微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用習(xí)題解答.ppt

微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用習(xí)題解答,四川文理學(xué)院 Email： 2019年7月8日,緒論,0.1 解： 單片微型計(jì)算機(jī)（Single-Chip Microcomputer），簡稱單片機(jī)。就是將微處理器（CPU）、存儲器（存放程序或數(shù)據(jù)的ROM 和RAM）、總線、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、輸入/輸出接口（I/O 口）和其他多種功能器件集成在一塊芯片上的微型計(jì)算機(jī)。 單片機(jī)的主要特點(diǎn)有：（1）可靠性高（2）便于擴(kuò)展（3）控制功能強(qiáng)（4）低電壓、低功耗（5）片內(nèi)存儲容量較小，除此之外，單片機(jī)還具有集成度高、體積小、性價(jià)比高、應(yīng)用廣泛、易于產(chǎn)品化等特點(diǎn),緒論,0.3 解： （1）第一階段（19741976 年）：制造工藝落后，集成度低，而且采用了雙片形式。典型的代表產(chǎn)品有Fairchild 公司的F8 系列。其特點(diǎn)是：片內(nèi)只包括了8 位CPU，64B 的RAM和兩個(gè)并行口，需要外加一塊3851 芯片（內(nèi)部具有1KB 的ROM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器和兩個(gè)并行口）才能組成一臺完整的單片機(jī)。,緒論,（2）第二階段（19771978 年）：在單片芯片內(nèi)集成CPU、并行口、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、RAM和ROM 等功能部件，但性能低，品種少，應(yīng)用范圍也不是很廣。典型的產(chǎn)品有Intel 公司的MCS-48 系列。其特點(diǎn)是，片內(nèi)集成有8 位的CPU，1KB 或2KB 的ROM，64B 或128B 的RAM，只有并行接口，無串行接口，有1 個(gè)8 位的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，中斷源有2 個(gè)。片外尋址范圍為4KB，芯片引腳為40 個(gè)。,緒論,（3）第三階段（19791982 年）： 8 位單片機(jī)成熟的階段。其存儲容量和尋址范圍增大，而且中斷源、并行I/O 口和定時(shí)器/計(jì)數(shù)器個(gè)數(shù)都有了不同程度的增加，并且集成有全雙工串行通信接口。在指令系統(tǒng)方面增設(shè)了乘除法、位操作和比較指令。其特點(diǎn)是，片內(nèi)包括了8位的CPU，4KB 或8KB 的ROM，128B 或256B 的RAM，具有串/并行接口，2 個(gè)或3 個(gè)16位的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，有57 個(gè)中斷源。片外尋址范圍可達(dá)64KB，芯片引腳為40 個(gè)。代表產(chǎn)品有Intel 公司的MCS-51 系列，Motorola 公司的MC6805 系列，TI 公司的TMS7000 系列，Zilog 公司的Z8 系列等。,緒論,（4）第四階段（1983 年至今）： 16 位單片機(jī)和8 位高性能單片機(jī)并行發(fā)展的時(shí)代。16位機(jī)的工藝先進(jìn)，集成度高，內(nèi)部功能強(qiáng)，運(yùn)算速度快，而且允許用戶采用面向工業(yè)控制的專用語言，其特點(diǎn)是，片內(nèi)包括了16 位的CPU，8KB 的ROM，232B 的RAM，具有串/并行接口，4 個(gè)16 位的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，有8 個(gè)中斷源，具有看門狗（Watchdog），總線控制部件，增加了D/A 和A/D 轉(zhuǎn)換電路，片外尋址范圍可達(dá)64KB。代表產(chǎn)品有Intel 公司的MCS-96系列，Motorola 公司的MC68HC16 系列，TI 公司的TMS9900 系列，NEC 公司的783系列和NS 公司的HPC16040 等。然而，由于16 位單片機(jī)價(jià)格比較貴，銷售量不大，大量應(yīng)用領(lǐng)域需要的是高性能、大容量和多功能的新型8 位單片機(jī)。近年來出現(xiàn)的32 位單片機(jī)，是單片機(jī)的頂級產(chǎn)品，具有較高的運(yùn)算速度。代表產(chǎn)品有Motorola 公司的M68300 系列和Hitachi（日立）公司的SH 系列、ARM 等。,第一章,1.2 解： MCS-51 單片機(jī)在片內(nèi)集成了中央處理器（CPU）、程序存儲器（ROM）、數(shù)據(jù)存儲器（RAM）、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、并行I/O 接口、串行I/O 接口和中斷系統(tǒng)等幾大單元。 CPU 是整個(gè)單片機(jī)的核心部件，由運(yùn)算器和控制器組成。運(yùn)算器可以完成算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算，其操作順序在控制器控制下進(jìn)行?？刂破魇怯沙绦蛴?jì)數(shù)器PC（Program Counter）、指令寄存器IR（Instruction Register）、指令譯碼器ID（Instruction Decoder）、定時(shí)控制邏輯和振蕩器OSC 等電路組成。CPU 根據(jù)PC 中的地址將欲執(zhí)行指令的指令碼從存儲器中取出，存放在IR 中，ID 對IR 中的指令碼進(jìn)行譯碼，定時(shí)控制邏輯在OSC 配合下對ID 譯碼后的信號進(jìn)行分時(shí)，以產(chǎn)生執(zhí)行本條指令所需的全部信號。程序存儲器（ROM）用于存儲程序、常數(shù)、表格等。,第一章,數(shù)據(jù)存儲器（RAM）用于存儲數(shù)據(jù)。 8051 內(nèi)部有兩個(gè)16 位可編程序的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T0 和T1，均為二進(jìn)制加1 計(jì)數(shù)器?？捎糜诙〞r(shí)和對外部輸入脈沖的計(jì)數(shù)。 8051 的中斷系統(tǒng)主要由中斷允許控制器IE 和中斷優(yōu)先級控制器IP 等電路組成?？蓪?shí)現(xiàn)對5 個(gè)中斷源的管理。8051 的中斷系統(tǒng)主要由中斷允許控制器IE 和中斷優(yōu)先級控制器IP 等電路組成。其中，IE 用于控制5 個(gè)中斷源中哪些中斷請求被允許向CPU 提出，哪些中斷源的中斷請求被禁止；IP 用于控制5 個(gè)中斷源的中斷請求的優(yōu)先權(quán)級別。 I/O 接口是MCS-51 單片機(jī)對外部實(shí)現(xiàn)控制和信息交換的必經(jīng)之路，用于信息傳送過程中的速度匹配和增加它的負(fù)載能力?？煞譃榇泻筒⑿蠭/O 接口。,第一章,1.3 解： 80C51 單片機(jī)有4 個(gè)I/O 端口，每個(gè)端口都是8 位雙向口，共占32 根引腳。每個(gè)端口都包括一個(gè)鎖存器（即專用寄存器P0P3）、一個(gè)輸入驅(qū)動器和輸入緩沖器。通常把4 個(gè)端口稱為P0P3。在無片外擴(kuò)展的存儲器的系統(tǒng)中，這4 個(gè)端口的每一位都可以作為雙向通用I/O端口使用。在具有片外擴(kuò)展存儲器的系統(tǒng)中，P2 口作為高8 位地址線，P0 口分時(shí)作為低8位地址線和雙向數(shù)據(jù)總線。,第一章,1.4 解： 控制線一共有6 條： （1）ALE/PROG ：地址鎖存允許/編程線，配合P0 口引腳的第二功能使用。在訪問片外存儲器時(shí)，8051在P0.7P0.0 引腳上輸出片外存儲器低位地址的同時(shí)在ALE/PROG 上輸出一個(gè)高電位脈沖，用于把這個(gè)片外存儲器低位地址鎖存到外部專用地址鎖存器，以便空出P0.7P0.0 引腳線去傳送隨后而來的片外存儲器讀寫數(shù)據(jù)。在不訪問片外存儲器時(shí)，8051自動在ALE/PROG 上輸出頻率為fosc/6 的脈沖序列。該脈沖序列可用作外部時(shí)鐘源或作為定時(shí)脈沖源使用。,第一章,（2）EA /Vpp：允許訪問片外存儲器編程電源線，可以控制8051 使用片內(nèi)還是使用片外。若EA ，則允許使用片內(nèi)；若EA 則允許使用片外。 （3）PSEN：片外選通線，在執(zhí)行訪問片外的指令時(shí)，8051 自動在PSEN上產(chǎn)生一個(gè)負(fù)脈沖，用于為片外芯片的選通。其他情況下PSEN線均為高電平封鎖狀態(tài)。 （4）RST/VPD：復(fù)位備用電源線，可以使處于復(fù)位工作狀態(tài)。,第一章,1.6 解： （1）在結(jié)構(gòu)上的特點(diǎn) 采用將程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器截然分開，分別尋址的結(jié)構(gòu)，稱為Harvard結(jié)構(gòu)。 （2）在物理和邏輯上的地址空間 存儲器上設(shè)有個(gè)存儲器空間：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、片外數(shù)據(jù)存儲器。 在邏輯上有個(gè)存儲器地址空間：片內(nèi)、片外統(tǒng)一的程序存儲器地址空間，片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器地址空間，片外的數(shù)據(jù)存儲器地址空間。 （3）訪問格式 訪問片內(nèi)采用格式 訪問片外采用格式,第一章,1.7 解： 堆棧是一個(gè)特殊的存儲區(qū)。主要功能是暫時(shí)存放數(shù)據(jù)和地址，通常用來保護(hù)斷點(diǎn)和現(xiàn)場。 它的特點(diǎn)是按照“先進(jìn)后出”的存取數(shù)據(jù)。堆棧指針SP 是一個(gè)8 位寄存器，是用于指示堆棧的棧頂?shù)刂返募拇嫫?，它決定了堆棧在內(nèi)部RAM 中的物理位置。,第一章,1.8 解： 有21 個(gè)特殊功能寄存器（PC 除外），它們被離散地分布在內(nèi)部RAM 的80HFFH 地址單元中，共占據(jù)了128 個(gè)存儲單元，其中有83 位可以位尋址。 特殊功能寄存器SFR的分布和功能見教材P18 表1.2.2。,第一章,1.9 解： 單片機(jī)的個(gè)口在結(jié)構(gòu)上是基本相同的，但又各具特點(diǎn)。這四個(gè)端口都是位雙向口，每個(gè)端口都包括一個(gè)鎖存器、一個(gè)輸出驅(qū)動器和輸入緩沖器。在無片外擴(kuò)展存儲器的系統(tǒng)中，這四個(gè)端口的每一位都可以作為雙向通用端口使用。在作為一般的通用輸入時(shí)，都必須先向鎖存器寫入“”，使輸出驅(qū)動場效應(yīng)管截止，以免誤讀數(shù)據(jù)。各自特點(diǎn)如下：,第一章,（1）P0 口為雙向8 位三態(tài)I/O 口，它既可作為通用I/O 口，又可作為外部擴(kuò)展時(shí)的數(shù)據(jù)總線及低8 位地址總線的分時(shí)復(fù)用口。作為通用I/O 口時(shí)，輸出數(shù)據(jù)可以得到鎖存，不需外接專用鎖存器；輸入數(shù)據(jù)可以得到緩沖，增加了數(shù)據(jù)輸入的可靠性。每個(gè)引腳可驅(qū)動8 個(gè)TTL負(fù)載。,第一章,（2）P1 口為8 位準(zhǔn)雙向I/O 口，內(nèi)部具有上拉電阻，一般作通用I/O 口使用，它的每一位都可以分別定義為輸入線或輸出線，作為輸入時(shí)，鎖存器必須置1。每個(gè)引腳可驅(qū)動4 個(gè)TTL 負(fù)載。,第一章,（3）P2 口為8 位準(zhǔn)雙向I/O 口，內(nèi)部具有上拉電阻，可直接連接外部I/O 設(shè)備。它與地址總線高8 位復(fù)用，可驅(qū)動4 個(gè)TTL 負(fù)載。一般作為外部擴(kuò)展時(shí)的高8 位地址總線使用。,第一章,（4）P3 口為8 位準(zhǔn)雙向I/O 口，內(nèi)部具有上拉電阻，它是雙功能復(fù)用口，每個(gè)引腳可驅(qū)動4 個(gè)TTL 負(fù)載。作為通用I/O 口時(shí)，功能與P1 口相同，常用第二功能。作為第二功能使用時(shí)，各位的作用見教材P23 表1.2.5 所示。,第一章,1.10 解： 數(shù)據(jù)指針DPTR 是16 位的專用寄存器，它由兩個(gè)8 位的寄存器DPH（高8 位）和DPL（低8 位）組成。 專門用來寄存片外RAM 及擴(kuò)展I/O 口進(jìn)行數(shù)據(jù)存取時(shí)的地址。編程時(shí)，既可以按16 位寄存器來使用，也可以按兩個(gè)8 位寄存器來使用（即高位字節(jié)寄存器DPH 和低位字節(jié)寄存器DPL）。 DPTR 主要是用來保存16 位地址，當(dāng)對64KB 外部數(shù)據(jù)存儲器尋址時(shí)，可作為間址寄存器使用。,第一章,1.11 解： 程序狀態(tài)字PSW 是8 位寄存器，用于存放程序運(yùn)行的狀態(tài)信息，PSW 中各位狀態(tài)通常是在指令執(zhí)行的過程中自動形成的，但也可以由用戶根據(jù)需要采用傳送指令加以改變。各個(gè)標(biāo)志位的意義如下： PSW.7（Cy）：進(jìn)位標(biāo)志位。 PSW.6（AC）：輔助進(jìn)位標(biāo)志位，又稱為半進(jìn)位標(biāo)志位。 PSW.5（F0）：用戶標(biāo)志位。 PSW.4、PSW.3（RS1 和 RS0）：寄存器組選擇位。 PSW.2（OV）：溢出標(biāo)志位。 PSW.1（空缺位）：此位未定義。 PSW.0（P）：奇偶校驗(yàn)位。,第一章,1.14 解： 片內(nèi)低單元?jiǎng)澐旨爸饕δ苋缦拢?（1）工作寄存器組（） 這是一個(gè)用寄存器直接尋址的區(qū)域，內(nèi)部數(shù)據(jù)區(qū)的-，共個(gè)單元。它是個(gè)通用工作寄存器組，每個(gè)組包含個(gè)位寄存器，編號為。 （2）位尋址區(qū)（） 個(gè)字節(jié)單元，共包含位，這個(gè)字節(jié)單元既可以進(jìn)行字節(jié)尋址，又可以實(shí)現(xiàn)位尋址。主要用于位尋址。 （3）堆棧與數(shù)據(jù)緩沖區(qū)（） 用于設(shè)置堆棧、存儲數(shù)據(jù)。,第一章,1.15 解： 程序存儲器通過EA /Vpp 引腳選擇。若EA ，則允許使用片內(nèi)；若EA 則允許使用片外。 數(shù)據(jù)存儲器通過指令區(qū)分：訪問片內(nèi)采用指令，訪問片外采用指令。,第一章,1.16 解： 時(shí)鐘周期又稱為振蕩周期，由單片機(jī)內(nèi)部振蕩電路OSC 產(chǎn)生，定義為OSC 時(shí)鐘頻率的倒數(shù)。時(shí)鐘周期又稱為節(jié)拍（用P 表示）。時(shí)鐘周期是時(shí)序中的最小單位。一個(gè)狀態(tài)有兩個(gè)節(jié)拍， 機(jī)器周期定義為實(shí)現(xiàn)特定功能所需的時(shí)間。MCS-51 的機(jī)器周期由12 個(gè)時(shí)鐘周期構(gòu)成。 執(zhí)行一條指令