单片机原理及应用基于Proteus和Keil C.docx

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单片机原理及应用基于Proteus和KeilC

第一章

1.什么是单片机？

在一块集成电路芯片上集成了微处理器、存储器、输入接口、输出接口、定时器/计数器、中断等基本电路所构成的单片微型计算机，简称单片机（Single-Chip-Microcomputer）。

单片机有较强的控制功能，主要取决于单片机在其结构上的设计，包括单片机硬件、指令系统及I/O处理功能等方面都有独到之处。

虽然单片机只是一个芯片，但无论从组成还是从其逻辑功能上来看，都具有微机系统的含义。

2．单片机应用灵活性体现在哪些方面？

单片机以其自身的特点，其应用领域已渗透入各个领域。

单片机的主要特点是体积小、功耗低、价格低廉、使用方便，控制功能强、便于进行位运算且具有逻辑判断、定时计数等多种功能。

单片机应用系统设计灵活，在系统硬件不变的情况下，可通过不同的程序可实现不同的功能，因此这从根本改变了传统控制系统的设计思想和设计方法。

过去必须由模拟电路、数字电路及继电器控制电路实现的大部分功能，现在已能用单片机并通过软件方法实现。

由于软件技术的飞速发展，各种软件系列产品的大量涌现，可以极大地简化硬件电路。

“软件就是仪器”已成为单片机应用技术发展的主要特点。

3．简述单片机的发展历程。

1976年，Inter公司推出了MCS-48系列8位单片机

到目前为止，世界各地厂商已相继研制出大约50个系列300多个品种的单片机产品。

代表产品有Intel公司的MCS-51系列（以下简称51系列）机（8位机）

目前，市场上的主流产品是51系列兼容机：

由STC公司推出的高性价比的STC89系列单片机和Atmel公司生产的AT89系列单片机。

随着集成电路的发展，随之出现内核为32位的ARM处理器，

在单片机家族的众多成员中，51系列单片机以其优越的性能、成熟的技术及高可靠性和高性能价格比，迅速占领了工业测控和自动化工程应用的主要市场，

在8位单片机的基础上，又推出超8位单片机，其功能进一步加强，同时16位单片机也相继产生，代表产品有Intel公司的MCS-96系列以及ATMEL推出的AVR单片机。

4．计算机能够识别的数值是什么？

为什么要引进十六进制数？

在计算机中，由于所采用的电子逻辑器件仅能存储和识别两种状态的特点，计算机内部一切信息存储、处理和传送均采用二进制数的形式。

可以说，二进制数是计算机硬件能直接识别并进行处理的惟一形式。

十六进制数可以简化表示二进制数。

5.数值转换。

（1）37=（100101）B=（25）H

（2）12.875=（1100.111）B=（0CE）H

（3）10110011B=（0B3）H=（179）10

（4）10111.101B=（17.A）H=（23.625）10

（5）56H=（01010110）B=（86）10

（6）3DFH=（001111011111）B=（991）10

（7）1A.FH=（11010.1111）B=（26.9375）10

（8）3C4DH=（11110001001101）B=（）10

6.对于二进制数10001001B，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，则该数对应十进制数为多少？

若理解为BCD数，则该数对应十进制数为多少？

137-11989

7.列出下列数据的反码、原码和补码。

（1）+123

（2）-127（3）+45（4）-278

（1）011110110111101101111011

（2）100000001111111110000001

（3）101101101101101101

（4）111111*********11000000100010110111111*********0

8.简述单片机的仿真过程和开发过程。

可以使用protues仿真软件首先建立电路原理图，然后调入由keil编译连接的.hex文件（参考本章项目实例）；

开发过程：

（参考第8章）

第2章

1.51单片机包括哪些主要逻辑功能部件？

各功能部件的主要作用是什么？

简单说明不同型号的差别。

8051单片机内部由CPU、4KB的ROM、128B的RAM、4个8位的I/O并行端口、一个串行口、两个16位定时/计数器及中断系统等组成。

2.程序状态字寄存器PSW各位的定义是什么？

PSW是一个8位寄存器，用于寄存当前指令执行后的某些状态，即反映指令执行结果的一些特征信息。

Cy（PSW.7）：

即PSW的D7位，进位/借位标志。

AC（PSW.6）：

即PSW的D6位，辅助进位标志。

F0（PSW.5）及F1（PSE.1）：

即PSW的D5位、D1位，用户标志位。

RS1及RS0（PSW.4及PSW.3）：

即PSW的D4位、D3位，寄存器组选择控制位。

OV（PSW.2）：

即PSW的D2位，溢出标志。

3.51存储器结构的主要特点是什么？

程序存储器和数据存储器各有何不同？

MCS-51单片机的存储器结构与一般微机存储器的配置方法不同，一般微机把程序和数据共存同一存储空间，各存储单元对应惟一的地址。

而MCS-51的存储器把程序和数据的存储空间严格区分开。

数据存储器用于存放程序运算的中间结果、状态标志位等。

程序存储器用于存放已编制好的程序及程序中用到的常数。

4.51单片机内部RAM可分为几个区？

各区的主要作用是什么？

内部数据存储器分为高、低128B两大部分。

低128B为RAM区，地址空间为00H～7FH，可分为：

寄存器区、位寻址区、堆栈及数据存储区。

存放程序运算的中间结果、状态标志位等。

高128B为特殊功能寄存器（SFR）区，地址空间为80H～FFH，其中仅有21个字节单

元是有定义的。

5.51单片机的P0～P3四个I/O端口在结构上有何异同？

使用时应注意哪些事项？

P0口是一个8位漏极开路型双向I/O端口。

P1口是一个内部带上拉电阻的8位准双向I/O端口。

P2口也是一个内部带上拉电阻的8位准双向I/O端口

P3口是一个内部带上拉电阻的8位多功能双向I/O端口。

在使用时应注意以下方面：

①P0～P3都是准双向I/O口，即CPU在读取数据时，必须先向相应端口的锁存器写入“1”。

各端口名称与锁存器名称在编程时相同，均可用P0～P3表示。

当系统复位时，P0～P3端口锁存器全为“1”，故可直接对其进行读取数据。

②P0口每一输出位可驱动8个LS型TTL负载，P0口可作通用输入、输出端口使用，此时，若要驱动NMOS或其他拉电流负载时，需外接上拉电阻，才能使该位高电平输出有效。

在单片机进行外部存储器扩展时，P0口必须作为地址/数据复用线使用，此时，不必外接上拉电阻，P0也不能作通用I/O口使用。

③P1、P2、P3口输出均接有内部上拉电阻，输入端无需外接上拉电阻，每一位输出可以驱动4个LS型TTL电路。

④P0、P2口除可以作通用I/O端口、以实现与外部进行数据交换外，更主要的是，当CPU访问外部存储器时，CPU将自动地把外部存储器的地址线信号（16位）送P0、P2口，作为地址总线（P0口输出低8位地址，P2口输出高8位地址），向外部存储器输出16位存储单元地址。

在控制信号作用下，该地址低8位被锁存后，P0口自动切换为数据总线，这时经P0口可向外部存储器进行读、写数据操作。

此时，P2口不再作通用I/O端口，P0口为地址/数据复用口。

6.指出8051可进行位寻址的存储空间。

00~7FH（即20H.0~2FH.7）及SFR地址能被8整除的寄存器中的各位。

7.在访问外部ROM或RAM时，P0和P2口各用来传送什么信号？

P0口为什么要采用片外地址锁存器？

P0口传送地址低八位后可复用数据线，所以，P0口要采用片外地址锁存器。

P2口传送地址高八位。

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？

时钟周期：

也称振荡周期，即振荡器的振荡频率fosc的倒数，是时序中最小的时间单位。

机器周期：

执行一条指令的过程可分为若干个阶段，每一阶段完成一规定的操作，完成一个规定操作所需要的时间称为一个机器周期，一个机器周期包含12个时钟周期。

当振荡频率为12MHz时，一个机器周期为12/（12×1000000）秒=1微秒

指令周期：

定义为执行一条指令所用的时间。

9.51单片机有几种复位方法？

复位后，CPU从程序存储器的哪一个单元开始执行程序？

MCS-51的复位电路包括上电复位电路和按键（外部）复位电路0000H

10.8051单片机引脚ALE的作用是什么？

当8051不外接RAM和ROM时，ALE上输出的脉冲频率是多少？

其作用是什么？

地址锁存使能输出ALE：

当单片机访问外部存储器时，外部存储器的16位地址信号由P0口输出低8位，P2口输出高8位，ALE可用作低8位地址锁存控制信号；当不用作外部存储器地址锁存控制信号时，该引脚仍以时钟振荡频率的1/6固定地输出正脉冲，可以驱动8个LS型TTL负载。

第3章

1.MCS-51汇编指令格式是什么，如何通过汇编指令格式来判断指令字节数？

MCS-51指令系统中的每一条指令都有两级指令格式：

CPU可直接识别并执行的机器语言指令。

汇编语言指令（简称汇编指令）。

MCS-51汇编语言指令格式由以下几个部分组成：

[标号：

]操作码[目的操作数][,源操作数][;注释]

其中，[]中的项表示为可选项。

指令寻址方式是判断指令字节数的依据之一。

2.有哪几种寻址方式？

其特征对象分别是什么？

做表说明。

MCS-51指令系统的寻址方式有以下7种：

立即寻址方式：

操作数直接出现在指令中。

直接寻址方式中：

操作数的单元地址直接出现在指令中。

寄存器寻址方式中：

寄存器中的内容就是操作数。

寄存器间接寻址方式中，指定寄存器中的内容是操作数的地址，该地址对应存储单元的内容才是操作数。

变址寻址方式是以程序指针PC或数据指针DPTR为基址寄存器，以累加器A作为变址寄存器，两者内容相加（即基地址+偏移量）形成16位的操作数地址，

相对寻址是以程序计数器PC的当前值作为基地址，与指令中的第二字节给出的相对偏移量rel进行相加，所得和为程序的转移地址。

位地址：

内部RAM地址空间的可进行位寻址的128位和SFR地址空间的可位寻址的11个8位寄存器的88位。

位寻址给出的是直接地址。

3.位寻址和字节寻址如何区分？

在使用时有何不同？

由寻址方式可以看出，不同的寻址方式所寻址的存储空间是不同的。

正确地使用寻址方式不仅取决于寻址方式的形式，而且取决于寻址方式所对应的存储空间。

字节寻址必须是对8位存储单元，位寻址的存储空间只能是片内RAM的20H~2FH字节地址中的所有位（位地址为00H~7FH）和部分SFR的位，决不能是该范围之外的任何单元的任何位。

4.要访问专用寄存器和片外数据寄存器，应采用什么寻址方式？

举例说明。

访问专用寄存器：

可采用直接寻址或寄存器寻址。

访问片外数据寄存器：

寄存器间接寻址

5.什么是堆栈？

其主要作用是什么？

如何使用？

堆栈是后进先出的数据存储区

一般用于中断处理过程中，若需要保护现场数据（如内部RAM单元的内容），可使用入栈指令，将数据压入堆栈，中断处理过程执行完后，再使用出栈指令恢复现场数据。

6.编程将片外数据存储器2000H～20FFH单元内容清零。

MOVDPTR,#2000H

MOVA,#0

MOVR3,#100H

LOP:

MOV@DPTR,A

INCDPTR

DJNZR3,LOP

7.已知A=83H，R0=17H，（17H）=34H，写出下列程序段执行完后