单片微型计算机 徐惠民版.docx

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单片微型计算机徐惠民版

1-1MCS-51单片机由哪几部分组成？

解：

MCS-51单片机是个完整的单片微型计算机。

具体包括CPU、存贮器和接口部分。

存贮器的配置和芯片的型号有关，有三种情况，即片内无ROM，片内有掩模型ROM以及片内有EPROM。

而随即存贮器RAM则每一种芯片都有。

接口部分包括4个8位I/O口，两个16位定时/计数器和一个主要用于异步通信的串行接口。

此外，它们还都内含时钟产生电路。

1-28051单片机有多少个特殊功能寄存器？

它们可以分为几组？

完成什么主要功能？

解：

8051单片机内部有21个特殊功能寄存器，它们可以分成6组：

用于CPU控制和运算的有6个，即ACC，B，PSW，SP和DPTR（16位寄存器，算2个8位寄存器）；有4个用作并行接口，即P0，P1，P2和P3；有2个用于中断控制，即IE和IP；有6个用于定时/计数器，它们是TMOD，TCON及两个16位寄存器T0和T1；还有3个寄存器用于串行口，即SCON，SBUF和PCON。

当然其中有些寄存器的功能不只是一种，也可以有另外的分组方法。

如电源控制寄存器PCON除了用于串行口通信外，还可用于供电方式的控制。

1-3决定程序执行顺序的寄存器是哪个？

它是几位寄存器？

它是不是特殊功能寄存器？

解：

决定程序执行顺序的寄存器是程序计数器PC。

它是一个16位寄存器，但它不属于特殊功能寄存器。

1-4DPTR是什么寄存器？

它的作用是什么？

它是由哪几个寄存器组成？

解：

DPTR是数据存贮器指针。

因为在MCS-51系列单片机中，指令存贮器和数据存贮器是完全分开的，因此，当向数据存贮器读写数据时，就需要有一个寄存器来存放数据存贮器的地址，这个寄存器就是数据指针DPTR。

它是一个16位寄存器，由DPH和DPL两个寄存器组成。

可以通过指令直接把16位地址送给DPTR，也可以把高8位地址送给DPH，把低8位地址送到DPL。

1-5MCS-51单片机引脚中有多少I/O线？

它们和单片机对外的地址总线和数据总线有什么关系？

地址总线和数据总线各是几位？

解：

MCS-51单片机芯片的引脚中有32条I/O线，因为有4个8位并行口，共32条。

51系列单片机没有独立的数据总线和地址总线，而是和一部分I/O线复用。

具体来说，P0口的8条分时用作地址总线低8位和8位数据总线，而P2口8条线用作地址总线高8位。

所以是16位地址总线和8位数据总线。

1-6什么叫堆栈？

堆栈指示器SP的作用是什么？

8051单片机堆栈的容量不能超过多少字节？

解：

堆栈是数据寄存器的一部分，这一部分数据的存取是按照先入后出、后入先出的原则进行的。

堆栈指针SP在启用堆栈之前是用来决定堆栈的位置。

如在8051芯片复位后，SP的值为07H，则决定了堆栈从08H开始设置。

修改SP值可以使堆栈设置在内部RAM的其它部分。

在堆栈启用之后，SP指向堆栈顶部，即由SP来决定数据读出和存入堆栈的地址。

8051单片机内部用作数据区的RAM的容量为128个字节，前8个字节要用来作为工作寄存器R0－R7。

堆栈可以从08H开始设置直到7FH，共120个字节。

但这只是最大可能的容量。

一般情况下，内部RAM还要分出一部分作一般的数据区，或者还要用其中的位寻址区来用于位操作，等等。

所以，8051的堆栈区是比较小的，使用时要注意到这个限制。

1-78051单片机的内部数据存贮器可以分为几个不同区域？

各有什么特点？

解：

8051单片机内部数据存贮器的容量为256个字节（地址为00H－FFH）。

它可以分为两大部分，各占128个字节。

前128个字节为读写数据区，地址为00H－7FH。

后128个字节为特殊功能寄存器区，21个特殊功能寄存器分散地分布在这个区域，各有自己特定的地址。

这个区域中，没有被特殊功能寄存器占用的单元也不能当作一般的RAM单元用

00H－7FH的RAM单元，都可按它们的直接地址来读写数据。

而其中的前32个单元，即00H－1FH单元又称为工作寄存器区，安排了4组工作寄存器，每组8个，都用R0－R7来表示，并通过PSW寄存器中RS1和RS0来选组。

通过工作寄存器R0－R7来对这部分数据单元读写数据，不仅速度快而且指令字节数也少。

另一个区域为位寻址区，占用20H－2FH共16个单元，这16个单元的每一位都可以独立进行操作，共有128个可独立操作的位。

而30H－7FH这80个单元则只能按它们的直接地址来操作。

1-8MCS-51单片机寻址范围是多少？

8051单片机可以配置的存贮器最大容量是多少？

而用户可以使用最大容量有是多少？

解：

MCS-51单片机的指令存贮器寻址范围为64KB，数据存贮器也有64KB寻址范围，地址都是从0000H－FFFFH，共有2×64KB的寻址范围。

8051可以配置的外部存贮器就是2×64KB容量。

但8051片内还配有存贮器，包括4KB容量的只读存贮器和256个字节的数据存贮器，总共容量为132.25KB。

但用户可以使用的容量只有2×64KB再加上256个字节的数据存贮器。

1-98051单片机对外有几条专用控制线？

其功能是什么？

解：

一般的说法是8051单片机有4条专用控制线。

它们是复位信号线RST，高电位有效，当有复位信号从此线输入时，使单片机复位。

访问外部存贮器控制信号

，低电平有效，当此控制线为低电平时，单片机全部使用外部指令存贮器，而当此控制线为高电平时，先使用片内的4KB指令存贮器（0000H－FFFFH），在4KB范围之外，才使用指令存贮器（地址为1000H－FFFFH）。

另有两条输出控制：

外部程序存贮器的读选通信号

和外部地址锁存器允许信号ALE。

前者是低电平有效，在读外部程序存贮器时使用。

后者是高电平有效，在锁存P0口输出的低8位地址时使用。

1-10什么叫指令周期？

什么叫机器周期？

MCS-51的一个机器周期包括多少时钟周期？

解：

完成一条指令的执行所需的时间叫作指令周期。

对不同的指令，指令周期的长短是不一定相同的。

机器周期则是指计算机完成某种基本操作所需的时间，一个指令周期由一个或几个机器周期组成，一个机器周期则包括若干个时钟周期。

MCS-51单片机的一个机器周期包括12个时钟周期。

但对有些微处理器来说，不同的机器周期所包含的时钟周期可能是不相同的。

1-11为什么要了解CPU的时序？

解：

了解CPU的时序就是了解在执行不同类型指令时CPU发出的控制信号有什么不用。

了解CPU时序至少有两个目的，其一是掌握不同的指令或操作使用不同的控制信号后，便于CPU对外部设备的连接而不至于发生错误。

其二是知道不同指令需要不同的机器周期后，可以选用功能相同而机器周期较少的指令，以减少程序的执行时间。

当然，也可以有一些其他的作用。

1-12在读外部程序存贮器时，P0口上一个指令周期中出现的数据序列是什么？

在读外部数据存贮器时，P0口上出现的数据序列又是什么？

解：

读外部程序存贮器（ROM）时，有两种情况：

一种是单纯地取指令，这时P0口上先送出指令所在地址低8位，然后从ROM中取回指令码。

按照指令字节数的不同，这个数据序列可能重复若干次。

另一种情况，则是执行从外部ROM中读取固有数据的指令，这时，P0口上先送出地址低8位，再从ROM中取回指令码，然后开始执行指令，接着从P0口上送出ROM数据单元地址低8位，再读回ROM中的数据。

而再读外部数据存贮器（RAM）时，P0口上先送出指令地址低8位，然后读回指令码，再送出数据存贮单元地址低8位，再读回数据单元的内容。

1-13为什么外扩存贮器时，P0口要外接地址锁存器，而P2口却不接？

解：

这是因为在读写外部存贮器时，P0口上先送出低8位地址只是维持很短的时间，然后P0口就要当作数据总线用。

为了使对外在整个读写外部存贮器期间，都存在有效的低8位地址信号，P0口就要外接一个地址锁存器，再从这个存贮器对外送出低8位地址。

而P2口只用作高8位地址线，并在整个读写期间不变，所以不必外接地址锁存器。

1-14在使用外部程序存贮器时，MCS-51单片机还有多少条I/O线可用？

在使用外部数据存贮器时，还有多少条I/O线可用？

解：

在使用外部程序存贮器时，原则上说，P0口和P2口要用作数据总线和地址总线，所以只有P1口和P3口可用作I/O口，共16条I/O线。

在使用外部数据存贮器时，除了占用P0口和P2口之外。

还需用

和

控制线，而这两条线就是P3口中的两条：

P3.6和P3.7，所以这是只有14条I/O线可用了。

当然，取决于所配置的外部程序存贮器的容量，P2口的8条线并不一定全部占用，有时还有几条没用，但即使如此，这几条线也不能再用作I/O线，而只能留作系统扩展时再用。

1-15程序存贮器和数据存贮器的扩展有何相同点及不同点？

试将8031芯片外接一片2716EPROM和一片2128RAM组成一个扩展后的系统，画出扩展后的连接图。

解：

两者的相同点是，都借用P0口和P2口作为数据总线和地址总线，也就是说，地址线和数据线的连接方法是相同的，地址范围都是在0000H－FFFFH之间。

两者的不同点是，所用的读写选通信号不同，扩展程序存贮器时用控制线

，而扩展数据存贮器时使用读写控制线

和

。

当然每块芯片具体需要几条地址线是由芯片的容量来决定的，容量大的芯片需要借用P2的I/O线的数量多。

而数据线则都是8条。

2716是2K×8的EPROM，2128是2K×8的RAM，两者都只需11条地址线。

由于题目中没有规定地址范围，故可按最简单的方式来连接，即只用

来控制EPROM的读出，用

和

控制RAM的读写，两块芯片的片选都固定接地，连接图如图1-1所示。

这种连接方式可以省去地址译码器。

但它有一个缺点，那就是系统的扩充能力很差，因此，在实用时还是考虑使用译码器好。

1-168051芯片需要外扩4KB程序存贮器，要求地址范围为1000H－1FFFH，以便和内部4KB程序存贮器地址相衔接。

所用芯片除了地址线和数据线外，还有一个片选控制端

。

画出扩展系统的连接图。

？

解：

由于题目没有规定芯片的容量，为简单起见，设所用芯片容量为4KB的EPROM。

芯片本身所需要地址线为12条，除了P0口8条外，还占用P2.0、P2.1、P2.2和P2.3。

P2口的高4位经过或门产生片选信号，连接图如图1－2所示，此时高4位只有为0001时才选中此芯片。

1-17在题1-15的连接图中，若因某种原因，将P2.2、P2.1、P2.0分别误接为P2.5、P2.4、P2.3，问这时图中所接的存贮器的寻址范围是如何分布的？

解：

误接后，相当于存贮器的地址线A10、A9、A8分别与P2.5、P2.4、P2.3相连。

由此可求出地址区：

P2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0P0.7－P0.0地址区

××000×××0……00000-00FFH

1……1

××001×××0……00800-08FFH

1……1

××010×××0……01000-10FFH

1……1

××011×××0……01800-18FFH

1……1

××100×××0……02800-28FFH

1……1

××110×××0……03000-30FFH

1……1

××111×××0……03800-38FFH

1……1

所以存贮器的寻址范围分别为8个不连续的区域，每块地址区有256个字节。

这在实际使用时当然很不方便，所以要注意地址线不要接错。

1-18现有1K×8位的RAM芯片可供选用。

若用线选法组成8031系统的外部数据存贮器，有效的寻址范围最大时多少kB？

若用3-8译码器来产生片选信号，则有效的寻址范围最大又是多少？

若要将寻址范围扩展到64kB，应选用什么样的译码器来产生片选信号？

解：

1k×8位的RAM芯片由10条地址线。

8031的地址线为16条，所以还有6条地址线可以用来作片选信号。

当采用线选法时，每条高位地址线只能选中一片芯片，所以有效地址范围最大可为6kB。

当用3－8译码器来产生片选信号时，一片3－8译码器可以产生8个片选信号，有效寻址范围可扩大为8kB。

若使用多片3－8译码器，则寻址范围还可以扩大。

若要将寻址范围扩展到64kB，必须涓埃女冠高6位线进行全译码以产生64个片选信号。

由于现在尚无现成的6－64译码器可用，故可选用多个3－8译码器，通过两级译码来产生64个片选信号，共需9个3－8译码器。

或者用1个2－4译码器和4个4－16译码器通过两级译码，也可以得到所需的64个片选信号。

1-19什么是地址重迭区，它对存贮器扩展有何影响？

若有1k×8位RAM并采用74LS138译码器来产生片选信号，图1-3中的两种接法的寻址范围各是多少kB？

地址重迭区有何差别？

图中G1、G2A和G2B为译码器的使能端。

解：

所谓地址重迭，其表现就是若干个地址都可选中同一存贮器芯片的同一单元，即一个单元有多个地址。

地址重迭区即是指有哪些地址区可以选中同一芯片的存贮单元。

由于地址重迭区的存在，影响了地址区的有效使用，限制了存贮器的扩展。

图1-3中的两种接法，都能产生8个片选信号，选用1kBRAM时，寻址范围都是8kB。

但是左图有地址重迭区。

高3位地址A13、A14和A15不论为何值，只要低13位地址相同，都能选中同一芯片的同一单元。

故共有8个地址区。

对于Y0输出选中的芯片地址为：

0000H-03FFH，2000H-23FFH，4000H-43FFH，6000H-63FFH，8000H-03FFH，8000H-03FFH，A000H-A3FFH，C000H-C3FFH，E000H-E3FFH。

而右图的接法没有地址重迭区。

8片RAM所占用的地址为2000H-23FFH，其它的地址都选不中这些RAM的存贮单元。

1-20从系统扩展的角度来看，图1-3中的两种接法右什么差别？

解：

图1-3左图可以接8片1kBRAM，而每片RMA又有8kB地址重迭区，所以64kB地址区全部用完。

这个系统只能接8片1kBRAM，不能再扩展。

而图1-3右图中由于不存在地址重迭区，如果再增加译码器和控制门，就可以获得更多的片选信号。

只要连接得当，系统最大可以扩展64kB存贮器。

所以地址重迭区的存在将限制存贮器的扩展。

1-21某单片机系统需要配置一个4k×8位的静态外部RAM。

试问：

用几片2114（1k×4位）组成该存贮器？

用线选法如何构成这个存贮器？

试画出连接简图，并注明各芯片所占用的存贮空间。

解：

需用（4k×8）/（1k×4）＝8，即8片2114来组成。

系统连接如图1－4所示。

8片2114芯片分为四组，每组有相同的线选信号，即有相同的地址，存贮空间的分布可决定如下：

A15A14A13A12A11A10A9－A0地址区

Ⅰ、Ⅱ片××11100……03800H－3BFFH

1……1

Ⅲ、Ⅳ片××11010……03400H－37FFH

1……1

Ⅴ、Ⅵ片××10110……02C00H－2FFFH

1……1

Ⅶ、Ⅷ片××01110……01C00H－1FFFH

1……1

由于A15，A14两条地址线没有使用，所以在如图的连接方式下，每组存贮器都有4kB地址重迭区。

但如果把A15和A14也用作线选信号，则这个系统还可以再扩充2kB容量的存贮器（设仍使用2114芯片）。

1-22某系统的存贮器配置如图1-5所示。

所用芯片为1k×8位静态RAM，试确定每块芯片的地址范围。

图中C为译码器高位输入，A为低位输入。

Y0对应于输入组合000，Y7对应于输入组合111。

每片RAM地址重迭区有多大？

解：

各芯片的地址区可确定如下：

A15A14A13A12A11A10A9－A0地址区

Ⅰ、片××000×0……00000H－03FFH

1……1

Ⅱ、片××001×0……00800H－0BFFH

1……1

Ⅲ、片××010×0……01000H－13FFH

1……1

Ⅳ、片××011×0……01800H－1BFFH

1……1

由于有3条地址线A15、A14和A10没有连接和使用，所以每片RAM都有23＝8kB地址重迭区。

1-23用4片1k×8位RAM，一片2－4译码器，一片4－16译码器来构成4k×8位容量的存贮器，画出存贮器的连接图。

并要求：

1）每一存贮单元的地址范围是唯一确定的，不存在地址重迭区；2）给出所画的连接图中每块芯片的寻址范围；3）存贮器应具有扩展能力，即能扩展到64k×8位的存贮容量。

问：

若要扩展到最大容量，除了增加存贮器芯片外，还要增添什么器件？

解：

按照第一个要求，必须通过全译码来产生片选信号。

即每个片选信号必须由6个高位地址线的组合来产生。

由于提供了两种不同的译码器，产生这种片选信号并不难。

但连接的方式不止一种，而且不同的连接方式各个存贮器芯片的地址区也可以不同。

图1-6是两种可能出现的方案。

在第一种方案中，4片RAM的地址为：

Ⅰ片：

0000H-03FFH；

Ⅱ片：

0400H-07FFH；

Ⅲ片：

0800H-0BFFH；

Ⅳ片：

0C00H-0FFFH；

第二种方案的意图是以地址线A10来控制4－16译码器Y0的输出是为1还是为0：

当A14A13A12A11A10=00000时Y0＝0；当A14A13A12A11A10=00001时Y0＝1。

再加上A15的控制，可以得到4个片选信号，从而确定4片RAM的地址为：

Ⅰ片：

0000H-03FFH；

Ⅱ片：

0400H-07FFH；

Ⅲ片：

8000H-83FFH；

Ⅳ片：

8400H-87FFH；

但是，这个方案并不能满足题目中第一个要求，即每片RAM的地址区并不是唯一的。

因为4－16译码器的Y0＝1可能出现的机会很多，实际上，只要A14A13A12A11A10≠00000时，都可以使Y0＝1。

所以这个方案并不能用。

若要把存贮容量扩展到64kB，则除了增加1kBRAM芯片的数量外，还要通过全译码方法产生64个片选信号。

由于已经有1片4－16译码器和1片2－4译码器，所以只需要再增加3片4－16译码器就可以实现：

即用2－4译码器的4个输出控制4片4－16译码器的4个使能端，就可以在4片4－16译码器的输出端，获得64个片选信号。

1-24某系统的存贮器中配备有两种芯片：

容量为2k×8的ROM和容量为1k×8的RAM。

系统采用74LS138译码器来产生片选信号。

Y0，Y1和Y2直接接到三片ROM（片选信号#1，#2和#3）；Y4和Y5则通过一组门电路产生4个片选信号接到4片RAM（片选信号#4，#5，#6和#7）。

连接的简图如图1－7所示。

试确定每一片存贮器的寻址范围。

各存贮器的片选信号都是低电平有效。

解：

各存贮器芯片的地址区可按一般的方法确定如下：

A15A14A13A12A11A10A9－A0地址区

＃1片1000000……08000H－87FFH

11……1

＃2片1000100……08800H－8FFFH

11……1

＃3片1001000……09000H－97FFH

11……1

＃4片1010000……0A000H－A3FFH

11……1

＃5片1010010……0A400H－A7FFH

11……1

＃6片1010100……0A800H－ABFFH

11……1

＃7片1010110……0AC00H－AFFFH

11……1

1-25MCS-51的I/O口在用作输入时，为什么要先置1？

解：

因为输入端子和输出电路是连接在一起的，更具体地说是和输出MOS管的漏极连一起的。

若在上次操作中使输出MOS管处于导通状态（输出0），则使引脚端子对地呈低阻抗。

此时若要输入1，则对地的低阻抗将使逻辑电平变低，使得读引脚的结果与实际引脚状态不一致，即引脚状态为1，读入的结果却是0。

若是先给输出口置1，实际上是使输出级MOS管截止，电源通过上拉电阻（除P0口）对外输出高电位。

此时再去读引脚，则因为输出级MOS管为截止状态，无论引脚上的信号是1还是0都不会受影响，从而可以正确地读入。

1-26MCS-51单片机有5个中断源，但只能设置两个中断优先级，因此在中断优先级安排上受到一定的限制。

试问以下几种中断优先顺序的安排（级别由高到低）是否可能？

若可能，则应如何设置中断源的中断级别？

否则，请简述不可能的理由。

（1）定时器0，定时器1，外中断0，外中断1，串行口中断；

（2）串行口中断，外中断0，定时器0溢出中断，外中断1，定时器1溢出中断；

（3）外中断0，定时器1溢出中断，外中断1，定时器0溢出中断，串行口中断；

（4）外中断0，外中断1，串行口中断，定时器0溢出中断，定时器1溢出中断；

（5）串行口中断，定时器0溢出中断，外中断0，外中断1，定时器1溢出中断；

（6）外中断0，外中断1，定时器0溢出中断，串行口中断，定时器1溢出中断；

（7）外中断0，定时器1溢出中断，定时器0溢出中断，外中断1，串行口中断；

解：

（1）可以安排。

可设置定时器0和定时器1溢出中断为高级中断，其余为低级中断。

再依据内部同级查询次序，得到所需中断优先级顺序。

（2）可以安排。

只需将串行口中断设置为高级中断，其余的中断源都为低级中断。

（3）不能安排。

若把外中断0和定时器1溢出中断安排为高级中断，则这两个中断的优先顺序可以满足，但对其余3个中断，外中断1的级别不能高于定时器0溢出中断。

所以，总的优先顺序不能实现。

（4）可以安排。

可安排外中断0，外中断1和串行口中断为高级中断，其余两个定时器中断为低级中断。

（5）不能安排。

虽然可以单独设置串行口中断为高级中断，但其余4个中断的优先顺序只能按内部查询次序来定。

这时，定时器0溢出中断不能优先于外中断0。

（6）不能安排。

这时最接近的一个安排是将定时器1溢出中断设为低级中断，其余4个中断都为高级中断。

但是外中断1的查询次序再定时器0溢出中断之后，所以，不能满足所要求的优先顺序。

（7）可以安排。

只须使外中断0和定时器1溢出中断为高级中断，其余均为低级中断，就可满足所要求的优先顺序。

1-27单片机8031的时钟频率为6MHz，若要求定时值分别为0.1ms，1ms和10ms，定时器0工作在方式0、方式1和方式2时，其定时器初值各应为多少？

解：

时钟频率为6MHz，相应的定时时钟周期为2μs。

定时器初值和定时值的关系为

2n－定时器初值＝定时值/定时周期

其中n由工作方式决定，可为13，16或8。

当定时值为0.1ms时：

2n－定时器初值＝0.1ms/2μs＝50

亦即需要50个定时时钟周期。

所以工作方式0，1，2都可选用。

方式0时，n＝13，所以

213－x＝＝50

x=8192-50=8142=（1111111001110）2

定时器初值为TH0=FEH，TL0=0EH。

方式1时，n＝16

x=65536-50=65486=（1111111111001110）2

定时器初值为TH0=FFH，TL0=CEH。

方式2时，n＝8

x=256-50=206=（11001110）2

定时器初值为TH0=CEH，TL0=CEH。

当定时值为1ms时：

2n－x＝1ms/2μs＝500

这时，方式2已不能使用，因为它只能提供256个定时时钟周期。

而工作方式0和方式1是可以采用的。

方式0，n＝13，所以

x=8192-500=7692