gè)管腳均輸出高電平，因此在系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)保證這些管腳控制的外設(shè)不會(huì)由于系統(tǒng)復(fù)位而發(fā)生誤動(dòng)作。

⑶P0~P3口輸出級(jí)的電路結(jié)構(gòu)有所不同。P0口是三態(tài)輸出，其每個(gè)管腳均可以驅(qū)動(dòng)8個(gè)LSTTL輸入，而P1~P3口的輸出級(jí)均有上拉電阻，每個(gè)管腳可驅(qū)動(dòng)4個(gè)LSTTL輸入。

⑷每個(gè)并行口，可定義一部分管腳為輸入腳，另一部分管腳為輸出腳，沒有使用的管腳可以懸空。4.簡(jiǎn)述8051單片機(jī)存儲(chǔ)器的組織結(jié)構(gòu)和片內(nèi)RAM的空間分派。

答：8051單片機(jī)的存儲(chǔ)器包括程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，從用戶使用的角度可分為三個(gè)規(guī)律地址空間：⑴片內(nèi)、片外統(tǒng)一編址的64KB程序存儲(chǔ)器地址空間0000H~FFFFH；⑵64KB的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器或擴(kuò)展I/O口地址空間0000H~FFFFH；

⑶256B的片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器地址空間00H~FFH（包括低128B的內(nèi)部RAM地址00H~7FH和高128B的特別功能寄放器地址空間，21個(gè)SFR離散地分布在這個(gè)區(qū)域）。

內(nèi)部RAM共有128個(gè)單元，根據(jù)用途可劃分為工作寄放器區(qū)、位尋址區(qū)和通用RAM區(qū)，各區(qū)域的特性如下：

⑴工作寄放器區(qū)（00H~1FH）寄放器區(qū)32個(gè)單元共分4個(gè)組，每個(gè)組有8個(gè)8位的寄放器R0~R7。在任何時(shí)刻，四個(gè)組中只能有一組可以成為當(dāng)前工作寄放器組使用，其他三組作為一般的內(nèi)部RAM使用。當(dāng)前工作寄放器組由程序狀態(tài)字寄放器PSW的RS0和RS1兩位的狀態(tài)來(lái)決定。

⑵位尋址區(qū)（20H~2FH）共16個(gè)單元，每個(gè)單元有8個(gè)位，每個(gè)位都有一個(gè)位地址，編號(hào)為00H~7FH，位尋址區(qū)的16個(gè)單元也可以按字節(jié)尋址，作為一般的內(nèi)部RAM使用。

⑶通用RAM區(qū)（30H~7FH）這部分存儲(chǔ)空間作為一般的內(nèi)部RAM區(qū)或堆棧區(qū)，CPU只能按字節(jié)方式尋址。

5.8051單片機(jī)有哪些特別功能寄放器？各在單片機(jī)中的哪些功能部件中？

答：8051單片機(jī)有21個(gè)8位的特別功能寄放器（SFR），它們的地址離散地分部在內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的80H~FFH地址空間。

在8051單片機(jī)結(jié)構(gòu)中，21個(gè)SFR在物理上是分散在片內(nèi)各功能部件中：

⑴CPU的中SFR：Acc、B、PSW、SP和DPTR（16位寄放器，由DPH和DPL組成）；

⑵定時(shí)/計(jì)數(shù)器單元中的寄放器：TMOD、TCON、T0（16位寄放器，由TH0和TL0組成）和T1（16位寄放器，由TH1和TL1組成）；

⑶并行I/O口寄放器：P0、P1、P2和P3；⑷中斷系統(tǒng)內(nèi)的寄放器：IE和IP；

⑸串行端口中的寄放器：SCON、SBUF和PCON。6．程序計(jì)數(shù)器PC有何作用？是否屬于SFR，為什么？

答：程序計(jì)數(shù)器PC是一個(gè)16位的專用寄放器，用來(lái)存放即將要執(zhí)行的指令地址，可對(duì)64KB的程序存儲(chǔ)器直接尋址。它具有自動(dòng)加1功能，當(dāng)CPU要取指令時(shí)，PC的內(nèi)容送地址總線上，從存儲(chǔ)器中取出指令后，PC內(nèi)容則自動(dòng)加1，指向下一條指令，從而保證程序按順序執(zhí)行。PC雖然也是CPU內(nèi)部的一個(gè)寄放器，但它在物理結(jié)構(gòu)上是獨(dú)立的，沒有地址，是不可尋址的，用戶無(wú)法對(duì)它進(jìn)行直接讀寫，不屬特別功能寄放器。

7．什么叫堆棧？堆棧指針SP的作用是什么？8051單片機(jī)堆棧的最大容量是多少字節(jié)？

答：堆棧是依照“先進(jìn)后出，后進(jìn)先出〞的原則來(lái)存取數(shù)據(jù)的一個(gè)內(nèi)部RAM區(qū)域，這個(gè)存儲(chǔ)器區(qū)域的一端是固定的（棧底），另一端是活動(dòng)的（棧頂），每個(gè)存儲(chǔ)單元是不能按字節(jié)任意訪問的。

堆棧指針SP始終指向棧頂單元，棧頂隨著數(shù)據(jù)入棧和出棧上下浮動(dòng)。8051單片機(jī)堆棧的最大容量是128字節(jié)

8．8051單片機(jī)的程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器可以有一致的地址，而單片機(jī)在對(duì)這兩個(gè)存儲(chǔ)區(qū)的數(shù)據(jù)進(jìn)行操作時(shí)，不會(huì)發(fā)生錯(cuò)誤，為什么？

答：對(duì)于不同的存儲(chǔ)地址空間，8051單片機(jī)采用不同的存取指令和控制信號(hào)：CPU訪問片內(nèi)、外ROM時(shí)，采用“MOVC〞指令，外部ROM用PSEN選通；訪問外部RAM或擴(kuò)展I/O口時(shí)，采用“MO〞指令，由RD（讀）信號(hào)和WR（寫）信號(hào)選通；訪問片內(nèi)RAM和特別功能寄放器時(shí)，采用“MOV〞指令。因此，盡管程序存儲(chǔ)器地址和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器地址空間重疊，但不會(huì)發(fā)生混亂。

9．8051單片機(jī)是如何確定和改變當(dāng)前工作寄放器組？

答：在任何時(shí)刻，8051單片機(jī)的四個(gè)工作寄放器組中只能有一組可以成為當(dāng)前工作寄放器組使用，其他三組作為一般的內(nèi)部RAM使用。當(dāng)前工作寄放器組由程序狀態(tài)字寄放器PSW的RS0和RS1兩位的狀態(tài)來(lái)決定，如表所示。

當(dāng)前工作寄放器組的選擇

RS10011RS00101被選寄放器組0組1組2組3組寄放器R0~R7的地址00H~07H08H~0FH10H~17H18H~1FH根據(jù)需要，用戶可以利用傳送指令或位操作指令改變RS1和RS0的內(nèi)容來(lái)選擇不同的工作寄放器組。10．單片機(jī)復(fù)位后，CPU使用了哪一組工作寄放器？工作寄放器R0～R7對(duì)應(yīng)的單元地址是什么？答：?jiǎn)纹瑱C(jī)復(fù)位后，RS1和RS0都為0，CPU選中第0組作為當(dāng)前工作寄放器組，工作寄放器R0～R7對(duì)應(yīng)的單元地址是00H~07H。

11．程序狀態(tài)字寄放器PSW的作用是什么？常用標(biāo)志位有哪些位？作用是什么？

答：PSW是一個(gè)8位的特別功能寄放器，由一些標(biāo)志位組成，用于存放程序運(yùn)行中的各種狀態(tài)信息。它可以進(jìn)行位尋址，各位的定義如下：

位位名稱

D7CyD6ACD5F0D4RS1D3RS0D2OVD1—D0PCy：進(jìn)位標(biāo)志位。在進(jìn)行加（或減）法運(yùn)算時(shí)，若操作結(jié)果的最高位（D7位）有進(jìn)位（或借位）時(shí)，Cy由硬件置1，否則Cy清0。在進(jìn)行位操作時(shí)，Cy又是位累加器，指令助記符用C表示。

AC：輔助進(jìn)位標(biāo)志位。在進(jìn)行加（或減）運(yùn)算時(shí)，若操作結(jié)果的低半字節(jié)（D3位）向高半字節(jié)產(chǎn)生進(jìn)位（或借位）時(shí)，AC位將由硬件自動(dòng)置1，否則AC位清0。

F0：用戶標(biāo)志位。用戶根據(jù)需要對(duì)F0置位或復(fù)位，作為軟件標(biāo)志。

RS1和RS0：工作寄放器組選擇控制位。由用戶用軟件改變RS1和RS0的狀態(tài)，以選擇內(nèi)RAM中的哪組工作寄放器為當(dāng)前工作寄放器組。

OV：溢出標(biāo)志位。當(dāng)進(jìn)行補(bǔ)碼運(yùn)算時(shí)，運(yùn)算結(jié)果超出－128～＋127范圍時(shí)，產(chǎn)生溢出，則OV自動(dòng)置1，否則OV清0。

PSW.1：保存位。8051中未定義。

P：奇偶校驗(yàn)標(biāo)志位。每條指令執(zhí)行完后，該位始終跟蹤累加器A中1的數(shù)目的奇偶性。假使A中有奇數(shù)個(gè)1，則P＝1；否則P＝0。

12．8051單片機(jī)的晶體振蕩器頻率為6MHz，則它一個(gè)機(jī)器周期為多少微秒？

答：機(jī)器周期是指CPU完成某一個(gè)規(guī)定操作所需的時(shí)間，8051單片機(jī)的一個(gè)機(jī)器周期包含6個(gè)狀態(tài)，并依次表示為S1～S6，每個(gè)狀態(tài)分為2個(gè)節(jié)拍。因此一個(gè)機(jī)器周期包含12個(gè)時(shí)鐘周期（振蕩周期），依次表示為：S1P1、S1P2、S2P1、?、S6P1、S6P2。

當(dāng)fosc=6MHz時(shí)，機(jī)器周期T=12×（1/6MHz）=2μs

13．8051單片機(jī)復(fù)位后寄放器PC、A、PSW、SP、P0～P3的狀態(tài)各是什么？復(fù)位后內(nèi)部RAM中的數(shù)據(jù)有何影響？

答：8051單片機(jī)復(fù)位后PC、A、PSW、SP、P0～P3的狀態(tài)如下：PC：0000H；A、PSW：00HSP：07H；P0～P3：FFH

單片機(jī)的復(fù)位不影響內(nèi)部RAM的狀態(tài)（包括工作寄放器Rn）。

習(xí)題3

1．若訪問工作寄放器、特別功能寄放器、片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、程序存儲(chǔ)器分別可使用哪些尋址方式？

答：訪問工作寄放器采用寄放器尋址，特別功能寄放器采用直接尋址，片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器采用寄放器間接尋址，程序存儲(chǔ)器的尋址方式有馬上尋、變址尋址、相對(duì)尋址。2．寫出以下源操作數(shù)的尋址方式。

（1）JZ20H（2）MOVA，R2（3）MOVA，B

（4）MOVDPTR，#4012H（5）MOA，@DPTR（6）MOVCA，@A＋PC（7）PUSHB（8）POP