《单片机原理及应用》课后习题

习题1

1．单片机的基本含义和主要特点是什么？ 答：基本含义

单片机是将计算机的四个基本部件，即运算器、控制器、存储器和输入输出（Input／Output）接口微型化并集成在一块芯片上的微型计算机。单片机的全称为单片微型计算机（Single Chip Microcomputer），又称为微控制器（Microcontroller Unit，MCU）。

主要特点 1）有优异的性能价格比。 由于单片机的应用不断向高级应用和复杂应用扩展，因此，其性能越来越高，如速度越来越快，内存越来越大，处理字长越来越长等。而大批量的生产和使用也使单片机的价格越来越低。

2）集成度高、体积小、有很高的可靠性。单片机把各功能部件集成在一块芯片上，内部采用总线结构，减少了各芯片之间的连线，大大提高了单片机的可靠性与抗干扰能力。另外，其体积小，对于强磁场环境易于采取屏蔽措施，适合在恶劣环境下工作。

3）控制功能强。为了满足工业控制的要求，一般单片机的指令系统中均有极丰富的转移指令、I/O口的逻辑操作以及位处理功能。单片机的逻辑控制功能及运行速度均高于同一档次的微机。

4）低功耗、低电压，便于生产便携式产品，如手机等。现在的单片机在功耗上已达到了极高的水平，不少芯片的功耗已达到微安级，在一粒纽扣电池供电的情况下就可长期运行。

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5）外部总线增加了IC（Inter-Integrated Circuit）及SPI（Serial Peripheral Interface）等串行总线方式，进一步缩小了体积，简化了结构。

6）单片机的系统扩展和系统配置较典型、规范，容易构成各种规模的应用系统。

2．简述单片机的基本组成及各部分功能。

答：单片机芯片内部结构包括中央处理器CPU (Central Processing Unit)、程序存储器ROM（Read-Only Memory）、随机存储器RAM（Random Access Memory）、I／O口（Input/Output口）、定时／计数器（T/C）、中断系统以及将这些部分连接起来的总线，它们都分布在总线的两旁，并和它连通。一切指令、数据、控制信号都可经内部总线传送。

1） 中央处理器CPU——单片机的核心单元，由运算器和控制器组成，控制整个单片机

系统协调工作，决定了单片机的运算能力和处理速度。

2） 程序存储器ROM——用于存放用户程序，只允许读操作，ROM的信息可在断电后长

期保存。

3） 随机存储器RAM——用于存放程序运行时一些需要临时保存的工作变量和数据, 所

以有时直接称之为数据存储器。RAM存放的信息可随机“读出”或“写入”，其中存放的内容是易失性的，掉电后会丢失。

4） 并行I/O口——单片机的重要资源，用于并行通信，负责实现CPU与并行设备的联

系。它可以使单片机和存储器或外设之间并行的传送数据。

5） 串行I/O口——用于串行通信，负责实现CPU与串行设备或其他单片机的联系。它

可以把单片机内部的并行数据一位一位向外传送，也可以一位一位地接收外部送来的数据并把它们变成并行数据送给CPU处理。

6） 定时器/计数器——用于单片机内部精确定时或对外部事件进行计数。并可用定时、

计数结果对单片机以及系统进行控制。

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7） 系统时钟——相当于PC微机中的主频。通常采用外接石英晶体或其他振荡源提供

时钟信号输入，也可用内部RC振荡器。时钟电路为单片机产生时钟脉冲序列，作为单片机工作的时间基准，典型的晶体振荡频率为12MHZ。 8） 总线——各种数据信息的公共通道，包括内部总线和外部总线。CPU通过总线与内

设以及I/O接口电路交换信息。

3．单片机的分类及主要指标是什么？ 答：

一、目前单片机品种很多，至少有五十多个系列、三百多个品种，可按以下方式进行分类。 （1）按适用范围分

专用型——是为过程控制、参数监测、信号处理等方面的特殊需要而专门设计的单片机，是专门针对某些产品的特定用途而制作的。

通用型——通用型单片机是一种基本芯片，可把开发资源全部提供给应用者的微型控制器，它内部资源比较丰富，性能全面且适用性强，能覆盖多种应用需求 （2）按制造工艺分 分HMOS工艺，CHMOS工艺 （3）按字长分 可分为4位机（如NEC公司的μPD75XX系列）、8位机（Intel公司的MCS-51系列）、16位机（Intel公司的MCS-96/98系列）和32位机（Motorola公司的MC683XX系列）等，字长越长其运算处理的速度越快，功能越强大。 二、指标

（1）速度

CPU处理速度，常用单位是MIPS（Million instruction Per Second），目前最快的单片机可达200MIPS。单片机的速度与系统时钟相联系，但并不是频率越高处理速度就越快，对于同一型号的单片机来说，采用频率高的时钟一般比频率低的速度快。 （2）位数

单片机一次处理数据的宽度。它与微处理器内部寄存器以及CPU内部数据总线宽度是一致的。按位数分类，单片机可以分成8位机、16位机、32位机、64位机等。位数越多，所表示的数据精度就越高。在完成同样精度的运算时，位数较多的单片机比位数较少的单片机运算速度快。 （3）功耗

为了满足广泛使用于便携式系统的要求，目前许多单片机内的工作电压仅为1.8~3.6V，而工作电流仅为数百毫安，一些低功耗的单片机的静态电流甚至可以达到μA或nA级。 （4）I/O口

不同类型的单片机其输入/输出接口有很大差别。一般从几个到几十个。例如，MCS-51系列单片机有4个接口，使用上很方便。在片内接口不够时，可考虑进行接口扩展。 （5）存储器

包括数据存储器和程序存储器。数据存储器字节数通常在几十字节到几百字节之间。程序存储器空间较大，从几KB到几十KB。 （6）工作电压

几乎所有的单片机都有WAIT、STOP等省电运行方式。允许使用的电压范围越来越宽，一般在3~6V范围内工作。低电压供电的单片机电源下限已可达1~2V。目前0.8V供电的单片机已经问世。

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7．将下列二进制数转化成相应的十进制数、十六进制数。 （1）（101100）B =44=2CH （2）（11100111）B=231=E7H （3）（11.011）B =3.375=3.6H （4）（1.1001）B=1.5625=1.9H

9．设机器字长为8 位，求下列数的原码、反码和补码。 （1）+56 [原码]=[反码]=[补码]=38H （2）+117 [原码]=[反码]=[补码]=75H （3）-63 [原码]=1011 1111=BFH [反码]=1100 0000=C0H [补码]=1100 0001=C1H （4）-89 [原码]=1101 1001=D9H [反码]=1010 0110=A6H [补码]=1010 0111=A7H

10．已知下列补码，求真值。

（1）+56 [原码]=[反码]=[补码]=38H （2）+117 [原码]=[反码]=[补码]=75H （3）-63 [补码]=1011 1111=BFH [反码]=1011 1110=BEH [原码]=1100 0001=C1H （4）-89 [补码]=1101 1001=D9H

[反码]=1101 1000=D8H

[原码]=1010 0111=A7H

12．写出下列十进制数的8421BCD 码。 （1）56 =(0101 0110)BCD

（2）117 =(0001 0001 0111)BCD

（3）65.125 =(0110 0101.0001 0010 0101)BCD （4）99.675=(1001 1001.0110 0111 0101)BCD

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习题2

2．简述MCS-51单片机的物理存储空间？按编址方式划分，其存储器可分为哪几个空间、相应编址范围？

答：

MCS-51单片机的存储器结构可以分为2个不同的存储空间，分别是： 1） 程序存储空间地址范围64KB（ROM），包括片内程序存储器（4KB）和片外程序存

储器（64KB）。

2） 数据存储空间地址范围64KB（RAM），包括片内数据存储器（共256B，21个特殊

功能寄存器与128B内部RAM）和片外部数据存储器（64KB）。MCS-51单片机没有独立的I/O空间，而是将I/O空间与片外数据存储器空间共用64KB地址空间范围（即共同编址）。

FFFFH外ROM（60KB)1000H0FFFH内ROM（4KB）0FFFH外ROM(4KB）EA=10000H0000HEA=0（MOVC指令访问区域）程序地址空间（ROM）

按编址划分：

1）ROM，低4KB范围（0000H~0FFFH）可划分为片内与片外两部分，通过/EA区分选取片内外ROM；其余部分都为片外ROM，地址范围：1000H~FFFFH。 2）RAM，通过不同指令可分为片内外RAM，其中片外RAM地址范围为：0000H~FFFFH，采用MOVX访问；片内只有256B（00H~FFH），其中高128B（80H~FFH）为特殊功能寄存器区（SFR），目前只使用21B，低128B又可分为3个区即，工作寄存器区（00H~1FH），位寻址区（20H~2FH），数据缓冲区（30H~7FH）。

3．MCS-51单片机的片内数据存储器分为哪几个地址空间？各部分的主要功能是什么？ 答：

1）工作寄存器区

00H～1FH共32个字节单元属于工作寄存器区。工作寄存器分为4个组：0区、1区、2区、3区。每区有8个寄存器，用R0~R7命名，R0~R7称为工作寄存器。工作寄存器是MCS-51单片机的重要寄存器，指令系统中有专用于工作寄存器操作的指令，读写速度比一般内RAM要快。

2）位寻址区

地址为20H～2FH共16个字节单元可分为16×8=128个二进制位进行位寻址。每一位均有一个位地址，编址为00H~7FH，位寻址区的主要用途是存放各种标志位信息和位数据。

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3）数据缓冲区

地址30H～7FH的80个字节单元为数据缓冲区，属一般内RAM，只能进行字节寻址，用作数据缓冲区以及堆栈区，供用户存放各种数据和中间结果。 4）特殊功能寄存器区

CPU对各种功能部件的控制通过特殊功能寄存器采用集中控制方式，即利用特殊功能寄存器控制单片机的I/O口、定时/计数器、串行口、中断系统等。特殊功能寄存器SFR共21个，离散地分布在高128B片内RAM80H~FFH区域中。

4．MCS-51单片机特殊功能寄存器有多少个？其分布地址范围？某特殊功能寄存器地址为98H，它可以按位寻址吗？ 答：

特殊功能寄存器SFR共21个

分布在高128B片内RAM80H~FFH区域中

某特殊功能寄存器地址为98H，因其字节地址可被8整除，故可进行位寻址。

5．MCS-51单片机复位条件？复位后，CPU从00H单元开始执行程序，SP= 07H ，第一个压入堆栈的数据将位于片内RAM的 08H 单元地址。

6．MCS-51单片机EA引脚作用是什么？在下列情况EA引脚应接何种电平？ （1）只有片内ROM，EA=1

（2）只有片外ROM，EA=0

（3）有片内、片外ROM，EA=1 （4）有片内ROM但不用，而用片外ROM，EA=0

8．12根地址线可选多少个存储单元？32KB存储单元需要多少根地址线？ 答：12根地址线可选4K个存储单元, 32KB存储单元需要15根地址线

9．若PSW的内容为18H，则工作寄存器R0的地址是什么？

PSWD7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0CyAcF0RS1RS0OV-PD0H

18H 0 0 0 1 1 0 0 0

故，选用的是工作寄存器3组，R0地址为18H 0组 00H-07H 1 08H-0FH 2 10H-17H 3 18H-1FH

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解：

#include %unsigned char i=0x01; void main() {

EX1=1; EA=1; for(;;) {

P1=i; } }

void int1() interrupt 2 {

if(i<0x80) i=i*2; else i=0x01; }

习题6

2．MCS-51定时/计数器的定时功能和计数功能有什么不同？分别应用在什么场合下？ 答：

定时器主要完成系统运行过程中的定时功能，而计数器主要用于对外部事件的计数。此外，定时器/计数器还可作为串行通信中波特率发生器。

3．简述MCS-51单片机定时/计数器四种工作方式的特点、如何选择和设定？ 答：四种工作方式的选择是通过设定工作方式寄存器TMOD中的M1M0两位来完成的。 1） 当MlM0=00时，定时／计数器工作于方式0，构成一个13位定时器/计数器。 2） 当M1M0=01时，定时／计数器工作于方式1，构成一个16位定时器/计数器。方

式1与方式0的区别在于方式0是13位计数器

3） 当M1M0＝10时，定时／计数器工作于方式2，在方式2情况下，定时／计数器为

8位，能自动恢复定时/计数器初值。在方式0、方式1时，定时／计数器的初值不能自动恢复，计满后若要恢复原来的初值．须在程序指令中重新给TH0、TL0赋值，这不仅导致编程麻烦，而且影响定时时间精度。但方式2时与方式0、方式1不同，方式2具有初值自动装入功能。

4） 当M1M2=11时，定时/计数器处于工作方式3，但方式3 仅适用于T0，T1无方式

3。方式3时，定时器T0被分解成两个独立的8位计数器TL0和TH0。

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5．定时／计数器初始化包括哪些步骤? 答：初始化步骤如下：

（1) 根据设计要求先给工作方式寄存器TMOD送一个方式控制字，以设定定时／计数器相应的工作方式。

（2) 根据实际需要给定时／计数器选送定时器初值或计数器初值，以确定需要定时的时间和需要计数的初值。

（3) 根据需要给中断允许寄存器IE选送中断控制字，并给中断优先级寄存器IP选送中断优先级字，以开放相应中断并设定中断优先级。

（4) 给控制寄存器TCON送命令字，以便启动或禁止定时器／计数器的运行。

6．已知单片机时钟频率fosc＝12MHz，当要求定时时间为2ms或5ms，定时器分别工作在方式0、方式1和方式2时，定时器计数初值各是多少?

解：因为单片机时钟频率fosc＝12MHz，所以机器周期Tcy=12/fosc=1us，根据初值公式

Count=2n-Td/Tcy 得

1）Td=2ms=2000us时：

方式0时 Count=213-2000us/1us=8192-2000=6192

方式1时 Count=216-2000us/1us=65536-2000=63536=F830H，即TH0=F8H，TL0=30H TH0=-2000/256;TL0=-2000%6; 方式2时 ，单次溢出最长只能延时256us，因此可设定每次溢出延时200us，累计10次溢出即可得2ms，因此设定初值可设置为

Count=28-200us/1us=256-200=56=38H，即TH0=38H，TL0=38H 2）Td=5ms=5000us时：

方式0时 Count=213-5000us/1us=8192-5000=3192

方式1时 Count=216-5000us/1us=65536-5000=60536=EC78H，即TH0=ECH，TL0=78H TH0=-5000/256;TL0=-5000%6; 方式2时 ，单次溢出最长只能延时256us，因此可设定每次溢出延时200us，累计25次溢出即可得5ms，因此设定初值可设置为

Count=28-200us/1us=256-200=56=38H，即TH0=38H，TL0=38H

7．已知MCS-51单片机的fosc＝6MHz，请利用中断技术和T0，从P1.0端输出高电平宽度为50?s、低电平宽度为200?s的矩形波。

解：

设定时长度为Td＝50us,高电平延时1个Td，低电平延时4个Td 延时时间较短，可采用方式2，则初值计算为

Count=28-50us/2us=256-25=231=E7H T0工作于方式2，有TOMD.3=0 ,TMOD.2=0,TMOD.1=1,TOMD.0=0;

T1未使用，因此(TMOD）=02H #include sbit rect_wave=P1^0;

unsigned char Td1=1, Td4=4; void main(void){

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TMOD=0x02; TL0=0xe7; TH0=0xe7; ET0=1; EA=1; TR0=1 ;

rect_wave=1;

for(;;) ; }

void int0 () interrupt 1 { Td1--;

Td4--; if(Td1==0) {

rect_wave=0; Td4=4; }

if(Td4==0) {

rect_wave=1; Td1=1;

} }

8．已知MCS-51单片机的fosc＝6MHz，用Tl定时。试编程由P1.0和P1.1引脚分别输出周期为2ms和500?s的方波。

解：

周期为2ms的方波延时时间长度为1ms即1000us 周期为500us的方波延时时间长度为250us

设定时长度为Td＝250us,延时时间较短，可采用方式2，则初值计算为 Count=28-250us/2us=256-125=131=83H P1.0需4个延时长度即4*250us=1000us才切换电平

P1.1只需要1个延时长度就要切换电平 T1工作于方式2，有TOMD.7=0 ,TMOD.6=0,TMOD.5=1,TOMD.4=0; T1未使用，因此(TMOD）=20H

#include sbit P10=P1^0; sbit P11=P1^1;

unsigned char Td4=4; void main(void){ TMOD=0x20; TL0=0x83; TH0=0x83; ET1=1; EA=1; TR1=1 ;

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for(;;) ; }

void int0 () interrupt 3 { Td4--;

P11=!P11; if(Td4==0) {

P10=!P10; Td4=4; } }

11．设计一个8灯闪烁的控制电路，系统晶振为12MHz，编程实现8灯轮流闪烁其个每盏灯点亮时间为2s。

/************************************** 采用定时计数器T0 工作于方式1

1、因此：TMOD Gate C/T M1 M0 Gate C/T M1 M0 0 0 0 0 0 0 0 1 TMOD=0x01; 2、初值计算

周期为4s，则延时时间长度需2s 因为工作在方式1下，且机器周期为1us，最长延时时间长度为65536us，即65.536ms 因此我们可以让定时计数器每次延时50ms，并且让其溢出40次，则延时时间长度Td=50ms*40=2000ms=2s

因此初值为Count=2^16-50ms/1us=65536-50000us/1us=15536=0x3cb0 ***************************************/ #include #include unsigned char i=40,j=0; void main(void) {

TMOD=0x01; TH0=0x3c;

TL0=0xb0; //TH1=-50000/256; //TL1=-50000%6; TR0=1; EA=1;

ET0=1; // 1000 1000 0x88 for(;;); }

void timer0() interrupt 1 {

TH0=0x3c;

TL0=0xb0; //TH1=-50000/256; //TL1=-50000%6;

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i--; if(i==0) { i=40;

P1=_crol_(0x01,j)

j++;

if(j==8) j=0; } }

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/fug7.html