单片机原理及应用课后习题答案张兰红Word文档下载推荐.docx
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此时程序计数器的内容是怎么样的?
程序计数器PC是管理程序执行次序的特殊功能寄存器。
程序计数器PC中存放的是下一条要执行的指令的地址。
它管理程序执行的次序。
在执行转移指令的情况下,程序的执行顺序发生转移。
此时程序计数器直接接受内部总线送来
的数据,并用该数据取代原有的内容。
1.6评价存储器有哪些重要的指标?
为什么说存储器性能已成为计算机性能提高的关键?
10
存储器的重要指标是容量和存取速度。
容量越大,则记忆的信息越多,计算机的功能就越强。
存储器的存取速度比CPU的运算速度要
低,所以存储器的工作速度是影响计算机工作速度的主要因素。
1.7综述存储器的种类、特点、用途和优缺点?
(主要针对内存)
按结构与使用功能分,内存储器可分为随机存取存储器RAM和只读存储器ROM两类。
随机存取存储器RAM又称读写存储器,它的数据读取、存入时间都很短,因此,计算机运行时,
既可以从RAM中读数据,又可以将数据写入RAM。
但掉电后RAM中存放的信息将丢失。
RAM适宜存放原始数据、中间结果及最后的运算结果,因此又被称作数据存储器。
只读存储器ROM读出一个数据的时间为数百纳秒,有时也可改写,但写入一个数据的时间长达
数十ms,因此在计算机运行时只能执行读操作。
掉电后ROM中存放的数据不会丢失。
ROM适宜存放程序、常数、表格等,因此又称为程序存储器。
只读存储器又可以分为下列四类:
①掩膜ROM:
在半导体工厂生产时,已经用掩膜技术将程序做入芯片,用户只能读出其内容而
不能改写。
掩膜ROM只能应用于有固定程序且批量很大的产品中。
②可编程只读存储器PROM:
用户可将程序写入PROM,仅程序一经写入就不能改写。
③可擦除可编程只读存储器EPROM:
用户可将程序写入EPROM芯片。
如果要改写程序,先
用紫外灯照射芯片,擦去原先的程序,然后写入新程序。
与PROM芯片一样,写入的速度很慢,且
要用到高压,所以必须用特定的EPROM编程器写入信息。
在计算机运行时只能执行读操作。
④电擦除可编程只读存储器EEPROM:
这是近年发展起来的一种只读存储器。
由于采用电擦
除方式,而且擦除、写入、读出的电源都用十5V,故能在应用系统中在线改写。
但目前写入时间较
长,约需10ms左右,读出时间约为几百ns。
1.8何谓堆栈?
为什么要设置堆栈?
栈区是怎样确定的?
数据进栈、出栈按照何种规律?
进栈用什
么指令?
出栈用什么指令?
进栈、出栈时栈指针如何变化?
通常栈底所指是什么内容?
微型计算机中的堆栈是读写存储器RAM中的一个特殊的区域,是一组按照“先进后出”的方式工
作的、用于暂存信息的存储单元。
设置堆栈的目的是便于保护断点地址与现场信息。
用堆栈指针指示堆栈所在的位置。
数据进栈、出栈“按先进后出”的原则工作。
进栈用PUSH指令,出栈用POP指令。
进栈时指针向地址增加的方向变化,出栈时指针向地址
减小的方向变化。
栈底是最先进栈的信息所在的单元。
1.9请解释下列名词:
(1)字长,字,字节,BCD码,ASCII码。
(2)指令,指令地址,指令系统,程序。
(1)一台计算机一次所能处理的二进制代码的位数称为该计算机的字长。
16位二进制数称为一个字。
8位二进制数称为一个字节。
二进制编码的十进制数,简称二
十进制数,又称BCD码(BinaryCodedDecimal)。
11
ASCII码是美国标准信息交换代码(AmericanStandardCodeforInformationInterchange)的缩写。
(2)指令:
控制计算机进行各种操作的命令称为指令。
指令地址:
指令所在存储单元的地址。
指令系统:
一台计算机所具有的所有指令的结合,称为该计算机的指令系统。
程序:
一系列指令的有序集合称为程序。
1.10计算机中常用的计数制有哪些?
二进制、十进制(BCD)、十六进制。
1.11什么是机器码?
什么是真值?
把符号数值化的数称为机器数或机器码,原来的数值叫做机器数的真值。
1.12完成下列数制的转换。
(1)10100110B=()D=()H
(2)0.11B=()D
(3)253.25=()B=()H
(4)10ll011.101B=()H=()BCD
(1)166,A6
(2)0.75
(3)11111101.01,FD.4
(4)5B.A,10010001.011000100101
1.138位和16位二进制数的原码、补码和反码可表示的数的范围分别是多少?
8位二进制数原码(127
~+127)、16位二进制数原码(32767
~+32767)
8位二进制数补码(128~+
127)、16位二进制数补码(32768
8位二进制数反码(127~+
127)、16位二进制数反码(32767~+
32767)
1.14写出下列真值对应的原码和补码的形式。
(1)X=111001lB
(2)X=71D
(3)X=+1001001B
(1)原码:
11110011B补码:
10001101B
(2)原码:
11000111B补码:
10111001B
(3)原码:
01001001B补码:
01001001B
1.15写出符号数10110101B的反码和补码。
11001010B,11001011B
1.16已知X和Y的真值,求[X十Y]的补码
(1)X=1110111B
Y=+l011010B
(2)X=56DY=21D
12
解;
(1)11100011B
(2)00100011B
1.17己知X=1101001B,
Y=1010110B.
用补码求XY
的值。
11101101B
1.18请写出下列字符的ASCII码。
4A3=!
34H,41H,33H,3DH,21H
1.19若给字符4和9的ASCII码加奇校验,应是多少?
34H,B9H
1.20上题中若加偶校验,结果如何?
B4H,39H
1.21计算下列表达式。
(1)(4EH十10110101B)×
(0.0101)BCD=()D
(2)4EH(
24/08H十‘B’/2)=()B
(1)129.5D
(2)101010B
13
第2章MCS51
单片机的硬件结构
2.1请结合课本中MCS51
系列单片机的结构图,阐明其大致组成。
按功能部件分,51子系列单片机由CPU、数据存储器RAM、程序存储器ROM、特殊功能寄存
器、4个并行I/O口、1个串行口、定时器/计数器、中断系统等八个功能部件组成。
CPU由累加器A、暂存器1、2、ALU、PSW等组成
数据存储器由RAM地址寄存器、RAM单元等组成。
程序存储器指EPROM或ROM。
SFR指P0、P1、P2、P3锁存器、B、DPTR等。
2.2综述MCS51
系列单片机各引脚的作用,并进行分类。
(1)主电源引脚
Vcc:
接+5V电源正端。
Vss:
:
接+5V电源地端。
(2)外接晶体引脚
XTAL1:
片内反相放大器输入端
XTAL2:
片内反相放大器输出端
(3)输入/输出引脚
P0.0P0.7:
P0口的8个引脚。
在不接片外存储器与不扩展I/O接口时,作为准双向输入/输
出接口(在输入时需要附加条件的双向输入输出口,称为准双向I/O口)。
在接有片外存储器或扩展
I/O接口时,P0口分时复用为低8位地址总线和双向数据总线。
P1.0P1.7:
P1口的8个引脚。
可作为准双向I/O接口使用。
对于52子系列,P1.0与P1.1还有
第二种功能:
P1.0可用作定时器/计数器2的计数脉冲输入端T2;
P1.1可用作定时器/计数器2的
外部控制端T2EX。
P2.0P2.7;
P2口的8个引脚。
一般可作为准双向I/O接口;
在接有片外存储器或扩展I/O接
口且寻址范围超过256个字节时,P2口用为高8位地址总线。
P3.0P3.7;
P3口的8个引脚。
①一般可作为准双向I/O接口;
②P3口的第二功能如表21
所示。
表21
引脚第二功能
P3.0
P3.1
P3.2
P3.3
P3.4
P3.5
P3.6
P3.7
RXD(串行输入口)
RXD(串行输出口)
INT0(外部中断0请求输入端)
INT1(外部中断1请求输入端)
T0(定时器/计数器0计数脉冲输入端)
T1(定时器/计数器1计数脉冲输入端)
WR(片外数据存储器写选通信号输出端)
RD(片外数据存储器读选通信号输出端)
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2.3EA引脚的作用是什么?
在下列四种情况下,EA引脚各应该接何种电平?
(1)只有片内ROM。
(2)只有片外ROM。
(3)有片内ROM和片外ROM。
(4)有片内ROM和片外ROM,片外ROM所存为调试程序。
EA/VDD:
片外程序存储器选用端。
(1)EA=1。
(2)EA=0。
(3)若片外ROM和片内ROM编址不重叠,则EA=1。
(4)若片外ROM和片内ROM编址重叠,则访问片内ROM时EA=1,访问片外ROM时EA=0。
2.4MCS51
系列单片机的引脚中有多少根I/O线?
它们与单片机对外的地址总线和数据总线之间有
什么关系?
其地址总线和数据总线各有多少位?
对外可寻址的地址空间有多大?
MCS51
系列单片机有4个I/O端口,每个端口都是8位双向口,共占32根引脚。
在无片外扩
展的存储器的系统中,这4个端口的每一位都可以作为双向通用I/O端口使用。
在具有片外扩展存
储器的系统中,P2口作为高8位地址线,P0口分时作为低8位地址线和双向数据总线,P3口作为
控制线使用。
地址和数据线分别是16位和8位,对外可寻址的地址空间是64KB。
2.5程序计数器的符号是什么?
系列单片机的程序计数器有几位?
它的位置在哪里?
程序计数器的符号是PC,MCS51
系列单片机的程序计数器有16位,为一个专用寄存器。
在
CPU内部。
2.6何谓程序状态字?
它的符号是什么?
它各位的含义是什么?
为1、为0各代表
什么?
各在何种场合有用?
程序状态字是一个8位寄存器,它包含了程序运行的状态信息,它的符号是PSW。
它的位置在
CPU中。
各位含义如下:
D7D6D5D4D3D2D1D0
CACF0RS1RS0O2P
(1)进位标志位C(PSW.7):
作用:
在执行某些算术操作类、逻辑操作类指令时,可被硬件或软件置位或清零。
例如8位加法运算时,如果运算结果的最高位D7有进位,则C=1,否则C=0;
又如8位减法运算时,如果运算结果的最高位D7有借位,则C=1,否则C=0。
(2)辅助进位标志Ac(PSW.6):
8位加法运算时,如果低半字节的最高位D3有进位,则Ac=1,否则Ac=0;
8位减法
运算时,如果D3有借位,则Ac=1,否则Ac=0。
Ac在作BCD码运算而进行二—十进制调整时有用。
(3)软件标志F0(PSW.5)
是用户定义的一个状态标志。
可通过软件对它置位、或清零。
编程时,也常测试其是否
建起而进行程序分支。
15
(4)工作寄存器组选择位RS1、RS0(PSW.4、PSW.3):
用软件置位或清零,以确定四组工作寄存器中的哪一组工作,它们与各组的对应关系为
RS1RS0
000组(地址从0007H)
011组(地址从080FH)
102组(地址从1017H)
113组(地址从181FH)
(5)溢出标志OV(PSW.2):
当执行算术运算时,由硬件置位或清零,以指示溢出状态。
各种算术指令对该位的影响情
况在指令系统中详细介绍。
(6)奇偶标志P(PSW.0):
每执行一条指令,单片机都能根据A中1的个数的奇偶自动令P置位或清零:
奇为1,偶为0。
此标志对串行通信的数据传输非常有用,通过奇偶校验可检验传输的可靠性。
2.7MCS51
系列单片机的内存由哪几部分组成?
其编址与访问的规律是怎样的?
系列单片机内存由程序存储器与数据存储器两个独立的空间。
程序存储器的编址自0000H开始,最大可至FFFFH。
单片机有3种不同的芯片:
片内
有掩膜只读存储器的(如8051、8052)、片内有EPROM的(如8751)和片内没有只读存储器的(如8031、
8032),而ROM的寻址范围为64KB,所以片内程序存储器的容量远小于该数,可见如扩展片外存
储器,其裕量是很大的。
ROM编址规律:
程序存储器的编址规律为:
先片内、后片外,片内、片外连续,二者一般不作
重叠。
根据PC的内容进行访问。
片内RAM从00H开始编址,片外RAM从0000H开始,部分地址重叠(实际并不完全一样),
若只需扩展少量片外RAM,容量不超过256个单元,则也可以按照8位二进制编址,从00H开始,
到FFH结束。
由于访问片内外RAM所用的指令不一样,不会引起混淆。
2.8MCS51
系列单片机片内RAM有多少单元?
有哪些用途?
这些用途各占用哪些单元?
堆栈的栈
区设在哪里?
51子系列片内RAM有128B单元,52子系列片内RAM有256B单元。
单片机片内RAM可分为:
工作寄存器区,位寻址区,数据缓冲区三个区域。
(1)工作寄存器区:
00H1FH
单元为工作寄存器区。
供用户编程时使用,临时寄存8位信息。
分
为四组:
07R~R,但同时只能有一组参与程序程序的运行,用RS1,RS0两位的状态来选择参与
运行的工作寄存器组。
(2)位寻地址:
20H2FH,
对该区的每一位,都有一个位地址,共有128个位地址。
(3)数据缓冲区:
30H7FH(
52子系列为30H~FFH),作为普通的RAM单元使用。
(4)堆栈栈区一般设在2FH以上的单元。
2.9MCS51
系列单片机在片内集成了哪些主要逻辑功能部件?
各个逻辑部件的主要功能是什么?
单片机在片内集成了中央处理器(CPU)、程序存储器(ROM)、数据存储器(RAM)、
定时器/计数器、并行I/O接口、串行I/O接口和中断系统等几大单元。
CPU是整个单片机的核心部件,由运算器和控制器组成。
运算器可以完成算术运算和逻辑运算,
16
其操作顺序在控制器控制下进行。
控制器是由程序计数器PC(ProgramCounter)、指令寄存器IR
(InstructionRegister)、指令译码器ID(InstructionDecoder)、定时控制逻辑和振荡器OSC等电路组
成。
CPU根据PC中的地址将欲执行指令的指令码从存储器中取出,存放在IR中,ID对IR中的指
令码进行译码,定时控制逻辑在OSC配合下对ID译码后的信号进行分时,以产生执行本条指令所
需的全部信号。
程序存储器(ROM)用于存储程序、常数、表格等。
数据存储器(RAM)用于存储数据。
8051内部有两个16位可编程序的定时器/计数器T0和T1,均为加1计数器。
可用于定时和对
外部输入脉冲的计数。
8051的中断系统主要由中断允许控制器IE和中断优先级控制器IP等电路组成。
可实现对5个
中断源的管理。
其
中,IE用于控制5个中断源中哪些中断请求被允许向CPU提出,哪些中断源的中断请求被禁止;
IP
用于控制5个中断源的中断请求的优先权级别。
I/O接口是MCS51
单片机对外部实现控制和信息交换的必经之路,用于信息传送过程中的速度
匹配和增加它的负载能力。
可分为串行和并行I/O接口。
2.108051单片机的控制总线信号有哪些?
各有何作用?
独立的控制线一共有4条:
(1)ALE/PROG:
地址锁存允许/编程线,配合P0口引脚的第二功能使用。
在访问片外存储器时,
8051CPU在P0.7~P0.0引脚上输出片外存储器低8位地址的同时在ALE/PROG上输出一个高电位
脉冲,用于把这个片外存储器低8位地址锁存到外部专用地址锁存器,以便空出P0.7~P0.0引脚线
去传送随后而来的片外存储器读写数据。
在不访问片外存储器时,8051自动在ALE/PROG上输出频
率为fosc/6的脉冲序列。
该脉冲序列可用作外部时钟源或作为定时脉冲源使用。
(2)EA/Vpp:
允许访问片外存储器/编程电源线,可以控制8051使用片内ROM还是使用片外
ROM。
若EA=0,则允许使用片内ROM;
若EA=1则允许使用片外ROM。
(3)PSEN:
片外ROM选通线,在执行访问片外ROM的指令MOVC时,8051自动在PSEN上产
生一个负脉冲,用于为片外ROM芯片的选通。
其他情况下PSEN线均为高电平封锁状态。
(4)RST/VPD:
复位/备用电源线,可以使8051处于复位工作状态。
2.11何谓特殊功能寄存器?
8031有哪些特殊功能寄存器?
试按其用途相关联的硬件功能单元(如
CPU、并行I/O口、串行I/O口、定时器/计数器、中断控制等)进行分类。
特殊功能寄存器也称专用寄存器。
专用于控制、管理片内算术逻辑部件,并行I/O口,串行I/O
口,定时器/计数器,中断系统等功能模块的工作,用户在编程时可以置数设定,但不能移作它用。
除PC外,8031有18个专用寄存器,其中3个为双字节寄存器,共占用21个字节,按其用途
相关联的硬件功能单元可分:
P0口,堆栈指针、数据指针低字节,数据指针高字节,定时器/计数器
/计数器0高、低字节,定时器/计数器1高、低字节,P1口,电源控制、串行控制;
串行数据缓冲
器,P2口,中断允许控制,P3口,中断允许优先级控制,程序状态字,累加器,B寄存器共18个
专用寄存器。
2.12何谓时钟周期、指令周期、机器周期?
针对MCS51
系列单片机,如采用12MHZ晶振,它们
的频率和周期各是什么?
振荡器输出的振荡脉冲经二分频成为内部时钟信号,用作单片机内部各功能部件按序协调工作
的控制信号,其周期称时钟周期。
机器周期:
6个时钟周期构成一个机器周期。
17
指令周期:
CPU执行一条指令的时间。
系列单片机,采用12MHZ晶振,则振荡周期为0.167us,时钟周期为0.333us,
频率为6MHZ,机器周期为1us,频率为1MHZ,指令周期为1us到4us,频率为1MHZ到0.25MHz。
2.13综述P0、P1、P2、P3口各有哪几种功能。
这4个接口可以并行输入或输出8位数据;
也可按位使用,即每一根输入/输出线都能独立地
用作输入或输出。
四个8位并行口的功能各不相同:
P0口是三态双向口,通常称为数据总线口,因为只有该口能直接用于对外部数据总线的读写操
作,P0口还用于输出外部数据存储器的低8位地址。
由于是分时输出,故应在外部加地址锁存器将
地址数据锁存,地址锁存信号用ALE。
P1口是专门供用户使用的I/O接口,是准双向接口。
P2口是供系统扩展时作高8位地址线用,如果没有系统扩展,例如使用8051/8751单片机不扩
展外部存储器时,P2口也可以作为用户I/O线使用。
P2口也是准双向口。
P3口是双功能口,该口的每一位均可以独立地定义为第一I/O功能或第二I/O口功能。
P3口的
第二功能如表21
2.14在读回端口数据时,为什么应读锁存器内容,而不宜读引脚电平?
假如通过
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