MCS-51单片机原理和接口技术习题参考答案

MCS-51单片机原理及接口技术习题参考答案第一章绪论1-1解答：第一台计算机的研制目的是为了计算复杂的数学难题。它的特点是：计算机字长为12位，运算速度为5000次/s，使用18800个电子管，1500个继电器，占地面积为150m2，重达30t，其造价为100多万美元。它的诞生，标志着人类文明进入了一个新的历史阶段。1-2解答：单片微型计算机简称单片机。一个完整的单片机芯片至少有中央处理器（CPU）、随机存储器（RAM）、只读存储器（ROM）、定时/计数器及I/O接口等部件。1-3解答：单片机的发展大致经历了四个阶段：第一阶段（1970—1974年），为4位单片机阶段；第二阶段（1974—1978年），为低中档8位单片机阶段；第三阶段（1978—1983年），为高档8位单片机阶段；第四阶段（1983年至今），为8位单片机巩固发展阶段及16位单片机、32位单片机推出阶段。1-4解答：Intel公司的MCS-48系列、MCS-51系列、MCS-96系列产品；Motorola公司的6801、6802、6803、6805、68HC11系列产品；Zilog公司的Z8、Super8系列产品；Atmel公司的AT89系列产品；Fairchild公司的F8和3870系列产品；TI公司的TMS7000系列产品；NS公司的NS8070系列产品；NEC公司的μCOM87（μPD7800）系列产品；National公司的MN6800系列产品；Hitachi公司的HD6301、HD63L05、HD6305。1-5解答：（1）8031/8051/8751三种型号，称为8051子系列。8031片内没有ROM，使用时需在片外接EPROM。8051片内含有4KB的掩模ROM，其中的程序是生产厂家制作芯片时烧制的。8751片内含有4KB的EPROM，用户可以先用紫外线擦除器擦除，然后再利用开发机或编程器写入新的程序。（2）8032A/8052A/8752A是8031/8051/8751的增强型，称为8052子系列。其中片内ROM和RAM的容量比8051子系列各增加一倍，另外，增加了一个定时/计数器和一个中断源。（3）80C31/80C51/87C51BH是8051子系列的CHMOS工艺芯片，80C32/80C52/87C52是8052子系列的CHMOS工艺芯片，两者芯片内的配置和功能兼容。1-6解答：8052子系列片内ROM和RAM的容量比8051子系列各增加一倍，另外，增加了一个定时/计数器和一个中断源。1-7解答：AT89系列单片机是美国Atmel公司的8位Flash单片机产品。它的最大特点是在片内含有Flash存储器，在系统的开发过程中可以十分容易地进行程序的修改，使开发调试更为方便。AT89系列单片机以8031为内核，是与8051系列单片机兼容的系列。1-8解答：高档型单片机有AT89S51、AT89S52、AT89S53和AT89S8252等型号，其中AT89S51有4KB可下载Flash存储器，AT89S52、AT89S8252有8KB可下载Flash存储器，AT89S53有12KB可下载Flash存储器。第二章MCS-51系列单片机的结构及原理2-1解答：MCS-51单片机由8个部件组成：中央处理器（CPU），片内数据存储器（RAM），片内程序存储器（ROM/EPROM），输入/输出接口（I/O口，分为P0口、P1口、P2口和P3口），可编程串行口，定时/计数器，中断系统及特殊功能寄存器（SFR）。中央处理器（CPU）：单片机的核心部分，它的作用是读入和分析每条指令，根据每条指令的功能要求，控制各个部件执行相应的操作。片内数据存储器（RAM）：存放各项操作的临时数据。片内程序存储器（ROM/EPROM）：存放单片机运行所需的程序。输入/输出接口（I/O口）：单片机与外设相互沟通的桥梁。可编程串行口：可以实现与其它单片机或PC机之间的数据传送。定时/计数器：具有可编程功能，可以完成对外部事件的计数，也可以完成定时功能。中断系统：可以实现分时操作、实时处理、故障处理等功能。特殊功能寄存器（SFR）：反映单片机的运行状态，包含了单片机在运行中的各种状态字和控制字，以及各种初始值。2-2解答：EA引脚是片内外程序存储器的选择信号。当EA端保持高电平时，访问内部程序存储器，但在PC（程序计数器）值超过0FFFH（对于8051/8751/80C51）或1FFFH（对于8052）时，将自动转向访问外部程序存储器。当EA端保持低电平时，不管是否有内部程序存储器，则只访问外部程序存储器。由于8031片内没有程序存储器，所以在使用8031时，EA引脚必须接低电平。2-3解答：在MCS-51单片机中，除P3口具有第二功能外，还有3条控制线具有第二功能。P3口的第二功能：P3.0—RXD：串行数据接收端P3.1—TXD：串行数据发送端P3.2—0INT：外部中断0申请输入端P3.3—1INT：外部中断1申请输入端P3.4—T0：定时器0计数输入端P3.5—T1：定时器1计数输入端P3.6—WR：外部RAM写选通P3.7—RD：外部RAM读选通3条控制线的第二功能：ALE—PROG：片内EPROM编程脉冲。片内具有EPROM的芯片，在EPROM编程期间，此引脚输入编程脉冲。RESET—VPD：备用电源。VCC掉电期间，此引脚可接备用电源，以保持内部RAM数据不丢失。EA—VPP：片内EPROM编程电源。在对片内具有EPROM的芯片进行编程时，此引脚用于施加21V编程电源。2-4解答：MCS-51单片机的内部存储空间分为数据存储器和程序存储器。内部数据存储器：共256字节单元，包括低128个单元和高128个单元。低128字节又分成3个区域：工作寄存器区（00H~1FH），位寻址区（20H~2FH）和用户RAM区（30H~7FH）。高128字节是供给特殊功能寄存器使用的，因此称之为特殊功能寄存器区。内部程序存储器：在8031片内无程序存储器，8051片内具有4KB掩模ROM，8751片内具有4KBEPROM。2-5解答：MCS-51单片机提供了4组工作寄存器，对于当前工作寄存器组的选择，是通过PSW中的RS1和RS0来进行选择。具体关系如下表：RS1RS0当前寄存器组00第0组工作寄存器01第1组工作寄存器10第2组工作寄存器11第3组工作寄存器2-6解答：内部RAM低128个单元按用途分成3个区域：工作寄存器区（00H~1FH），位寻址区（20H~2FH）和用户RAM区（30H~7FH）。2-7解答：DPTR是数据指针寄存器，是一个16位寄存器，用来存放16位存储器的地址，以便对外部数据存储器RAM中的数据进行操作。DPTR由高位字节DPH和低位字节DPL组成。2-8解答：所谓堆栈，顾名思义就是一种以“堆”的方式工作的“栈”。堆栈是在内存中专门开辟出来的按照“先进后出，后进先出”的原则进行存取的RAM区域。堆栈的用途是保护现场和断点地址。在8051单片机复位后，堆栈指针SP总是初始化到内部RAM地址07H。从08H开始就是8051的堆栈区，这个位置与工作寄存器组1的位置相同。因此，在实际应用中，通常要根据需要在程序初始化时对SP重新赋值，以改变堆栈的位置。2-9解答：程序状态字寄存器PSW是8位寄存器，用于存放程序运行的状态信息。CY（PSW.7）：进位标志位。AC（PSW.6）：辅助进位标志位。F0（PSW.5）、F1（PSW.1）：用户标志位。RS1（PSW.4）、RS0（PSW.3）：工作寄存器组选择位。OV（PSW.2）：溢出标志位。P（PSW.0）：奇偶标志位。2-10解答：P0口由一个所存器、两个三态输入缓冲器、场效应管、控制与门、反相器和转换开关组成；作为输出口时，必须外接上拉电阻才能有高电平输出，作为输入口时，必须先向锁存器写“1”；作为普通I/O口使用或低8位地址/数据总线使用。P1口内没有转换开关，但有上拉电阻；只用作普通I/O口使用。P2口比P1口多了一个转换控制开关；作为普通I/O口使用或高8位地址线使用。P3口比P1口增加了与非门和缓冲器；具有准双向I/O功能和第二功能。上述4个端口在作为输入口使用时，应注意必须先向端口写“1”。2-11解答：指令周期：执行一条指令所需要的时间。机器周期：CPU完成一个基本操作所需要的时间。状态：振荡脉冲经过二分频后，得到的单片机的时钟信号。拍：振荡脉冲的周期。当晶振频率为12MHz时，一个机器周期为1μs；当晶振频率为8MHz时，一个机器周期为3μs。2-12解答：在时钟电路工作后，只要在单片机的RESET引脚上出现24个时钟震荡脉冲（两个机器周期）以上的高电平，单片机就能实现复位。复位后，CPU和系统都处于一个确定的初始状态，在这种状态下，所有的专用寄存器都被赋予默认值，除SP=07H，P0~P3口为FFH外，其余寄存器均为0。2-13解答：8051单片机应用系统的电压检测电路监测到电源下降时，触发外部中断，在中断服务子程序中将外部RAM中的有用数据送入内部RAM保存。（内部RAM由备用电源供电）80C51单片机应用系统的电压检测电路监测到电源降低时，也出发外部中断，在中断服务子程序中，除了要将外部RAM中有用的数据保存以外，还要将特殊功能寄存器的有用内容保护起来，然后对电源控制寄存器PCON进行设置。2-14解答：单片机退出空闲状态有两种方法：中断退出和硬件复位退出。第三章MCS-51系列单片机的指令系统3-1解答：指令是规定计算机进行某种操作的命令，一台计算机所能执行的指令集合称为该计算机的指令系统。计算机内部只识别二进制数，因此，能别计算机直接识别、执行的指令时使用二进制编码表示的指令，这种指令别称为机器语言指令。以助记符表示的指令就是计算机的汇编语言指令。3-2解答：[标号：]操作码[操作数][；注释]3-3解答：MCS-51系列单片机提供了7种寻址方式：（1）立即寻址：操作数在指令中直接给出，立即数前面有“#”。（2）直接寻址：在指令中直接给出操作数地址。对应片内低128个字节单元和特殊功能寄存器。（3）寄存器寻址：以寄存器的内容作为操作数。对应的寄存器有：R0~R7、A、AB寄存器和数据指针DPTR。（4）寄存器间接寻址：以寄存器的内容作为RAM地址，该地址中的内容才是操作数。对应片内RAM的低128个单元采用R0、R1作为间址寄存器，片外RAM低256个单元可用R0、R1作为间址寄存器，整个64KB空间可用DPTR作为间址寄存器。（5）变址寻址：以DPTR或PC作为基址寄存器，以累加器A作为变址寄存器，并以两者内容相加形成的16位地址作为操作数地址。对应片内、片外的ROM空间。（6）相对寻址：只在相对转移指令中使用。对应片内、片外的ROM空间。（7）位寻址：对可寻址的位单独进行操作。对应位寻址区20H~2FH单元的128位和字节地址能被8整除的特殊功能寄存器的相应位。3-4解答：直接寻址方式。3-5解答：寄存器间接寻址方式。3-6解答：立即寻址方式，直接寻址方式，寄存器寻址方式，寄存器间接寻址方式，位寻址方式。3-7解答：变址寻址方式3-8解答：对于8052单片机内部RAM的高128B，必须采用寄存器间接寻址方式进行访问。3-9解答：外部数据传送指令有6条：MOVXA，@DPTRMOVX@DPTR，AMOVXA，@RiMOVX@Ri，AMOVCA，@A+DPTRMOVCA，@A+PC（1）MOVXA，@R1MOVXA，@DPTR都是访问片外RAM，但二者寻址范围不同。前1条指令是对片外RAM低256个单元的“读”操作。后1条指令是对片外RAM64KB空间的“读”操作。（2）MOVXA，@DPTRMOVX@DPTR，A访问空间相同，但数据传送方向不同。前1条指令是对片外RAM64KB空间的“读”操作。后1条指令是对片外RAM64KB空间的“写”操作。（3）MOV@R0，AMOVX@R0，A二者访问的空间不同。前1条指令是对片内RAM低128个单元的“写”操作。后1条指令是对片外