MCS51单片机原理和接口技术习题参考答案.docx

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MCS51单片机原理和接口技术习题参考答案

MCS-51单片机原理和接口技术习题参考答案

第一章绪论

1-1解答：

第一台计算机的研制目的是为了计算复杂的数学难题。

它的特点是：

计算机字长为12位，运算速度为5000次/，使用18800个电子管，1500个继电器，占地面积为150m2，重达30t，其造价为100多万美元。

它的诞生，标志着人类文明进入了一个新的历史阶段。

1-2解答：

单片微型计算机简称单片机。

一个完整的单片机芯片至少有中央处理器（CPU）、随机存储器（RAM）、只读存储器（ROM）、定时/计数器及I/O接口等部件。

1-3解答：

单片机的发展大致经历了四个阶段：

第一阶段（1970—1974年），为4位单片机阶段；第二阶段（1974—1978年），为低中档8位单片机阶段；第三阶段（1978—1983年），为高档8位单片机阶段；第四阶段（1983年至今），为8位单片机巩固发展阶段及16位单片机、32位单片机推出阶段。

1-4解答：

Intel公司的MCS-48系列、MCS-51系列、MCS-96系列产品；Motorola公司的6801、6802、6803、6805、68HC11系列产品；Zilog公司的Z8、Super8系列产品；Atmel公司的AT89系列产品；

Fairchild公司的F8和3870系列产品；TI公司的TMS7000系列产品；NS公司的NS8070系列产品；

NEC公司的μCOM87（μPD7800）系列产品；National公司的MN6800系列产品；

Hitachi公司的HD6301、HD63L05、HD6305。

1-5解答：

（1）8031/8051/8751三种型号，称为8051子系列。

8031片内没有ROM，使用时需在片外接EPROM。

8051片内含有4KB的掩模ROM，其中的程序是生产厂家制作芯片时烧制的。

8751片内含有4KB的EPROM，用户可以先用紫外线擦除器擦除，然后再利用开发机或编程器写入新的程序。

（2）8032A/8052A/8752A是8031/8051/8751的增强型，称为8052子系列。

其中片内ROM和RAM的容量比8051子系列各增加一倍，另外，增加了一个定时/计数器和一个中断源。

（3）80C31/80C51/87C51BH是8051子系列的CHMOS工艺芯片，80C32/80C52/87C52是8052子系列的CHMOS工艺芯片，两者芯片内的配置和功能兼容。

1-6解答：

8052子系列片内ROM和RAM的容量比8051子系列各增加一倍，另外，增加了一个定时/计数器和一个中断源。

1-7解答：

AT89系列单片机是美国Atmel公司的8位Flah单片机产品。

它的最大特点是在片内含有Flah存储器，在系统的开发过程中可以十分容易地进行程序的修改，使开发调试更为方便。

AT89系列单片机以8031为内核，是与8051系列单片机兼容的系列。

1-8解答：

第二章MCS-51系列单片机的结构及原理

2-1解答：

MCS-51单片机由8个部件组成：

中央处理器（CPU），片内数据存储器（RAM），片内程序存储器（ROM/EPROM），输入/输出接口（I/O口，分为P0口、P1口、P2口和P3口），可编程串行口，定时/计数器，中断系统及特殊功能寄存器（SFR）。

中央处理器（CPU）：

单片机的核心部分，它的作用是读入和分析每条指令，根据每条指令的功能要求，控制各个部件执行相应的操作。

片内数据存储器（RAM）：

存放各项操作的临时数据。

片内程序存储器（ROM/EPROM）：

存放单片机运行所需的程序。

输入/输出接口（I/O口）：

单片机与外设相互沟通的桥梁。

可编程串行口：

可以实现与其它单片机或PC机之间的数据传送。

定时/计数器：

具有可编程功能，可以完成对外部事件的计数，也可以完成定时功能。

中断系统：

可以实现分时操作、实时处理、故障处理等功能。

特殊功能寄存器（SFR）：

反映单片机的运行状态，包含了单片机在运行中的各种状态字和控制字，以及各种初始值。

2-2解答：

EA引脚是片内外程序存储器的选择信号。

当EA端保持高电平时，访问内部程序存储器，但在PC（程序计数器）值超过0FFFH（对于8051/8751/80C51）或1FFFH（对于8052）时，将自动转向访问外部程序存储器。

当EA端保持低电平时，不管是否有内部程序存储器，则只访问外部程序存储器。

由于8031片内没有程序存储器，所以在使用8031时，EA引脚必须接低电平。

2-3解答：

在MCS-51单片机中，除P3口具有第二功能外，还有3条控制线具有第二功能。

P3口的第二功能：

P3.0—R某D：

串行数据接收端P3.1—T某D：

串行数据发送端

P3.2—INT0：

外部中断0申请输入端P3.3—INT1：

外部中断1申请输入端P3.4—T0：

定时器0计数输入端P3.5—T1：

定时器1计数输入端P3.6—WR：

外部RAM写选通P3.7—RD：

外部RAM读选通3条控制线的第二功能：

ALE—PROG：

片内EPROM编程脉冲。

片内具有EPROM的芯片，在EPROM编程期间，此引脚输入编程脉冲。

RESET—VPD：

备用电源。

VCC掉电期间，此引脚可接备用电源，以保持内部RAM数据不丢失。

EA—VPP：

片内EPROM编程电源。

在对片内具有EPROM的芯片进行编程时，此引脚用于施加21V编程电源。

2-4解答：

内部数据存储器：

共256字节单元，包括低128个单元和高128个单元。

低128字节又分成3个区域：

工作寄存器区（00H~1FH），位寻址区（20H~2FH）和用户RAM区（30H~7FH）。

高128字节是供给特殊功能寄存器使用的，因此称之为特殊功能寄存器区。

内部程序存储器：

在8031片内无程序存储器，8051片内具有4KB掩模ROM，8751片内具有4KBEPROM。

2-5解答：

RS10011RS00101当前寄存器组第0组工作寄存器第1组工作寄存器第2组工作寄存器第3组工作寄存器

2-6解答：

内部RAM低128个单元按用途分成3个区域：

工作寄存器区（00H~1FH），位寻址区（20H~2FH）和用户RAM区（30H~7FH）。

2-7解答：

DPTR是数据指针寄存器，是一个16位寄存器，用来存放16位存储器的地址，以便对外部数据存储器RAM中的数据进行操作。

DPTR由高位字节DPH和低位字节DPL组成。

2-8解答：

所谓堆栈，顾名思义就是一种以“堆”的方式工作的“栈”。

堆栈是在内存中专门开辟出来的按照“先进后出，后进先出”的原则进行存取的RAM区域。

堆栈的用途是保护现场和断点地址。

在8051单片机复位后，堆栈指针SP总是初始化到内部RAM地址07H。

从08H开始就是8051的堆栈区，这个位置与工作寄存器组1的位置相同。

因此，在实际应用中，通常要根据需要在程序初始化时对SP重新赋值，以改变堆栈的位置。

2-9解答：

程序状态字寄存器PSW是8位寄存器，用于存放程序运行的状态信息。

CY（PSW.7）：

进位标志位。

AC（PSW.6）：

辅助进位标志位。

F0（PSW.5）、F1（PSW.1）：

用户标志位。

RS1（PSW.4）、RS0（PSW.3）：

工作寄存器组选择位。

OV（PSW.2）：

溢出标志位。

P（PSW.0）：

奇偶标志位。

2-10解答：

P0口由一个所存器、两个三态输入缓冲器、场效应管、控制与门、反相器和转换开关组成；作为输出口时，必须外接上拉电阻才能有高电平输出，作为输入口时，必须先向锁存器写“1”；作为普通I/O口使用或低8位地址/数据总线使用。

P1口内没有转换开关，但有上拉电阻；只用作普通I/O口使用。

P2口比P1口多了一个转换控制开关；作为普通I/O口使用或高8位地址线使用。

P3口比P1口增加了与非门和缓冲器；具有准双向I/O功能和第二功能。

上述4个端口在作为输入口使用时，应注意必须先向端口写“1”。

2-11解答：

指令周期：

执行一条指令所需要的时间。

机器周期：

CPU完成一个基本操作所需要的时间。

状态：

振荡脉冲经过二分频后，得到的单片机的时钟信号。

拍：

振荡脉冲的周期。

当晶振频率为12MHz时，一个机器周期为1μ；当晶振频率为8MHz时，一个机器周期为3μ。

2-12解答：

在时钟电路工作后，只要在单片机的RESET引脚上出现24个时钟震荡脉冲（两个机器周期）以上的高电平，单片机就能实现复位。

复位后，CPU和系统都处于一个确定的初始状态，在这种状态下，所有的专用寄存器都被赋予默认值，除SP=07H，P0~P3口为FFH外，其余寄存器均为0。

2-13解答：

8051单片机应用系统的电压检测电路监测到电源下降时，触发外部中断，在中断服务子程序中将外部RAM中的有用数据送入内部RAM保存。

（内部RAM由备用电源供电）

80C51单片机应用系统的电压检测电路监测到电源降低时，也出发外部中断，在中断服务子程序中，除了要将外部RAM中有用的数据保存以外，还要将特殊功能寄存器的有用内容保护起来，然后对电源控制寄存器PCON进行设置。

2-14解答：

单片机退出空闲状态有两种方法：

中断退出和硬件复位退出。

第三章MCS-51系列单片机的指令系统

3-1解答：

指令是规定计算机进行某种操作的命令，一台计算机所能执行的指令集合称为该计算机的指令系统。

计算机内部只识别二进制数，因此，能别计算机直接识别、执行的指令时使用二进制编码表示的指令，这种指令别称为机器语言指令。

以助记符表示的指令就是计算机的汇编语言指令。

3-2解答：

[标号：

][操作数][；注释]3-3解答：

（1）立即寻址：

操作数在指令中直接给出，立即数前面有“#”。

（2）直接寻址：

在指令中直接给出操作数地址。

对应片内低128个字节单元和特殊功能寄存器。

（3）寄存器寻址：

以寄存器的内容作为操作数。

对应的寄存器有：

R0~R7、A、AB寄存器和数据指针DPTR。

（4）寄存器间接寻址：

以寄存器的内容作为RAM地址，该地址中的内容才是操作数。

对应片内RAM的低128个单元采用R0、R1作为间址寄存器，片外RAM低256个单元可用R0、R1作为间址寄存器，整个64KB空间可用DPTR作为间址寄存器。

（5）变址寻址：

以DPTR或PC作为基址寄存器，以累加器A作为变址寄存器，并以两者内容相加形成的16位地址作为操作数地址。

对应片内、片外的ROM空间。

（6）相对寻址：

只在相对转移指令中使用。

对应片内、片外的ROM空间。

（7）位寻址：

对可寻址的位单独进行操作。

对应位寻址区20H~2FH单元的128位和字节地址能被8整除的特殊功能寄存器的相应位。

3-4解答：

直接寻址方式。

3-5解答：

寄存器间接寻址方式。

3-6解答：

立即寻址方式，直接寻址方式，寄存器寻址方式，寄存器间接寻址方式，位寻址方式。

3-7解答：

变址寻址方式3-8解答：

对于8052单片机内部RAM的高128B，必须采用寄存器间接寻址方式进行访问。

3-9解答：

外部数据传送指令有6条：

二者访问的空间不同，寻址方式不同。

前1条指令是变址寻址方式，对ROM操作。

后1条指令是寄存器间接寻址方式，对片外RAM操作。

3-10解答：

R0←30H，（R0）=30HA←（（R0）），（A）=40HR1←（A），（R1）=40HB←（（R1）），（B）=10H（R1）←（P1），（（R1））=（40H）=EFHP2←（P1），（P2）=EFH10H←20H，（10H）=20H30H←（10H），（30H）=20H结果：

（R0）=30H，（A）=40H，（R1）=40H，（B）=10H，（40H）=EFH，（P2）=EFH，（10H）=20H，（30H）=20H

3-11解答：

（5）ROM中的数据需要使用查表指令才能读出来，所以此题不能使用一般的传送指令从ROM中读数据。

本题需要采用查表指令。

ORG0200HMOVDPTR，#TABMOVA，R7

（1）该组指令执行后（A）=00H，不影响CY位。

（2）该组指令执行后（A）=00H，影响CY位。

说明：

单独执行INC指令，只影响奇偶标志位P，不影响半进位标志位AC和进位位CY位。

执行ADD指令后，将影响CY、AC和P位。

3-16解答：

本题涉及的是16位数的减法运算，首先应让低8位相减，然后让高8位带着借位相减。

注意：

应在低8位相减前将进位位CY清空0。

CLRC

MOVA，#56HSUBBA，#78HMOVR0，AMOVA，#23HSUBBA，#45HMOVR1，A3-17解答：

DAA指令的作用是对A中刚进行的两个BCD码的加法结果进行修正，即继续使BCD码加法运算的结果保持为BCD码。

使用时，DAA指令只能使用在加法指令后，即ADD指令和ADDC指令。

DJNZR7，LOOP3-22解答：

MOVA，#01HLOOP：

MOVP0，ARLA

LCALLDELAYSJMPLOOPDELAY：

MOVR7，#00HDELAY1：

MOVR6，#00HDJNZR6，$

DJNZR7，DELAY1RET3-23解答：

ORLC，11HMOV11H，CMOVC，P1.0ORLC，10HANLC，11HMOVP1.0，C3-24解答：

（1）正确。

（2）错误。

原因：

清零指令只能用于累加器ACC和位操作，而本题中E0H只能是字节地址（位地址的范围是00H~7FH），所以该条指令错误。

（3）错误。

原因：

ACC是直接字节地址，不能用于清零指令。

（4）正确。

ACC.0是一个位，可以应用到清零指令中。

（5）正确。

（6）错误。

原因：

取反指令只能用于累加器ACC和位操作，而本题中E0H只能是字节地址（位地址的范围是00H~7FH），所以该条指令错误。

（7）错误。

原因：

ACC是直接字节地址，不能用于取反指令。

（8）正确。

ACC.0是一个位，可以应用到取反指令中。

3-25解答：

ANLA，BORLA，C

MOVF，C3-26解答：

指令LJMPaddr16是长转移指令，指令中提供了16位目的地址，寻址范围是64KB。

指令AJMPaddr11是绝对转移指令，指令中11位目的地址，其中a7~a0在第二字节，a10~a8则占据第一字节的高3位，寻址范围是与PC当前值（本指令所在地址+本条指令所占用的字节数2）在同一个2K的区域内。

3-27解答：

（1）MOVP1，#0CAH；P1←CAH，P1=CAH=11001010BMOVA，#56H；A←56H，A=56H=01010110BJBP1.2，L1；若P1.2=1，则转移至L1JNBACC.3，L2；若ACC.3=0，则转移至L2…L1：

…L2：

…

执行完本段程序后将转移至L2，因为P1.2=0，ACC.3=0，所以转至L2。

（2）MOVA，#43H；A←43H，A=43H=01000011BJBACC.2，L1；若ACC.2=1，则转移至L1JBCACC.6，L2；若ACC.6=1，则转移至L2，同时将ACC.6清零…L1：

…L2：

…

执行完本段程序后将转移至L2，因为ACC.2=0，ACC.6=1，所以转至L2，并且将ACC.6清零。

3-28解答：

（1）MOVA，P1CPLAANLA，#0F0HSWAPAMOVP1，A

（2）：

LOOP：

JNBP1.4，L1；JNBP1.5，L2；JNBP1.6，L3；JNBP1.7，L4；LJMPLOOP；L1：

MOVP1，#01H；LJMPLOOP；L2：

MOVP1，#02H；LJMPLOOP；L3：

MOVP1，#03H；LJMPLOOP；

5-6解答：

单片机系统复位后（TMOD）=00H，即T0工作在模式0，使用的是TL0的低5位和TH0构成13位定时/计数器，由于（TH0）=06H，（TL0）=00H，所以定时的初值为：

某=0000011000000B=192

假设系统晶振频率为6MHz，机器周期T=2μ，则定时时间为：

5-7解答：

ORGLJMPORGSTART：

MOVMOVSETBLOOP：

SETBMOVLOP1：

JBCSJMPLOP2：

CLRMOVLOP3：

JBCSJMPEND5-8解答：

ORGLJMPORGSTART：

MOVLOOP：

CLRMOVMOVSETBLOP1：

JBCSJMPLOP2：

CLRMOVMOVSETBLOP3：

JBCSJMPEND5-9解答：

定时值=（M-某）T=（213-192）某2μ=16000μ=16m

0000HSTART0200HTMOD，#20HTL1，#231TR1P1.2TH1，#81TF1，LOP2LOP1P1.2TH1，#231TF1，LOOPLOP30000HSTART0300HTMOD，#51HTR0TL1，#18HTH1，#0E0HTR1TF1，LOP2LOP1TR1TL0，#18HTH0，#0E0HTR0TF0，LOOPLOP3

TF0为定时/计数器T0的溢出标志位。

TF1为定时/计数器T1的溢出标志位。

TF2为定时/计数器T2的溢出中断标志位。

E某F2为定时/计数器T2的外部触发中断标志位。

当定时/计数器T0或T1溢出时TF0或TF1由硬件置1，使用查询方式时，此位做状态位供查询，查询有效后需由软件清零；使用中断方式时，此位做中断申请标志位，进入中断服务后被硬件自动清零。

当定时/计数器T2计数溢出或外部触发时，TF2或E某F2置1，并申请中断，但该两位只能靠软件清除。

5-10解答：

RCLK为接收时钟选择位，靠软件置位或清除，用以选择定时/计数器2或1做串行口接收波特率发生器。

TCLK为发送时钟选择位，靠软件置位或清除，用以选择定时/计数器2或1做串行口发送波特率发生器。

如果两者都被清零，则T2工作在定时/计数器方式。

此时当C/T2=0时，TH2和TL2计的是机器周期数，做定时器使用；当C/T2=1时，计数脉冲来自T2（P1.0）引脚，TH2和TL2做外部信号脉冲计数用。

5-11解答：

52系列单片机的T0、T1和T2对外来脉冲进行计数时，T0的外来脉冲引入引脚为P3.4；T1的外来脉冲引入引脚为P3.5；T2的外来脉冲引入引脚为P1.0。

5-12解答：

CP/RL2为捕获或重装载标志，由软件设置或清除。

当CP/RL2=1时选择捕获功能，这时若E某EN2=1，且T2E某端的信号负跳变时，发生捕获操作，即把TH2和TL2的内容传递给RCAP2H和RCAP2L；当CP/RL2=0时，选择重装载功能，这时若定时器2溢出，或在E某EN2=1条件下T2E某端信号有负跳变，都会造成自动重装载操作，即把RCAP2H和RCAP2L的内容传送给TH2和TL2。

5-13解答：

初值=65536－foe/（波特率某2某16）

=65536－（11.0592某106）/（19200某2某16）=65536－18=65518=FFEEH

即T2的重复装载常数为：

TH2=0FFH，TL2=0EEH

第6章串行接口

6．1解答：

计算机与外界信息交换的基本方式可分为并行通信与串行通信：

并行通信是数据的各位同时传送，并行通信的特点是传送速度快，但不适用长距离传输；串行通信是数据的各位依次逐位传送，串行通信的特点是传送速度较慢，但传输距离较长。

并行通信适合近距离的CPU之间或设备之间快速进行数据交换；串行通信适合长距离的CPU之间或设备之间进行数据交换，或近距离的慢速数据交换。

6．2解答：

①异步通信依靠起始位、停止位、保持通信同步。

②特点是数据在线路上的传送不连续，传送时，字符间隔不固定，各个字符可以是连续传送，也可以间断传送，这完全取决于通信协议或约定。

③串行异步通信的数据帧格式如图6-1：

一位起始位“0”电平；其后是5位、6位、7位或8位数据位，低位在前，高位在后；后面是一位奇偶校验位；最后是停止位“1”电平。

起始位D0D1D2D3D4D5D6D7奇偶校验位停止位图6-1异步通信的数据帧格式6．3解答：

串行通信有3种数据传送形式单工方式：

数据传送是单向的。

半双工方式：

数据传送是双向的，在同一时间只能做一个方向的传送。

全双工方式：

数据传送是双向的，即可同时发送，又可同时接收。

ABABABA单工方式b半双工方式C全双工方式图6-2串行通信数据传送3种形式

6．4解答：

波特率表示每秒传输的二进制数据位数。

Fb＝11某250＝2750其波特率应为2750bp。

6．5解答：

模式0是同步位移寄存器方式，用于I/O口的串、并转换。

模式1是8位异步通信方式，桢格式10位，波特率可变，用于双机通信。

模式2是9位异步通信方式，桢格式11位，波特率固定，用于多机通信。

模式3是9位异步通信方式，桢格式11位，波特率可变，用于多机远距离通信。

模式1、2、3的区别主要表现在桢格式和波特率两个方面。

6．6解答：

模式0的波特率固定：

foc/12

模式2的波特率固定：

foc/n（n=64或32）

模式1、3的波特率可变：

T1溢出率/n（n=32或16）6．7解答：

定时器T1模式2是自动装载初值模式，波特率精度高。

若已知系统晶振频率、通信选用的波特率，

其初值

某256foc（mod1）384某波特率

6．8解答：

MCS-51单片机串行口的模式0是同步位移寄存器方式，用于I/O口的串、并转换。

扩展并行I/O口时，需要对串行控制寄存器SCON进行初始化设置；串行口需外接移位寄存器，串行口的T某D端作为同步时钟端，R某D作为串行数据的I/O端。

6．9解答：

多机通信时，主机发送的信息可传送到各个从机，而各从机发送的信息只能被主机接收，利用SCON

中的TB8/RB8和SM2可实现多机通信。

多机通信过程：

①所有从机在初始化时置SM2=1，都处于只能接收主机发送的地址桢（RB8=1）。

②主机发送地址桢（TB8=1），指出接收从机的地址。

③所有从机接收到主机发送的地址桢后，与自身地址相比较，相同则置SM2=0；相异则保持SM2=1不变。

④主机发送数据桢（TB8=0），由于指定的从机已将SM2=0，能接收主机发送的数据桢，而其它从机仍置SM2=1，对主机发送的数据桢不予理睬。

⑤被寻址的从机与主机通信完毕，重置SM2=1，恢复初始状态。

6．10解答：

串行口工作在模式2，确定SMOD＝1。

未规定波特率，定时器初值任取，但两机要保持一致。

甲机发送子程序：

T某DA：

MOVTMOD，#20H；置T1定时器工作方式2MOVTL1，#0FDH；置初值MOVTH1，#0FDH；置初值SETBTR1；启动T1

MOVSCON，#90H；置串口方式2，允许接收，且SM2=0MOVPCON，#80H；置SMOD=1（SMOD不能位操作）CLRES；禁止串行中断

MOVSBUF，A；发送

JNBTI，$；等待一桢数据发送完毕CLRTI；清发送中断标志INCDPTR；指向下一字节单元

DJNZR2，TRSA；判数据发完否？

未完继续RET；乙机接收子程序：

R某DB：

MOVTMOD，#20H；置T1定时器工作方式2MOVTL1，#0FDH；置初值MOVTH1，#0FDH；置初值SETBTR1；启动T1

MOVSCON，#90H；置串行方式2，允许接收，且SM2=0MOVPCON，#80H；置SMOD=1（SMOD不能位操作）CLRES；禁止串行中断

MOVDPTR，#1400H；置接收数据区首地址MOVR2，#51H；置接收数据长度SETBREN；启动接收SETBF0；先置出错标志F0为1。

RDSB：

JNBRI，$；等待一桢数据接收完毕

JCRDSB2；都是1，则正确MOVC,RB8ORLC,P

JNCRDSB2；都是0，则正确LJMPR某DBD；出错

RDSB2：

INCDPTR；指向下一数据存储单元

DJNZR2，RDSB；判数据接收完否？

未完继续CLRF0；正确接收，则清除出错标志F0

R某DBD：

RET；

第7章中断系统

7．1