单片机原理及应用林立张俊亮版课后习题答案.docx
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单片机原理及应用林立张俊亮版课后习题答案
第一章习题
1.什么是单片机?
单片机和通用微机相比有何特点?
答:
单片机又称为单片微计算机,它的结构特点是将微型计算机的基本功能部件(如中央处理器(CPU)、存储器、输入接口、输出接口、定时/计数器及终端系统等)全部集成在一个半导体芯片上。
虽然单片机只是一个芯片,但无论从组成还是从逻辑功能上来看,都具有微机系统的定义。
与通用的微型计算机相比,单片机体积小巧,可以嵌入到应用系统中作为指挥决策中心,是应用系统实现智能化。
2.单片机的发展有哪几个阶段?
8位单片机会不会过时,为什么?
答:
单片机诞生于1971年,经历了SCM、MCU、SOC三大阶段,早期的SCM单片机都是8位或4位的。
其中最成功的是INTEL的8031,此后在8031上发展出了MCS51系列MCU系统。
基于这一系统的单片机系统直到现在还在广泛使用。
随着工业控制领域要求的提高,开始出现了16位单片机,但因为性价比不理想并未得到很广泛的应用。
90年代后随着消费电子产品大发展,单片机技术得到了巨大提高。
随着INTEL i960系列特别是后来的ARM系列的广泛应用,32位单片机迅速取代16位单片机的高端地位,并且进入主流市场。
然而,由于各应用领域大量需要的仍是8位单片机,因此各大公司纷纷推出高性能、大容量、多功能的新型8位单片机。
目前,单片机正朝着高性能和多品种发展,但由于MCS-51系列8位单片机仍能满足绝大多数应用领域的需要,可以肯定,以MCS-51系列为主的8位单片机,在当前及以后的相当一段时间内仍将占据单片机应用的主导地位。
3.举例说明单片机的主要应用领域。
答:
单片机广泛应用于仪器仪表、家用电器、医用设备、航空航天、专用设备的智能化管理及过程控制等领域,大致可分如下几个范畴:
智能仪器
单片机具有体积小、功耗低、控制功能强、扩展灵活、微型化和使用方便等优点,广泛应用于仪器仪表中,结合不同类型的传感器,可实现诸如电压、电流、功率、频率、湿度、温度、流量、速度、厚度、角度、长度、硬度、元素、压力等物理量的测量。
采用单片机控制使得仪器仪表数字化、智能化、微型化,且功能比起采用电子或数字电路更加强大。
例如精密的测量设备(电压表、功率计,示波器,各种分析仪)。
工业控制
单片机具有体积小、控制功能强、功耗低、环境适应能力强、扩展灵活和使用方便等优点,用单片机可以构成形式多样的控制系统、数据采集系统、通信系统、信号检测系统、无线感知系统、测控系统、机器人等应用控制系统。
例如工厂流水线的智能化管理,电梯智能化控制、各种报警系统,与计算机联网构成二级控制系统等。
家用电器现在的家用电器广泛采用了单片机控制,从电饭煲、洗衣机、电冰箱、空调机、彩电、其他音响视频器材、再到电子秤量设备和白色家电等。
网络和通信
现代的单片机普遍具备通信接口,可以很方便地与计算机进行数据通信,为在计算机网络和通信设备间的应用提供了极好的物质条件,现在的通信设备基本上都实现了单片机智能控制,从手机,电话机、小型程控交换机、楼宇自动通信呼叫系统、列车无线通信、再到日常工作中随处可见的移动电话,集群移动通信,无线电对讲机等。
医用设备领域
单片机在医用设备中的用途亦相当广泛,例如医用呼吸机,各种分析仪,监护仪,超声诊断设备及病床呼叫系统等等。
模块化系统
某些专用单片机设计用于实现特定功能,从而在各种电路中进行模块化应用,而不要求使用人员了解其内部结构。
如音乐集成单片机,看似简单的功能,微缩在纯电子芯片中(有别于磁带机的原理),就需要复杂的类似于计算机的原理。
如:
音乐信号以数字的形式存于存储器中(类似于ROM),由微控制器读出,转化为模拟音乐电信号(类似于声卡)。
在大型电路中,这种模块化应用极大地缩小了体积,简化了电路,降低了损坏、错误率,也方便于更换。
汽车电子
单片机在汽车电子中的应用非常广泛,例如汽车中的发动机控制器,基于CAN总线的汽车发动机智能电子控制器、GPS导航系统、abs防抱死系统、制动系统、胎压检测等。
此外,单片机在工商、金融、科研、教育、电力、通信、物流和国防航空航天等领域都有着十分广泛的用途。
4.将十进制数37转换为二进制,BCD码和十六进制数,并对转换结果进行对比分析。
答:
37=(100101)B=(25)H;BCD 码为 0011 0111;
可见,同一个数用不同进制表示,其结果也不同。
5.写出下列十进制数在8位微机中的原码,反码和补码形式。
(1)+36
原码 0010 0100B
反码 0010 0100B
补码 0010 0100B
(2)-36
原码 1010 0100B
反码 1101 1011B
补码 1101 1100B
(3)+127
原码 0111 1111B
反码 0111 1111B
补码 0111 1111B
(4)-128
原码 1000 0000B
反码 0111 1111B
补码 1000 0000B
(5)-121
原码 1111 1001B
反码 1000 0110B
补码 1000 0111B
6.对于二进制数1000 1001B,若理解为无符号数,则该数对应十进制数为多少?
若理解为有符号数,则该数对应十进制为多少?
若理解为BCD数,则该数对应十进制数为多少?
答:
1000 1001B无符号数:
137
有符号数:
-9;
BCD数:
89;
7.对下列各组数进行“与”,“或”和“异或”运算。
(1)1010 1010 和0000 0000
与 0000 0000
或 1010 1010
异或 1010 1010
(2)0111 0111 和1000 1000
与 0000 0000
或 1111 1111
异或 1111 1111
(3)1110 1110 和 0111 0111
与 0110 0110
或 1111 1111
异或 1001 1001
(4)0011 1100 和 1111 0000
与 0011 0000
或 1111 1100
异或 1100 1100
8.Proteus ISIS的工作界面中包含哪几个窗口?
菜单栏中包含哪几个选项?
答:
Proteus ISIS的工作界面主要包括标题栏、菜单栏、工具栏、状态栏、方位控制按钮、仿真进程控制按钮、对象选择窗口,原理图编辑窗口和预览窗口等。
主菜单栏包含文件、查看、编辑、工具、设计、图形、源文件、调试、库、模板、系统、帮助选项。
9.利用ISIS模块开发单片机系统需要经过哪几个主要步骤?
答:
(1)启动ISIS;
(2)绘制电路原理图;
(3)输入单片机程序;
(4)进行源代码调试;
(5)仿真运行。
10.何谓PCB?
利用ARES模块进行PCB设计需要经过哪几个主要步骤?
答:
PCB(Printed Circuit Board),中文名称为印制电路板,又称印刷电路板、印刷线路板,是重要的电子部件,是电子元器件的支撑体,是电子元器件电气连接的提供者。
由于它是采用电子印刷术XXX的,故被称为“印刷”电路板。
利用ARES模块进行PCB设计的主要步骤:
(1)启动ARES;
(2)元器件布局; (3)元器件布线; (4)铺铜; (5)三维效果图; (6)CADCAM输出。
第2章MCS-51单片机结构及原理 习题
1.MSC-51单片机内部由哪些功能部件组成,各有什么功能?
答:
以51单片机为例,其内部功能部件有:
控制器:
是对取自程序存储器中的指令进行译码,在规定的时刻发出各种操作所需的控制信号,完成指令所规定的功能;
运算器:
根据控制器发来的信号,执行算术逻辑运算操作;
存储器:
包括程序存储和数据存储器;
定时器计数器:
2个16位定时器/计数器,可对机器周期计数,也可对外部输入脉冲计数;
中断系统:
可响应三个内部中断源和两个外部中断源的中断请求;
输入输出接口:
4个8位并行口和一个全双工串行口;
2.MSC-51单片机外部引脚的名称是什么?
各有什么功能?
答:
(1)电源及晶振引脚
VCC(40脚):
+5V电源引脚
VSS(20脚):
接地引脚
XTAL1(19脚);外接晶振引脚(内置放大器输入端)
XTAL2(18脚):
外接晶振引脚(内置放大器输出端)
(2)控制引脚
RST/VPD(9)为复位/备用电源引脚
ALE/PROG(30)为XXX锁存使能输出/编程脉冲输入
PSEN(29):
输出访问片外程序存储器读选通信号
EA/VPP(31):
外部ROM允许访问/编程电源输入
(3)并行I/O口引脚
P0.0~P0.7(39~32脚)——P0口;
P1.0~P1.7(1~8脚)——P1口;
P2.0~P2.7(21~28脚)——P2口;
P3.0~P3.7(10~17脚)——P3口。
3.51系列单片机的封装有哪些类型?
请说明每一种封装引脚之间的距离。
答:
51系列单片机的封装有:
40引脚双列直插封装(DIP——dualin-linepackage),引脚之间的距离是100mil();
44引脚方形扁平封装(QFP——quadflatpackage)方式,引脚之间的距离是;
44引脚带引线的塑料芯片载体PLCC(PlasticLeadedChipCarrier)。
4.什么是复位?
单片机复位电路有哪几种,工作原理分别是什么?
答:
复位——使单片机恢复原始默认状态的操作。
单片机复位电路有:
上电复位电路,由电阻和电容构成,通过上电时,电容相当于短路而使复位引脚在晶振有效的情况下保持2个机器周期的高电平;按钮开关复位电路,由两个电阻的分压构成,通过手工按下按钮,使复位引脚在晶振有效的情况下保持2个机器周期的高电平。
5.通常的微机系统存储器结构有哪几种?
MCS-51单片机存储器属于哪一类?
CS-51可寻址多大空间?
答:
通常的微机系统存储器结构有两种结构,即哈佛结构和冯诺依曼结构(也叫普林斯顿结构),MCS-51单片机存储器属于,MCS-51可寻址空间是两个64KB,即64KB的程序存储空间和64KB的数据存储空间。
6.片内RAM中低128个单元划分为哪三个主要部分?
各部分的主要功能是什么?
答:
片内RAM中低128个单元划分为三个部分:
①工作寄存器区(00H-1FH),四组,每组8个,可作用工作寄存器切换使用;
②可位寻址区(20H-2FH),16B,位XXX为00H-7FH,用作为按位寻址的空间;
③用户RAM区(30H-7FH),80B,用作普通RAM单元或堆栈。
7.程序状态字寄存器PSW各位的定义是什么?
答:
程序状态字寄存器PSW各位的定义如下:
PSW.7:
进/借位标志CY,加法有进位时置1,减法有借位时置1;
PSW.6:
辅助进位标志AC,加法运算低四位向高上四位有进位时置1;
PSW.5、PSW.1:
用户标志位F0和用户标志位F1,
保存用户的位数据;
PSW.4、PSW.3:
工作寄存器选择控制位RS1和RS0,00至11分别选择四组工作之一作为当前工作寄存器
PSW.2:
溢出标志位OV,有符号数加、减运算结果有溢出或乘除上结果异常(乘法运算结果大于255即乘积在BA中,或除法运算除数为0)时置1
PSW.0:
奇偶标志位P,累加器A中1的个数为奇数时置1。
8.什么是时钟周期?
什么是机器周期?
什么是指令周期?
当振荡频率为12MHz时,一个机器周期为多少微秒?
答:
时钟周期又叫振荡周期或拍,用P表示,是MCS-51单片机中最小的时间单位,在一个时钟周期内,CPU完成一个最基本的动作。
机器周期:
由12个时钟周期构成,完成一个基本操作
指令周期:
是执行一条指令所需的时间,根据指令的复杂性,可由1~4个机器周期构成。
当振荡频率为12MHz时,一个机器周期为1微秒。
9.P0、P1、P2和P3口的结构和功能分别是什么?
答:
P0口的每一位由1个锁存器、2个三态缓冲器、1个输出控制电路(非门X、与门、电子开关MUX、输出驱动电路构成,其功能既可以作为通用I/O口实现输入/输出功能,也可作为单片机XXX线的低8位和数据线实现外部扩展功能。
在用作输入输出口时,需外接上拉电阻。
P1口的每一位由1个锁存器、1个场效应管驱动器V和2个三态门缓冲器构成,其作用是用作输入输出口
P2口的每一位由1个锁存器、2个三态缓冲器、1个输出控制单元、1个输出驱动单元构成,其功能是用作输入输出口,或XXX总线的高8位。
P3口的每一位由1个锁存器、2个三态缓冲器、1个第二功能控制单元、1个输出驱动单元构成,其作用是用作输入输出口或第二功能。
10.51单片机引脚ALE的作用是什么?
当51不外接存储器时,ALE上的输出的脉冲频率是多少?
答:
51单片机引脚ALE的作用是对外部存储寻址时锁存P0口输出的低8位XXX,当51不外接存储器时,ALE上的输出的脉冲频率是fosc/6。
第3章单片机的汇编语言与程序设计 习题
1.MCS-51单片机有哪几种寻址方式?
适用于什么XXX空间?
答:
MCS-51单片机有7种寻址方式:
直接寻址、寄存器寻址、寄存器间接寻址、立即寻址、变址寻址、位寻址、相对寻址。
直接寻址方式:
操作数的XXX由指令直接给出,适用于片内RAM的所有XXX空间;如MOVA,68H
MOVA,PSW
寄存器寻址方式:
指令给出的是寄存器的编码,操作数在编码指定的寄存器中,适用于片内00H至1FH的32个字节,用R0,…,R7表示,通过PSW的RS1和RS0选择组号确定对应32个字节中的其中8个,还有累加器A,以及乘除法指令中的A和B寄存器,位寻址方式中的布尔累加器C;
MOVA,R1
MULAB
INCDPTR
寄存器间接寻址方式:
指令给出的是寄存器的编码,操作数XXX在编码指定的寄存器中,适用于片内RAM的全部空间,其中52系列中的80H至FFH只能用寄存器间接寻址;如MOVA,@R0
MOVA,@R1
MOVXA,@DPTR
立即寻址方式:
操作数本身在指令中直接,给出适用于用8位立即数对片内RAM所有XXX单元赋值,也可用16位立即数对DPTR赋值;如
MOVA,#0E2H
MOVDPTR,#2000H
变址寻址方式:
以DPTR或PC作为基XXX寄存器,以累加器A作为变址寄存器,将基址寄存器与变址寄存器的内容相加形成操作数的实际XXX的一种寻址方式,变址寻址方式适用于程序存储器ROM,仅有三条指令如下:
MOVCA,@A+DPTR
MOVCA,@A+PC
JMP@A+DPTR
位寻址方式:
指令中直接给出操作数所在单元的位XXX,适用于片内RAM中XXX20H至2FH中的16个字节中的128个位XXX空间和80H至FFH中XXX中可以被8整除的所有SFR中的每个位XXX空间;如
MOVC,7FH
MOVF0,C
MOVC,ACC.7
相对寻址方式:
为相对转移指令而设,指令中直接给出转移的相对偏移量,其转移目标在当前指令-128至+127字节范围内的XXX空间。
如
SJMPSTART
HERE:
SJMPHERE;等效于:
SJMP$
2.MCS-51单片机的PSW程序状态字中无ZERO(零)标志位,怎样判断某内部数据单元的内容是否为零?
答:
MCS-51单片机的PSW程序状态字中无ZERO(零)标志位,判断某内部数据单元的内容是否为零是能通过取数到A累加器,再判断A中的每一位是否为零来确定其值是否为零。
3.编程将内部RAM的20H--30H单元内容清零。
解:
设一个片内RAM指针R0,先指向首XXX20H,通过累加器A清零,然后采用间接寻址方式依次将A中的零值传送到指针所指的片内RAM单元,每传送一个字节,XXX指针加1,直到达到XXX为30H或达到计数器规定的17个字节为止。
程序1:
MOVR0,#20H;设XXX指针初值
CLRA;累加器清0
CONT:
MOV@R0,A;置0指针所指单元
INCR0;XXX指针加1
CJNER0,#31H,CONT;指针未超过终点则继续
SJMP$;暂停
程序2:
MOVR0,#20H;设XXX指针初值
CLRA;累加器清0
MOVR7,#17;计数器赋初值,从20H到30H共17个字节
CONT:
MOV@R0,A;置0指针所指单元
INCR0;XXX指针加1
DJNZR7,CONT;计数器减1,非0,则继续
SJMP$;暂停
4.编程查找内部RAM的32H~41H单元中是否有0AAH这个数据,若有这一数据,则将50H单元置为0FFH,否则将50H单元清零。
解:
设一个片内RAM指针R0,先指向首XXX32H,比较@R0与#0AAH,若相等,则退出循环,给50H单元赋0FFH,若不相等,则R0加1为继续比较下一个字节做准备,直到达到XXX为41H或达到计数器规定的16个字节为止还没找到,则给50H单元赋00H
程序1:
MOVR0,#32H;设XXX指针初值
CONT:
CJNE@R0,#0AAH,NEXT;比较查找值与指针所指单元的值,不相等转移
MOVA,#0FFH;相等,则准备好要赋的标志值0FFH
SJMPDOWN;转存到保存结果处
NEXT:
INCR0;修改XXX指针
CJNER0,#42H,CONT;若指针未越过终点,则继续
MOVA,#00H;查找失败,则将00H存入结果标志单元
DOWN:
MOV50H,A;将比较结果标志存入50H单元
SJMP$;暂停
END
程序2:
MOVR7,#16;计数器赋初值,从20H到30H共16个字节
MOVR0,#32H;设XXX指针初值
CONT:
CJNE@R0,#0AAH,NEXT;比较查找值与指针所指单元的值,不相等转移
MOVA,#0FFH;相等,则准备好要赋的标志值0FFH
SJMPDOWN;转存到保存结果处
NEXT:
INCR0;修改XXX指针
DJNZR7,CONT;计数器减1,非0,则继续
MOVA,#00H;查找失败,则将00H存入结果标志单元
DOWN:
MOV50H,A;将比较结果标志存入50H单元
SJMP$;暂停
END
5.查找20H~4FH单元中出现00H的次数,并将查找结果存入50H单元。
解:
从20H到4FH共48个字节
MOVR7,#48;字节计数器赋初值
MOVR0,#20H;设XXX指针初值
CONT:
CJNE@R0,#00H,NEXT;比较查找值与指针所指单元的值,不相等转移
INCR6;相等,0的个数计数器加1
NEXT:
INCR0;修改XXX指针
DJNZR7,CONT;计数器减1,非0,则继续
MOV50H,R6;保存O的个数计数值到50H单元
SJMP$;暂停
ENDEND
6.已知A=83H,R0=17H,(17H)=34H,写出下列程序段执行之后的A中的内容。
ANLA,#17H
ORL17H,A
XRLA,@R0
CPLA
END
答:
ANLA,#17H;A=03H
ORL17H,A;(17H)=00110100∨00000011=00110111
XRLA,@R0;A=00000011∨00110111=00110100
CPLA;A=11001011
7.已知单片机的晶振频率为12MHz,分别设计延时为0.1s、1s的子程序。
答:
已知单片机的晶振频率为12MHz,则机器周期为1us,延时子程序是通过执行指令序列中机器周期数来达到,如果要0.1s,即100ms,也就是100000us,所以需要机器周期数达到100000。
要延时达到1S,可通过对延时为0.1秒的子程序调用10次来实现。
DELAY100MS:
MOVR6,#200;1个机器周期
D1:
MOVR7,#250;1个机器周期
D2:
NOP;1个机器周期
DJNZR7,D2;2个机器周期,3*251=753
DJNZR6,D1;2个机器周期,(1+753+2)*132=99792
RET;2个机器周期,1+99792+2=99795,约100ms
DELAY1S:
MOVR7,#10;计数10次1
LOOP:
ACALLDELAY100MS;延时100ms子程序99795+2
DJNZR7,LOOP;未达到10次则继续10*(2+99795+2)
RET;返回2+10*(2+99795+2)=997992
8.内部RAM从20H单元开始处有一数据块,以ODH为结束标志,试统计该数据块的长度,将该数据块送到外部数据存储器7E01H开始的单元,并将长度存入7E00H单元。
解:
从20H的指针用R0,从外部RAM7E01开始的指针用DPTR,计数器用R7
MOVR7,#0;字节计数器赋初值
MOVR0,#20H;设片内RAMXXX指针初值
MOVDPTR,#7E01H;设片外RAMXXX指针初值
CONT:
MOVA,@R0;取片内RAM中的一个字节
MOVX@DPTR,A;存入片外RAM指针所指单元
INCR7;长度计数器加1
INCR0;片内RAMXXX指针加1
INCDPTR;片外RAMXXX指针加1
CJNEA,#0DH,CONT;未达到结束标志
MOVA,R7;取块计数长度值
MOVX@DPTR,A;保存
SJMP$;暂停
END
9.内部RAM从DATA开始的区域中存放着10个单字节十进制数,求其累加和,并将结果存入SUM和SUM+1单元。
解:
R7计数,R6保存累加和高8位,R0用作XXX指针
ORG0000H
LJMPMAIN
ORG100H
SUMEQU30H
DATAAEQU40H
MAIN:
MOVR7,#10;字节计数器赋初值
MOVR0,#DATAA;设片内RAMXXX指针初值
CLRA;累加器清0
MOVR6,A;累加结果的高8位
CONT:
ADDA,@R0;加RAM中的一个字节到A