微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用習(xí)題解答

,單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,97-,*,單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,*,微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用習(xí)題解答,四川文理學(xué)院,Email,：,2024年10月28日,緒論,0.1,解：,單片微型計(jì)算機(jī)（,Single-Chip Microcomputer,），簡稱單片機(jī)。就是將微處理器（,CPU,）、存儲器（存放程序或數(shù)據(jù)的,ROM,和,RAM,）、總線、定時器,/,計(jì)數(shù)器、輸入,/,輸出接口（,I/O,口）和其他多種功能器件集成在一塊芯片上的微型計(jì)算機(jī)。,單片機(jī)的主要特點(diǎn)有：（,1,）可靠性高（,2,）便于擴(kuò)展（,3,）控制功能強(qiáng)（,4,）低電壓、低功耗（,5,）片內(nèi)存儲容量較小，除此之外，單片機(jī)還具有集成度高、體積小、性價比高、應(yīng)用廣泛、易于產(chǎn)品化等特點(diǎn),緒論,0.3,解：,（,1,）第一階段（,19741976,年）：制造工藝落后，集成度低，而且采用了雙片形式。典型的代表產(chǎn)品有,Fairchild,公司的,F8,系列。其特點(diǎn)是：片內(nèi)只包括了,8,位,CPU,，,64B,的,RAM,和兩個并行口，需要外加一塊,3851,芯片（內(nèi)部具有,1KB,的,ROM,、定時器,/,計(jì)數(shù)器和兩個并行口）才能組成一臺完整的單片機(jī)。,緒論,（,2,）第二階段（,19771978,年）：在單片芯片內(nèi)集成,CPU,、并行口、定時器,/,計(jì)數(shù)器、,RAM,和,ROM,等功能部件，但性能低，品種少，應(yīng)用范圍也不是很廣。典型的產(chǎn)品有,Intel,公司的,MCS-48,系列。其特點(diǎn)是，片內(nèi)集成有,8,位的,CPU,，,1KB,或,2KB,的,ROM,，,64B,或,128B,的,RAM,，只有并行接口，無串行接口，有,1,個,8,位的定時器,/,計(jì)數(shù)器，中斷源有,2,個。片外尋址范圍為,4KB,，芯片引腳為,40,個。,緒論,（,3,）第三階段（,19791982,年）：,8,位單片機(jī)成熟的階段。其存儲容量和尋址范圍增大，而且中斷源、并行,I/O,口和定時器,/,計(jì)數(shù)器個數(shù)都有了不同程度的增加，并且集成有全雙工串行通信接口。在指令系統(tǒng)方面增設(shè)了乘除法、位操作和比較指令。其特點(diǎn)是，片內(nèi)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,個或,3,個,16,位的定時器,/,計(jì)數(shù)器，有,5,7,個中斷源。片外尋址范圍可達(dá),64KB,，芯片引腳為,40,個。代表產(chǎn)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。,緒論,（,4,）第四階段（,1983,年至今）：,16,位單片機(jī)和,8,位高性能單片機(jī)并行發(fā)展的時代。,16,位機(jī)的工藝先進(jìn)，集成度高，內(nèi)部功能強(qiáng)，運(yùn)算速度快，而且允許用戶采用面向工業(yè)控制的專用語言，其特點(diǎn)是，片內(nèi)包括了,16,位的,CPU,，,8KB,的,ROM,，,232B,的,RAM,，具有串,/,并行接口，,4,個,16,位的定時器,/,計(jì)數(shù)器，有,8,個中斷源，具有看門狗（,Watchdog,），總線控制部件，增加了,D/A,和,A/D,轉(zhuǎn)換電路，片外尋址范圍可達(dá),64KB,。代表產(chǎn)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,位單片機(jī)價格比較貴，銷售量不大，大量應(yīng)用領(lǐng)域需要的是高性能、大容量和多功能的新型,8,位單片機(jī)。近年來出現(xiàn)的,32,位單片機(jī)，是單片機(jī)的頂級產(chǎn)品，具有較高的運(yùn)算速度。代表產(chǎn)品有,Motorola,公司的,M68300,系列和,Hitachi,（日立）公司的,SH,系列、,ARM,等。,第一章,1.2,解：,MCS-51,單片機(jī)在片內(nèi)集成了中央處理器（,CPU,）、程序存儲器（,ROM,）、數(shù)據(jù)存儲器（,RAM,）、定時器,/,計(jì)數(shù)器、并行,I/O,接口、串行,I/O,接口和中斷系統(tǒng)等幾大單元。,CPU,是整個單片機(jī)的核心部件，由運(yùn)算器和控制器組成。運(yùn)算器可以完成算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算，其操作順序在控制器控制下進(jìn)行。控制器是由程序計(jì)數(shù)器,PC,（,Program Counter,）、指令寄存器,IR,（,Instruction Register,）、指令譯碼器,ID,（,Instruction Decoder,）、定時控制邏輯和振蕩器,OSC,等電路組成。,CPU,根據(jù),PC,中的地址將欲執(zhí)行指令的指令碼從存儲器中取出，存放在,IR,中，,ID,對,IR,中的指令碼進(jìn)行譯碼，定時控制邏輯在,OSC,配合下對,ID,譯碼后的信號進(jìn)行分時，以產(chǎn)生執(zhí)行本條指令所需的全部信號。程序存儲器（,ROM,）用于存儲程序、常數(shù)、表格等。,第一章,數(shù)據(jù)存儲器（,RAM,）用于存儲數(shù)據(jù)。,8051,內(nèi)部有兩個,16,位可編程序的定時器,/,計(jì)數(shù)器,T0,和,T1,，均為二進(jìn)制加,1,計(jì)數(shù)器?？捎糜诙〞r和對外部輸入脈沖的計(jì)數(shù)。,8051,的中斷系統(tǒng)主要由中斷允許控制器,IE,和中斷優(yōu)先級控制器,IP,等電路組成。可實(shí)現(xiàn)對,5,個中斷源的管理。,8051,的中斷系統(tǒng)主要由中斷允許控制器,IE,和中斷優(yōu)先級控制器,IP,等電路組成。其中，,IE,用于控制,5,個中斷源中哪些中斷請求被允許向,CPU,提出，哪些中斷源的中斷請求被禁止；,IP,用于控制,5,個中斷源的中斷請求的優(yōu)先權(quán)級別。,I/O,接口是,MCS-51,單片機(jī)對外部實(shí)現(xiàn)控制和信息交換的必經(jīng)之路，用于信息傳送過程中的速度匹配和增加它的負(fù)載能力?？煞譃榇泻筒⑿?I/O,接口。,第一章,1.3,解：,80C51,單片機(jī)有,4,個,I/O,端口，每個端口都是,8,位雙向口，共占,32,根引腳。每個端口都包括一個鎖存器（即專用寄存器,P0,P3,）、一個輸入驅(qū)動器和輸入緩沖器。通常把,4,個端口稱為,P0,P3,。在無片外擴(kuò)展的存儲器的系統(tǒng)中，這,4,個端口的每一位都可以作為雙向通用,I/O,端口使用。在具有片外擴(kuò)展存儲器的系統(tǒng)中，,P2,口作為高,8,位地址線，,P0,口分時作為低,8,位地址線和雙向數(shù)據(jù)總線。,第一章,1.4,解：,控制線一共有,6,條：,（,1,）,ALE/PROG,：地址鎖存允許,/,編程線，配合,P0,口引腳的第二功能使用。在訪問片外存儲器時，,8051,在,P0.7,P0.0,引腳上輸出片外存儲器低位地址的同時在,ALE/PROG,上輸出一個高電位脈沖，用于把這個片外存儲器低位地址鎖存到外部專用地址鎖存器，以便空出,P0.7,P0.0,引腳線去傳送隨后而來的片外存儲器讀寫數(shù)據(jù)。在不訪問片外存儲器時，,8051,自動在,ALE/PROG,上輸出頻率為,fosc/6,的脈沖序列。該脈沖序列可用作外部時鐘源或作為定時脈沖源使用。,第一章,（,2,）,EA/Vpp,：允許訪問片外存儲器編程電源線，可以控制,8051,使用片內(nèi)還是使用片外。若,EA,，則允許使用片內(nèi)；若,EA,則允許使用片外。,（,3,）,PSEN,：片外選通線，在執(zhí)行訪問片外的指令時，,8051,自動在,PSEN,上產(chǎn)生一個負(fù)脈沖，用于為片外芯片的選通。其他情況下,PSEN,線均為高電平封鎖狀態(tài)。,（,4,）,RST/VPD,：復(fù)位備用電源線，可以使處于復(fù)位工作狀態(tài)。,第一章,1.6,解：,（,1,）在結(jié)構(gòu)上的特點(diǎn),采用將程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器截然分開，分別尋址的結(jié)構(gòu)，稱為,Harvard,結(jié)構(gòu)。,（,2,）在物理和邏輯上的地址空間,存儲器上設(shè)有個存儲器空間：片內(nèi)程序存儲器、片外程序存儲器、片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器、片外數(shù)據(jù)存儲器。,在邏輯上有個存儲器地址空間：片內(nèi)、片外統(tǒng)一的程序存儲器地址空間，片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器地址空間，片外的數(shù)據(jù)存儲器地址空間。,（,3,）訪問格式,訪問片內(nèi)采用格式,訪問片外采用格式,第一章,1.7,解：,堆棧是一個特殊的存儲區(qū)。主要功能是暫時存放數(shù)據(jù)和地址，通常用來保護(hù)斷點(diǎn)和現(xiàn)場。,它的特點(diǎn)是按照“先進(jìn)后出”的存取數(shù)據(jù)。堆棧指針,SP,是一個,8,位寄存器，是用于指示堆棧的棧頂?shù)刂返募拇嫫?，它決定了堆棧在內(nèi)部,RAM,中的物理位置。,第一章,1.8,解：,有,21,個特殊功能寄存器（,PC,除外），它們被離散地分布在內(nèi)部,RAM,的,80H,FFH,地址單元中，共占據(jù)了,128,個存儲單元，其中有,83,位可以位尋址。,特殊功能寄存器,SFR,的分布和功能見教材,P18,表。,第一章,1.9,解：,單片機(jī)的個口在結(jié)構(gòu)上是基本相同的，但又各具特點(diǎn)。這四個端口都是位雙向口，每個端口都包括一個,鎖存器,、一個,輸出驅(qū)動器,和,輸入緩沖器,。在無片外擴(kuò)展存儲器的系統(tǒng)中，這四個端口的每一位都可以作為雙向通用端口使用。在作為一般的通用輸入時，都必須先,向鎖存器寫入“”,，使輸出驅(qū)動場效應(yīng)管截止，以免誤讀數(shù)據(jù)。各自特點(diǎn)如下：,第一章,（,1,）,P0,口為雙向,8,位三態(tài),I/O,口，它既可作為通用,I/O,口，又可作為外部擴(kuò)展時的數(shù)據(jù)總線及低,8,位地址總線的分時復(fù)用口。作為通用,I/O,口時，輸出數(shù)據(jù)可以得到鎖存，不需外接專用鎖存器；輸入數(shù)據(jù)可以得到緩沖，增加了數(shù)據(jù)輸入的可靠性。每個引腳可驅(qū)動,8,個,TTL,負(fù)載。,第一章,（,2,）,P1,口為,8,位準(zhǔn)雙向,I/O,口，內(nèi)部具有上拉電阻，一般作通用,I/O,口使用，它的每一位都可以分別定義為輸入線或輸出線，作為輸入時，鎖存器必須置,1,。每個引腳可驅(qū)動,4,個,TTL,負(fù)載。,第一章,（,3,）,P2,口為,8,位準(zhǔn)雙向,I/O,口，內(nèi)部具有上拉電阻，可直接連接外部,I/O,設(shè)備。它與地址總線高,8,位復(fù)用，可驅(qū)動,4,個,TTL,負(fù)載。一般作為外部擴(kuò)展時的高,8,位地址總線使用。,第一章,（,4,）,P3,口為,8,位準(zhǔn)雙向,I/O,口，內(nèi)部具有上拉電阻，它是雙功能復(fù)用口，每個引腳可驅(qū)動,4,個,TTL,負(fù)載。作為通用,I/O,口時，功能與,P1,口相同，常用第二功能。作為第二功能使用時，各位的作用見教材,P23,表,1.2.5,所示。,第一章,1.10,解：,數(shù)據(jù)指針,DPTR,是,16,位的專用寄存器，它由兩個,8,位的寄存器,DPH,（高,8,位）和,DPL,（低,8,位）組成。,專門用來寄存片外,RAM,及擴(kuò)展,I/O,口進(jìn)行數(shù)據(jù)存取時的地址。編程時，既可以按,16,位寄存器來使用，也可以按兩個,8,位寄存器來使用（即高位字節(jié)寄存器,DPH,和低位字節(jié)寄存器,DPL,）。,DPTR,主要是用來保存,16,位地址，當(dāng)對,64KB,外部數(shù)據(jù)存儲器尋址時，可作為間址寄存器使用。,第一章,1.11,解：,程序狀態(tài)字,PSW,是,8,位寄存器，用于存放程序運(yùn)行的狀態(tài)信息，,PSW,中各位狀態(tài)通常是在指令執(zhí)行的過程中自動形成的，但也可以由用戶根據(jù)需要采用傳送指令加以改變。各個標(biāo)志位的意義如下：,PSW.7,（,Cy,）：進(jìn)位標(biāo)志位。,PSW.6,（,AC,）：輔助進(jìn)位標(biāo)志位，又稱為半進(jìn)位標(biāo)志位。,PSW.5,（,F0,）：用戶標(biāo)志位。,PSW.4,、,PSW.3,（,RS1,和,RS0,）：寄存器組選擇位。,PSW.2,（,OV,）：溢出標(biāo)志位。,PSW.1,（空缺位）：此位未定義。,PSW.0,（,P,）：奇偶校驗(yàn)位。,第一章,1.14,解：,片內(nèi)低單元劃分及主要功能如下：,（,1,）工作寄存器組（,）,這是一個用寄存器直接尋址的區(qū)域，內(nèi)部數(shù)據(jù)區(qū)的,-,，共個單元。它是個通用工作寄存器組，每個組包含個位寄存器，編號為,。,（,2,）位尋址區(qū)（,）,個字節(jié)單元，共包含位，這個字節(jié)單元既可以進(jìn)行字節(jié)尋址，又可以實(shí)現(xiàn)位尋址。主要用于位尋址。,（,3,）堆棧與數(shù)據(jù)緩沖區(qū)（,）,用于設(shè)置堆棧、存儲數(shù)據(jù)。,第一章,1.15,解：,程序存儲器通過,EA/Vpp,引腳選擇。若,EA,，則允許使用片內(nèi)；若,EA,則允許使用片外。,數(shù)據(jù)存儲器通過