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1、微型计算机原理及应用微型计算机原理及应用习题解答习题解答四川文理学院四川文理学院EmailEmail：20232023年年1 1月月2121日日绪论绪论0.1 解：解：单片微型计算机（Single-Chip Microcomputer），简称单片机。就是将微处理器（CPU）、存储器（存放程序或数据的ROM 和RAM）、总线、定时器/计数器、输入/输出接口（I/O 口）和其他多种功能器件集成在一块芯片上的微型计算机。单片机的主要特点有：（1）可靠性高（2）便于扩展（3）控制功能强（4）低电压、低功耗（5）片内存储容量较小，除此之外，单片机还具有集成度高、体积小、性价比高、应用广泛、易于产品化等特
2、点绪论绪论0.3 解：解：（1）第一阶段（19741976 年）：制造工艺落后，集成度低，而且采用了双片形式。典型的代表产品有Fairchild 公司的F8 系列。其特点是：片内只包括了8 位CPU，64B 的RAM和两个并行口，需要外加一块3851 芯片（内部具有1KB 的ROM、定时器/计数器和两个并行口）才能组成一台完整的单片机。绪论绪论（2）第二阶段（19771978 年）：在单片芯片内集成CPU、并行口、定时器/计数器、RAM和ROM 等功能部件，但性能低，品种少，应用范围也不是很广。典型的产品有Intel 公司的MCS-48 系列。其特点是，片内集成有8 位的CPU，1KB 或2K
3、B 的ROM，64B 或128B 的RAM，只有并行接口，无串行接口，有1 个8 位的定时器/计数器，中断源有2 个。片外寻址范围为4KB，芯片引脚为40 个。绪论绪论（3）第三阶段（19791982 年）：8 位单片机成熟的阶段。其存储容量和寻址范围增大，而且中断源、并行I/O 口和定时器/计数器个数都有了不同程度的增加，并且集成有全双工串行通信接口。在指令系统方面增设了乘除法、位操作和比较指令。其特点是，片内包括了8位的CPU，4KB 或8KB 的ROM，128B 或256B 的RAM，具有串/并行接口，2 个或3 个16位的定时器/计数器，有57 个中断源。片外寻址范围可达64KB，芯片
4、引脚为40 个。代表产品有Intel 公司的MCS-51 系列，Motorola 公司的MC6805 系列，TI 公司的TMS7000 系列，Zilog 公司的Z8 系列等。绪论绪论（4）第四阶段（1983 年至今）：16 位单片机和8 位高性能单片机并行发展的时代。16位机的工艺先进，集成度高，内部功能强，运算速度快，而且允许用户采用面向工业控制的专用语言，其特点是，片内包括了16 位的CPU，8KB 的ROM，232B 的RAM，具有串/并行接口，4 个16 位的定时器/计数器，有8 个中断源，具有看门狗（Watchdog），总线控制部件，增加了D/A 和A/D 转换电路，片外寻址范围可达
5、64KB。代表产品有Intel 公司的MCS-96系列，Motorola 公司的MC68HC16 系列，TI 公司的TMS9900 系列，NEC 公司的783系列和NS 公司的HPC16040 等。然而，由于16 位单片机价格比较贵，销售量不大，大量应用领域需要的是高性能、大容量和多功能的新型8 位单片机。近年来出现的32 位单片机，是单片机的顶级产品，具有较高的运算速度。代表产品有Motorola 公司的M68300 系列和Hitachi（日立）公司的SH 系列、ARM 等。第一章第一章1.2 解：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（R
6、AM）、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（Program Counter）、指令寄存器IR（Instruction Register）、指令译码器ID（Instruction Decoder）、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
7、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。第一章第一章数据存储器（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-5
8、1 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。第一章第一章1.3 解：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P0P3）、一个输入驱动器和输入缓冲器。通常把4 个端口称为P0P3。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。第一章第一章1.4 解：解：控制线一共有6 条：（1）ALE/PROG
9、：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，8051在P0.7P0.0 引脚上输出片外存储器低位地址的同时在ALE/PROG 上输出一个高电位脉冲，用于把这个片外存储器低位地址锁存到外部专用地址锁存器，以便空出P0.7P0.0 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。第一章第一章（2）EA/Vpp：允许访问片外存储器编程电源线，可以控制8051 使用片内还是使用片外。若EA，则允许使用片内；若EA 则允许使用片外。（3）P
10、SEN：片外选通线，在执行访问片外的指令时，8051 自动在PSEN上产生一个负脉冲，用于为片外芯片的选通。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，可以使处于复位工作状态。第一章第一章1.6 解：解：（1）在结构上的特点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。在逻辑上有个存储器地址空间：片内、片外统一的程序存储器地址空间，片内数据存储器地址空间，片外的数据存储器地址空间。（3）访问格式访问片内采用格式
11、访问片外采用格式第一章第一章1.7 解：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。第一章第一章1.8 解：解：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80HFFH 地址单元中，共占据了128 个存储单元，其中有83 位可以位寻址。特殊功能寄存器SFR的分布和功能见教材P18 表1.2.2。第一章第一章1.9 解：解：单片机的个口在结构上是基本相同的，但又各具特点。这四个端口都是位
12、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端口使用。在作为一般的通用输入时，都必须先向锁存器写入“”，使输出驱动场效应管截止，以免误读数据。各自特点如下：第一章第一章（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。第一章第一章（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
13、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。第一章第一章（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。第一章第一章（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。第一章第一章1.10 解：解：数据指针DPTR
14、 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。第一章第一章1.11 解：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）
15、：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。第一章第一章1.14 1.14 解：解：片内低单元划分及主要功能如下：（1 1）工作寄存器组（）工作寄存器组（）这是一个用寄存器直接寻址的区域，内部数据区的-，共个单元。它是个通用工作寄存器组，每个组包含个位寄存器，编号为。（2 2）位寻址区（）位寻址区（）个字节单元，共包含位，这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
16、寻址。（3 3）堆栈与数据缓冲区（）堆栈与数据缓冲区（）用于设置堆栈、存储数据。第一章第一章1.15 1.15 解：解：程序存储器通过EA/Vpp 引脚选择。若EA，则允许使用片内；若EA 则允许使用片外。数据存储器通过指令区分：访问片内采用指令，访问片外采用指令。第一章第一章1.16 解：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14 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。第一章第一章1.17 解：解：8051 单片机复位后机器的初始状态，即各寄存器的状态：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：单片机单片机复位方复位方法有：法有：上电自动复位，按键电平复位和外部脉冲三种方式。