單片機原理與嵌入式系統(tǒng)設(shè)計課后答案

單片機原理與嵌入式系統(tǒng)設(shè)計一課后習題參考答案…電子版

主教材課后習題參考答案

習題1

1.你是如何理解嵌入式系統(tǒng)的“嵌入性”的？

答：

嵌入式系統(tǒng)的嵌入性主要體現(xiàn)在把通用計算機系統(tǒng)嵌入到對象體系中，實現(xiàn)對其的智能化

控制，其中嵌入一詞，即指其軟硬件可裁剪性，也表示該系統(tǒng)通常是更大系統(tǒng)中的一個完整的

部分。

2.通用計算機系統(tǒng)和嵌入式計算機系統(tǒng)各自的技術(shù)要求與技術(shù)發(fā)展方向有何不同？

答：通用計算機系統(tǒng)的技術(shù)要求是高速、海量的數(shù)值計算，技術(shù)發(fā)展方向是總線速度的無

限提升，存儲容量的無限擴大。嵌入式計算機系統(tǒng)的技術(shù)要求是對象的智能化控制能力，技術(shù)

發(fā)展方向是與對象系統(tǒng)密切相關(guān)的嵌入性能、控制能力與控制的可靠性。

3.什么是嵌入式系統(tǒng)？從兩個方面說明嵌入式系統(tǒng)的基本概念。

答：

見課本P2—1.2.1第三段

4.簡述嵌入式系統(tǒng)與嵌入式設(shè)備的關(guān)系。

答：

嵌入式系統(tǒng)是以應(yīng)用為中心，以計算機技術(shù)為基礎(chǔ)，并且軟硬件可裁剪，適用于應(yīng)用系統(tǒng)

對功能、可靠性、成本、體積、功耗有嚴格要求的專用計算機系統(tǒng)。嵌入式設(shè)備是指內(nèi)部有嵌

入式系統(tǒng)的產(chǎn)品、設(shè)備和裝置等，是嵌入式系統(tǒng)所嵌入的宿主系統(tǒng)。

5.為什么說嵌入式系統(tǒng)是專用計算機應(yīng)用系統(tǒng)？嵌入式系統(tǒng)由哪些部分組成？

答：

見課本P2—1.2.2

6.簡述MCU、MPU、DSP和SoC之間的區(qū)別和聯(lián)系。

答：MPU：具有32位以上的處理器，性能好，價格也相對較高；

MCU：是大特點的單片化，體積小，成本和功耗都大為降低，外設(shè)較多，適合于控

制;

?.巾片機廂理與偵入式系統(tǒng)設(shè)什一訓后習強參考答案一曲r版

DSP：專用于信號處理方面的處理器，具有很高的編譯效率和指令的執(zhí)行速度；

SoC：在單芯片上集成數(shù)字信號處理器、微控制器、存儲器、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器、接口電路

等功能模塊，可以直接實現(xiàn)信號采集、轉(zhuǎn)換、存儲、處理等功能。

聯(lián)系：它們都是從通用計算機發(fā)展而來，相對于通用計算機都減小了體積，降低了

成本和功耗，提高了專業(yè)性和可靠性。

7.嵌入式系統(tǒng)主要有哪些特點？

答：

(1)嵌入式系統(tǒng)通常及其注重成本

(2)嵌入式系統(tǒng)通常對實時性有要求

(3)嵌入式系統(tǒng)一般采用EOS或RTOS

(4)嵌入式系統(tǒng)軟件故障造成的后果較通用計算機更為嚴重

(5)嵌入式系統(tǒng)多為低功耗系統(tǒng)

(6)嵌入式系統(tǒng)經(jīng)常在極端惡劣的環(huán)境下運行

(7)嵌入式系統(tǒng)的系統(tǒng)資源與通用計算機相比是非常少的(8)

嵌入式系統(tǒng)通常在ROM中存放所以程序的目標代碼(9)嵌入

式系統(tǒng)可采用多種類型的處理器和處理器體系結(jié)構(gòu)(10)嵌入

式系統(tǒng)需要有專用開發(fā)工具和方法進行設(shè)計

(11)嵌入式系統(tǒng)處理器包含專用調(diào)試電路

8.嵌入式操作系統(tǒng)一般如何分類？

答：

嵌入式系統(tǒng)的種類按形態(tài)可分為設(shè)備級、板級、芯片級，按應(yīng)用分為工業(yè)應(yīng)用和消費電

子。

9.說明使用嵌入式操作系統(tǒng)的優(yōu)缺點。

答：

優(yōu)點：程序設(shè)計和擴展容易，不需要大的改動就可以增加新的功能；通過將應(yīng)用程序分成

若干獨立的模塊，使程序設(shè)計過程大為簡化；對實時性要求較高的事件都得到了快速、可靠的

處理；充分利用了系統(tǒng)資源。

缺點：使用嵌入式操作系統(tǒng)需占用嵌入式處理機的硬件資源和部分內(nèi)存，另外還需支付操

作系統(tǒng)內(nèi)核費用，不適合低成本的小型項目。

10.簡述單片機的發(fā)展歷史。

答：

見課本P11—1.5.2

《單片機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)一一基于C51的Proteus仿真(第2版)》課后習題參考答案…也門版?3.

11.你是如何理解嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用的高低端？

答：

見課本P11—1.5.3

12.簡述單片機嵌入式系統(tǒng)的特點。

答：

(1).體積小、價格低、性能強大、速度快、用途廣、靈活性強、可靠性高；

(2).存儲器ROM和RAM是有嚴格分工的；

(3).采用面向控制的指令系統(tǒng)；

(4).輸入/輸出端口引腳通常設(shè)計有多種功能；

(5).品種規(guī)格的系列化；

(6).廣泛的通用性。

13.簡述單片機的技術(shù)指標。

答：

位數(shù)、存儲器、I/O口、速度、工作電壓、功耗、溫度、附加功能

14.通過查閱資料，談?wù)剢纹瑱C嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)品開發(fā)和應(yīng)用的發(fā)展趨勢如何。

答：

開放型題目，答案不唯一。

15.舉出幾個嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用的例子，通過查資料和獨立思考，分析這些嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)品

主要由哪兒部分組成，每個組成部分分別完成什么功能(提示：數(shù)碼相機、辦公類產(chǎn)品、工業(yè)

控制類產(chǎn)品的例子等)。

答：

開放型題目，答案不唯一。

習題2

1.將下列卜進制數(shù)轉(zhuǎn)化成等值的二進制、八進制和十六進制數(shù)。要求二進制數(shù)保留小數(shù)

點后的4位有效數(shù)字。

⑴(17)io;(2)(127),0；⑶(49)io;(4)(53),0;(5)(0.39)1°；⑹(25.7)1°;

(7)(7.943)|0；(8)(79.43)10。

4.『片機既理與偵入式系統(tǒng)設(shè)什一訓后習題參考答案一小r版

解:

十講制1712749530.3925.77.94379.43

二進制1000111111111100011101010.011011001.1011111.11111001111.0111*

八進制2117761650.307531.54637.74261173341

卜六進制117F212SnioRua7F16R4F6F14

*小數(shù)點后第4位1為進位得到，相當于四舍五入。

2.將下列二進制數(shù)轉(zhuǎn)化成等值的十六進制數(shù)和十進制數(shù)。

(1)(10010111)2；(2)(1101101)2；(3)(101111)2；(4)(111101)2；(5)(0.10011%；

(6)(0.01011111)2；(7)(ll.OOlh；(8)(1.1001)2.

解:

二講制1001011111011011011111111010.100110.0101111111.001L1001

十六講制Q76D7F2D0Q805F1Q

十講593750.371093753.1251.5625

3.將下列十進制數(shù)轉(zhuǎn)換成8421BCD碼，誤差小于10工

(1)(2004),0；(2)(53O8)io;(3)(203)10；(4)(85),0;(5)(65.312)10;(6)

(3.4146)(0；(7)(O.8475)io；(8)(999.675),0，

解:

十講制200453082038565.3123.41460.8475999.675

8421BCD001010010010100001100101.00110011.01000000.10001001

000000110000010100010010()001010001111001

0000000000110100011001011001.0110

0100100001110101

4.寫出：

(1)十進制數(shù)字(459O.38)io的BCD碼，⑵(100101010110.0100)BCD對應(yīng)的十進數(shù)。

解：

十進制4590.38956.4

BCD0100010110010000.00111000100101010110.0100

5.請將下列十六進制數(shù)轉(zhuǎn)換為ASCII碼。

(1)F；(2)A；(3)0；(4)7；(5)8；(6)C；(7)3；(8)4。

解：

(查主教材P13表2.2)

(DI(2)I(3)I(4)I(5)I(6)I(7)I(8)

《單片機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)一一基于C51的Proteus仿真(第2版)》課后習題參考答案…電子版?5?

FA078C34

7065485556675152

6.寫出下列字符串的ASCII碼(用十六進制表示)。

(1)X=3+5；(2)China

解：

(1)(8861514353)10A(583D332B35)16

(2)(6710410511097)i0A(4368696E61)I6

7.畫出二輸入與、或、非、與非和或非門的電路符號。

解:

?6?小片機以理，偵入式系統(tǒng)設(shè)計一課后"您參考答案一包f版

8.寫出三輸入或門的真值表。

解：

除了輸入為0、0、0的情況輸出為0外，其余均輸出為1

愉入輸出

ABCF

0000

0011

0101

0111

1001

1011

1101

1111

9.六輸入或門真值表中有多少種輸入邏輯組合？

答：

有26=64種輸入邏輯組合。

10.表2.26所示是哪種邏輯門的真值表？寫出它的表達式。

答：

異或非（同或）。

F=AB+AB

或

F=A?B

11.為什么OC門在應(yīng)用時輸出端需外接一個上拉負載電阻和電源？不接上拉負載電阻到

電源會出現(xiàn)什么現(xiàn)象？

答：

OC門即集電極開路的TTL門電路，由于OC門的輸出端是開路的，即懸空的，故OC

門在應(yīng)用時輸出端需要外接一個上拉負載電阻到電源。通過選擇合適的電阻和電源電壓，既

可以保證輸出的高、低電平合乎要求，又可使輸出端三極管的負載電流不會過大。OC門的

輸出端如果不接上拉負載電阻到電源，三極管的集電結(jié)則沒有反偏，不能實現(xiàn)相應(yīng)的邏輯關(guān)

系。

如同TTL電路中的OC門那樣，CMOS門的輸出電路結(jié)構(gòu)也可以做成漏極開路的形式。

稱為漏極開路的門電路（OD門），在CMOS電路中，這種輸出電路結(jié)構(gòu)經(jīng)常用在輸出緩沖/

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驅(qū)動器當中，或者用于輸出電平的變換，以及滿足吸收大負載電流的需要。此外也可以用于線

與邏輯。同樣0D門在應(yīng)用時輸出端也需要外接一個上拉負載電阻到電源。

80C51系列單片機的P0口即為0D門輸出結(jié)構(gòu)。

12.0C門在單片機系統(tǒng)中主要作用是什么？

答：

(1)0C門在單片機系統(tǒng)中主要有兩個作用：線與和作為驅(qū)動器。幾個0C門的輸出端連

在一起，輸出可以實現(xiàn)與的功能(F=F1F2…Fn)。

(2)0C門在單片機系統(tǒng)中，還常常作為控制執(zhí)行機構(gòu)。利用0C門可以控制一些較大電

流的執(zhí)行機構(gòu)。

13.請列出優(yōu)先編碼器與普通編碼器之間的區(qū)別。

答：

在普通編碼器中，任何時刻只允許輸入?個編碼信號，否則輸出將發(fā)生混亂。

在優(yōu)先編碼器電路中，允許同時輸入兩個以上的信號。不過在設(shè)計優(yōu)先編碼器時將所有

的輸入信號按優(yōu)先順序排隊，當幾個輸入信號同時出現(xiàn)時，只對其中優(yōu)先權(quán)高的一個進行

編碼。

14.如圖2.35是用兩個4-1數(shù)據(jù)選擇器組成的組合邏輯電路，試寫出輸出Z與輸入M、N、

P、Q之間的邏輯函數(shù)式。

答：Yl=[QNKr+ONMrPY2——=[QNM+QNM\PZ=Y1+Y2

15.什么是RAM?什么是ROM?試區(qū)分其性能和用途。

答：

RAM(randomaccessmemory)是隨機訪問存儲器，RAM存儲器是斷電時信息會丟失的

存儲器，但是這種存儲器可以現(xiàn)場快速地修改信息，所以RAM存儲器是可讀/寫存儲器，一

般都作為數(shù)據(jù)存儲器使用，用來存放現(xiàn)場輸入的數(shù)據(jù)，或者存放可以更改的運行程序和數(shù)據(jù)。

ROM(ReadOnlyMemoty)是只讀存儲器，ROM只讀存儲器的特點是：其內(nèi)容是預(yù)先寫

入的，而且一旦寫入，使用時就只能讀出不能改變，掉電時也不會丟失，通常用于存儲程序或

常數(shù)。

16.ROM與PROM有何不同？

答：

ROM通常指固定ROM,乂稱MaskROM,需要存儲的信息由ROM制造廠家寫入，信

g.『片機明理與偵入式系統(tǒng)設(shè)什一讀后習題參考答案一曲r版

息存儲可靠性高，當用量很大時，單片成本低。

PROM即可編程PROM,又稱OTPROM,需要存儲的信息由用戶使用編程器寫入，信息

存儲可靠性次之，單片成本較低，只能使用一次，目前已較少使用。

17.EEPROM與EPROM之間有什么區(qū)別？

答：

EPROM是ErasableProgrammableReadOnlyMemory的縮寫，因為其擦除方法是用紫外線

照射，所以又稱為可用紫外線擦除可多次編程的ROM——UV-EPROM(Ultraviolet-Erasable

ProgrammableReadOnlyMemory)o用戶可多次改寫內(nèi)容，改寫時需要寬度約為50ms的高電壓

編程脈沖，EPROM芯片外殼上方有窗口，當用紫外線通過這個窗口照射時，寫入的信息被

擦除。為避免EPROM的內(nèi)容在外來光線照射下慢性自動擦除，通常用一種不透光的標簽粘

貼在窗口上。

EEPROM是電可擦寫可編程只讀存儲器(ElectricallyErasableProgrammableRead-Only

Memory),一種抻電后數(shù)據(jù)不丟失的存儲芯片。EEPROM可以在編程器等專用設(shè)備上直接擦

除已有信息，重新編程(重寫)，是用戶可更改的只讀存儲器(ROM),其可通過高于普通電

壓的作用在線擦除。不像EPROM芯片需要紫外線照射擦除，EEPROM不需從計算機中取出即

可修改。在一個EEPROM中，當計算機在使用的時候是可頻繁地重編程的，EEPROM的壽命是

一個很重要的設(shè)計考慮參數(shù)。EEPROM的一種特殊形式是閃存，可以直接使用CPU的工作電壓

來擦寫和重編程。

18.試簡要敘述FlashEEPROM的功能與特點。

答：

(1)低電壓在線編程，使用方便，可多次擦寫(2)

按塊/按扇區(qū)擦除，按字節(jié)編程

(3)完善的數(shù)據(jù)保護功能

19.電源供電模塊由哪些部分組成？

答：

見課本P42—圖2.35

20.試分析各種穩(wěn)壓電路的優(yōu)缺點.

答：

集成線性穩(wěn)壓電路

優(yōu)點：單片集成穩(wěn)壓電路具有體積小、可靠性高、使用靈活、價格低廉等優(yōu)點。缺

點：壓差太大，鄭家集成塊的功耗

《單片機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)一一基于C51的Proteus仿真（第2版）》課后習題參考答案…也門版?9?

低壓差線性穩(wěn)壓電路相對集成線性穩(wěn)壓電路壓差小功耗低的特點

開關(guān)型穩(wěn)壓電路

優(yōu)點：開關(guān)型穩(wěn)壓電路的功耗極低：開關(guān)管的高頻通斷特性以及串聯(lián)濾波電感的使用對來

自于電源的高頻干擾具有較強大的抑制作用。

21.時鐘電路的作用是什么？時鐘脈沖頻率越高，CPU的處理速度就越快嗎？

答：

時鐘電路作用是產(chǎn)生時鐘脈沖控制嵌入式處理器的工作

不一定，對于同一系列、相同體系結(jié)構(gòu)的嵌入式處理器而言，時鐘頻率越高，CPU的處理

速度就越快。

22.內(nèi)部時鐘方式和外部時鐘方式有什么特點？

答：

見課本P45（1.內(nèi)部時鐘電方式，2外部時鐘方式。）

23.同步復(fù)位電路中，為何要使用施密特反相器？

答：

在現(xiàn)場干擾大、電壓波動大的工作環(huán)境，并且，當系統(tǒng)有多個復(fù)位端時，使用施密特反相

器能保證可靠的同步復(fù)位。

24.看門狗復(fù)位電路有什么特點？運用目前你所掌握的數(shù)字電路知識，設(shè)計一個高低復(fù)位

電平的看門狗定時器。

答：

（1）電源測控：供電電壓出現(xiàn)異常時提供預(yù)警指示或中斷請求信號，方便系統(tǒng)實現(xiàn)異常

處理。

（2）數(shù)據(jù)保護：當電源或系統(tǒng)工作異常時，對數(shù)據(jù)驚醒必要的保護，如寫保護數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)

背反或切換后備電池

（3）看門狗定時器：當系統(tǒng)程序跑匕或死鎖是復(fù)位。（4）

一定數(shù)量的E2PROM串行存儲器。

（5）日歷時鐘。

（6）其他的功能，如溫度測控、短路測試等。電

路設(shè)計答案不唯一。

1。?單片機原理3收入式系統(tǒng)設(shè)計一課后習題參芍答案一也f版

習題3

1.請寫出單片機應(yīng)用系統(tǒng)的一般研制步驟和方法。

答：

雖然單片機的硬件選型不盡相同，軟件編寫也千差萬別，但系統(tǒng)的研制步驟和方法是基本

一致的，一般都分為總體設(shè)計、硬件電路的構(gòu)思設(shè)計、軟件的編制和仿真調(diào)試幾個階段。單片

機應(yīng)用系統(tǒng)的研制流程如圖3.1所示。

2.總體設(shè)計要考慮哪些主要因素?

答：

①確立功能特性指標

②單片機的選型

③軟件的編寫和支持工具

3.簡述單片機選型的注意事項。

答：

見課本P51—2.單片機選型

《單片機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)一一基于C51的Proteus仿真（第2版）》課后習題參考答案一電子版?]].

4.單片機應(yīng)用系統(tǒng)軟、硬件分工要考慮哪些因素？

答：

單片機應(yīng)用軟件的設(shè)計與硬件的設(shè)計一樣重要，沒有控制軟件的單片機是毫無用處的，

它們緊密聯(lián)系，相輔相成，并且硬件和軟件具有一定的互換性，在應(yīng)用系統(tǒng)中，有些功能既

可以用硬件實現(xiàn)，也可以用軟件完成。多利用硬件，可以提高研制速度、減少編寫軟件的工

作量、爭取時間、爭取商機，但這樣會增加產(chǎn)品的單位成本，對于以價格為競爭手段的產(chǎn)品

不宜采用。相反，以軟件代替硬件完成一些功能，直觀的優(yōu)點是可以降低成本，提高可靠

性，增加技術(shù)難度而給仿制者增加仿制難度；缺點是同時也增加了系統(tǒng)軟件的復(fù)雜性，軟件

的編寫工作量大，研制周期可能會加長，同時系統(tǒng)運行的速度可能也會降低等。因此在總體

考慮時，必須綜合分析以上因素，合理地制定某些功能硬件和軟件的比例。

5.單片機應(yīng)用系統(tǒng)軟、硬件開發(fā)工具有哪些？

答：

單片機系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境硬件由PC、單片機仿真器、用戶目標系統(tǒng)、編程器和數(shù)條連接電纜組

成。軟件由PC上的單片機集成開發(fā)環(huán)境軟件和編程器軟件構(gòu)成，前者為單片機仿真器隨機軟

件，后者為編程器隨機軟件。

6.單片機仿真器的作用是什么？選擇一個好的仿真器有哪些要求。

答：

單片機仿真器也稱單片機開發(fā)系統(tǒng)。PC通過仿真器和目標系統(tǒng)建立起一種透明的聯(lián)系，程

序員可以觀察到程序的運行（實際上程序在仿真器中運行）和CPU內(nèi)部的全部資源情況。也就

是說，在開發(fā)環(huán)境中用戶目標系統(tǒng)中的程序存儲器是閑置的。我們調(diào)試的是仿真器中的程序，仿

真器中的程序運行完全受仿真器的監(jiān)控程序控制。仿真器的監(jiān)控程序相當于PC的操作系統(tǒng)，該

監(jiān)控程序與PC上運行的集成開發(fā)環(huán)境相配合，使得我們可以修改和調(diào)試程序，并能觀察程序的

運行情況。

選擇仿真器要求如下：

混全地址空間的仿真；

對不占用任何用戶目標系統(tǒng)的資源；

淺必須實現(xiàn)硬斷點，并且具有靈活的斷點管理功能；并

硬件實現(xiàn)單步執(zhí)行功能；

然可跟蹤用戶程序執(zhí)行；

淺可觀察用戶程序執(zhí)行過程中的變量和表達式；用

可中止用戶程序的運行或用戶程序復(fù)位；

器系統(tǒng)硬件電路的診斷與檢查；

1?.單片機憔理與.戕入式:系統(tǒng)設(shè)上一課后習題參號答案一小匠版

把支持匯編和高級語言源程序級調(diào)試。

7.什么是JTAG?為什么使用JTAG接口開發(fā)單片機，仿真更加貼近實際目標系統(tǒng)？

答：

JTAG（JointTestActionGroup,聯(lián)合測試行動小組）是一種國際標準測試協(xié)議（IEEE

1149.4索等犯于芯片內(nèi)部測試。標準的JTAG接口有4線：TMS、TCK、TDKTDO,

分別為模式選擇、時鐘、數(shù)據(jù)輸入和數(shù)據(jù)輸出線。JTAG接口還常用于實現(xiàn)ISP（In-System

Programmable,在系統(tǒng)編程），對單片機內(nèi)部的FlashEEPROM等器件進行編程。

在JTAG單片機仿真開發(fā)環(huán)境中，JTAG適配器提供了計算機通信口到單片機JTAG接口

的透明轉(zhuǎn)換，并且不出借CPU和程序存儲器給應(yīng)用系統(tǒng)，使得仿真更加貼近實際目標系統(tǒng)。單

片機內(nèi)部已集成了基于JTAG的協(xié)議調(diào)試和下載程序。

8.請解釋ISP和IAP?具有ISP和IAP功能的單片機有什么好處？

答：

隨著單片機技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了可以在線編程的單片機。這種在線編程目前有兩種實現(xiàn)方

法：在系統(tǒng)編程（ISP）和在應(yīng)用編程（IAP）。ISP一般通過單片機專用的串行編程接口對單片

機內(nèi)部的Flash存儲器進行編程，ifn'IAP技術(shù)是從結(jié)構(gòu)上將Flash存儲器映射為兩個存儲體，當

運行一個存儲體上的用戶程序時，可對另一個存儲體重新編程，之后將控制從一個存儲體轉(zhuǎn)向

另一■個。

利用ISP和IAP,不需要編程器就可以進行單片機的實驗和開發(fā)，單片機芯片可以直

接焊接到電路板匕調(diào)試結(jié)束即為成品，甚至可以遠程在線升級或改變單片機中的程序。

9.單片機系統(tǒng)的編程語言有哪兒種？單片機的C語言有哪些優(yōu)越性？

答：

單片機的高級語言包括:BASIC語言、PL/M語言和C語言。BASIC語言主要應(yīng)用在MCS-51

系列單片機匕使用效果不是很理想，現(xiàn)在已經(jīng)不再使用。PL/M語言對硬件的控制能力和代碼

效率都很好，但局限于Intel公司的單片機系列，可移植性差。目前流行的單片機編程語言為C語

言。

下面結(jié)合80C51介紹單片機C語言的優(yōu)越性：

?不懂得單片機的指令集，也能夠編寫完美的單片機程序；

?無須懂得單片機的具體硬件,也能夠編出符合硬件實際的專業(yè)水平的程序；?不

同函數(shù)的數(shù)據(jù)實行覆蓋，有效利用片上有限的RAM空間；

?程序具有堅固性：數(shù)據(jù)被破壞是導致程序運行異常的重要因素。C語言對數(shù)據(jù)進行了許

多專業(yè)性的處理，避免了運行中間非異步的破壞；

?C語言提供復(fù)雜的數(shù)據(jù)類型（數(shù)組、結(jié)構(gòu)、聯(lián)合、枚舉、指針等），極大地增強了程序

《單片機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)一一基于C51的Proteus仿真(第2版)》課后習題參考答案一電子版?戛?

處理能力和靈活性；

,提供auto、static>const等存儲類型和專門針對8051單片機的data、idata、pdata、xdata、code

等存儲類型，自動為變量合理地分配地址；

,提供small、compact、large等編譯模式，以適應(yīng)片上存儲器的大??；

?中斷服務(wù)程序的現(xiàn)場保護和恢復(fù)，中斷向量表的填寫，是直接與單片機相關(guān)的，都由C

編譯器代辦；

?提供常用的標準函數(shù)庫，以供用戶直接使用；

?頭文件中定義宏、說明復(fù)雜數(shù)據(jù)類型和函數(shù)原型，有利于程序的移植和支持單片機的系

列化產(chǎn)品的開發(fā)；

?有嚴格的句法檢查，錯誤很少，可容易地在高級語言的水平上迅速地被排掉；

?可方便地接受多種實用程序的服務(wù)：如片上資源的初始化有專門的實用程序自動生成；

再如，有實時多任務(wù)操作系統(tǒng)可調(diào)度多道任務(wù)，簡化用戶編程，提高運行的安全性等等。

10.簡述KeiluVision2集成開發(fā)環(huán)境的特點。

答：

uVision2IDE基于Windows的開發(fā)平臺，包含個高效的編輯器、一個項目管理器和?個

MAKE工具。uVision2IDE支持所有的KeilC51工具，包括C語言編譯器、宏匯編器、連接/定

位器、目標代碼到HEX的轉(zhuǎn)換器。

uVision2IDE內(nèi)嵌有多種符合當前工業(yè)標準的開發(fā)工具，可以完成工程建立、管理、編

譯連接、目標代碼的生成、軟件仿真、硬件仿真等完整的開發(fā)流程。尤其C語言編譯工具在產(chǎn)生

代碼的準確性和效率方面達到了較高的水平，而且可以附加靈活的控制選項，在開發(fā)大型項目時

非常理想。它的主要特性如下。

1)集成開發(fā)環(huán)境

2)C51編譯器和A51匯編器

3)LIB51庫管理器

4)BL51鏈接器/定位器

5)uVision2軟件調(diào)試器

6)uVision2IDE硬件調(diào)試器

7)RTX-51實時操作系統(tǒng)

11.簡述KeiluVision2編譯系統(tǒng)的存儲模式。

答：

有三種MemoryModel

Small:變量存儲在內(nèi)部的RAM里。

Compact:變量存儲在外部RAM里。使用8位間接尋址。

Large：變量存儲在外部RAM里，使用16位間接尋址

一般使用Small來存儲變量，此時單片機優(yōu)先將變量存儲在內(nèi)部RAM里，如果內(nèi)部RAM空

間不夠，才會存到外部RAM中。Compact的方式要通知程序來指定頁的高位地址。

14?單片機原理，I諛入式系統(tǒng)i殳計一課后習題參芍答案-“11f版

Compace模式適用于比較少的外部RAM的情況。Large模式是指變量會優(yōu)先分配到外部

RAM

3種存儲方式都支持內(nèi)部256B和64KB的RAM。因為變量存儲到內(nèi)部里，運算速度比存儲

在外部RAM要快得多。大部分的應(yīng)用都選擇Small模式。

12.ProteusVSM都提供了哪些信號源和測試儀器？

答：

ProteusVSM包含了大量的虛擬儀器，包括示波器、邏輯分析儀函數(shù)發(fā)生器、數(shù)字信號圖

案發(fā)生器、時鐘計數(shù)器、虛擬終端及簡單的電壓表和電流表。

13.ProteusVSM中的示波器可以同時測量兒路信號？測量單片機引腳輸出的周期1kHz的

方波信號，示波器應(yīng)如何設(shè)置？

答：

示波器可同時測量4路信號。

先點擊虛擬儀器，選擇OSCILLOSCOPE拉出示波器，連接對應(yīng)的單片機引腳。雙擊示波器

進行設(shè)置界面，選擇對應(yīng)的輸入端如將單片機引腳連至C,則選擇ChannelC,然后在Channel

選擇相應(yīng)的電壓范圍和時間間隙，其實方便是中點擊Aut。按鈕，具體操作與現(xiàn)實中的數(shù)字示

波器相差無幾。

giulOsdlloscope-OSOS卜

《單片機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)一一基于C51的Proteus仿真（第2版）》課后習題參考答案…電子版?]5?

14.在ProteusISIS環(huán)境中使用AT89C52設(shè)計一個“走馬燈”電路，并編寫C51程序，

然后在uVision3環(huán)境下編譯調(diào)試。要求實現(xiàn)ProteusVSM與口Vision3的聯(lián)調(diào)。（答案不惟

-!）

答：

Proteus圖如下

U2

XTMI

y均

XT心

ALE

T

I/T2EX打Im?

P3HiM

P3vn>

Jl

P"LJl

圖3-2“走馬燈”電路

參考程序如下：

#include<REG52.H>

#include<INTRINS.H>

#defineLED_PORTPl

voidtime(unsignedintucMs);/*延時單位：亳秒*/void

main(void)

{

LED_PORT=Oxfe;

while(1)

LED_PORT_crol_(LED_PORTz1);

time(500);

16?單片機原理與嵌入式系統(tǒng)設(shè)計一課后習題參考答案一電廣版

)

*函數(shù)說明：延時5us,晶振改變時只用改變這一個函數(shù)！

1、對于11.0592M晶振而言，需要2j_nop_();

2、對于22.1184M晶振而言，需要4個_nop_();

*入口參數(shù)：無

*返回：無

*創(chuàng)建日期：20010623

*作者：張齊

***/

voiddelay_5us(void)//延時5us,晶振改變時只用改變這一個函數(shù)！

(

_nop_();

_nop_();

//_nop_();

//_nop_();

}

/***★★★delay_50us★★★***/

voidde1ay_50us(void)//延時50us

{

unsignedchari;

for(i=0;i<4;i++)

{

delay_5us();

)

}

/*****延時lOOus******/

voiddelay_100us(void)//延時lOOus

(

delay_50us();

delay__50us();

)

/*****延時單位：ms****/

voidtime(unsignedintucMs)//延時單位：ms

(

unsignedcharj;

while(ucMs>0){

for(j=0;j<10;j++)delay_100us();

ucMs——;

)

《單片機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)一一基于C51的Proteus仿真（第2版）》課后習題參考答案一電子版?*?

習題4

1.結(jié)合MCS-51系列單片機功能框圖闡明其大致組成。

答：

MCS-51系列單片機內(nèi)部組成如圖所示。

圖4.1MCS-51系列單片機內(nèi)部組成

主要有8031、8051、8751三種機型，基于HMOS工藝，它們的指令系統(tǒng)與芯片引腳完全

兼容，只是片內(nèi)程序存儲器（ROM,ReadOnlyMemory）有所不同。

51子系列的主要功能為：

就8位CPU；

我片內(nèi)帶振蕩器及時鐘電路；

就128B片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器；

第4KB片內(nèi)程序存儲器（8031/80C31無）：然

程序存儲器的尋址范圍為64KB；

耗片外數(shù)據(jù)存儲器的尋址范圍為64KB；然

21B特殊功能寄存器：

然4x8根I/O線；

耗1個全雙工串行I/O接口，可多機通信；耗

兩個16位定時器/計數(shù)器；

耗中斷系統(tǒng)有5個中斷源，可編程為兩個優(yōu)先級；狀

111條指令，含乘法指令和除法指令；

對布爾處理器；

我使用單+5V電源。

2.綜述80C51系列單片機各引腳的作用。

答：

80c51有4個8位并行I/O口，共32條端線：P0、Pl、P2和P3口。卷一個I/O口都能

18.單片機憔理與.戕入式:系統(tǒng)設(shè)上一課后習題參號答案一小j版

用作輸入或輸出。

用作輸入時，均須先寫入“1”；用作輸出時，P0口應(yīng)外接上拉電阻。

P0口的負載能力為8個LSTTL門電路；P1?P3口的負載能力為4個LSTTL門電路。

在并行擴展外存儲器或1/0口情況下：

P0口用于低8位地址總線和數(shù)據(jù)總線（分時傳送）P2

口用于高8位地址總線，

P3口常用于第二功能，

用戶能使用的I/O口只有P1口和未用作第二功能的部分P3口端線。（詳

細見主教材P82~P85）

3.80c51單片機內(nèi)部包含哪些主要邏輯功能部件？各有什么主要功能？

答：

80C51單片機內(nèi)部包含含布爾（位）處理器的中央處理器、數(shù)據(jù)存儲器和程序、并行輸入/

輸出端口、中斷系統(tǒng)、定時器/計數(shù)器，串行口、時鐘電路、復(fù)位電路。

（詳細見主教材4.3節(jié)P85）

4.什么是ALU?簡述MCS-51系列單片機ALU的功能與特點。

答：

ALU是用于對數(shù)據(jù)進行算術(shù)運算和邏輯操作的執(zhí)行部件，由加法器和其他邏輯電路（移位

電路和判斷電路等）組成。在控制信號的作用下，它能完成算術(shù)加、減、乘、除和邏輯與、或、

異或等運算以及循環(huán)移位操作、位操作等功能。

5.如何認識：80c51存儲器空間在物理結(jié)構(gòu)上可劃分為4個空間，而在邏輯上又可劃分為

3個空間？

答：

而80C51在物理結(jié)構(gòu)上有4個存儲空間：片內(nèi)程序存儲器、片外程序存儲器、片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲

器和片外數(shù)據(jù)存儲器。但在邏輯上，即從用戶使用的角度上，80C51有三個存儲空間：片內(nèi)外統(tǒng)

一編址的64KB程序存儲器地址空間（用16位地址）、256B片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器的地址空間（用8位

地址）及64KB片外數(shù)據(jù)存儲器地址空間（用16位地址）。在訪問三個不同的邏輯空間時，應(yīng)采

用不同形式的指令（見指令系統(tǒng)），以產(chǎn)生不同的存儲空間的選通信號。

6.什么是指令？什么是程序？簡述程序在計算機中的執(zhí)行過程。

答：

指令由操作碼和操作數(shù)構(gòu)成，分別表示何種操作和操作數(shù)的存儲地址;

《單片機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)一一基于C51的Proteus仿真（第2版）》課后習題參考答案一電子版?19?

而程序則是：程序是可以連續(xù)執(zhí)行，并能夠完成一定任務(wù)的一條條指令的集合。

程序執(zhí)行是由控制器控制的，控制器是CPU的大腦中樞，它包括定時控制邏輯、指令寄存

器IR、數(shù)據(jù)指針DPTR及程序計數(shù)器PC、堆棧指針SP、地址寄存器、地址緩沖器等。它的功

能是對程序的逐條指令進行譯碼，并通過定時和控制電路在規(guī)定的時刻發(fā)出各種操作所需的內(nèi)

部和外部控制信號，協(xié)調(diào)各部分的工作，完成指令規(guī)定的操作。

7.什么是堆棧？堆棧有何作用？在程序設(shè)計時，有時為什么要對堆棧指針SP重新賦值？如

果CPU在操作中要使用兩組工作寄存器，你認為SP的初值應(yīng)為多大？

答：

堆棧是個特殊的存儲區(qū)，主要功能是暫時存放數(shù)據(jù)和地址，通常用來保護斷點和現(xiàn)場。它

的特點是按照先進后出的原則存取數(shù)據(jù)，這里的進與出是指進棧與出棧操作。

80c51片內(nèi)RAM的部分單元可以用做堆棧。有一個8位的堆棧指針寄存器SP,專用于

指出當前堆棧頂部是片內(nèi)RAM的哪一個單元。80C51單片機系統(tǒng)復(fù)位后SP的初值為07H,也

就是將從內(nèi)部RAM的08H單元開始堆放信息。但是，80C51系列的棧區(qū)不是固定的，只要通過

軟件改變SP寄存器的值便可更動棧區(qū)。為了避開工作寄存器區(qū)和位尋址區(qū)，SP的初值可置為

2FH或更大的地址值。

如果CPU在操作中要使用兩組工作寄存器，如果不使用位變量，SP的初值至少應(yīng)為0FH或

更大的值；如果使用位變量，SP的初值至少應(yīng)為2FH或更大的值：KeilC51編譯器會自動計

算SP的初始設(shè)定值，無需編程者關(guān)心。

8.程序狀態(tài)寄存器PSW的作用是什么？常用狀態(tài)標識有哪幾位？作用是什么？

答：

PSW是8位寄存器，用做程序運行狀態(tài)的標識。

表4.7PSW寄存器各位名稱及地址

地址D7HD6HD5HD4HD3HD2HD1HDOH

名稱CACF0RSIRSOOVFlP

當CPU進行各種邏輯操作或算術(shù)運算時，為反映操作或運算結(jié)果的狀態(tài)，把相應(yīng)的標識位

置位或清0o這些標識的狀態(tài)，可由專門的指令來測試，也可通過指令讀出。它為計算機確定

程序的下一步運行方向提供依據(jù)。PSW寄存器中各位的名稱及地址如表4.7所示，下面說明各

標識位的作用。

浜P：奇偶標識。該位始終跟蹤累加器A的內(nèi)容的奇偶性。如果有奇數(shù)個1,則置P為

1,否則清0。在80c51的指令系統(tǒng)中，凡是改變累加器A中內(nèi)容的指令均影響奇偶

標識位P。

F1：用戶標識。由用戶置位或復(fù)位。

陰OV：溢出標識。有符號數(shù)運算時，如果發(fā)生溢出，OV置1,否則清0。對于1B的

2。.單片機憔理與.戕入式:系統(tǒng)設(shè)什一課后習題參號答案一小j版

有符號數(shù)，如果用高位表示正、負號，則只有7位有效位，能表示-128?+127之

間的數(shù)。如果運算結(jié)果超出了這個數(shù)值范圍，就會發(fā)生溢出，此時，OV=1,否則

OV=0?在乘法運算中，OV=1表示乘積超過255；在除法運算中，OV=1表示除

數(shù)為0。

對RSO、RS1：工作寄存器組選擇位。用于選擇指令當前工作的寄存器組。由用戶用軟

件改變RS0和RS1的組合，以切換當前選用的工作寄存器組，單片機在復(fù)位后，

RS0=RSl=0,CPU自然選中第。組為當前工作寄存器組。根據(jù)需要，用戶可利用傳

送指令或位操作指令來改變其狀態(tài)，這樣的設(shè)置為程序中快速保護現(xiàn)場提供了方便。

對F0：用戶標識位，同F(xiàn)1。

器AC：半進位標識。當進行加法（或減法）運算時，如果低半字節(jié)（位3）向高半字

節(jié)（位4）有進位（或借位），AC置1,否則清0。AC也可用于BCD碼調(diào)整時的判

別位。

浜CY：進位標識。在進行加法（或減法）運算時，如果操作結(jié)果高位（位7）有進

位,CY置1,否則清0。在進行位操作時，CY又作為位操作累加器C。

9.在80C51擴展系統(tǒng)中，片外程序存儲器和片外數(shù)據(jù)存儲器共處同一地址空間為什么不

會發(fā)生總線沖突？

答：

在80c51擴展系統(tǒng)中，片外程序存儲器和片外數(shù)據(jù)存儲器雖然共處同一地址空間，但是在

物理上是兩個獨立的存儲空間，這兩個空間都使用相同的16位地址線和8位數(shù)據(jù)線，分別為兩個

64KB的尋址'型，/J的選通控制信號不同。程序存儲器使用唾可作為取指令控制信號，數(shù)據(jù)

存儲器使用WW丁RD柞為存取數(shù)據(jù)控制信號。所以不會發(fā)生總線沖突。

從指令周期角度來看，取指令周期訪問片外程序存儲器，P函帝效，執(zhí)行指令周期則存取

數(shù)據(jù)，WRTRD■蓿號有效，訪問的是片外數(shù)據(jù)存儲器。

10.綜述P0、Pl、P2和P3口各有哪幾種功能?

答：

參見主教材P96-P100

11.闡明“準雙向口”這一名詞之所以要加“準”字的理由。

答：

①80C51的32條I/O線隸屬于4個8位雙向端口，每個端口均由鎖存器（即特殊功能寄存

器P0?P3）、輸出驅(qū)動器和輸入緩沖器組成；

②Pl、P2和P3口均有內(nèi)部上拉電阻，當它們用做通用I/O時，在讀引腳狀態(tài)時，各口對

應(yīng)的鎖存器必須置1,所以為準雙向口；

《單片機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)一一基于C51的Proteus仿真（第2版）》課后習題參考答案一電子版?21.

③P0口內(nèi)部無上拉電阻，作為I/O口時，必須外部上拉電阻到電源。在讀引腳狀態(tài)時，各

口對應(yīng)的鎖存器必須置1,所以為準雙向口；

80C51的32條I/O在讀引腳狀態(tài)時，各口對應(yīng)的鎖存器必須置1,即先寫1,保證鎖存器的

輸出為1,然后再讀引腳，方可讀到正確的引腳狀態(tài)。所以為準雙向口。

12.何謂時鐘周期、機器周期、指令周期？80C51的時鐘周期、機器周期、指令周期是如

何分配的？當振蕩頻率為8MHz時，一個單片機機器周期為多少微秒？

答：

為了便于對CPU時序進行分析，人們按指令的執(zhí)行過程規(guī)定了幾種周期，即時鐘周期、狀

態(tài)周期、機器周期和指令周期，也稱為時序定時單位，下面分別予以說明。

時鐘周期也稱為振蕩周期，定義為時鐘脈沖頻率（fbsc）的倒數(shù)，是計算機中基本、

小的時間單位。

時鐘周期經(jīng)2分頻后成為內(nèi)部的時鐘信號，用做單片機內(nèi)部各功能部件按序協(xié)調(diào)工作的控

制信號，稱為狀態(tài)周期，用S表示。這樣?個狀態(tài)周期就有兩個時鐘周期，前半狀態(tài)周期相應(yīng)

的時鐘周期定義為P1,后半周期對應(yīng)的節(jié)拍定義為P2。

完成一個基本操作所需要的時間稱為機器周期，也稱CPU周期。80C51有固定的機器周期，

規(guī)定一個機器周期有6個狀態(tài)，分別表示為S1?S6,而一個狀態(tài)包含兩個時鐘周期，那么一個

機器周期就有12個時鐘周期。

所以當振蕩頻率為8MHz時，

機器周期為12Xl/8MHZ=12X0.12511s=1.5ns

13.復(fù)位的作用是什么？有幾種復(fù)位方法？復(fù)位后單片機的狀態(tài)如何？

答：

復(fù)位是單片機的初始化操作。單片機系統(tǒng)在上電啟動運行時，都需要先復(fù)位，其作用是使

CPU和系統(tǒng)中其他部件都處于一個確定的初始狀態(tài)，并從這個狀態(tài)開始工作。

單片機的外部復(fù)位電路有上電自動復(fù)位和按鍵手動復(fù)位兩種。

當80c51通電，時鐘電路開始工作，在80C51單片機的RST（DIP40封裝第9腳）引腳加

上大于24個時鐘周期以上的正脈沖，80C51單片機系統(tǒng)即初始復(fù)位。初始化后，程序計數(shù)器PC

指向0000H,P0?P3輸出口全部為高電平，堆棧指針寫入07H,其他專用寄存器被清0。RST由

高電平下降為低電平后，系統(tǒng)從0000H地址開始執(zhí)行程序。

14.簡述單片機的掉電保護和低功耗模式的區(qū)別。

答：

單片機具有一般的程序執(zhí)行方式外，還具有兩種低功耗運行方式：待機（或稱空閑）方

式和掉電（或稱停機）方式，所以掉電保護是低功耗模式的一種。

PCON寄存器的PD位控制單片機進入掉電方式。當CPU執(zhí)行一條置PCON.1位（PD）

為1的指令后：

22?單片機原理,1理入代系統(tǒng)系計一課一習后參芍參考一案國

ORLPCON,#02H

單片機就進入掉電方式。在這種方式下，片內(nèi)振蕩器被封鎖，一切功能都停止，只有片內(nèi)

RAM的OOH?7FH單元的內(nèi)容被保留，端口的輸出狀態(tài)值都保存在對應(yīng)的SFR中，ALE和PSEN

都為低電平。

退出掉電方式的唯一方法是硬件復(fù)位，硬件復(fù)位10ms即能使單片機退出掉電方式。復(fù)位

后將所有的特殊功能寄存器的內(nèi)容重新初始化，但內(nèi)部RAM區(qū)的數(shù)據(jù)不變。

15.何謂單片機小系統(tǒng)？請分別畫出由80c32單片機和89c52單片機組成的小系統(tǒng)。

答：

單片機小系統(tǒng)就是能使單片機工作的少的器件構(gòu)成的系統(tǒng)，是大多數(shù)控制系統(tǒng)必不可少

圖4.389c52單片機組成的小系統(tǒng)

16.運用前面已掌握的知識，實現(xiàn)一個單片機硬件加法器：在Proteus中涉及仿真電路，從

AT89C52的P1口和P2口輸入兩個數(shù)相加，然后在P3口顯示計算結(jié)果。設(shè)計電路并編寫

程序?qū)崿F(xiàn)。