单片机原理及应用(林立_张俊亮版)课后习题答案

1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INTELi960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。2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00110111；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00100100B反码00100100B补码00100100B（2）-36原码10100100B反码11011011B补码11011100B（3）+127原码01111111B反码01111111B补码01111111B（4）-128原码10000000B反码01111111B3补码10000000B（5）-121原码11111001B反码10000110B补码10000111B6.对于二进制数10001001B，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：10001001B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）10101010和00000000与00000000或10101010异或10101010(2)01110111和10001000与00000000或11111111异或11111111(3)11101110和01110111与01100110或11111111异或10011001(4)00111100和11110000与00110000或11111100异或110011008.ProteusISIS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：ProteusISIS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;4（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（PrintedCircuitBoard），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RST/VPD(9)为复位/备用电源引脚ALE/PROG(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I/O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。5答：51系列单片机的封装有:40引脚双列直插封装（DIP——dualin-linepackage），引脚之间的距离是100mil()；44引脚方形扁平封装（QFP——quadflatpackage）方式，引脚之间的距离是；44引脚带引线的塑料芯片载体PLCC(PlasticLeadedChipCarrier)。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1PSW.0：奇偶标志位P，累加器A中1的个数为奇数时置1。8．什么是时钟周期？什么是机器周期？什么是指令周期？当振荡频率为12MHz时，一个机器周期为多少微秒？CYACF0RS1RS0OVF1PCYACF0RS1RS0OVF1PCYACF0RS1RS0OVF1PCYACF0RS1RS0OVF1PPSW.7PSW.6PSW.5PSW.4PSW.3PSW.2PSW.1PSW.06答：时钟周期又叫振荡周期或拍，用P表示，是MCS-51单片机中最小的时间单位，在一个时钟周期内，CPU完成一个最基本的动作。机器周期：由12个时钟周期构成，完成一个基本操作指令周期：是执行一条指令所需的时间，根据指令的复杂性，可由1~4个机器周期构成。当振荡频率为12MHz时，一个机器周期为1微秒。9．P0、P1、P2和P3口的结构和功能分别是什么？答：P0口的每一位由1个锁存器、2个三态缓冲器、1个输出控制电路（非门X、与门、电子开关MUX、输出驱动电路构成，其功能既可以作为通用I/O口实现输入/输出功能，也可作为单片机地址线的低8位和数据线实现外部扩展功能。在用作输入输出口时，需外接上拉电阻。P1口的每一位由1个锁存器、1个场效应管驱动器V和2个三态门缓冲器构成，其作用是用作输入输出口P2口的每一位由1个锁存器、2个三态缓冲器、1个输出控制单元、1个输出驱动单元构成，其功能是用作输入输出口，或地址总线的高8位。P3口的每一位由1个锁存器、2个三态缓冲器、1个第二功能控制单元、1个输出驱