单片机原理及应用基于Proteus和KeilC.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的A中的内容。
ORLA,#17H
ANL17H,A
XRLA,@R0
CPLA
（A）=11001011B=0CBH
8.已知单片机的fosc=6MHz，分别设计延时0.1s、1s、1min的子程序。
这里取单片机常用的晶振频率为12MHz，一个机器周期为1µs。
（若fosc=6MHz，读者可参考下列程序修改）
延时1ms的子程序：
执行时间（机器周期）
DELAY:
MOVR7,#0FFH1
LOOP:
NOP1
NOP1
DJNZR7,LOOP2
RET2
该程序段的总的执行时间为：
（1+4×255+2）μs=1023µs≈1ms
延时时间为100ms的子程序：
DELAY:
MOVR5,#64H对延时1ms的子程序循环100次。
LOP1:
MOVR7,#0FFH
LOOP:
NOP
NOP
DJNZR7,LOOP
DJNZR5,LOP1
RET
延时时间为1s的子程序：
DELAY1:
MOVR3,#0AH对延时100ms的子程序循环10次
DELAY:
MOVR5,#64H。
LOP1:
MOVR7,#0FFH
LOOP:
NOP
NOP
DJNZR7,LOOP
DJNZR5,LOP1
DJNZR3,DELAY
RET
延时时间为60s的子程序：
对延时1s的子程序循环60次
9.MCS-51汇编语言中有哪些常用的伪指令？
各起什么作用？
BIT（地址符号命令）
END（结束汇编）
EQU（等值）
DB（定义字节）
DW（定义字）
DS（定义存储单元）
ORG（汇编起始地址）
10.比较下列各题中的两条指令是否相同，若不同，请指出其区别？
①MOVA,R1;MOVACC,R1指令功能相同，寻址方式表示不同
②MOVA,P0;MOVA,80H指令功能相同，寻址方式表示不同
③LOOP:
SJMPLOOP;SJMP$指令功能相同
11.下列程序段汇编后，从3000H开始各有关存储单元的内容是什么？
ORG3000H
TAB1EQU1234H
TAB2EQU5678H
DB65,13,"A"
DWTAB1,TAB2,9ABCH
ORG3000H
TAB1:
EQU1234H
TAB2:
EQU5678H
DB65,13,"abcABC"
DWTAB1,TAB2,9ABCH
3000H:
65
3001H:
13
3002H:
‘A’
3003H:
34H
3004H:
12H
3005H:
78H
3006H:
56H
3007H:
BCH
3008H:
9AH
12.为了提高汇编语言程序的可读性和编译效率，在编写时应注意哪些问题？
（1）把要解决的问题化成一个个具有一定独立性的功能模块，各模块尽量采用子程序完成其功能。
（2）力求少用无条件转移指令，尽量采用循环结构。
（3）对主要的程序段要下功夫精心设计，这样会收到事半功倍的效果。
（4）能用8位数据解决问题的就不要使用16位数据。
（5）累加器是信息传递的枢纽，在调用子程序时应通过累加器传送子程序的参数，通过累加器向主程序传送返回参数。
所以，在子程序中一般不把累加器推入堆栈。
若需保护累加器的内容时，应先把累加器的内容存入其他寄存器单元，然后再调用子程序。
（6）为了保证程序运行的安全可靠，应考虑使用软件抗干扰技术，如数字滤波技术、指令冗余技术、软件陷井技术，用汇编语言程序实现这些技术，不需要增加硬件成本，可靠性高，稳定性好，方便灵活。
13.有一输入设备，其端口地址为20H，要求在1秒钟时间内连续采样10次读取该端口数据，求其算术平均值，结果存放在内部RAM区20H单元。
MOVR0,#20H
MOVR2,#0
MOVA,#0
MOVR4,#0
LOP:
MOVR3,#0AH
IN:
ACALLDELAY
MOVXA,@R0
MOVR2,A
MOVA,R4
ADDA,R2
MOVR4,A
DJNZR3,IN
MOVB,#0AH
DIVAB
MOV20H,A
AJMPLOP
DELAY:
MOVR5,#64H延时时间为0.1s的子程序：
LOP1:
MOVR7,#0FFH
LOOP:
NOP
NOP
DJNZR7,LOOP
DJNZR5,LOP1
RET
END
14.现需对外部某2个信号进行异或操作，请使用单片机完成其要求。
MOVDPTR,#2000H
MOVXA,@DPTR
MOV20H,A
INCDPTR
MOVXA,@DPTR
XRLA,20H
15.简单说明两条查表指令使用上的区别。
查表是程序设计中使用的基本方法。
只要适当地组织表格，就可以十分方便地利用表格进行多种代码转换和算术运算等。
MOVCA,@A+PC与MOVCA,@A+DPTR两条指令的区别：
前者查表的范围与存放该指令的地址有关，由于PC的值已经确定及8位累加器A的限制，数据表格只能存放在该指令后面的256个字节单元之内。
而后者查表范围通过改变DPTR的值可达整个程序存储器64KB的任何地址空间（即DPTR的值为表格的首地址），其数据表格可以为各个程序模块共享。
将要查表的数据字作为偏移量送累加器A中，通过改变变址寄存器A的内容即可改变表格中的位置，执行该指令即可获得所需的内容（即将该位置单元的内容传送给A）。
因此，可以根据需要设计表格的内容，将A的内容实现换码。
第4章
1.C51扩展了哪些数据类型?
sbitsfrsfr16bit
2.简述C51存储器类型关键字与8051存储空间的对应关系。
程序存储器（code）
内部数据存储器：
data内部RAM直接寻址128B（0x00～0x7F）
idata内部RAM间接寻址256B（0x00～0xFF）
bdata内部RAM16B（0x20～0x2F）的128位进行位寻址
外部数据存储器：
xdata外部存储器64KB的任何单元
pdata访问外部存储器（一页）低256B
3.在定义inta=1,b=1后，分别指出表达式b=a、b=a++和b=++a执行后变量a和b的值。
b=a;
b=a++;a=2b=1
b=++a;a=2b=2
4.用C51编程实现当P1.0输入为高电平时，P1.2输出控制信号灯点亮。
#include
sbitkey1=P1^0;
sbitled=P1^2;
voidmain（）
{bita;
for（;;）
{key1=1;
a=key1;
if（a）led=1;
elseled=0;
}
while
（1）;
}
5.使用选择结构编写程序，当输入的数字为“1”、“2”、“3”、“4”时，输出显示“A”、“B”、“C”、“D”，当输入数字“0”时，程序结束。
#include
voidmain（）
{charch;
SCON=0x52;/*对串口实现初始化，以便调试时调用scanf（）和printf（）*/
TMOD=0x20;/*在keilc串行窗口#0中输入或显示数据*/
TH1=0Xf3;/*若不使用scanf（）和printf（）函数，则程序中不需要蓝色语句*/
TR1=1;
printf（"请输入：
"）;
while
（1）
{scanf（"%c",&ch）;
switch（ch）
{
case‘1’:
printf（"A"）;break;
case‘2’:
printf（"B"）;break;
case‘3’:
printf（"C"）;break;
case‘4’:
printf（"D"）;break;
case‘0’:
break;
default:
printf（"输入错误\n"）;
}
if（ch==’0’）break;
}
while（）;
}
6.编一个函数sum，求数组a中各元素的数据和。
要求在main函数中输入数组元素的数据，通过调用sum函数并输出返回的数据和。
#include
intsum（intb[],intn）
{inti,s=0;
for（i=0;is+=b[i];
returns;
}
voidmain（）
{inta[10]={10,20,30,40,50,90,80,70,60,0}i,total;
SCON=0x52;/*对串口实现初始化，以便调试时调用scanf（）和printf（）*/
TMOD=0x20;/*在keilc串行窗口#0中可以输入或显示数据*/
TH1=0Xf3;/*若不使用scanf（）和printf（）函数，则程序中不需要蓝色语句*/
TR1=1;
total=sum（a,10）;
printf（"%d",total）;
while
（1）;
}
7.编一个函数len，求一个字符串s的长度。
要求在main函数中输入字符串，通过调用len函数并输出返回的字符串长度。
#include“string.h”
#include
intlen（char*s）
{intn;
n=strlen（s）;
returnn;
}
voidmain（）
{char*ch=”china”;
inta;
a=len（ch）;
while
（1）;
}
8.C51中断函数如何定义，在使用时应注意哪些问题？
C51中，中断服务程序是以中断函数的形式出现的。
单片机中断源以对应中断号的形式出现在C51中断函数定义中
中断函数定义语法格式如下：
void函数名（void）interruptn[usingn]
{
函数体
}
关键字interrupt定义该函数为中断服务函数，n为中断号。
使用时应注意：
1）在中断函数中不能使用参数。
2）在中断函数中不能存在返回值。
3）中断函数的执行是由中断源的中断请求后系统调用的。
4）中断函数的中断号在不同的单片机中其数量也不相同，具体情况察看具体的处理器手册。
9.用C51编写流水灯控制程序，要求由8051的P1口控制8个发光二极管（采用共阳极连接）依次轮流点亮，循环不止。
#include
#include
#defineucharunsignedchar
#defineledP1
voiddelay（ucharm）;//声明延时函数
voidmain（）
{
uchars_data=0xFE;
while
（1）
{
led=~s_data;
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