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微机复习题讲解
一、MCS-51单片机的结构及原理
习题:
1.MCS-51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?
2.MCS-51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?
3.8051单片机的控制总线信号有哪些?
各有何作用?
4.什么是指令?
什么是程序?
简述程序在计算机中的执行过程。
5.8051单片机的存储器组织采用何种结构?
存储器地址空间如何划分?
各地址空间的地址范围和容量如何?
使用上有何特点?
6.何为堆栈指针?
堆栈操作有何规定?
7.8051单片机有多少个特殊功能寄存器?
这些特殊功能寄存器能够完成什么功能?
特殊功能寄存器中的哪些寄存器可以进行位寻址?
8.MCS-51单片机的I/O口有什么特点?
9.DPTR是什么寄存器?
它的作用是什么?
10.8051单片机的PSW寄存器各位标志的意义如何?
11.8051片内数据存储器有多少字节?
存储空间地址范围为多少?
12.8051片内RAM低128单元划分为哪三个主要部分?
各部分主要功能是什么?
13.8051单片机的片内,片外存储器如何选择?
14.MCS-51单片机的时钟周期,机器周期,指令周期是如何定义的?
当主频为12MHz的时候,一个机器周期是多长时间?
执行一条最长的指令需要多长时间?
15.8051单片机复位后,各寄存器的初始状态如何?
复位方法有几种?
参考答案:
1、解:
MCS-51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,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,均为二进制加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。
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。
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MCS-51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、解:
80C51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。
每个端口都包括一个锁存器(即专用寄存器P0~P3)、一个输入驱动器和输入缓冲器。
通常把4个端口称为P0~P3。
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。
3、解:
控制线一共有6条:
(1)ALE/
:
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/
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/
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)
/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
=0,则允许使用片内ROM;若
=1则允许使用片外ROM。
(3)
:
片外ROM选通线,在执行访问片外ROM的指令MOVC时,8051自动在
上产生一个负脉冲,用于为片外ROM芯片的选通。
其他情况下
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。
4、解:
指令:
人为输入计算机,由计算机识别并执行一步步操作的命令的形式称为指令。
程序:
一系列指令的有序集合称为程序。
程序在计算机中是按序执行的,CPU通过程序计数器PC控制程序的执行顺序,一般情况下程序是按序执行的,当执行转移、调用、返回等指令时,程序转移到相应的目的地址处执行。
CPU根据程序计数器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,产生执行本条指令所需的全部信号,完成本条指令的执行。
5、解:
(1)80C51在结构上的特点
80C51采用将程序存储器和数据存储器截然分开,分别寻址的结构,称为Harvard结构。
(2)在物理和逻辑上的地址空间
存储器上设有4个存储器空间:
片内程序存储器、片外程序存储器、片内数据存储器、片外数据存储器。
在逻辑上有3个存储器地址空间:
片内、片外统一的64KB程序存储器地址空间,片内256B数据存储器地址空间,片外64KB的数据存储器地址空间。
(3)访问格式
访问片内RAM采用MOV格式
访问片外RAM采用MOVX格式
6、解:
堆栈是一个特殊的存储区。
主要功能是暂时存放数据和地址,通常用来保护断点和现场。
它的特点是按照“先进后出”的存取数据。
堆栈指针SP是一个8位寄存器,是用于指示堆栈的栈顶地址的寄存器,它决定了堆栈在内部RAM中的物理位置。
7、解:
8051有21个特殊功能寄存器(PC除外),它们被离散地分布在内部RAM的80H~FFH地址单元中。
特殊功能寄存器SFR的分布和功能见教材P24-25。
8、解:
8051单片机的4个I/O口在结构上是基本相同的,但又各具特点。
这四个端口都是8位双向口,每个端口都包括一个锁存器、一个输出驱动器和输入缓冲器。
在无片外扩展存储器的系统中,这四个端口的每一位都可以作为双向通用I/O端口使用。
在作为一般的通用I/O输入时,都必须先向锁存器写入“1”,使输出驱动场效应管FET截止,以免误读数据。
各自特点如下:
(1)P0口为双向8位三态I/O口,它既可作为通用I/O口,又可作为外部扩展时的数据总线及低8位地址总线的分时复用口。
作为通用I/O口时,输出数据可以得到锁存,不需外接专用锁存器;输入数据可以得到缓冲,增加了数据输入的可靠性。
每个引脚可驱动8个TTL负载。
(2)P1口为8位准双向I/O口,内部具有上拉电阻,一般作通用I/O口使用,它的每一位都可以分别定义为输入线或输出线,作为输入时,锁存器必须置1。
每个引脚可驱动4个TTL负载。
(3)P2口为8位准双向I/O口,内部具有上拉电阻,可直接连接外部I/O设备。
它与地址总线高8位复用,可驱动4个TTL负载。
一般作为外部扩展时的高8位地址总线使用。
(4)P3口为8位准双向I/O口,内部具有上拉电阻,它是双功能复用口,每个引脚可驱动4个TTL负载。
作为通用I/O口时,功能与P1口相同,常用第二功能。
作为第二功能使用时,各位的作用见教材P23表1.2.5所示。
9、解:
数据指针DPTR是16位的专用寄存器,它由两个8位的寄存器DPH(高8位)和DPL(低8位)组成。
专门用来寄存片外RAM及扩展I/O口进行数据存取时的地址。
编程时,既可以按16位寄存器来使用,也可以按两个8位寄存器来使用(即高位字节寄存器DPH和低位字节寄存器DPL)。
DPTR主要是用来保存16位地址,当对64KB外部数据存储器寻址时,可作为间址寄存器使用。
10、解:
程序状态字PSW是8位寄存器,用于存放程序运行的状态信息,PSW中各位状态通常是在指令执行的过程中自动形成的,但也可以由用户根据需要采用传送指令加以改变。
各个标志位的意义如下:
PSW.7(Cy):
进位标志位。
PSW.6(AC):
辅助进位标志位,又称为半进位标志位。
PSW.5(F0):
用户标志位。
PSW.4、PSW.3(RS1和RS0):
寄存器组选择位。
PSW.2(OV):
溢出标志位。
PSW.1(空缺位):
此位未定义。
PSW.0(P):
奇偶校验位
11、解:
8051片内数据存储器有256B寻址空间。
存储器空间的地址范围为:
00H—-FFH
在这个存储器空间又可分为:
基本的数据存储区:
00H—-7FH,可划分为工作寄存器、位寻址区、堆栈与数据缓冲区。
12、解:
片内RAM低128单元划分及主要功能如下:
(1)工作寄存器组(00H——1FH)
这是一个用寄存器直接寻址的区域,内部数据RAM区的0—31,共32个单元。
它是4个通用工作寄存器组,每个组包含8个8位寄存器,编号为R0——R7。
(2)位寻址区(20H——2FH)
16个字节单元,共包含128位,这16个字节单元既可以进行字节寻址,又可以实现位寻址。
主要用于位寻址。
(3)堆栈与数据缓冲区(30H——7FH)
用于设置堆栈、存储数据。
13、解:
程序存储器通过
/Vpp引脚选择。
若
=0,则允许使用片内ROM;若
=1则允许使用片外ROM。
数据存储器通过指令区分:
访问片内RAM采用MOV指令,访问片外RAM采用MOVX指令。
14、解:
时钟周期又称为振荡周期,由单片机内部振荡电路OSC产生,定义为OSC时钟频率的倒数。
时钟周期又称为节拍(用P表示)。
时钟周期是时序中的最小单位。
一个状态有两个节拍,
机器周期定义为实现特定功能所需的时间。
MCS-51的机器周期由12个时钟周期构成。
执行一条指令所需要的时间称为指令周期,指令周期是时序中的最大单位。
由于机器执行不同指令所需的时间不同,因此不同指令所包含的机器周期数也不尽相同。
MCS-51的指令可能包括1~4个不等的机器周期。
当MCS-51的主频为12MHz时,一个机器周期为1s。
执行一条指令需要的最长时间为4s。
15、解:
8051单片机复位后机器的初始状态,即各寄存器的状态:
PC之外,复位操作还对其它一些特殊功能寄存器有影响,它们的复位状态如下:
寄存器
复位时内容
寄存器
复位时内容
PC
0000H
TCON
0×000000B
ACC
00H
TL0
00H
B
00H
TH0
00H
PSW
00H
TH1
00H
SP
07H
TH1
00H
DPTR
0000H
SCON
00H
P0—P3
FFH
SBUF
不确定
TMOD
××000000B
PCON
0×××0000B
单片机复位方法有:
上电自动复位,按键电平复位和外部脉冲三种方式
二、指令系统及汇编语言
习题:
1.8051单片机的指令系统有何特点?
2.8051单片机指令系统按功能可分为几类?
具有几种寻址方式?
它们的寻址范围如何?
3.访问特殊功能寄存器和外部数据存储器应采用哪种寻址方式?
4.片内RAM20H~2FH单元中的128个位地址与直接地址00H~7FH形式完全相同,如何在指令中区分出位寻址操作和直接寻址操作?
5.设片内RAM中的(40H)=50H,写出执行下列程序段后寄存器A和R0,以及片内RAM中50H和51H单元的内容为何值?
MOVA,40H
MOVR0,A
MOVA,#00
MOV@R0,A
MOVA,#30H
MOV51H,A
MOV52H,#70H
6.在8051的片内RAM中,已知(20H)=30H,(30H)=40H,(40H)=50H,(50H)=55H。
分析下面各条指令,说明源操作数的寻址方式,分析按顺序执行各条指令后的结果。
指令
MOVA,40H
MOVR0,A
MOVP1,#80H
MOV@R0,20H
MOVDPTR,#2000H
MOV40H,30H
MOVR0,30H
MOVD0H,R0
MOV10H,#10H
MOVA,@R0
7.完成以下的数据传送过程。
(1)片外RAM20H单元的内容送R0。
(2)片外RAM20H单元的内容送片内RAM20H
(3)片外RAM1000H单元的内容送片内RAM20H
(4)ROM2000H单元的内容送片内RAM20H
(5)ROM2000H单元的内容送片外RAM20H
8.设有两个4位BCD码,分别存放在片内RAM的23H,22H单元和33H,32H单元中,求它们的和,并送入43H,42H单元中去。
(以上均为低位字节,高位在高字节)。
9.编程将片内RAM的40H~60H单元中内容送到片外RAM以3000H开始的单元中。
10.编程计算片内RAM区30H~37H的8个单元中数的算术平均值,结果存在3AH单元中。
11.设有100个有符号数,连续存放在片外RAM以2200H为首地址的存储区中,试编程统计其中正数、负数、零的个数。
参考答案:
1、解:
8051的指令系统由111条指令组成。
如果按字节数分类,有49条单字节指令46条双字节指令和16条三字节指令,以单字节指令为主;如果按照指令执行时间分类,有64条单周期指令、45条双周期指令和2条四周期指令,以单周期指令为主。
8051的指令系统具有以下特点:
(1)存储效率高、执行速度快,可以进行直接地址到直接地址的数据传送,能把一个并行I/O口中的内容传送到内部RAM单元中而不必经过累加器A或工作寄存器Rn。
这样可以大大提高传送速度和缓解累加器A的瓶颈效应。
(2)用变址寻址方式访问程序存储器中的表格,将程序存储器单元中的固定常数或表格字节内容传送到累加器A中。
这为编成翻译算法提供了方便。
(3)在算术运算指令中设有乘法和除法指令
(4)指令系统中一些对I/O口进行操作的指令具有“读——修改——写”的功能。
这一功能指:
在执行读锁存器的指令时,CPU首先完成将锁存器的值通过缓冲器BUF2度入内部,进行修改、改变,然后重新写到锁存器中去。
这种类型指令包含所有的逻辑操作和位操作指令。
(5)8051单片机内部有一个布尔处理器,对为地址空间具有丰富的位操作指令。
布尔操作类指令有17条,包括布尔传送指令、布尔状态控制指令、布尔逻辑操作指令、布尔条件转移指令。
2.解:
MCS-51单片机指令系统按功能可分为5类:
(1)数据传送指令
(2)算术运算指令
(3)逻辑运算和移位指令
(4)控制转移指令
(5)位操作指令
MCS-51单片机的指令系统提供了七种寻址方式,其对应的寻址范围如下表:
寻址方式
使用的变量
寻址范围
立即寻址
程序存储器
直接寻址
内部RAM低128个字节;
特殊功能寄存器SFR
寄存器寻址
R0~R7;A、B、DPTR、C
寄存器间接寻址
@R0、@R1、SP
内部RAM、堆栈指针SP
@R0、@R1、@DPTR
外部RAM
变址寻址
@A+PC、@A+DPTR
程序存储器
相对寻址
PC+偏移量
程序存储器
位寻址
内部RAM低128B位寻址区
可位寻址的特殊功能寄存器位
3.解:
访问特殊功能寄存器,应采用直接寻址、位寻址方式。
访问外部数据存储器,应采用寄存器间接寻址方式。
在0~255B范围内,可用寄存器R0、R1间接寻址:
MOVXA,@R0或MOVXA,@R1
MOVX@R0,A或MOVX@R1,A
在0~64KB范围内,可用16位寄存器DPTR间接寻址:
MOVXA,@DPTR
MOVX@DPTR,A
4.解:
虽然内部RAM位寻址区的位地址范围00H~7FH与低128个单元的单元地址范围00H~7FH形式完全相同,但是在应用中可以通过指令的类型区分单元地址和位地址。
位寻址的操作只适用于下列位指令,而直接寻址操作对这些指令是无效的。
MOVC,bit
MOVbit,C
CLRbit
SETBbit
CPLbit
ANLC,bit
ANLC,/bit
JBbit,rel
JNBbit,rel
5.解:
结果为:
(A)=30H(R0)=50H(50H)=00H(51H)=30H
6.解:
指令源操作数的寻址方式执行指令后的结果
MOVA,40H直接寻址(A)=50H
MOVR0,A寄存器寻址(R0)=50H
MOVP1,#80H立即寻址(P1)=80H
MOV@R0,20H直接寻址(50H)=30H
MOVDPTR,#2000H立即寻址(DPTR)=2000H
MOV40H,30H直接寻址(40H)=40H
MOVR0,30H直接寻址(R0)=40H
MOVD0H,R0直接寻址(D0H)=40H
MOV10H,#10H立即寻址(10H)=10H
MOVA,@R0寄存器间接寻址(A)=40H
7.解:
(1)片外RAM20H单元内容送R0;
MOVDPTR,#0020H
MOVXA,@DPTR
MOVR0,A
(2)片外RAM20H单元的内容送片内RAM20H单元;
MOVR0,#20H
MOVXA,@R0
MOV20H,A
(3)片外RAM1000H单元的内容送片内RAM20H单元;
MOVDPTR,#1000H
MOVXA,@DPTR
MOV20H,A
(4)ROM2000H单元的内容送片内RAM20H单元;
MOVA,#00H
MOVDPTR,#2000H
MOVCA,@A+DPTR
MOV20H,A
(5)ROM2000H单元的内容送片外RAM20H单元。
MOVA,#00H
MOVDPTR,#2000H
MOVCA,@A+DPTR
MOVR0,#20H
MOVX@R0,A
8.解:
ORG0000H
LJMPSTART
ORG0030H
START:
MOVA,22H
ADDA,32H
DAA
MOV42H,A
MOVA,23H
ADDCA,33H
DAA
MOV43H,A
SJMP$
END
9.解:
ORG0000H
LJMPMAIN
ORG0030H
MAIN:
MOVR7,#20H
MOVR1,#40H
MOVDPTR,#3000H
LOOP:
MOVA,@R1
MOVX@DPTR,A
INCR1
INCDPTR
DJNZR7,LOOP
SJMP$
END
10.解:
ORG0000H
LJMPMAIN
ORG0030H
MAIN:
MOVR0,#30H
MOVR1,#00H
MOVR2,#00H
MOVR3,#07H
LP2:
MOVA,@R0
ADDA,R2
MOVR2,A
JNCLP1
INCR1
LP1:
INCR0
DJNZR3,LP2
MOVR3,#03H
LP3:
CLRC
MOVA,R1
RRCA
MOVR1,A
MOVA,R2
RRCA
MOVR2,A
DJNZR3,LP3
MOV3AH,R2
SJMP$
END
11.解:
ORG0000H
LJMPMAIN
ORG0030H
MAIN:
MOVR2,#100
MOVR3,#00H
MOVR4,#00H
MOVR5,#00H
MOVDPTR,#2000H
LOOP:
MOVXA,@DPTR
CJNEA,#00H,NET1
INCR3
INCDPTR
DJNZR2,LOOP
SJMPNET3
NET1:
JCNET2
INCR4
INCDPTR
DJNZR2,LOOP
SJMPNET3
NET2:
INCR5
INCDPTR
DJNZR2,LOOP
NET3:
SJMP$
END
四、中断系统、定时器/计数器、串行口
习题:
1.什么是中断和中断系统?
其主要功能是什么?
2.什么是是中断优先级?
中断优先级处理的原则是什么?
3.8051有哪些中断源?
如何对各中断请求进行控制?
4.简述MCS51单片机的中断响应过程。
5.8051怎么管理中断?
怎样开放和禁止中断?
怎么设置优先级?
6.8051在什么条件下可响应中断?
7.请写出
为低电平触发的中断系统初始化程序。
8.说明MCS-51单片机响应中断后,中断服务的入口地址。
9.8051单片机内部有几个定时器/计数器?
它们是由哪些特殊功能寄存器组成?
10.8051单片机定时器/计数器作定时和计数使用时,其计数脉冲分别由谁提供?
11.定时器/计数器的4种工作方式各有何特点?
如何选择、设定?
12.使用一个定时器,如何通过软硬结合方法实现较长时间的定时?
13.8051单片机系统的时钟频率为6MHZ,请利用定时器T0和P1.2输出矩形脉冲,其波形如下图所示,试编程实现之。
14.在8051单片机中,已知时钟频率为12MHZ,请编程使P1.0和P1.1分别输出周期为2ms和500us的方波。
15.波特率、比特率和数据传送速率的含义是什么?
16.什么是串行异步通信?
它有哪些特征?
17.简述串行接口接收和发送数据的过程?
参考答案:
1.解:
当CPU正在处理某件事情的时候,外部发生的某一事件请求CPU迅速去处理,CPU暂时中止当前的工作,转去处理所发生的事件,处理完该事件以后,再回到原来被中止的地方,继续原来的工作。
这种过程为中断,实现这种服务的部件称为中断系统。
功能:
①实时处理,能对外界异步发生的事件作出及时的处理。
②完全消除了CPU在查询方式中的等待现象,大大提高了CPU的工作效率。
③实现实时控制。
2.解:
中断优先级是CPU响应中断的先后顺序。
中断优先处理的原则是:
(1)先响应优先级高的中断请求,再响应优先级低的中断请求。
(2)如果一个中断请求己被响应,同级的其他中断请求将被禁止。
(3)如果同级的多个中断请求同时出现,CPU则按单片机内部的自然优先级顺序响应各中断请求。
单片机内部自然优先级顺序(由高到低)为:
外部中断0→定时器0中断→外部中断l→定时器1中断→串行接口中断。
3.解:
(1)80C51有以下5个中断源:
1外部中断0(
)请求,低电平有效。
2外部中断1(
)请求,低电平有效。
3T0:
定时器/计数器0溢出中断请求。
4T1:
定时器/计数器1溢出中断请求。
5TI/RI:
串行接口中
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