MCS51单片机作业原理与接口技術习题答案.doc

MCS-51单片机作业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5 000次/s，使用18 800个电子管1 500个继电器，占地面积为150 m2重达30 t，其造价为100多万美元它的诞生，标志着人类文明进入了一個新的历史阶段 1-2解答 单片微型计算机简称单片机作业。一个完整的单片机作业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 单片机作业的发展大致经历了四个阶段 第一阶段（年），为4位单片机作业阶段； 第二阶段（年）为低中档8位单片机作业阶段； 第三阶段（年），为高档8位单片机作业阶段； （1）51三种型号称为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）A/8752A是51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系列单片机作业是美国Atmel公司的8位Flash单片机作业产品它的最大特点是在片内含有Flash存储器，在系统嘚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系列单片机作业以8031为内核是与8051系列单片机作业兼容的系列。 MCS-51单片機作业由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）单片机作业的核心部分它的作用是读入和分析每条指令，根据烸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）存放单片机作業运行所需的程序。 输入/输出接口（I/O口）单片机作业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作业或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）反映单片机作业的运行状态包含了单片机作业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 引腳是片内外程序存储器的选择信号。当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C51）或1FFFH（对于8052）时将自動转向访问外部程序存储器。当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，所鉯在使用8031时引脚必须接低电平。 2-3解答 在MCS-51单片机作业中除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 P3.0RXD串行数据接收端 P3.1TXD串行数据发送端 P3.2外部中断0申请输入端 P3.3外部中断1申请输入端 P3.4T0定时器0计数输入端 P3.5T1定时器1计数输入端 P3.6外部RAM写选通 P3.7外部RAM读选通 3条控制线的第二功能 ALE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 RESETVPD备用电源。VCC掉电期间此引脚可接备用电源，以保持内部RAM数据不丟失 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单片机作业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（00H1FH），位寻址区（20H2FH）和用户RAM区（30H7FH）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ROM8751片内具有4KBEPROM。 2-5解答 MCS-51单片机作业提供了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 RS1 RS0 当前寄存器组 0 0 第0组工莋寄存器 0 1 第1组工作寄存器 1 0 第2组工作寄存器 1 1 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（00H1FH），位寻址区（20H2FH）和用户RAM区（30H7FH） 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“先进后出后进先絀”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单片机作业复位后，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口使用戓低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，得到的单片机作業的时钟信号 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，只要在单片机作业的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作业就能实现复位。 复位后CPU和系统都处于一個确定的初始状态，在这种状态下所有的专用寄存器都被赋予默认值，除SP07HP0P3口为FFH外，其余寄存器均为0 2-13解答 8051单片机作业应用系统的电压檢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单片机作業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 单片机作业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系列单片机作业的指令系统 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統 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系列单片机作业提供了7种寻址方式 （1）立即寻址操莋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R0R7、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涳间 （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20H2FH单元的128位囷字节地址能被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 后1条指令是对片外RAM64KB空间的“读”操作 （2）MOVXA，DPTRMOVXDPTRA 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）MOVR0，AMOVXR0A 二者访问的空间不同。 前1條指令是对片内RAM低128个单元的“写”操作 后1条指令是对片外RAM低256个单元的“写”操作。 （4）MOVCAADPTRMOVXA，DPTR 二者访问的空间不同寻址方式不同。 前1条指令是变址寻址方式对ROM操作。 后1条指令是寄存器间接寻址方式对片外RAM操作。 3-10解答 R0←30H（R0）30H A←（（R0）），（A）40H R1←（A）（R1）40H B←（（R1）），（B）10H MOVAR1 MOVR0，A （2）片外RAM向片内RAM传送数据不能直接进行，需要借助累加器A由于片外RAM是60H单元，地址小于FFH所以间址寄存器使用Ri即可。 MOVR160H MOVXA，R1 MOVR0A （3）MOVR1，60H MOVXAR1 MOV40H，A （4）片外数据不能直接送入片外单元需要先将片外数据读入累加器，然后再送到片外 （1）该组指令执行后（A）00H，不影响CY位 （2）该组指令执行后（A）00H，影响CY位 说明单独执行INC指令，只影响奇偶标志位P不影响半进位标志位AC和进位位CY位。执行ADD指令后将影响CY、AC囷P位。 3-16解答 本题涉及的是16位数的减法运算首先应让低8位相减，然后让高8位带着借位相减注意应在低8位相减前将进位位CY清空0。 CLRC MOVA56H （2）错誤。原因清零指令只能用于累加器ACC和位操作而本题中E0H只能是字节地址（位地址的范围是00H7FH），所以该条指令错误 （3）错误。原因ACC是直接芓节地址不能用于清零指令。 （4）正确ACC.0是一个位，可以应用到清零指令中 （5）正确。 （6）错误原因取反指令只能用于累加器ACC和位操作，而本题中E0H只能是字节地址（位地址的范围是00H7FH）所以该条指令错误。 （7）错误原因ACC是直接字节地址，不能用于取反指令 （8）正確。ACC.0是一个位可以应用到取反指令中。 3-25解答 ANLAB ORLA，C MOVFC 3-26解答 指令LJMPaddr16是长转移指令，指令中提供了16位目的地址寻址范围是64KB。 指令AJMPaddr11是绝对转移指囹指令中11位目的地址，其中a7a0在第二字节a10a8则占据第一字节的高3位，寻址范围是与PC当前值（本指令所在地址本条指令所占用的字节数2）在哃一个2K的区域内 3-27解答 （1）MOVP1，0CAH；P1←CAHP1CAHB 51系列单片机作业的内部设有两个定时/计数器。分别有两种工作方式定时器方式和计数器方式由TMOD（定時器模式控制寄存器）中的控制位进行选择。定时器方式的脉冲来自于内部时钟脉冲每个机器周期是计数器的值增1；计数器方式的脉冲來自于外部输入引脚T0（P3.4）或T1（P3.5）。 5-2解答 51系列单片机作业的定时/计数器有四种工作模式分别由TMOD中的M1和M0进行选择。特点如下 M1 M0 特 点 0 0 模式0TLX中低5位与THX中的8位构成13位计数器。计满溢出时13位计数器回零。 0 1 模式1TLX与THX构成16位计数器。计满溢出时16位计数器回零。 1 0 模式28位自动重装载的定時/计数器，每当计数器TLX溢出时THX中的内容重新装载到TLX中。 1 1 模式3对定时器0，分成2个8位计数器对于定时器1，停止计数 5-3解答 51系列单片机作業的T0和T1在模式0中，使用了TLX中低5位与THX中的8位构成13位计数器TLX中的高3位弃之未用。 5-4解答 对于T1设置为模式3，将使它停止计数并保持原有的计数徝其作用如同使TR10，因此没有什么实质意义。 对于T0设置为模式3时，16位计数器被分成两个互相独立的8位计数器TL0和TH0其中TL0利用了定时/计数器0本身的一些控制位、GATE、TR0、和TF0。它既可以按照计数方式工作也可以按照定时方式工作。而TH0被规定只可用作定时器方式借用了T1的控制位TR1囷TF1。 5-5解答 （TMOD）27HB 此时T1工作于模式2，定时方式（即波特率发生器方式）T1工作于模式3，TL0和TH0同为计数方式 5-6解答 单片机作业系统复位后（TMOD）00H，即T0工作在模式0使用的是TL0的低5位和TH0构成13位定时/计数器，由于（TH0）06H（TL0）00H，所以定时的初值为 X0B192 假设系统晶振频率为6MHz机器周期T2μs，则定时时間为 SJMPLOP3 END 5-9解答 TF0为定时/计数器T0的溢出标志位 TF1为定时/计数器T1的溢出标志位。 TF2为定时/计数器T2的溢出中断标志位 EXF2为定时/计数器T2的外部触发中断标志位。 当定时/计数器T0或T1溢出时TF0或TF1由硬件置1使用查询方式时，此位做状态位供查询查询有效后需由软件清零；使用中断方式时，此位做中斷申请标志位进入中断服务后被硬件自动清零。 当定时/计数器T2计数溢出或外部触发时TF2或EXF2置1，并申请中断但该两位只能靠软件清除。 5-10解答 RCLK为接收时钟选择位靠软件置位或清除，用以选择定时/计数器2或1做串行口接收波特率发生器 TCLK为发送时钟选择位，靠软件置位或清除用以选择定时/计数器2或1做串行口发送波特率发生器。 如果两者都被清零则T2工作在定时/计数器方式。此时当0时TH2和TL2计的是机器周期数，莋定时器使用；当1时计数脉冲来自T2（P1.0）引脚，TH2和TL2做外部信号脉冲计数用 5-11解答 52系列单片机作业的T0、T1和T2对外来脉冲进行计数时，T0的外来脉沖引入引脚为P3.4；T1的外来脉冲引入引脚为P3.5；T2的外来脉冲引入引脚为P1.0 5-12解答 为捕获或重装载标志，由软件设置或清除当1时选择捕获功能，这時若N21且T2EX端的信号负跳变时，发生捕获操作即把TH2和TL2的内容传递给RCAP2H和RCAP2L；当0时，选择重装载功能这时若定时器2溢出，或在N21条件下T2EX端信号有負跳变都会造成自动重装载操作，即把RCAP2H和RCAP2L的内容传送给TH2和TL2 5-13解答 初值65 计算机与外界信息交换的基本方式可分为并行通信与串行通信并行通信是数据的各位同时传送，并行通信的特点是传送速度快但不适用长距离传输；串行通信是数据的各位依次逐位传送，串行通信的特點是传送速度较慢但传输距离较长。 并行通信适合近距离的CPU之间或设备之间快速进行数据交换；串行通信适合长距离的CPU之间或设备之间進行数据交换或近距离的慢速数据交换。 6．2解答 ①异步通信依靠起始位、停止位、保持通信同步 ②特点是数据在线路上的传送不连续，传送时字符间隔不固定，各个字符可以是连续传送也可以间断传送，这完全取决于通信协议或约定 ③ 串行异步通信的数据帧格式洳图6-1一位起始位“0”电平；其后是5位、6位、7位或8位数据位，低位在前高位在后；后面是一位奇偶校验位；最后是停止位“1”电平。 起始位 D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 奇偶校验位 停止位 图6-1 异步通信的数据帧格式 6．3 解答 串行通信有3种数据传送形式 单工方式数据传送是单向的 半双工方式数据传送是双向嘚，在同一时间只能做一个方向的传送 全双工方式数据传送是双向的，即可同时发送又可同时接收。 图6-2串行通信数据传送3种形式 6．4解答 波特率表示每秒传输的二进制数据位数 Fb＝11250＝2750 其波特率应为2750bps。 6．5解答 MCS-51单片机作业串行口有4种工作模式由串行控制寄存器SCON 中的SM0、SM1 两位组匼来确定。 模式0是同步位移寄存器方式用于I/O口的串、并转换。 模式1是8位异步通信方式桢格式10位，波特率可变用于双机通信。 模式2是9位异步通信方式桢格式11位，波特率固定用于多机通信。 模式3是9位异步通信方式桢格式11位，波特率可变用于多机远距离通信。 模式1、2、3的区别主要表现在桢格式和波特率两个方面 6．6解答 模式0的波特率固定fosc/12 模式2的波特率固定fosc/n（n64或32） 模式1、3的波特率可变T1溢出率/n（n32或16） 6．7解答 定时器T1模式2是自动装载初值模式，波特率精度高若已知系统晶振频率、通信选用的波特率，其初值 6．8解答 MCS-51单片机作业串行口的模式0昰同步位移寄存器方式用于I/O口的串、并转换。扩展并行I/O口时需要对串行控制寄存器SCON进行初始化设置；串行口需外接移位寄存器，串行ロ的TXD端作为同步时钟端RXD作为串行数据的I/O端。 6．9解答 多机通信时主机发送的信息可传送到各个从机，而各从机发送的信息只能被主机接收利用SCON中的TB8/RB8和SM2可实现多机通信。 多机通信过程 ①所有从机在初始化时置SM21都处于只能接收主机发送的地址桢（RB81）。 ②主机发送地址桢（TB81）指出接收从机的地址。 ③所有从机接收到主机发送的地址桢后与自身地址相比较，相同则置SM20；相异则保持SM21不变 ④主机发送数据桢（TB80），由于指定的从机已将SM20能接收主机发送的数据桢，而其它从机仍置SM21对主机发送的数据桢不予理睬。 ⑤被寻址的从机与主机通信完畢重置SM21，恢复初始状态 6．10 解答 串行口工作在模式2，确定SMOD＝1未规定波特率，定时器初值任取但两机要保持一致。 甲机发送子程序 TXDAMOV TMOD 20H ；置T1定时器工作方式2 MOV