《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。

5）外部总线增加了I2C（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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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~，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。目前供电的单片机已经问世。

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）（）B=231=E7H

（3）（）B ==

（4）（）B==

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