《单片机原理、应用与PROTEUS仿真》

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1、单片机原理、应用与单片机原理、应用与 PROTEUS 仿真仿真习题答案习题答案王妹芳编写周灵彬审校目目 录录第一章第一章 概概 论论.2第二章第二章 AT89C51 单片机内部结构基础单片机内部结构基础.3第三章第三章 AT89C51 指令系统指令系统.6第四章第四章 AT89C51 汇编语言程序设计汇编语言程序设计.10第五章第五章 AT89C51 输入输入/输出（输出（I/O）口及其简单应用）口及其简单应用.16第六章第六章 AT89C51 中断系统与定时器中断系统与定时器/计数器计数器.18第一章第一章 概概 论论 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

2、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

3、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？AT89C51 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 M

4、CS-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

5、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。第二章第二章 AT89C51 单片机内部结构基础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：AT89C51 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

6、00H7FH 存储内部数据，后面 128 个 单元 80HFFH 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

7、； （10）总线，用于连接各个部件和单片机系统的扩展。2. 请将 AT89C51 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）：P0P3 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，RO

8、M 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

9、，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 AT89C5

10、1 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 0.25s，状态时钟周期为 0.5s，机器周期为 3s，指令周期根据指令而不 同可能是 3s、6s、12s 等。6. 简述 AT89C51 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，SC

11、ON，TMOD 均为 00H，而 DPTR=0000H，SP07H，P0P3=0FFH，IP=000000B，IE=000000B，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

12、束。8. AT89C51 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

13、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：PSEN000HFFFH内部ROM外部ROMEA=1EA=0FFFFH1000H外部ROM 60KBROM，程序存储器（只读）0000HFFFFHRDWR00H7FHFFH80H 内部数据 RAM专用寄 存器区外部内部RAM，数据存储器（读/写）程序存储器 ROM 结构 内 RAM 存储器结构10. AT89C51 单片机的片内 RAM 是如何分区的，各有什么功能？ 答：AT89C51 单片机内 RAM，最低 32 单元（00H1FH）为工作寄存器区；工作寄存器上 面的 16 个单元（20

14、H2FH）构成固定的可位寻址存储区；用户 RAM 区（30H7FH） ，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 （80HFFH） 。 84H 位地址为 P0.4 位，对其进行读写就是对 P0 口

15、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（30H7FH）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