單片機原理與應(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個字節(jié)由8個二進制位組成，每個二進制位只有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個字節(jié)；1M字節(jié)就是2的20次方字節(jié)，約為1048567個字節(jié)。

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

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

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

機器數(shù)是指計算機中用編碼表示的數(shù)，正數(shù)的符號以最高位為0表示，負數(shù)的符號以最高位為1表示。根據(jù)補碼求真值的一個通俗口訣是“正碼不變，負碼求補，補后勿忘添負號〞。

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

②同理FBH屬負數(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.微型計算機主要由哪幾部分組成？各部分有何功能？

答：一臺微型計算機由中央處理單元（CPU）、存儲器、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來連接。

CPU由運算器和控制器組成，運算器能夠完成各種算術(shù)運算和規(guī)律運算操作，控制器用于控制計算機進行各種操作。

存儲器是計算機系統(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)備進行信息交換的部件。

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

答：存儲器中存放二進制數(shù)的單元稱為存儲單元。存儲器中包含大量存儲單元，為了便于信息的存入和取出，每一個存儲單元必需有一個固定的編號來標識，稱這個編號為存儲器單元地址。

6.何謂單片機？單片機有何特點？

答：單片機（SingleChipMicrocomputer）是指把CPU、RAM、ROM、定時器/計數(shù)器以及I/O接口電路等主要部件集成在一塊半導(dǎo)體芯片上的微型計算機。

單片機在控制應(yīng)用領(lǐng)域中的特點：

⑴面向控制，能針對性地解決從簡決從簡單到繁雜的各類控制任務(wù)，因而獲得最正確的性能價格比；⑵抗干擾能力強、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能便利地實現(xiàn)多機和分布式控制，從而使整個控制系統(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、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、電、儀一體化。

7.單片機內(nèi)部ROM的配置有幾種形式？

答：單片機片內(nèi)ROM的配置狀態(tài)可分四種：片內(nèi)掩膜（Mask）ROM型單片機（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（如8751），適合于研制產(chǎn)品樣機；片內(nèi)無ROM型單片機（如8031），需外接EPROM，單片機擴展靈活，適用于研制新產(chǎn)品；EEPROM（或FlashROM）型單片機（如89C51），內(nèi)部程序存儲器電可擦除，使用更便利。

習(xí)題2

1.8051單片機內(nèi)包含哪些主要規(guī)律功能部件？

答：8051單片機是一個完整的單片微型計算機。它包括以下功能部件：一個芯片上，集成了一個微型計算機的基本組成部分。它包括以下功能部件：·1個8位CPU；

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

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

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

·5個中斷源，有2個優(yōu)先級嵌套中斷結(jié)構(gòu)；·片內(nèi)振蕩器及時鐘電路。

2.8051單片機的EA信號有何功能？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器ROM的控制信號。

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

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

8031單片機無片內(nèi)ROM的，必需外接程序存儲器，因此，8031的EA必需接地（低電平）。3．8051單片機的P0～P3口各有什么特點？

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

⑴P0口和P2口構(gòu)成MCS—51單片機的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（定時器0的外部輸入）P3.1P3.2P3.3TXD（串行輸出端）P3.5P3.6P3.7T1（定時器1的外部輸入）INT0（外部中斷0輸入）WR（片外數(shù)據(jù)存儲器寫選通控制輸出）RD（片外數(shù)據(jù)存儲器讀選通控制輸出）INT1（外部中斷1輸入）⑵系統(tǒng)復(fù)位后，P0~P3口的32個管腳均輸出高電平，因此在系統(tǒng)的設(shè)計過程中，應(yīng)保證這些管腳控制的外設(shè)不會由于系統(tǒng)復(fù)位而發(fā)生誤動作。

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

⑷每個并行口，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.簡述8051單片機存儲器的組織結(jié)構(gòu)和片內(nèi)RAM的空間分派。

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

⑶256B的片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器地址空間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SFR離散地分布在這個區(qū)域）。

內(nèi)部RAM共有128個單元，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個單元共分4個組，每個組有8個8位的寄放器R0~R7。在任何時刻，四個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)來決定。

⑵位尋址區(qū)（20H~2FH）共16個單元，每個單元有8個位，每個位都有一個位地址，編號為00H~7FH，位尋址區(qū)的16個單元也可以按字節(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單片機有哪些特別功能寄放器？各在單片機中的哪些功能部件中？

答：8051單片機有21個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)存儲器的80H~FFH地址空間。

在8051單片機結(jié)構(gòu)中，21個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/計數(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．程序計數(shù)器PC有何作用？是否屬于SFR，為什么？

答：程序計數(shù)器PC是一個16位的專用寄放器，用來存放即將要執(zhí)行的指令地址，可對64KB的程序存儲器直接尋址。它具有自動加1功能，當(dāng)CPU要取指令時，PC的內(nèi)容送地址總線上，從存儲器中取出指令后，PC內(nèi)容則自動加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)部的一個寄放器，但它在物理結(jié)構(gòu)上是獨立的，沒有地址，是不可尋址的，用戶無法對它進行直接讀寫，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單片機堆棧的最大容量是多少字節(jié)？

答：堆棧是依照“先進后出，后進先出〞的原則來存取數(shù)據(jù)的一個內(nèi)部RAM區(qū)域，這個存儲器區(qū)域的一端是固定的（棧底），另一端是活動的（棧頂），每個存儲單元是不能按字節(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。8051單片機堆棧的最大容量是128字節(jié)

8．8051單片機的程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器可以有一致的地址，而單片機在對這兩個存儲區(qū)的數(shù)據(jù)進行操作時，不會發(fā)生錯誤，為什么？

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

9．8051單片機是如何確定和改變當(dāng)前工作寄放器組？

答：在任何時刻，8051單片機的四個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)容來選擇不同的工作寄放器組。10．單片機復(fù)位后，CPU使用了哪一組工作寄放器？工作寄放器R0～R7對應(yīng)的單元地址是什么？答：單片機復(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？常用標志位有哪些位？作用是什么？

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

位位名稱

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

AC：輔助進位標志位。在進行加（或減）運算時，若操作結(jié)果的低半字節(jié)（D3位）向高半字節(jié)產(chǎn)生進位（或借位）時，AC位將由硬件自動置1，否則AC位清0。

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

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：溢出標志位。當(dāng)進行補碼運算時，運算結(jié)果超出－128～＋127范圍時，產(chǎn)生溢出，則OV自動置1，否則OV清0。

PSW.1：保存位。8051中未定義。

P：奇偶校驗標志位。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1，則P＝1；否則P＝0。

12．8051單片機的晶體振蕩器頻率為6MHz，則它一個機器周期為多少微秒？

答：機器周期是指CPU完成某一個規(guī)定操作所需的時間，8051單片機的一個機器周期包含6個狀態(tài)，并依次表示為S1～S6，每個狀態(tài)分為2個節(jié)拍。因此一個機器周期包含12個時鐘周期（振蕩周期），依次表示為：S1P1、S1P2、S2P1、?、S6P1、S6P2。

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

13．8051單片機復(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)存儲器、程序存儲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)存儲器采用寄放器間接尋址，程序存儲器的尋址方式有馬上尋、變址尋址、相對尋址。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