MCS51单片机结构及原理题解.docx

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MCS51单片机结构及原理题解

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80C51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）为位置锁存使能输出/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（2.54mm）；

44引脚方形扁平封装（QFP——quadflatpackage）方式，引脚之间的距离是2.54mm；

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，位位置为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，也可作为单片机位置线的低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，或位置总线的高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。

10．80C51单片机引脚ALE的作用是什么？

当80C51不外接存储器时，ALE上的输出的脉冲频率是多少？

答：

80C51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位位置，当80C51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？

适用于什么位置空间？

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：

操作数的位置由指令直接给出，适用于片内RAM的所有位置空间；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，操作数位置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所有位置单元赋值，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作为基位置寄存器，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位置的一种寻址方式，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位置，适用于片内RAM中位置20H至2FH中的16个字节中的128个位位置空间和80H至FFH中位置中可以被8整除的所有SFR中的每个位位置空间；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字节范围内的位置空间。

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，先指向首位置20H，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，位置指针加1，直到达到位置为30H或达到计数器规定的17个字节为止。

程序1：

MOVR0,#20H;设位置指针初值

CLRA;累加器清0

CONT:

MOV@R0,A;置0指针所指单元

INCR0;位置指针加1

CJNER0,#31H,CONT;指针未超过终点则继续

SJMP$;暂停

程序2：

MOVR0,#20H;设位置指针初值

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;位置指针加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，先指向首位置32H，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，直到达到位置为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;设位置指针初值

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;修改位置指针

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;设位置指针初值

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;修改位置指针

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;设位置指针初值

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;修改位置指针

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RAM位置指针初值

MOVDPTR,#7E01H;设片外RAM位置指针初值

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RAM位置指针加1

INCDPTR;片外RAM位置指针加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用作位置指针

ORG0000H

LJMPMAIN

ORG100H

SUMEQU30H

DATAAEQU40H

MAIN:

MOVR7,#10;字节计数器赋初值

MOVR0,#DATAA;设片内RAM位置指针初值

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ACC

DAA

JNCNEXT;若无进位则不用管高8位

INCR6;有进位，高8位加1

NEXT:

INCR0;片内RAM位置指针加1

DJNZR7,CONT;未完继续

MOVSUM,A;保存低8位

MOVSUM+1,R6;保存高8位

SJMP$;暂停

END

10．内部RAM从DATA1和DATA2单元开始处存放着两个等长的数据块，数据块的长度在LEN单元中。

请编程检查这两个数据块是否相等，若相等，将0FFH写入RESULT单元，否则将0写入RESULT单元。

解：

从DATA1开始的指针用R0，从DATA2开始的指针用R1，计数器用R7

LENEQU10

DATA1EQU30H

DATA2EQU40H

RESULTEQU50H

MOVR7,#LEN;字节计数器赋初值

MOVR0,#DATA1;设片内RAM位置指针初值

MOVR1,#DATA2;设片外RAM位置指针初值

CONT:

MOVA,@R0;取片内RAMR0所指的的一个字节

MOV7FH,@R1;将R1所指单元内容取到片内RAM位置7FH中

CJNEA,7FH,NOEQ;比较，不相等则结束

INCR0;DATA1RAM位置指针加1

INCR1;DATA2RAM位置指针加1

DJNZR7,CONT;未完，继续

MOVA,#0FFH;相等,准备写入FFH

SJMPDOWN;转写入结果处

NOEQ:

MOVA,#0;不相等,准备写入00H

DOWN:

MOVRESULT,A;保存比较结果标志

SJMP$;暂停

END

11．编制程序，将内部RAM中M1、M2、M3和M4单元中的无符号数xl、x2、x3和x4相加，并把和存入RO和R1（R0中为高8位）中。

解：

M1EQU30H

M2EQU40H

M3EQU45H

M4EQU4FH

MOVA,M1;取第一个数

ADDA,M2;与第二个数相加

JNCNEXT1;如果无进位，则转移至第三个相加

MOVR0,#1;有进位，高8位置1

NEXT1:

ADDA,M3;与第三个数相加

JNCNEXT2;没有进位，则转至第四个数相加

INCR0;有进位，高8位加1

NEXT2:

ADDA,M4;与第四个数相加

JNCNEXT3;没有进位，则转至结束

INCR0;有进位，高8位再加1

NEXT3:

MOVR1,A;低8位保存到R1

SJMP$;暂停

END

第4章单片机的C51语言　习题

1．C语言的优点是什么？

C程序的主要结构特点是什么？

答：

C语言是一种高级语言，学习比低级容易，不需要具体组织、分配存储器资源和处理端口数据，可以直接驱动单片机的所有资源。

C程序以函数为单位，由一个主函数和若干个其他函数构成，主函数是程序的入口，其他函数由主函数直接或间接调用。

程序可以由一个文件或多个文件组成。

文件类型包括头文件和C语言源文件，也可以是汇编语言文件，C程序可与汇编语言混合编程。

2．C51语言的变量定义包含哪些关键因素？

为何这样考虑？

答：

C语言的变量定义格式如下：

[存储种类]　数据类型　[存储类型]　变量名

其中：

存储种类与标准C语言相同，包括：

自动型（auto）、外部型（extern）、静态型（static）、寄存器型（register）。

数据类型除了包含标准C语言类型的字符型（char），整型（int），长整型（long），浮点型（float），双精度型（double）外，还有二进制位型（bit），特殊功能寄存器型（sfr），SFR可位寻址的位类型（sbit）。

存储类型包括：

片内RAM区（data）、片内可位寻址区（bdata），片内RAM间接寻址区（idata），片外RAM页寻址区（pdata），片外RAM区（xdata）、ROM区（code）。

只所以比标准C语言多了存储类型，就是因为MCS－51单片机的存储结构中有四个物理存储空间（片内RAM、片内ROM，片外RAM，片外ROM），三个逻辑位置空间（片内RAM，片外RAM，ROM），而且有多种寻址方式（直接寻址、间接寻址、页面寻址、位寻址）所致，所以在定义变量时，要根据其所在位置和寻址方式明确指定存储类型。

3．C51与汇编语言的特点各有哪些？

怎样实现两者的优势互补？

答：

C51是结构化语言，代码紧凑；接近自然语言，程序可读性强，易于调试、维护；库函数丰富，编程工作量小，可使产品开发周期短；具有机器级控制能力，功能很强，适合于嵌入式系统开发；汇编指令无关，易于掌握，上手快。

汇编语言优点是编写的程序代码精炼、执行速度快，在相同功能下，汇编语言程序可能比C语言程序效率高。

缺点是对程序员要求高，必须对单片机的硬件结构非常熟悉才能编程，不便于编写比较复杂的程序。

　　可根据需要对要求时间性很强的代码用汇编语言编写，其它部分用C语言编写，两者混合编程就可以实现优势互补。

4．指出下面程序的语法错误：

#include

main（）{

a=C；

inta=7,C

delay（10）

voiddelay（）;{

cgari；

for（i=O;i<=255;”++”）;

}

答：

#include

main（）{

a=C；//a和C必须先定义才可使用

inta=7,C//缺分号，应该提在使用前说明

delay（10）//延时子程序必须先定义，或先有函数原型说明

voiddelay（）;{

//作为函数定义，有函数定义不能嵌套的问题，

//即不能在一个函数内定义另一个函数，而且“{”前不应有分号

//作为函数原型说明，应该放在函数调用之前,且其后不应该接函数体

cgari；//字符型应该是unsignedchar

for（i=O;i<=255;”++”）;//”++”应改成i++

}

//主函数没有结束，缺”}”

5．定义变量a，b，c，其中a为内部RAM的可位寻址区的字符变量，b为外部数据存储区浮点型变量，c为指向int型xdata区的指针。

答：

charbdataa;

floatxdatab;

intxdata*c;

6．编程将8051的内部数据存储器20H单元和35H单元的数据相乘，结果存到外部数据存储器中（任意位置）。

解：

方法一：

用嵌入式汇编语言实现

#include

voidmain（）

{#pragmaasm

MOVA,20H

MOVB,35H

MULAB

MOVDPTR,#1234H

MOVX@DPTR,A

INCDPTR

MOVA,B

MOVX@DPTR,A

#pragmaendasm

}

方法二：

单用C语言编程实现

#include

#include

intmovdata（char）;

voidmain（）

{

unsignedintxdatax;

unsignedchar*ptr,a