《单片机原理及应用》课后习题

习题11．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（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=A7H10．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=A7H12．写出下列十进制数的8421BCD 码。

（1）56 =(0101 0110)BCD（2）117 =(0001 0001 0111)BCD（3）=(0110 0010 0101)BCD（4）=(1001 0111 0101)BCD习题22．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：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）。

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）。

外ROM （60KB)内ROM （4KB ）外ROM (4KB ）1000HFFFFH0000H0FFFH0000H0FFFH程序地址空间（ROM ）（MOVC 指令访问区域）1EA =0EA =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。

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=08．12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PSW D0H18H 0 0 0 1 1 0 0 0故，选用的是工作寄存器3组，R0地址为18H0组00H-07H1 08H-0FH2 10H-17H3 18H-1FH10．MCS-51单片机片内位地址7FH是在哪个字节地址的那一位答：片内位地址7FH是字节2FH的最高位，即位7.表内RAM位寻址区的位地址映射11．MCS-51单片机需外部扩展存储器时，P0口为什么要外接地址锁存器而P2口则不需接答：因为P0口是数据总线与地址总线低8位的复用口，为了区分地址和数据，必须把P0口输出的低8位地址锁存在锁存器中，P0口才能空出来传送随后而来的数据。