單片機(jī)原理及應(yīng)用

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單片機(jī)原理及其應(yīng)用——基于proteus和KeilC林立張俊亮編著

課后習(xí)題解答完整版

第一章習(xí)題

1.什么是單片機(jī)？單片機(jī)和通用微機(jī)相比有何特點(diǎn)？

答：?jiǎn)纹瑱C(jī)又稱為單片微計(jì)算機(jī)，它的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是將微型計(jì)算機(jī)的基本功能部件（如中央處理器（CPU）、存儲(chǔ)器、輸入接口、輸出接口、定時(shí)/計(jì)數(shù)器及終端系統(tǒng)等）全部集成在一個(gè)半導(dǎo)體芯片上。

雖然單片機(jī)只是一個(gè)芯片，但無論從組成還是從規(guī)律功能上來看，都具有微機(jī)系統(tǒng)的定義。與通用的微型計(jì)算機(jī)相比，單片機(jī)體積小巧，可以嵌入到應(yīng)用系統(tǒng)中作為指揮決策中心，是應(yīng)用系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)智能化。

2.單片機(jī)的發(fā)展有哪幾個(gè)階段？8位單片機(jī)遇不會(huì)過時(shí)，為什么？

答：?jiǎn)纹瑱C(jī)誕生于1971年，經(jīng)歷了SCM、MCU、SOC三大階段，早期的SCM單片機(jī)都是8位或4位的。其中最成功的是INTEL的8031，此后在8031上發(fā)展出了MCS51系列MCU系統(tǒng)。基于這一系統(tǒng)的單片機(jī)系統(tǒng)直到現(xiàn)在還在廣泛使用。隨著工業(yè)控制領(lǐng)域要求的提高，開始出現(xiàn)了16位單片機(jī)，但由于性價(jià)比不理想并未得到很廣泛的應(yīng)用。90年代后隨著消費(fèi)電子產(chǎn)品大發(fā)展，單片機(jī)技術(shù)得到了巨大提高。隨著INTELi960系列特別是后來的ARM系列的廣泛應(yīng)用，32位單片機(jī)迅速取代16位單片機(jī)的高端地位，并且進(jìn)入主流市場(chǎng)。然而，由于各應(yīng)用領(lǐng)域大量需要的仍是8位單片機(jī)，因此各大公司紛紛推出高性能、大容量、多功能的新型8位單片機(jī)。

目前，單片機(jī)正朝著高性能和多品種發(fā)展，但由于MCS-51系列8位單片機(jī)仍能滿足絕大多數(shù)應(yīng)用領(lǐng)域的需要，可以確定，以MCS-51系列為主的8位單片機(jī)，在當(dāng)前及以后的相當(dāng)一段時(shí)間內(nèi)仍將占據(jù)單片機(jī)應(yīng)用的主導(dǎo)地位。

3.舉例說明單片機(jī)的主要應(yīng)用領(lǐng)域。

答：?jiǎn)纹瑱C(jī)廣泛應(yīng)用于儀器儀表、家用電器、醫(yī)用設(shè)備、航空航天、專用設(shè)備的智能化管理及過程控制等領(lǐng)域，大致可分如下幾個(gè)范疇：智能儀器

單片機(jī)具有體積小、功耗低、控制功能強(qiáng)、擴(kuò)展靈活、微型化和使用便利等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于儀器儀表中，結(jié)合不同類型的傳感器，可實(shí)現(xiàn)諸如電壓、電流、功率、頻率、濕度、溫度、流量、速度、厚度、角度、長(zhǎng)度、硬度、元素、壓力等物理量的測(cè)量。采用單片機(jī)控制使得儀器儀表數(shù)字化、智能化、微型化，且功能比起采用電子或數(shù)字電路更加強(qiáng)大。例如縝密的測(cè)量設(shè)備（電壓表、功率計(jì)，示波器，各種分析儀）。工業(yè)控制

單片機(jī)具有體積小、控制功能強(qiáng)、功耗低、環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)、擴(kuò)展靈活和使用便利等優(yōu)點(diǎn)，用單片機(jī)可以構(gòu)成形式多樣的控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)、無線感知系統(tǒng)、測(cè)控系統(tǒng)、機(jī)器人等應(yīng)用控制系統(tǒng)。例如工廠流水線的智能化管理，電梯智能化控制、各種報(bào)警系統(tǒng)，與計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)構(gòu)成二級(jí)控制系統(tǒng)等。家用電器

現(xiàn)在的家用電器廣泛采用了單片機(jī)控制，從電飯煲、洗衣機(jī)、電冰箱、空調(diào)機(jī)、彩電、其他音響視頻器材、再到電子秤量設(shè)備和白色家電等。網(wǎng)絡(luò)和通信

現(xiàn)代的單片機(jī)普遍具備通信接口，可以很便利地與計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，為在計(jì)算機(jī)網(wǎng)

絡(luò)和通信設(shè)備間的應(yīng)用提供了極好的物質(zhì)條件，現(xiàn)在的通信設(shè)備基本上都實(shí)現(xiàn)了單片精明能控制，從手機(jī)，電話機(jī)、小型程控交換機(jī)、樓宇自動(dòng)通信呼叫系統(tǒng)、列車無線通信、再到日常工作中隨處可見的移動(dòng)電話，集群移動(dòng)通信，無線電對(duì)講機(jī)等。醫(yī)用設(shè)備領(lǐng)域

單片機(jī)在醫(yī)用設(shè)備中的用途亦相當(dāng)廣泛，例如醫(yī)用呼吸機(jī)，各種分析儀，監(jiān)護(hù)儀，超聲診斷設(shè)備及病床呼叫系統(tǒng)等等。模塊化系統(tǒng)

某些專用單片機(jī)設(shè)計(jì)用于實(shí)現(xiàn)特定功能，從而在各種電路中進(jìn)行模塊化應(yīng)用，而不要求使用人員了解其內(nèi)部結(jié)構(gòu)。如音樂集成單片機(jī)，看似簡(jiǎn)單的功能，微縮在純電子芯片中（有別于磁帶機(jī)的原理），就需要繁雜的類似于計(jì)算機(jī)的原理。如：音樂信號(hào)以數(shù)字的形式存于存儲(chǔ)器中（類似于ROM），由微控制器讀出，轉(zhuǎn)化為模擬音樂電信號(hào)（類似于聲卡）。在大型電路中，這種模塊化應(yīng)用極大地縮小了體積，簡(jiǎn)化了電路，降低了損壞、錯(cuò)誤率，也便利于更換。汽車電子

單片機(jī)在汽車電子中的應(yīng)用十分廣泛，例如汽車中的發(fā)動(dòng)機(jī)控制器，基于CAN總線的汽車發(fā)動(dòng)精明能電子控制器、GPS導(dǎo)航系統(tǒng)、abs防抱死系統(tǒng)、制動(dòng)系統(tǒng)、胎壓檢測(cè)等。

此外，單片機(jī)在工商、金融、科研、教育、電力、通信、物流和國(guó)防航空航天等領(lǐng)域都有著十分廣泛的用途。

4.將十進(jìn)制數(shù)37轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制，BCD碼和十六進(jìn)制數(shù)，并對(duì)轉(zhuǎn)換結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析。答：37=(100101)B=(25)H；BCD碼為00110111；可見，同一個(gè)數(shù)用不同進(jìn)制表示，其結(jié)果也不同。

5.寫出以下十進(jìn)制數(shù)在8位微機(jī)中的原碼，反碼和補(bǔ)碼形式。（1）+36

原碼00100100B反碼00100100B補(bǔ)碼00100100B（2）-36

原碼10100100B反碼11011011B補(bǔ)碼11011100B（3）+127

原碼01111111B反碼01111111B補(bǔ)碼01111111B（4）-128

原碼10000000B反碼01111111B補(bǔ)碼10000000B（5）-121

原碼11111001B反碼10000110B

補(bǔ)碼10000111B

6.對(duì)于二進(jìn)制數(shù)10001001B，若理解為無符號(hào)數(shù)，則該數(shù)對(duì)應(yīng)十進(jìn)制數(shù)為多少？若理解為有符號(hào)數(shù)，則該數(shù)對(duì)應(yīng)十進(jìn)制為多少？若理解為BCD數(shù)，則該數(shù)對(duì)應(yīng)十進(jìn)制數(shù)為多少？答：10001001B無符號(hào)數(shù)：137；有符號(hào)數(shù)：-9；BCD數(shù)：89；

7.對(duì)以下各組數(shù)進(jìn)行“與〞，“或〞和“異或〞運(yùn)算。（1）10101010和00000000與00000000或10101010異或10101010

(2)01110111和10001000與00000000或11111111異或11111111

(3)11101110和01110111與01100110或11111111異或10011001

(4)00111100和11110000與00110000或11111100異或11001100

8.ProteusISIS的工作界面中包含哪幾個(gè)窗口？菜單欄中包含哪幾個(gè)選項(xiàng)？

答：ProteusISIS的工作界面主要包括標(biāo)題欄、菜單欄、工具欄、狀態(tài)欄、方位控制按鈕、仿真進(jìn)程控制按鈕、對(duì)象選擇窗口，原理圖編輯窗口和預(yù)覽窗口等。

主菜單欄包含文件、查看、編輯、工具、設(shè)計(jì)、圖形、源文件、調(diào)試、庫(kù)、模板、系統(tǒng)、幫助選項(xiàng)。

9.利用ISIS模塊開發(fā)單片機(jī)系統(tǒng)需要經(jīng)過哪幾個(gè)主要步驟？答：（1）啟動(dòng)ISIS;

（2）繪制電路原理圖；（3）輸入單片機(jī)程序；（4）進(jìn)行源代碼調(diào)試；（5）仿真運(yùn)行。

10.何謂PCB？利用ARES模塊進(jìn)行PCB設(shè)計(jì)需要經(jīng)過哪幾個(gè)主要步驟？答：PCB（PrintedCircuitBoard），中文名稱為印制電路板，又稱印刷電路板、印刷線路板，是重要的電子部件，是電子元器件的支撐體，是電子元器件電氣連接的提供者。由于它是采用電子印刷術(shù)制作的，故被稱為“印刷〞電路板。利用ARES模塊進(jìn)行PCB設(shè)計(jì)的主要步驟：（1）啟動(dòng)ARES；（2）元器件布局；（3）元器件布線；（4）鋪銅；

（5）三維效果圖；（6）CADCAM輸出。

第2章MCS-51單片機(jī)結(jié)構(gòu)及原理習(xí)題

1．MSC－51單片機(jī)內(nèi)部由哪些功能部件組成，各有什么功能？答：以80C51單片機(jī)為例，其內(nèi)部功能部件有：控制器：是對(duì)取自程序存儲(chǔ)器中的指令進(jìn)行譯碼，在規(guī)定的時(shí)刻發(fā)出各種操作所需的控制信號(hào)，完成指令所規(guī)定的功能；

運(yùn)算器：根據(jù)控制器發(fā)來的信號(hào)，執(zhí)行算術(shù)規(guī)律運(yùn)算操作；存儲(chǔ)器：包括程序存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器；

定時(shí)器計(jì)數(shù)器：2個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，可對(duì)機(jī)器周期計(jì)數(shù)，也可對(duì)外部輸入脈沖計(jì)數(shù)；中斷系統(tǒng)：可響應(yīng)三個(gè)內(nèi)部中斷源和兩個(gè)外部中斷源的中斷請(qǐng)求；輸入輸出接口：4個(gè)8位并行口和一個(gè)全雙工串行口；

2．MSC－51單片機(jī)外部引腳的名稱是什么？各有什么功能？答：(1)電源及晶振引腳VCC(40腳)：+5V電源引腳VSS(20腳)：接地引腳

XTAL1(19腳)；外接晶振引腳（內(nèi)置放大器輸入端）XTAL2(18腳)：外接晶振引腳（內(nèi)置放大器輸出端）(2)控制引腳

RST/VPD(9)為復(fù)位/備用電源引腳

ALE/PROG(30)為地址鎖存使能輸出/編程脈沖輸入PSEN(29)：輸出訪問片外程序存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)EA/VPP(31)：外部ROM允許訪問/編程電源輸入(3)并行I/O口引腳

P0.0～P0.7（39～32腳）——P0口；P1.0～P1.7（1～8腳）——P1口；P2.0～P2.7（21～28腳）——P2口；P3.0～P3.7（10～17腳）——P3口。

3．51系列單片機(jī)的封裝有哪些類型？請(qǐng)說明每一種封裝引腳之間的距離。答：51系列單片機(jī)的封裝有:

40引腳雙列直插封裝（DIP——dualin-linepackage），引腳之間的距離是100mil(2.54mm)；

44引腳方形扁平封裝（QFP——quadflatpackage）方式，引腳之間的距離是2.54mm；44引腳帶引線的塑料芯片載體PLCC(PlasticLeadedChipCarrier)。

4．什么是復(fù)位？單片機(jī)復(fù)位電路有哪幾種