(完整版)单片机原理及应用——基于Proteus和Keil_C 林立_张俊亮毕业论文

第一章习题1.什么是单片机？单片机和通用微机相比有何特点？答：单片机又称为单片微计算机，它的结构特点是将微型计算机的基本功能部件（如中央处理器（CPU）、存储器、输入接口、输出接口、定时计数器及终端系统等）全部集成在一个半导体芯片上。

虽然单片机只是一个芯片，但无论从组成还是从逻辑功能上来看，都具有微机系统的定义。

与通用的微型计算机相比，单片机体积小巧，可以嵌入到应用系统中作为指挥决策中心，是应用系统实现智能化。

2.单片机的发展有哪几个阶段？8位单片机会不会过时，为什么？答：单片机诞生于1971年，经历了SCM、MCU、SOC三大阶段，早期的SCM 单片机都是8位或4位的。

其中最成功的是INTEL的8031，此后在8031上发展出了MCS51系列MCU系统。

基于这一系统的单片机系统直到现在还在广泛使用。

随着工业控制领域要求的提高，开始出现了16位单片机，但因为性价比不理想并未得到很广泛的应用。

90年代后随着消费电子产品大发展，单片机技术得到了巨大提高。

随着INTEL i960系列特别是后来的ARM系列的广泛应用，32位单片机迅速取代16位单片机的高端地位，并且进入主流市场。

然而，由于各应用领域大量需要的仍是8位单片机，因此各大公司纷纷推出高性能、大容量、多功能的新型8位单片机。

目前，单片机正朝着高性能和多品种发展，但由于MCS-51系列8位单片机仍能满足绝大多数应用领域的需要，可以肯定，以MCS-51系列为主的8位单片机，在当前及以后的相当一段时间内仍将占据单片机应用的主导地位。

3.举例说明单片机的主要应用领域。

答：单片机广泛应用于仪器仪表、家用电器、医用设备、航空航天、专用设备的智能化管理及过程控制等领域，大致可分如下几个范畴：智能仪器单片机具有体积小、功耗低、控制功能强、扩展灵活、微型化和使用方便等优点，广泛应用于仪器仪表中，结合不同类型的传感器，可实现诸如电压、电流、功率、频率、湿度、温度、流量、速度、厚度、角度、长度、硬度、元素、压力等物理量的测量。

采用单片机控制使得仪器仪表数字化、智能化、微型化，且功能比起采用电子或数字电路更加强大。

例如精密的测量设备（电压表、功率计，示波器，各种分析仪）。

工业控制单片机具有体积小、控制功能强、功耗低、环境适应能力强、扩展灵活和使用方便等优点，用单片机可以构成形式多样的控制系统、数据采集系统、通信系统、信号检测系统、无线感知系统、测控系统、机器人等应用控制系统。

例如工厂流水线的智能化管理，电梯智能化控制、各种报警系统，与计算机联网构成二级控制系统等。

家用电器现在的家用电器广泛采用了单片机控制，从电饭煲、洗衣机、电冰箱、空调机、彩电、其他音响视频器材、再到电子秤量设备和白色家电等。

网络和通信现代的单片机普遍具备通信接口，可以很方便地与计算机进行数据通信，为在计算机网络和通信设备间的应用提供了极好的物质条件，现在的通信设备基本上都实现了单片机智能控制，从手机，电话机、小型程控交换机、楼宇自动通信呼叫系统、列车无线通信、再到日常工作中随处可见的移动电话，集群移动通信，无线电对讲机等。

医用设备领域单片机在医用设备中的用途亦相当广泛，例如医用呼吸机，各种分析仪，监护仪，超声诊断设备及病床呼叫系统等等。

模块化系统某些专用单片机设计用于实现特定功能，从而在各种电路中进行模块化应用，而不要求使用人员了解其内部结构。

如音乐集成单片机，看似简单的功能，微缩在纯电子芯片中（有别于磁带机的原理），就需要复杂的类似于计算机的原理。

如：音乐信号以数字的形式存于存储器中（类似于ROM），由微控制器读出，转化为模拟音乐电信号（类似于声卡）。

在大型电路中，这种模块化应用极大地缩小了体积，简化了电路，降低了损坏、错误率，也方便于更换。

汽车电子单片机在汽车电子中的应用非常广泛，例如汽车中的发动机控制器，基于CAN总线的汽车发动机智能电子控制器、GPS导航系统、abs防抱死系统、制动系统、胎压检测等。

此外，单片机在工商、金融、科研、教育、电力、通信、物流和国防航空航天等领域都有着十分广泛的用途。

4.将十进制数37转换为二进制，BCD码和十六进制数，并对转换结果进行对比分析。

答：37=(100101)B=(25)H；BCD 码为0011 0111；可见，同一个数用不同进制表示，其结果也不同。

5.写出下列十进制数在8位微机中的原码，反码和补码形式。

（1）+36原码0010 0100B反码0010 0100B补码0010 0100B（2）-36原码1010 0100B反码1101 1011B补码1101 1100B（3）+127原码0111 1111B反码0111 1111B补码0111 1111B（4）-128原码1000 0000B反码0111 1111B补码1000 0000B（5）-121原码1111 1001B反码1000 0110B补码1000 0111B6.对于二进制数1000 1001B，若理解为无符号数，则该数对应十进制数为多少？若理解为有符号数，则该数对应十进制为多少？若理解为BCD数，则该数对应十进制数为多少？答：1000 1001B 无符号数：137有符号数：-9；BCD数：89；7.对下列各组数进行“与”，“或”和“异或”运算。

（1）1010 1010 和 0000 0000与 0000 0000或 1010 1010异或1010 1010(2) 0111 0111 和 1000 1000与0000 0000或1111 1111异或1111 1111(3) 1110 1110 和0111 0111与0110 0110或1111 1111异或1001 1001(4) 0011 1100 和1111 0000与0011 0000或1111 1100异或1100 11008.Proteus ISIS的工作界面中包含哪几个窗口？菜单栏中包含哪几个选项？答：Proteus ISIS的工作界面主要包括标题栏、菜单栏、工具栏、状态栏、方位控制按钮、仿真进程控制按钮、对象选择窗口，原理图编辑窗口和预览窗口等。

主菜单栏包含文件、查看、编辑、工具、设计、图形、源文件、调试、库、模板、系统、帮助选项。

9.利用ISIS模块开发单片机系统需要经过哪几个主要步骤？答：（1）启动ISIS;（2）绘制电路原理图；（3）输入单片机程序；（4）进行源代码调试；（5）仿真运行。

10.何谓PCB？利用ARES模块进行PCB设计需要经过哪几个主要步骤？答：PCB（Printed Circuit Board），中文名称为印制电路板，又称印刷电路板、印刷线路板，是重要的电子部件，是电子元器件的支撑体，是电子元器件电气连接的提供者。

由于它是采用电子印刷术制作的，故被称为“印刷”电路板。

利用ARES模块进行PCB设计的主要步骤：（1）启动ARES；（2）元器件布局；（3）元器件布线；（4）铺铜；（5）三维效果图；（6）CADCAM输出。

第2章 MCS-51单片机结构及原理习题1．MSC－51单片机内部由哪些功能部件组成，各有什么功能？答：以51单片机为例，其内部功能部件有：控制器：是对取自程序存储器中的指令进行译码，在规定的时刻发出各种操作所需的控制信号，完成指令所规定的功能；运算器：根据控制器发来的信号，执行算术逻辑运算操作；存储器：包括程序存储和数据存储器；定时器计数器：2个16位定时器计数器，可对机器周期计数，也可对外部输入脉冲计数；中断系统：可响应三个内部中断源和两个外部中断源的中断请求；输入输出接口：4个8位并行口和一个全双工串行口；2．MSC－51单片机外部引脚的名称是什么？各有什么功能？答：(1) 电源及晶振引脚VCC(40脚)：+5V电源引脚VSS(20脚)：接地引脚XTAL1(19脚)；外接晶振引脚（内置放大器输入端）XTAL2(18脚)：外接晶振引脚（内置放大器输出端）(2) 控制引脚(9)为复位备用电源引脚RSTVPDALEPROG(30)为地址锁存使能输出编程脉冲输入PSEN(29)：输出访问片外程序存储器读选通信号EA VPP (31)：外部ROM允许访问编程电源输入(3) 并行IO口引脚P0.0～P0.7（39～32脚）——P0口；P1.0～P1.7（1～8脚）——P1口；P2.0～P2.7（21～28脚）——P2口；P3.0～P3.7（10～17脚）——P3口。

3．51系列单片机的封装有哪些类型？请说明每一种封装引脚之间的距离。

答：51系列单片机的封装有:40引脚双列直插封装（DIP——dual in-line package），引脚之间的距离是100mil()；44引脚方形扁平封装（QFP ——quad flat package）方式，引脚之间的距离是；44引脚带引线的塑料芯片载体PLCC(Plastic Leaded Chip Carrier)。

4．什么是复位？单片机复位电路有哪几种，工作原理分别是什么？答：复位——使单片机恢复原始默认状态的操作。

单片机复位电路有:上电复位电路，由电阻和电容构成，通过上电时，电容相当于短路而使复位引脚在晶振有效的情况下保持2个机器周期的高电平；按钮开关复位电路，由两个电阻的分压构成，通过手工按下按钮，使复位引脚在晶振有效的情况下保持2个机器周期的高电平。

5．通常的微机系统存储器结构有哪几种？MCS-51单片机存储器属于哪一类？CS-51可寻址多大空间？答：通常的微机系统存储器结构有两种结构，即哈佛结构和冯诺依曼结构(也叫普林斯顿结构)，MCS-51单片机存储器属于，MCS-51可寻址空间是两个64KB，即64KB的程序存储空间和64KB的数据存储空间。

6．片内RAM中低128个单元划分为哪三个主要部分？各部分的主要功能是什么？答：片内RAM中低128个单元划分为三个部分：①工作寄存器区（00H-1FH），四组，每组8个，可作用工作寄存器切换使用；②可位寻址区（20H-2FH），16B，位地址为00H-7FH，用作为按位寻址的空间；③用户RAM区（30H-7FH），80B，用作普通RAM单元或堆栈。

7．程序状态字寄存器PSW各位的定义是什么？答：程序状态字寄存器PSW各位的定义如下：PSW.7：进借位标志CY，加法有进位时置1，减法有借位时置1；PSW.6：辅助进位标志AC，加法运算低四位向高上四位有进位时置1；PSW.5、PSW.1：用户标志位F0和用户标志位F1，保存用户的位数据；PSW.4、PSW.3：工作寄存器选择控制位RS1和RS0，00至11分别选择四组工作之一作为当前工作寄存器PSW.2 ：溢出标志位OV，有符号数加、减运算结果有溢出或乘除上结果异常(乘法运算结果大于255即乘积在BA中，或除法运算除数为0)时置1 PSW.0：奇偶标志位P，累加器A中1的个数为奇数时置1。