习 题 答 案

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1．单片机是把组成微型计算机的各功能部件即（微处理器（CPU））、（存储器（ROM和RAM））、（总线）、（定时器/计数器）、（输入/输出接口（I/O口））及（中断系统）等部件集成在一块芯片上的微型计算机。 2．什么叫单片机？其主要特点有哪些？ 解：

将微处理器（CPU）、存储器（存放程序或数据的ROM和RAM）、总线、定时器/计数器、输入/输出接口（I/O口）、中断系统和其他多种功能器件集成在一块芯片上的微型计机，称为单片微型计算机，简称单片机。

单片机的特点：可靠性高、便于扩展、控制功能强、具有丰富的控制指令、低电压、低功耗、片内存储容量较小、集成度高、体积小、性价比高、应用广泛、易于产品化等。 3. 单片机有哪几个发展阶段？ 解：

（1）第一阶段（1974—1976年）：制造工艺落后，集成度低，而且采用了双片形式。典型的代表产品有Fairchild公司的F8系列。其特点是：片内只包括了8位CPU，64B的RAM和两个并行口，需要外加一块3851芯片（内部具有1KB的ROM、定时器/计数器和两个并行口）才能组成一台完整的单片机。

（2）第二阶段（1977—1978年）：在单片芯片内集成CPU、并行口、定时器/计数器、RAM和ROM等功能部件，但性能低，品种少，应用范围也不是很广。典型的产品有Intel公司的MCS-48系列。其特点是，片内集成有8位的CPU，1KB或2KB的ROM，64B或128B的RAM，只有并行接口，无串行接口，有1个8位的定时器/计数器，中断源有2个。片外寻址范围为4KB，芯片引脚为40个。

（3）第三阶段（1979—1982年）： 8位单片机成熟的阶段。其存储容量和寻址范围增大，而且中断源、并行I/O口和定时器/计数器个数都有了不同程度的增加，并且集成有全双工串行通信接口。在指令系统方面增设了乘除法、位操作和比较指令。其特点是，片内包括了8位的CPU，4KB或8KB的ROM，128B或256B的RAM，具有串/并行接口，2个或3个16位的定时器/计数器，有5～7个中断源。片外寻址范围可达64KB，芯片引脚为40个。代表产品有Intel公司的MCS-51系列，Motorola公司的MC6805系列，TI公司的TMS7000系列，Zilog公司的Z8系列等。

（4）第四阶段（1983年至今）： 16位单片机和8位高性能单片机并行发展的时代。16位机的工艺先进，集成度高，内部功能强，运算速度快，而且允许用户采用面向工业控制的专用语言，其特点是，片内包括了16位的CPU，8KB的ROM，232B 的RAM，具有串/并行接口，4个16位的定时器/计数器，有8个中断源，具有看门狗（Watchdog），总线控制部件，增加了D/A和A/D转换电路，片外寻址范围可达64KB。代表产品有Intel公司的MCS-96系列，Motorola公司的MC68HC16系列，TI公司的TMS9900系列，NEC公司的783××系列和NS公司的HPC16040等。然而，由于16位单片机价格比较贵，销售量不大，大量应用领域需要的是高性能、大容量和多功能的新型8位单片机。

近年来出现的32位单片机，是单片机的顶级产品，具有较高的运算速度。代表产品有Motorola公司的M68300系列和Hitachi（日立）公司的SH系列、ARM等。 4．在实际应用中，如何选择单片机的类型？ 解：

选择原则：主要从指令结构、运行速度、程序存储方式和功能等几个方面选择单片机。 MCS-51为主流产品。

Motorola是世界上最大的单片机厂商。品种全、选择余地大、新产品多。其特点是噪声低，抗干扰能力强，比较适合于工控领域及恶劣的环境。

Microchip单片机是市场份额增长较快的单片机。它的主要产品是PIC系列8位单片机。

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其特点是运行速度快，低价位，适用于量大、档次低、价格敏感的产品。 美国德州仪器（TI）公司生产的MSP430系列单片机是一种特低功耗的Flash微控制器。主要用于三表及超低功耗场合。

在嵌入式系统低端的单片机领域，Intel公司的MCS-51形成了既具有经典性又不乏生命力的一个单片机系列。许多半导体厂家、电器公司以MCS-51系列中的8051为基核，推出了许多兼容性的CHMOS单片机----80C51系列。

此外，还有Zilog、EM78、Senix、NEC、Epson、NS、三星、富士通、华邦、Philips、ARM等单片机。

5．试比较MCS-51, MSP430, EM78, PIC, M6800及AVR等系列单片机的特点。 解：

MCS-51为主流产品。

MSP430的功能较强。是一种特低功耗的Flash微控制器。主要用于三表及超低功耗场合。

EM78系列单片机采用高速CMOS工艺制造，低功耗设计为低功耗产品，价格较低。具有三个中断源、R-OPTION功能、I/O唤醒功能、多功能I/O口等。具有优越的数据处理性能，采用RISC结构设计。

PIC系列8位单片机是Microchip公司的产品。CPU采用RISC结构，运行速度快，价格低适于用量大、档次低、价格敏感的产品。

Motorola是世界上最大的单片机生产厂家之一，品种全、选择余地大、新产品多。其特点是噪声低，抗干扰能力强，比较适合于工控领域及恶劣的环境。 AVR是增强RISC内载Flash的单片机，单片机内部32个寄存器全部与ALU直接连接，突破瓶颈限制，每1MHz可实现1MIPS的处理能力，为高速、低功耗产品。端口有较强的负载能力，可以直接驱动LED。支持ISP、IAP，I/O口驱动能力较强。 6．举例说明生活中应用单片机的例子。 解：

生活中单片机无处不在：如洗衣机的控制主板、太阳能的温度控制器，电动车的控制器，电磁炉、（高级）电冰箱的控制系统、手机、电视遥控器、空调、洗衣机、微波炉、冰箱、热水器、电子称、电子表、计算器、汽车钥匙、可视门禁、公交车报站器、公交车刷卡器、红绿灯控制器等等。欧美日等国家，一个家庭中所拥有的单片机数量平均到100-120颗。

单片机有着广泛的应用领域 ：

(1) 单片机在智能仪器仪表中的应用； (2) 单片机在工业测控中的应用；

(3) 单片机在计算机网络和通讯技术中的应用； (4) 单片机在日常生活及家电中的应用； (5) 单片机在办公自动化方面。

目前单片机渗透到我们生活的各个领域，几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。导弹的导航装置，飞机上各种仪表的控制，计算机的网络通讯与数据传输，工业自动化过程的实时控制和数据处理，广泛使用的各种智能IC卡，民用豪华轿车的安全保障系统，录象机、摄象机、全自动洗衣机的控制，以及程控玩具、电子宠物、自动控制领域的机器人、智能仪表、医疗器械等等。

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1．MCS51单片机是基于（Harvard（哈佛））结构的，其特点是（程序存储器和数据存储器是分开的）。

2. CPU由（运算器）和（控制器）组成。

3. 若不使用MCS-51片内程序存储器，引脚（EA）必须接地.。

4. 在MCS-51单片机中，如果采用6MHz晶振，一个机器周期为（2us）。 5. 8051内部RAM位寻址区的单元地址范围为（20H～2FH），其位地址范围为（00H～7FH）。 6. 8051芯片的引脚可以分为三类：（电源线）、（端口线）和（控制线）。

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7. 若A中的内容为63H，那么，P标志位的值为（0）。

8. 8031单片机复位后，R4所对应的存储单元的地址为（04H），因上电时PSW=（00H）。这时当前的工作寄存器区是（0）组工作寄存器区。 9. 8051型单片机内部有（ A ）的ROM。

A：4KB B：6KB C：256B D：8KB

10. MCS-51上电复位后，SP的内容应是（ B ）。

A：00H B：07H C：60H D：70H

11. PC用来存放（ C ）。

A：指令 B：上一条的指令地址 C：下一条的指令地址 D：正在执行的指令地址

12. 采用 8031单片机必须扩展（ B ）。

A：数据存储器 B：程序存储器 C：I/O接口 D：显示接口

13. PSW=18H时，则当前工作寄存器是（ D ）。

A：0组 B：1组 C：2组 D：3组

14．MCS-51系列单片机在片内集成了哪些主要逻辑功能部件？各个逻辑部件的主要功能是什么？ 解：

MCS-51单片机在片内集成了中央处理器（CPU）、程序存储器（ROM）、数据存储器（RAM）、定时器/计数器、并行I/O接口、串行I/O接口、中断系统等几大单元。

CPU是整个单片机的核心部件，由运算器和控制器组成。运算器可以完成算术运算和逻辑运算，其操作顺序在控制器控制下进行。控制器是由程序计数器PC（Program Counter）、指令寄存器IR（Instruction Register）、指令译码器ID（Instruction Decoder）、定时控制逻辑和振荡器OSC等电路组成。CPU根据PC中的地址将欲执行指令的指令码从存储器中取出，存放在IR中，ID对IR中的指令码进行译码，定时控制逻辑在OSC配合下对ID译码后的信号进行分时，以产生执行本条指令所需的全部信号。

程序存储器（ROM）用于存储程序、常数、表格等。 数据存储器（RAM）用于存储数据。

8051内部有两个16位可编程序的定时器/计数器T0和T1，均为二进制加1计数器。可用于定时和对外部输入脉冲的计数。

8051的中断系统主要由中断允许控制器IE和中断优先级控制器IP等电路组成。可实现对5个中断源的管理。8051的中断系统主要由中断允许控制器IE和中断优先级控制器IP等电路组成。其中，IE用于控制5个中断源中哪些中断请求被允许向CPU提出，哪些中断源的中断请求被禁止；IP用于控制5个中断源的中断请求的优先权级别。

I/O接口是MCS-51单片机对外部实现控制和信息交换的必经之路，用于信息传送过程中的速度匹配和增加它的负载能力。可分为串行和并行I/O接口。

中断系统用于处理中断过程。

15. MCS-51系列单片机的引脚中有多少根I/O线？它们与单片机对外的地址总线和数据总线之间有什么关系？其地址总线和数据总线各有多少位？对外可寻址的地址空间有多大？ 解：

80C51单片机有4个I/O端口，每个端口都是8位双向口，共占32根引脚。每个端口都包括一个锁存器（即专用寄存器P0～P3）、一个输入驱动器和输入缓冲器。通常把4个端口称为P0～P3。在无片外扩展的存储器的系统中，这4个端口的每一位都可以作为双向通用I/O端口使用。在具有片外扩展存储器的系统中，P2口作为高8位地址线，P0口分时作为低8位地址线和双向数据总线。对外可寻址空间为64KB。 16. 8051单片机的控制总线信号有哪些？各有何作用？ 解：

控制线一共有6条：

（1）ALE/PROG：地址锁存允许/编程线，配合P0口引脚的第二功能使用。在访问片外存储器时，8051CPU在P0.7～P0.0引脚上输出片外存储器低８位地址的同时在ALE/PROG上输出一个高电位脉冲，用于把这个片外存储器低８位地址锁存到外部专用地址锁存器，以便空出P0.7～P0.0引脚线去传送随后而来的片外存储器读写数据。在不访问片外存储器时，

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8051自动在ALE/PROG上输出频率为fosc/6的脉冲序列。该脉冲序列可用作外部时钟源或作为定时脉冲源使用。

（2）EA/Vpp：允许访问片外存储器／编程电源线，可以控制8051使用片内ROM还是使用片外ＲＯＭ。若EA＝０，则允许使用片内ROM；若EA＝１则允许使用片外ROM。 （3）片外ROM选通线，在执行访问片外ROM的指令MOVC时，8051自动在PSENPSEN：上产生一个负脉冲，用于为片外ROM芯片的选通。其他情况下PSEN线均为高电平封锁状态。

（4）RST/VPD：复位／备用电源线，可以使8051处于复位工作状态。 17. 什么是指令？什么是程序？简述程序在单片机中的执行过程。 解：

指令：人为输入计算机，由计算机识别并执行一步步操作的命令的形式称为指令。 程序：一系列指令的有序集合称为程序。 程序在计算机中是按序执行的，CPU通过程序计数器PC控制程序的执行顺序，一般情况下程序是按序执行的，当执行转移、调用、返回等指令时，程序转移到相应的目的地址处执行。CPU根据程序计数器PC中的地址将欲执行指令的指令码从存储器中取出，存放在IR中，ID对IR中的指令码进行译码，定时控制逻辑在OSC配合下对ID译码后的信号进行分时，产生执行本条指令所需的全部信号，完成本条指令的执行。

18. 8051单片机的存储器组织采用何种结构？存储器地址空间如何划分？各地址空间的地址范围和容量如何？在使用上有何特点？ 解：

（1）80C51在结构上的特点

80C51采用将程序存储器和数据存储器截然分开，分别寻址的结构，称为Harvard结构。 （2）在物理和逻辑上的地址空间

存储器上设有4个存储器空间：片内程序存储器、片外程序存储器、片内数据存储器、片外数据存储器。

在逻辑上有3个存储器地址空间：片内、片外统一的64KB程序存储器地址空间，片内256B数据存储器地址空间，片外64KB的数据存储器地址空间。 （3）访问格式

访问片内RAM采用MOV格式 访问片外RAM采用MOVX格式

19. 8051片内RAM低128单元划分为哪三个主要部分？各部分主要功能是什么？ 解：

片内RAM低128单元划分及主要功能如下： （1）工作寄存器组（00H—1FH）

这是一个用寄存器直接寻址的区域，内部数据RAM区的0—31，共32个单元。它是4个通用工作寄存器组，每个组包含8个8位寄存器，编号为R0—R7。

（2）位寻址区（20H—2FH）

16个字节单元，共包含128位，这16个字节单元既可以进行字节寻址，又可以实现位寻址。主要用于位寻址。

（3）堆栈与数据缓冲区（30H—7FH） 用于设置堆栈、存储数据。

20. 8051单片机的片内、片外存储器如何选择？ 解：

程序存储器通过EA/Vpp引脚选择。若EA＝０，则允许使用片内ROM；若EA＝１则允许使用片外ROM。

数据存储器通过指令区分：访问片内RAM采用MOV指令，访问片外RAM采用MOVX指令。

21. 何为堆栈指针？堆栈操作有何规定？ 解：

堆栈是一个特殊的存储区。主要功能是暂时存放数据和地址，通常用来保护断点和现场。

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