单片机及微机原理课后习题答案

第 1 页 共 48 页第 1 章 思考题及习题参考答案1 写出下列二进制数的原码、反码和补码（设字长为 8 位）。（1）001011 （2）100110（3）-001011 （4）-111111答：（1）原码：00001011 反码：00001011 补码：00001011（2）原码：00100110 反码：00100110 补码：00100110（3）原码：10001011 反码：11110100 补码：11110101（4）原码：10111111 反码：11000000 补码：110000012 已知 X 和 Y，试计算下列各题的X+Y补和X-Y补（设字长为 8 位）。(1) X=1011 Y=0011(2) X=1011 Y=0111 (3) X=1000 Y=1100 答：（1）X 补码=00001011 Y 补码=00000011 Y补码=11111101X+Y补=00001110 X-Y补=00001000（2）X 补码=00001011 Y 补码=00000111 Y补码=11111001X+Y补=00010010 X-Y补=00000100（3）X 补码=00001000 Y 补码=00001100 Y补码=11110100X+Y补=00010100 X-Y补=111111003 微型计算机由那几部分构成？答：微型计算机由微处理器、存储器和 I/O 接口电路构成。各部分通过地址总线（AB）、数据总线（DB）和控制总线（CB）相连。4 8086 的寻址范围有多大？其物理地址是如何形成？答：8086 有 20 根地址总线，它可以直接寻址的存储器单元数为 1M 字节，其地址区域为00000HFFFFFH。第 2 页 共 48 页物理地址是由段地址与偏移地址共同决定的，物理地址=段地址16+偏移地址其中段地址通常来自于段寄存器 CS ，物理地址来自于 IP。5 什么叫单片机？它有何特点？答：单片机就是在一块硅片上集成了 CPU、RAM、ROM、定时器/计数器和多种 I/O 口（如并行、串行及 A/D 变换器等）的一个完整的数字处理系统。单片机主要特点有：品种多样，型号繁多；存储容量大；频率高，速度快；控制功能强，集成度高；功耗低；配套应用软件多。第 3 页 共 48 页第 2 章 思考题及习题参考答案：2.1.说明 ROM、EPROM、EEPROM 和 FLASH 之间的主要区别解：ROM 为只读存储器，在一般情况下只能读出所存信息，而不能重新写入。信息的写入是通过工厂的制造环节或采用特殊的编程方法进行的，一旦写入，就能长期保存。EPROM 芯片一般允许用户多次编程和擦除。擦除时，通过向芯片窗口照射紫外光的方法来进行。 EEPROM，也称 E2PROM。该类芯片允许用户多次编程和擦除。擦除时，可采用加电方法在线进行。FLASH 是一种新型的大容量、速度快、电可擦除可编程只读存储器。2.2.EPROM、PROM、动态 RAM、静态 RAM 等存储器中，哪几类是可以随时读写的？解：动态 RAM、静态 RAM 这几类是可以随时读写的。2.3 某 ROM 芯片中有 12 根地址输入端和 8 个数据输出端，该芯片的存储容量是多少位？解：芯片的存储容量是 4K*8 位。2.4.说明动态 RAM 和静态 RAM 的主要区别，使用时应如何选用？解：静态(static)RAM，即 SRAM。它以触发器为基本存储单元，所以只要不掉电，其所存信息就不会丢失。该类芯片的集成度不如动态 RAM，功耗也比动态 RAM 高，但它的速度比动态 RAM 快，也不需要刷新电路。在构成小容量的存储系统时一般选用 SRAM。在微型计算机中普遍用 SRAM 构成高速缓冲存储器。 动态(Dynamic)RAM，即 DRAM。一般用 MOS 型半导体存储器件构成，最简单的存储形式以单个 M0S 管为基本单元，以极间的分布电容是否持有电荷作为信息的存储手段，其结构简单，集成度高。但是，如果不及时进行刷新，极间电容中的电荷会在很短时间内自然泄漏，致使信息丢失。所以，必须为它配备专门的刷新电路。动态 RAM 芯片的集成度高、价格低廉，所以多用在存储容量较大的系统中。目前，微型计算机中的主存几乎都是使用动态 RAM。 2.5.说明 NOR FLASH 与 NAND FLASH 的主要区别，使用时应如何选用？解：NOR Flash 具有以下特点：（1） 程序和数据可存放在同一芯片上，拥有独立的数据总线和地址总线，能快速随机读取，允许系统直接从 Flash 中读取代码执行，而无需先将代码下载至 RAM 中再执行；（2） 可以单字节或单字编程，但不能单字节擦除，必须以块为单位或对整片执行擦除操作，在对存储器进行重新编程之前需要对块或整片进行预编程和擦除操作。但是 NOR Flash 的擦除和编程速度较慢，块尺寸又较大，因此擦除和编程操作所花费的时间很长，在纯数据存储和文件存储的应用中，NOR 技术显得力不从心。NAND Flash 具有以下特点：（1） 以页为单位进行读和编程操作，1 页为 256 或 512B（字节）；以块为单位进行擦除操作，1 块为 4K、8K 或 16KB。具有快编程和快擦除的功能，其块擦除时间是 2ms；而NOR 技术的块擦除时间达到几百 ms。（2） 数据、地址采用同一总线，实现串行读取。随机读取速度慢且不能按字节随机编程。（3） 芯片尺寸小，引脚少，是位成本(bit cost)最低的固态存储器，将很快突破每兆字节 1 美元的价格限制。（4） 芯片包含有失效块，其数目最大可达到 335 块（取决于存储器密度）。失效块不会影响有效块的性能，但设计者需要将失效块在地址映射表中屏蔽起来。第 4 页 共 48 页NOR Flash 具有可靠性高、随机读取速度快的优势，在擦除和编程操作较少而直接执行代码的场合，尤其是纯代码存储的应用中广泛使用，如 PC 的 BIOS 固件、移动电话、硬盘驱动器的控制存储器等。 NAND Flash 结构的闪速存储器适合于纯数据存储和文件存储，主要作为 SmartMedia卡、CompactFlash 卡、PCMCIA ATA 卡、固态盘的存储介质，并正成为闪速磁盘技术的核心。2.6.现有 2K8 位的 RAM 芯片若干片，若用线选法组成存储器，有效的寻址范围最大是多少 KB？若用 3-8 译码器来产生片选信号，则有效的寻址范围最大又是多少？若要将寻址范围扩展到 64KB，应选用什么样的译码器来产生片选信号？解：以 8086 为例，8086 有 20 条地址线，用 11 条地址线寻址一片 2K8 位的 RAM，余下的9 条地址线做线选法的线，故可以并联 9 个芯片，故寻址最大范围是 20KB，若用 3-8 译码器来产生片选信号，9 条地址线可以控制 3 个 3-8 译码器这样就可以控制 24 个芯片最大范围是 50KB. 若要将寻址范围扩展到 64KB 可选用 4-16 地址译码器来产生片选信号。2.7.什么是地址重叠区？它对存储器扩展有什么影响？解：基本地址和前面全译码连接的地址范围是相同的，但两者还是有区别的。区别在于全译码连接时各芯片的地址是唯一的，而部分译码连接时各芯片地址不是唯一的，也就是可以由若干个地址都选中同一芯片的同一单元，既所谓的地址重叠区。由于存在的地址重叠，影响了地址区的有效使用，也限制了存储器的扩展。因此，在选用部分译码时，也要尽可能多选一些高位地址线来作为译码器的输入。2.8 如图 2-22 若用 1K8 位片子来扩展 3K8 位 RAM，试核算各片的地址范围为多少?图 2-22 1K8 位片子扩展的 3K8 位 RAM 系统解：A 15 A14 A13 A12 A11 A10 A9 A8 A7A6A5A4 A3A2A1A0 地址G1 A B C 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 片1：A000H第 5 页 共 48 页1 0 1 0 0 0 11 1 1 1 1 1 1 1 1 片1：A3FFHA15 A14 A13 A12 A11 A10 A9 A8 A7A6A5A4 A3A2A1A0 地址G1 A B C 1 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 片 2：B000H1 0 1 1 0 0 11 1 1 1 1 1 1 1 1 片 2：B3FFHA15 A14 A13 A12 A11 A10 A9 A8 A7A6A5A4 A3A2A1A0 地址G1 A B C 1 0 1 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 片 3：B400H1 0 1 1 0 1 11 1 1 1 1 1 1 1 1 片3：B7FFH所以各片地址范围为：片 1：A000H-A3FFH, 片 2：B000H-B3FFH, 片 3：B400H-B7FFH2.9. 现有 8K8 位 RAM 多片，1 片 3-8 译码器，要构成容量为 16K8 位的存储器，请用线译码、部分译码、全译码 3 种方式分别设计，画出连接图，并指出寻址范围。解：线译码法: 寻址范围：2000H5FFFH第 6 页 共 48 页部分译码寻址范围：0000H3FFFH全译码：寻址范围：0000HFFFFH2.10.如何检查扩展的 RAM 工作是否正常？试编一个简单的 RAM 检查程序，要求此程序能记录有多少个 RAM 单元工作有错？且能记录出错的单元地址。解：TEST_CONST EQU 5AHTEST_RAM EQU 03HORG 0000HLJMP INITIALORG 0050HINITIAL: MOV R0，#253MOV R1，#3HTEST_ALL_RAM: MOV R2，#0FFHTEST_ONE_RAM: MOV A, R2MOV R1，ACLR A第 7 页 共 48 页MOV A,R1CJNE A,2H, ERROR_DISPLAYDJNZ R2， TEST_ONE_RAMINC R1DJNZ R0， TEST_ALL_RAMOK_DISPLAY:MOV P1, #11111110BWAIT1: SJMP WAIT1ERROR_DISPLAY: MOV A, R1MOV P1，AWAIT2: SJMP WAIT2END第 8 页 共 48 页第 3 章 思考题及习题参考答案1. 80C51 单片机的 P0P3 口在通用 I/O 口时操作要注意哪些？P0P3 口不做通用 I/O 口时是什么功能？在使用上有何特点？ P0P3 驱动能力如何？答：（1）作为通用 I/O 口时，P0P3 都是准双向口，输入引脚信息时都必须先向其锁存器写“1” ，作为输出口时 P0 口需结上拉电阻。（2）P0 可以作为地址/数据总线；P2 口可以作为地址线的高 8 位；P3 口是双功能口，每条口线还具有不同的第二功能。（3）P0 口的驱动能力为 8 个 TTL 负载，而其它口仅可驱动 4 个 TTL 负载。2、MCS-51单片机运行出错或程序进入死循环，如何摆脱困境？答：通过复位电路复位3、单片机的复位（RST）操作有几种方法，复位功能的主要作用是什么？答：单片机的复位操作方式有：1、上电复位；2、手动复位。复位功能的主要作用是：复位时，PC 初始化为 0000H，使 MCS-51 单片机从 0000H 开始执行程4、简述程序状态寄存器 PSW 寄存器中各位的含义。答：程序状态字寄存器 PSW，8 位。其各位的意义为：CY：进位、借位标志。有进位、借位时 CY=1，否则 CY=0；AC：辅助进位、借位标志（高半字节与低半字节间的进位或借位） ；F0：用户标志位，由用户自己定义；RS1、RS0：当前工作寄存器组选择位，共有四组：00、01、10、11；OV：溢出标志位。有溢出时 OV=1，否则 OV=0；P：奇偶标志位。存于累加器 ACC 中的运算结果有奇数个 1 时 P=1，否则 P=0.5、80C51 单片机的当前工作寄存器组如何选择？答：由特殊功能寄存器中的程序状态寄存器 PSW 的 RS1、RS0 来决定，当 RS1、RS0 为 00 时，选择 0 组；为 01 时，选择 1 组；为 10 时选择 2 组，为 11 时选择 3 组。6. 80C51 单片机的控制总线信号有哪些？各信号的作用如何？答：80C51 单片机的控制总线信号有以下 4 个，各信号的作用为：RST/VPD: 复位信号输入引脚/备用电源输入引脚；ALE/PROG: 地址锁存允许信号输出引脚/编程脉冲输入引脚；EA/Vpp : 内外存储器选择引脚/片内 EPROM(或 FlashROM)编程电压输入引脚；PSEN：外部程序存储器选通信号输出引脚。7、8051 单片机中 EA 引脚的作用是什么？答：访问内部或外部程序存储器的选择端当 EA 接高电平的时候程序从内部 ROM 开始执行，当 EA 为低电平的时候，从外部 ROM 开始执行8、 程序计数器 PC 的作用是什么？答：程序计数器 PC 是一个 16 位的计数器，他总是存放着下一个要取的指令的 16 位存储单元地址。用来存放下一条指令的地址用来存放下一条指令的地址的。当执行一条指令时，首先需要根据 PC 中存放的指令地址，将指令由内存取到指令寄存器中，此过程称为“取指令”。与此同时，PC 中的地址或自动加 1 或由转移指针给出下一条指今的地址。此后经过分析指令，执行指令。完成第一条指令的执行，而后根据 PC 取出第二条指令的地址，如此循环，执行每一条指令第 9 页 共 48 页9、堆栈有哪些功能？堆栈指示器（ SP）的作用是什么？在程序设计时，为什么要对 SP重新赋值？答：堆栈在中端过程中用来保护现场数据，复位后SP=7H，而堆栈一般设置在通用ROM区（30H-7FH），在系统初始化时候要从新设置。10、内部 RAM低 128单元划分为哪 3个主要部分？说明各部分的使用特点。答：80C51 内部 128B 的数据 RAM 区，包括有工作寄存器组区、可直接位寻址区和数据缓冲区。各区域的特性如下：（1） 00H1FH 为工作寄存器组区，共分 4 组，每组占用 8 个 RAM 字节单元，每个单元作为一个工作寄存器，每组的 8 个单元分别定义为 8 个工作寄存器 R0R7。当前工作寄存器组的选择是由程序状态字 PSW 的 RS1、RS0 两位来确定。如果实际应用中并不需要使用工作寄存器或不需要使用 4 组工作寄存器，不使用的工作寄存器组的区域仍然可作为一般数据缓冲区使用，用直接寻址或用 Ri 的寄存器间接寻址来访问。（2） 20H2FH 为可位寻址区域，这 16 个字节的每一位都有一个地址，编址为00H7FH。当然，位寻址区也可以用作字节寻址的一般数据缓冲区使用。（3）30H7FH 为堆栈、数据缓冲区。11、简述 MCS-51 单片机存储区的划分。答：MCS-51 单片机的存储器从物理结构上分为：片内和片外数据存储器，片内和片外程序存储器。2）从逻辑上分别可划分为：片内统一寻址的 64K 程序存储器空间（0000H-FFFFH）；64KB 的片外数据存储器空间（0000H-FFFFH）;256B 的片内数据存储器空间（00H-FFH）。12、MCS-51 基本型单片机的中断入口地址各为多少。答：外部中断 0 中断入口地址 0003H定时/计数器 0 中断入口地址 000BH外部中断 1 中断入口地址 0013H定时/计数器 1 中断入口地址 001BH串行接口 中断入口地址 0023H13、什么是指令周期、机器周期和时钟周期？答：指令周期：指令的执行时间；机器周期：CPU 完成一个最简单的指令所需要的时间；时钟周期：晶振信号周期就是时钟周期。14、已知一 MCS51 单片机系统使用 6MHZ 的外部晶体振荡器，计算：该单片机系统的状态周期与机器周期各为多少？解：由于晶振为 6MHz，所以机器周期为 2us，因为一个机器周期由 6 个状态周期组成，所以状态周期 1/3us15、8031 单片机需要外接程序存储器，实际上它还有多少条 I/O 线可以用？当使用外部存储器时，还剩下多少条 I/O 线可用？答：8031 系统必须外接程序促成器，原则上说，P0 和 P2 口要用作数据和地址总线，所以只有 P1 和 P3 口可用作 I/O 口，共 16 条 I/O 线。在使用外部存储器时，除了占用 P0 和 P2口外，还需要用 P3 口 RD（P3.7）和 WR（P3.6）两条控制线，所以这种情况下就只剩下