单片机原理、应用与PROTEUS仿真习题与答案

单片机原理、应用与PROTEUS仿真习题与答案目录第一章概论 (1)第二章AT89C51单片机内部结构基础 (2)第三章AT89C51指令系统 (5)第四章AT89C51汇编语言程序设计 (11)第五章AT89C51输入/输出（I/O）口及其简单应用 (18)第六章AT89C51中断系统与定时器/计数器 (20)第一章概论1. 什么是单片机、单片机系统、单片机应用系统？答：单片机：又名微控制器，是将微型计算机中的中央处理器（CPU）、随机存储器（RAM）、只读存储器（ROM）及I/O口电路等主要部件，结合连接它们的总线集成在一块芯片上，即它是一块智能芯片。

单片机系统：单片机本身只是一块芯片，它并不能集成计算机的全部电路，因此需要加上时钟、复位电路等，才能构成单片机最小应用系统；若最小系统资源不足时，还需扩展外围电路和外围芯片等，从而构成能满足应用要求的单片机系统。

单片机应用系统：它是为实际的控制应用而设计的，该系统与控制对象结合在一起，是满足嵌入式对象要求的全部电路系统。

它在单片机的基础上配置了前/后向通道接口电路、人机交互通道接口电路、串行通信接口等面向对象的接口电路。

另单片机系统和单片机应用系统都是软硬件结合的系统，缺一不可。

2. 单片机有哪些特点？答：单片机的特点很多，主要是体积小品种多，价格便宜，可靠性高，使用灵活，还有（1）突出控制功能（2）ROM和RAM分开（3）单片机资源具有广泛的通用性（4）易于扩展ROM、RAM、定时/计数器、中断源等资源。

3. 为什么说AT89C51单片机是MCS-51系列的兼容机？A T89C51单片机有何优点？答：AT89系列单片机是将FLASH存储器技术和MCS-51系列单片机的基本内核相结合的单片机，且管脚也与之兼容，可以直接代换，所以说AT89C51是MCS-51系列的兼容机。

AT89C51单片机是AT89系列机的标准型单片机，它的优点主要有：内ROM是FLASH存储器，已获得广泛应用的80C51兼容，采用静态逻辑设计，操作频率范围宽，具有两个软件选择的节电模式等。

4. AT89C51单片机由哪些主要功能部件组成？答：CPU，RAM，ROM，I/O接口等。

5. 面包板、电子电路实验板、PCB板在产品开发过程中的作用？它们各有什么优缺点？答：它们都是单片机实际应用系统中的不可缺少的一部分，它们都是构成硬件系统连接的载体介质。

面包板可以多次利用，可是稳定性不高；电子电路实验板的稳定性由焊接质量来决定，不可多次利用；PCB板最为可靠，可是如果不是量产，价格偏高，时间较长。

6. 简述单片机应用研发过程和研发工具。

答：任务分析→方案论证→硬件设计→软件设计→仿真调试→实物制作与调试。

研发工具：调试仿真软件KEIL、在线仿真器、编程器或ISP下载器、PROTEUS仿真平台、教学实验板等。

第二章AT89C51单片机内部结构基础1. AT89C51单片机内部结构主要有哪些部件组成？它们的主要功能是什么？答：A T89C51单片机内部结构主要有：（1）中央处理器CPU，是单片机的核心，完成运算和控制功能；（2）内部数据存储器（256字节），前面128个单元00H~7FH存储内部数据，后面128个单元80H~FFH被专用寄存器占用，用来实现对片内各部件进行管理、控制、监视；（3）程序计数器PC，是一个16位专用寄存器，其内容为下一条执行指令的地址；（4）Flash内部程序存储器（4K），用于存储程序、原始数据、表格等；（5）4个并行I/O口（8位），实现数据的并行输入输出；（6）串行通信口，实现单片机和其他数据设备之间的串行数据传送；（7）2个定时器/计数器（16位），实现定时或计数功能；（8）中断控制系统，共5个中断源，分高低两个优先级；（9）一个片内振荡器和时钟电路，为单片机产生时钟脉冲序列；（10）总线，用于连接各个部件和单片机系统的扩展。

2. 请将A T89C51的40个引脚按4类（电源、时钟、控制和I/O引脚）分类。

答：电源(2)：Vss接地端，Vcc接DC正电源线；时钟(2)：XTAL1，XTAL2控制（4）：RST复位输入，ALE/(/PROG)地址锁存允许/编程脉冲，/PSEN外ROM读选通信号，(/ES) / VPP内外ROM选择/编程电源I/O引脚（32）：P0~P3并行8位I/O口3. AT89C51单片机引脚/EA、RST、ALE、/PSEN的功能是什么？答：/EA是片内外ROM选择端，ROM的寻址范围为64KB，而AT89C51内部只有4KB ROM，当不够用时可在外扩展ROM。

当/EA信号为低电平时，指访问外部ROM；当/EA为高电平时，则先访问内部ROM，当PC值超过4KB时自动转向外部ROM中执行。

RST复位信号，当此引脚上的信号出现至少两个机器周期的高电平将使单片机复位。

ALE地址锁存控制信号，当系统扩展时，ALE用于控制把P0口输出的低8位地址送入锁存器存起来，以实现低位地址和数据的分时传送。

/PSEN外部ROM的读选通信号，在访问外部ROM时，每个机器周期两次PSEN有效（低电平），但在此期间内，每当访问外部数据存储器时，这两次有效的PSEN将不出现。

4. 什么是单片机的振荡周期、状态时钟周期、机器周期和指令周期？它们之间有什么关系？答：单片机是按一定的时序进行工作的，而时序是通过XTAL1和XTAL2引脚跨接振荡器与内部振荡电路共同产生固定频率的波形。

我们把振荡频率的倒数称振荡周期。

状态时钟周期是指单片机时钟信号的周期，是振荡周期的两倍，又称状态周期。

一个机器周期由6个状态组成，即机器周期等于6个状态时钟周期或等于12个振荡周期。

指令周期是指单片机执行一条指令所占用的时间，根据指令的不同，可包含有1、2、4等机器周期的倍数。

5. 当AT89C51单片机外接晶振为4MHZ时，其振荡周期、状态时钟周期、机器周期、指令周期的值各为多少？答：振荡周期为0.25μs，状态时钟周期为0.5μs，机器周期为3μs，指令周期根据指令而不同可能是3μs 、6μs 、12μs 等。

6. 简述A T89C51单片机复位条件，并说明复位后寄存器中的数值状态。

答：当RST 引脚上的复位信号保持至少两个机器周期的高电平时，即满足复位条件。

复位后程序计数器PC 的值初始化为0000H ，这样单片机在复位后就从程序存储器ROM 的0000H 单元开始执行程序。

另外其他的寄存器内容为：ACC ，B ，PSW ，TCON ，TL0，TH0，TL1，TH1，SCON ，TMOD 均为00H ，而DPTR=0000H ，SP ＝07H ，P0~P3=0FFH ，IP=××000000B ，IE=0××00000B ，PCON=0×××0000B 。

参考表2-1。

7. 参阅图2-5，分析上电复位过程。

答：图2-5中A 是通过外部复位电容充电实现复位的，单片机上电的瞬间，电容两端的电位不会突然变化，则RST 的电位为Vcc （高电平），随着充电电流的减小，RST 引脚电位逐渐下降，而其维持高电平的时间取决于电容的充电时间，应大于两个机器周期。

B 图是在A 的基础上引入了按键复位，按下按键时RST 为高（电阻分压），按键松开后RST 逐渐降为低电平，复位结束。

8. A T89C51单片机的ROM 空间中，这6个地址（0、03H 、0BH 、13H 、1BH 、23H ）有什么特殊的意义和用途？用户应怎样合理安排？答：他们都是特殊的地址单元，其中0000H 是单片机复位后，系统开始取指、执行指令的地址，即单片机复位后PC 值为0000H ；而03H 、0BH 、13H 、1BH 、23H 是单片机5个中断服务子程序的入口地址。

相邻中断入口地址间隔8个单元。

当程序使用中断时，在入口地址处安放一条跳转指令，而相应的中断服务子程序从转移地址开始安放，若中断服务子程序小于等于8个单元可直接存在入口地址开始的8个单元内。

若没有用到中断功能，这些单元就可以作为一般的程序存储器用。

9. 画图说明AT89C51单片机的存储空间结构。

答：ROM ，程序存储器（只读）RAM ，数据存储器（读/写）程序存储器ROM 结构 内RAM 存储器结构10. A T89C51单片机的片内RAM 是如何分区的，各有什么功能？答：A T89C51单片机内RAM ，最低32单元（00H~1FH ）为工作寄存器区；工作寄存器上面的16个单元（20H~2FH）构成固定的可位寻址存储区；用户RAM区（30H~7FH），可作为数据缓冲区，用于存放各种数据和中间结果，同时没有使用的工作寄存器单元和可位寻址单元都可作为数据缓冲区，同时该区也可作为堆栈区，栈底可以根据片内数据存储器的使用情况由指令设定。

11. AT89C851单片机有多少专用寄存器？分布在何地址范围？若对片内84H读/写将会产生什么结果？（提示：考虑84H为位地址、为字节地址两种情况）答：AT89C51单片机有21个专用寄存器，零散分布在内部RAM的高128单元（80H~FFH）。

84H位地址为P0.4位，对其进行读写就是对P0口的第五位进行读写；而84H为字节地址时因为该单片机本身未对84H定义专用寄存器，因此不能对84H字节地址进行读写。

12. 分别说明程序计数器PC和堆栈指针SP的作用？复位后PC和SP中值各为何？在程序设计时，有时为什么要对SP赋值？答：程序计数器PC时一个16位的计数器，其内容为将要执行的指令的首地址，寻址范围达64KB，PC具有自动加1功能，以实现程序的顺序执行。

PC不可寻址，无法对它进行读写。

堆栈指针SP的内容就是堆栈栈顶的存储单元地址，向堆栈中每存一个数，SP中的值就自动加1，每取一个数就自动减1，SP始终指在栈顶地址。

复位后，PC=0000H，使单片机从0000H单元开始执行，SP=07H，这样堆栈就要从08H 开始，而08H属于工作寄存器区，若程序要用到这些寄存器组则要将SP设置大些，因此堆栈最好在内部的RAM（30H~7FH）中开辟。

13. 开机复位后，CPU作用的是哪组工作寄存器？它们的地址是什么？CPU如何确定和改变当前工作寄存器？答：开机复位后，CPU作用的时第0组工作寄存器，它们的地址是内部RAM的00H~07H，CPU若要确定当前工作寄存器，则读出专用寄存器PSW的RS1和RS0内容；若要改变当前工作寄存器，则需要修改PSW的RS1和RS0的内容。

14. 位地址3EH和字节地址3EH有何区别？位地址3EH具体在片内RAM中什么位？答：字节地址3EH是内RAM低128字节中的一个字节存储单元。