單片機與微機原理及應(yīng)用第二版張迎新習(xí)題答案

單片機與微機原理及應(yīng)用（第二版）習(xí)題答案

第一篇計算機的基本原理思考與練習(xí)答案

第1章概述思考與練習(xí)

1.如果按用途分類，計算機可以分為哪幾類？

解：如果按用途分類，計算機可以分為超級計算機、大型計算機、服務(wù)器、微型計

算機和嵌入式計算機等。

2.單片機與微型計算機的主要異同點是什么？畫出微型計算機的典型組成原理圖。

解：單片機與微型計算機的主要異同點如下：

1）主要相同點

第一臺電子數(shù)字計算機雖然是作為一種計算工具出現(xiàn)的，然而經(jīng)過半個多世紀的發(fā)展,

不管從構(gòu)成器件、性能和應(yīng)用上都出現(xiàn)了驚人的變化。但是當(dāng)前大多數(shù)計算機，它們的基本

組成及工作原理，還是可以用圖1.1來概括。即計算機由中央處理器、存儲器、輸入/輸出接

口及總線等部分組成。這幾大基本組成部分是計算機的實體。

外部中斷輸入/輸出設(shè)備

圖計算機基本組成原理框圖

它們的核心部件都是基于計算機的基本原理，衡量它們的主要技術(shù)指標(biāo)也是基本相同

的，詳見1.1.4節(jié)。

由圖1.1可見，計算機的核心部分是中央處理器（CPU）,它是計算機的“大腦”，主要

由運算器、控制器組成，由它統(tǒng)一指揮和協(xié)調(diào)各部分的工作，其余各部分說明如下：

（1）時鐘電路用于給計算機提供工作時所需要的時序信號。

（2）程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器分別用于存放計算機工作的各種軟件和臨時數(shù)據(jù),詳見第2

早。

（3）中斷系統(tǒng)用于處理系統(tǒng)工作時出現(xiàn)的突發(fā)事件，詳見第4章。

（4）總線把計算機的各主要部件連接為一體，是CPU與各功能部件信息交換的通道。

按總線的功能可分為地址總線、數(shù)據(jù)總線和控制總線。其中，地址總線的作用是為數(shù)據(jù)交換

時提供地址，CPU通過它們將地址輸出到存儲器或I/O接口；數(shù)據(jù)總線的作用是在CPU與

存儲器或I/O接口之間或存儲器與外設(shè)之間交換信息；控制總線包括CPU發(fā)出的控制信號

線和外部送入CPU的應(yīng)答信號線等。

(5)I/O接口是計算機與I/O設(shè)備之間的接口。I/O設(shè)備是計算機與人或其他設(shè)備交換信

息的裝置，如顯示器、鍵盤和打印機等。

它們的指令系統(tǒng)功能大部分也是相同的，程序運行原理也有很多相似之處，詳見后面章

節(jié)的指令系統(tǒng)。

計算機中的CPU、存儲器及中斷系統(tǒng)等部件的詳細內(nèi)容將在后面章節(jié)陸續(xù)介紹。

2)主要不同點

雖然它們的基本組成看起來是基本相同的，但由于用途不同，技術(shù)要求與發(fā)展方向完全

不同，所以它們在結(jié)構(gòu)、外形與功能上有很大差別。單片機在組成結(jié)構(gòu)上的最大特點是把圖

1.1中的所有電路集成在一塊芯片上，通常還包括定時器等其他輔助功能電路。就其組成和

基本工作原理而言，一塊單片機芯片就是一臺計算機，所以它最初被人們稱為單片微型計算

機，其外形就如同一塊普通的電子芯片，簡稱單片機。它體積小、可靠性高，其軟件均固化

在內(nèi)部的程序存儲器中，通常是用于控制，被安裝在控制對象中。單片機是向著單芯片化道

路的方向發(fā)展，技術(shù)要求則是不斷提高嵌入性能、控制能力與可靠性。

而微型計算機則是把微處理器(CPU)、存儲器、I/O接口、定時器等不同的芯片組成在

一塊底板上，然后配上機箱、外設(shè)等。微型計算機主要是為滿足高速、海量的數(shù)值計算、實

現(xiàn)多媒體技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通信等功能，以及辦公自動化、計算機輔助設(shè)計、文化藝術(shù)創(chuàng)作、智力

競賽等。技術(shù)發(fā)展方向是不斷提高計算速度，不斷擴大存儲容量等。

3.計算機的主要技術(shù)指標(biāo)有哪幾項？予以簡要解釋。

解：主要指標(biāo)有如下幾項。

1)字長

字長是指計算機能處理的二進制數(shù)的位數(shù)，習(xí)慣上稱為位長?；咀珠L一般是指參加

一次運算的操作數(shù)的位數(shù)?；咀珠L可反映寄存器、運算部件和數(shù)據(jù)總線的位數(shù)。在

計算機中每個存儲單元存放二進制數(shù)的位數(shù)一般情況下和它的算術(shù)運算單元的位數(shù)

是相同的。字長越長，計算精度越高，速度也越快。

2)主頻

主頻是指計算機中的主時鐘頻率，是CPU工作的頻率，主頻的快慢在很大程度上可

以決定計算機運算的速度。主頻的常用單位是MHz、GHzo

3)運算速度

運算速度是指計算機每秒執(zhí)行指令的條數(shù)，它反映計算機運算和對數(shù)據(jù)處理的速度，

單位通常采用MIPS(百萬條指令/s)。

4)內(nèi)存容量

對于微機是指安裝在主板上的內(nèi)存儲器中只讀存儲器ROM(ReadOnlyMemory,

ROM)和隨機存儲器RAM(RandomAccessMemory,RAM)的容量總和，對于單片

機是指在芯片上的ROM和RAM的容量總和。存儲容量越大能處理的信息量就越大，

整體性能越高。容量的最小存儲單位是二進制數(shù)的位數(shù)，以字節(jié)B(Byte)為基本單位。

常用容量單位有KB(1KB=1024B),MB(1MB=1024KB),GB(1GB=1024

MB),TB(1TB=1024GB)。

4.嵌入式系統(tǒng)的主要特點是什么？

解：嵌入式系統(tǒng)的主要特點如下：

(1)功能專一。只針對某個對象的要求而設(shè)計。

(2)抗干擾能力強、可靠性高。嵌入式系統(tǒng)中的軟件一般都固化在存儲器芯片或單片機

本身中，因而可靠性要求可達到工業(yè)級或者軍品級以上.

(3)自動化程度高。對于所有的被控對象，包括工業(yè)產(chǎn)品、航天產(chǎn)品以及家電等，均可

實現(xiàn)一旦啟動即自動循環(huán)操作，不需要人工干預(yù)。

(4)體積小。因為嵌入式系統(tǒng)通常是安裝在為特定應(yīng)用而設(shè)計的對象中，而對象形態(tài)和

大小五花八門，為盡可能不影響對象的外形與體積，要求嵌入式系統(tǒng)的體積越小越好。

(5)功耗低。因為有很多對象是便攜式產(chǎn)品，低功耗將延長它的使用時間，一般產(chǎn)品均

可達到毫瓦級，有的已可達到微瓦級。

(6)性能價格比高。在嵌入式市場，用戶既可以根據(jù)實際應(yīng)用對象“量身定做”，也可以

“量身選衣所謂“量身定做”，即根據(jù)應(yīng)用對象的實際要求，請廠家專門定制內(nèi)存、I/O接

口、外設(shè)等符合要求的芯片；所謂“量身選衣”，即根據(jù)它在軟件和硬件上的可選擇性，選擇

最適合對象要求的芯片，這樣可實現(xiàn)產(chǎn)品的最佳性能價格比。

5.微型計算機系統(tǒng)的主要組成是什么？什么是計算機硬件？什么是計算機軟件？

解：微型計算機系統(tǒng)由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩部分組成，其組成如圖1.2所示。

硬件系統(tǒng)是微型計算機系統(tǒng)硬設(shè)備的總稱，由圖1.2可見它的兩大組成部分是主

機與外部設(shè)備。

「控制器

「CPU,

主機1主存儲「運算器

「硬件】【輸入/輸出接口

I外部設(shè)備

微型計算機系統(tǒng)J1系統(tǒng)軟件

I軟件Y

-應(yīng)用軟件

圖1.2微型計算機系統(tǒng)的組成

軟件系統(tǒng)是微型計算機為了運行、管理、維護和應(yīng)用計算機所配置或者用戶自行編制的

各種程序的總稱。這些程序或存在于內(nèi)存儲器中，或存放在外存儲器中。微型計算機在沒有

安裝任何軟件之前稱之為“裸機”裸機”是不能工作的。因此，硬件和軟件是組成微型計算

機系統(tǒng)必不可少的組成部分。軟件系統(tǒng)主要包括系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件兩大部分。

6.下面列出計算機中常用的一些單位，試指出其用途和含義。

(1)MIPS(2)KB(3)MB(4)GB(5)TB

答：(1)MIPS表示計算機每秒執(zhí)行指令的條數(shù)是百萬條指令/s。

(2)KB(3)MB(4)GB(5)TB均為內(nèi)存容量單位。它們之間關(guān)系如下：

KB(1KB=1024B),MB(1MB=1024KB),GB(1GB=1024MB),TB(1TB=1024GB)?

7.什么是計算機總線？一般微型計算機中有哪些總線？各有什么作用？

答：計算機總線是CPU與各功能部件信息交換的通道。按總線的功能可分為地址總線、

數(shù)據(jù)總線和控制總線。其中，地址總線的作用是為數(shù)據(jù)交換時提供地址，CPU通過它們將

地址輸出到存儲器或I/O接口；數(shù)據(jù)總線的作用是在CPU與存儲器或I/O接口之間或存儲

器與外設(shè)之間交換信息；控制總線包括CPU發(fā)出的控制信號線和外部送入CPU的應(yīng)答信號

線等。

第2章計算機基礎(chǔ)知識思考與練習(xí)

1.將下列各二進制數(shù)轉(zhuǎn)換為十進制數(shù)

(1)11011110B(2)01011010B(3)101010UB(4)1011111B

解:(1)U01U10B=222D(2)01011010B=90D(3)10101011B=171D(4)1011111B=95D

2.將第一題中各二進制數(shù)轉(zhuǎn)換為十六進制數(shù)。

解:(1)11011110B=DEH(2)01011010B=5AH(3)1010101IB=ABH(4)1011111B=5FH

3.將下列各數(shù)轉(zhuǎn)換為十六進制數(shù)。

224D143D01010011BCD00111001BCD

解：224D=E0H;143D=8FH;01010011BCD=53D=35H;00111001BCD=39D=27H

4.什么叫原碼、反碼及補碼？

解：計算機中的帶符號數(shù)有三種表示法，即：原碼、反碼和補碼。

正數(shù)的符號位用0表示，負數(shù)的符號位用1表示。這種表示法稱為原碼。反碼可由原碼

得到，如果是正數(shù)，則其反碼和原碼相同；如果是負數(shù)，則其反碼除符號為1外，其它各數(shù)

位凡是1轉(zhuǎn)換為0,0轉(zhuǎn)換為1.這種表示法稱為反碼。補碼可由反碼得到，如果是正數(shù)，

則其補碼和反碼相同；如果是負數(shù)，則其補碼為反碼加1。這種表示法稱為補碼。

5.已知原碼如下，寫出其補碼和反碼(其最高位為符號位)。

(1)[X]原=01011001(3)區(qū)]原=11011011

(2)[X]原=00111110(4)》]原=11111100

解：⑴[X]反=01011001(3)[X]反=10100100

(2)[X]反=00111110(4)[X]反=10000011

(1)[X]補=01011001(3)[X]補=10100101

(2)[X]補=00111110(4)[X]#=10000100

6.當(dāng)計算機把下列數(shù)看成無符號數(shù)時，它們相應(yīng)的十進制值為多少？若把它們看成是

補碼，最高位為符號位，那么它們相應(yīng)的十進制值是多少？

(1)10001110(2)10110000(3)00010001(4)01110101

解：把下列數(shù)看成無符號數(shù)時，它們相應(yīng)的十進制值如下：

(1)10001110=1420(2)10110000=176D(3)00010001=17D(4)01110101=117D

把它們看成是補碼，最高位為符號位，那么它們相應(yīng)的十進制值如下：

(1)10001110=-112D(2)10110000=-78D(3)00010001=17D(4)01110101=1170

7.觸發(fā)器、寄存器及存儲器之間有什么關(guān)系？

解：觸發(fā)器是計算機記憶裝置的基本單元，一個觸發(fā)器能儲存一位二進制代碼，寄存

器是由觸發(fā)器組成的。一個觸發(fā)器就是一個一位寄存器。多個觸發(fā)器就可以組成一個多位寄

存器。存儲器是由大量寄存器組成的，其中每一個寄存器就稱為一個存儲單元。它可存放

一個有獨立意義的二進制代碼。

8.三態(tài)門有何作用？其符號如何畫？

解：在多總線的計算機電路中為防止信息相互干擾，要求凡掛到總線上的寄存器或存儲

器等的輸出端不僅能呈現(xiàn)0、1兩個信息狀態(tài)，而且還應(yīng)能呈現(xiàn)第三種狀態(tài)——高阻抗?fàn)顟B(tài)

(又稱高阻狀態(tài))，即此時好象它們的輸出被開關(guān)斷開，對總線狀態(tài)不起作用，此時總線可

由其它器件占用。三態(tài)門即可實現(xiàn)上述功能，它除具有輸入輸出端之外，還有一控制端，用

于實現(xiàn)狀態(tài)的轉(zhuǎn)換。下圖為單向三態(tài)門和雙向三態(tài)門的符號圖。

(a)單向三態(tài)門(b)雙向三態(tài)門

9.除地線公用外,6根地址線和11根地址線各可選多少個地址？

答：6根地址線可選26=64個地址，11根地址線可選2"=2048個地址。

10.存儲器分幾類？各有何特點和用處？

答：存儲器的分類方法較多，例如從其組成材料和單元電路類型上可分為磁芯存儲器、半

導(dǎo)體存儲器(從制造工藝上又可分為MOS型存儲器、雙極型存儲器)、電荷耦合存儲器等;

從其與微處理器的關(guān)系來劃分，又可分為內(nèi)存和外存。通常把直接同微處理器進行信息交換

的存儲器稱為內(nèi)存。其特點是存取速度快，但容量有限。而把通過內(nèi)存間接與CPU進行信

息交換的存儲器稱為外存。如磁帶、磁盤、光盤等，其特點是容量大、速度較慢。外存的內(nèi)

容根據(jù)需要可隨時調(diào)入內(nèi)存。通常人們習(xí)慣于按存儲信息的功能分類，在單片機中所使用

的半導(dǎo)體存儲器在功能上的分類方法和各自特點、用處如下：

1)只讀存儲器ROM(ReadOnlyMemory)

只讀存儲器在使用時只能讀出而不能寫入，斷電后ROM中的信息不會丟失。因此一般用來

存放一些固定程序，如監(jiān)控程序、子程序、字庫及數(shù)據(jù)表等。ROM按存儲信息的方法又可

分為四種。下面逐一進行介紹。

(1)掩膜ROM

掩膜ROM也稱固定ROM,它是由廠家編好程序?qū)懭隦OM(稱固化)供用戶使用，用

戶不能更改它。其價格最便宜。

(2)可編程序的只讀存儲器PROM(ProgrammableReadOnlyMemory)

它的內(nèi)容可由用戶根據(jù)自己所編程序一次性寫入，一旦寫入，只能讀出，而不能再進行

更改。這類存儲器現(xiàn)在也稱為OTP(OnlyTimeProgrammable)?

(3)可改寫的只讀存儲器EPROM(ErasableProgrammableReadOnlyMemory)

前二種ROM只能進行一次性寫入，因而用戶較少使用。目前較為流行的ROM芯片為

EPROM。因為它的內(nèi)容可以通過紫外線照射而徹底擦除。擦除后，又可重新寫入新的程序。

(4)可電改寫只讀存儲器E2PROM(ElectricallyErasableProgrammableRead

OnlyMemory)

E2PROM可用電的方法寫入和清除其內(nèi)容，其編程電壓和清除電壓均與微機CPU的5V工

作電壓相同，不需另加電壓，它既有RAM讀寫操作簡便、又有數(shù)據(jù)不會因掉電而丟失的優(yōu)

點，因而使用極為方便?，F(xiàn)在這種存儲器的使用最廣泛.

2)隨機存儲器RAM(RandomAccessMemory)

這種存儲器又叫讀寫存儲器，它不僅能讀取存放在存儲單元中的數(shù)據(jù)，還能隨時寫入新的數(shù)

據(jù)，寫入后原來的數(shù)據(jù)就丟失了。斷電后RAM中的信息全部丟失，因此RAM常用于存放

經(jīng)常要改變的程序或中間計算結(jié)果等。

RAM按照存儲信息的方式，又可分為靜態(tài)和動態(tài)兩種。

(1)靜態(tài)SRAM(StaticRAM)

其特點為只要有電源加于存儲器，數(shù)據(jù)就能長期保留。

(2)動態(tài)DRAM(DynamicRAM)

寫入的信息只能保持若干毫秒時間，因此每隔一定時間必須重新寫入一次，以保持原來的信

息不變。

3)可現(xiàn)場改寫的非易失存儲器

這種存儲器的特點是從原理上看，它們屬于ROM型存儲器，但是從功能上看，它們又

可以隨時改寫信息，因而作用又相當(dāng)于RAM,所以ROM、RAM的定義和劃分已逐漸失去

意義。

下面對這類存儲器中的兩種予以簡介：

(1)快擦寫存儲器FLASH

這種存儲器是在EPROM和E2PROM的制造基礎(chǔ)上產(chǎn)生的一種非易失存儲器，其集成

度高，制造成本低于DRAM,既具有SRAM讀寫的靈活性和較快的訪問速度，又具有ROM

在斷電后可不丟失信息的特點，所以其發(fā)展迅速。

(2)鐵電存儲器FRAM

它是利用鐵電材料極化方向來存儲數(shù)據(jù)的，它的特點是集成度高、讀寫速度快、成本低、

讀寫周期短。

11.假定有一個存儲器，有4096個存儲單元，其首地址為0,則末地址為多少？

答：其首地址為0,則末地址為FFFH,即4095。

12.什么是存儲單元、位、字節(jié)？存儲芯片的容量如何表示？

答：存儲器是由大量緩沖寄存器組成的，其中每一個寄存器就稱為一個存儲單元。

計算機中最小的數(shù)據(jù)單元，是一個二進制位。

一個8位的二進制代碼稱為一字節(jié)，這是計算機中最基本的計量單位。

第3章計算機基本工作原理思考與練習(xí)

1.什么是計算機的時序？常見時序定時單位有哪幾種？

解：計算機的時序就是CPU在執(zhí)行指令時各控制信號之間的時間順序關(guān)系。為了保證

各部件間協(xié)調(diào)一致同步工作，計算機內(nèi)部的電路應(yīng)在唯一的時鐘信號控制下嚴格按時序同步

工作。時鐘電路用于產(chǎn)生計算機所需要的時序信號，不同的計算機，時鐘電路的運行速度有

很大差別。

在計算機中通常按指令的執(zhí)行過程規(guī)定了幾種時序定時單位，即時鐘周期、狀態(tài)周期、

機器周期和指令周期。

2.什么是計算機的指令和指令系統(tǒng)？程序設(shè)計語言有哪幾種？各有什么特點？

解：指令是規(guī)定計算機執(zhí)行某種操作的命令，CPU就是根據(jù)指令來指揮和控制計算機

各部分協(xié)調(diào)地動作，完成規(guī)定的操作。指令是由二進制代碼表示的，通常指令包括操作碼和

操作數(shù)兩部分，操作碼規(guī)定操作的類型，操作數(shù)給出參加操作的數(shù)據(jù)或存放數(shù)據(jù)的地址(只

有少數(shù)指令是沒有操作數(shù)的)。計算機能夠執(zhí)行的各種指令的集合稱為指令系統(tǒng)，指令系統(tǒng)

的性能與計算機硬件密切相關(guān)，不同的計算機指令系統(tǒng)不完全相同。

程序設(shè)計語言是指用來編寫程序的語言，是人和計算機之間交換信息的一種工具，指

令只有按工作需求有序地編排為一段完整的程序，才能完成某一特定任務(wù)。計算機是按照

給定程序，逐條執(zhí)行指令，完成某項規(guī)定的任務(wù)。因此，使用計算機，首先必須編寫出計

算機能執(zhí)行的程序。

計算機能執(zhí)行的程序，可以用很多種語言來編寫，但從語言結(jié)構(gòu)及其與計算機的關(guān)系來

看，可分為機器語言、匯編語言和高級語言三大類型。各類特點如下：

機器語言是一種用二進制代碼0和1表示指令和數(shù)據(jù)的最原始的程序設(shè)計語言。因為計

算機只能識別二進制代碼，因而這種語言與計算機的關(guān)系最為直接，計算機能夠立即識別這

種語言，并加以執(zhí)行，響應(yīng)速度最快。但對于使用者來說，用機器語言編寫程序非常煩瑣費

時，且不易看懂、不便記憶，容易出錯。

匯編語言是一種用助記符來表示的面向計算機的程序設(shè)計語言。不同的計算機所使用的

匯編語言一般是不同的，這種語言比機器語言直觀、易懂、易用，而且易于記憶，對指令中

的操作碼和操作數(shù)也容易區(qū)分。

用匯編語言書寫程序確實比用機器語言方便，但計算機不能直接識別匯編語言，所以程

序不能執(zhí)行，故用匯編語言編寫的源程序，在交由計算機執(zhí)行之前，必須將它翻譯成機器語

言程序，這一翻譯過程稱為匯編。

高級語言是一種面向過程而獨立于計算機硬件結(jié)構(gòu)的通用計算機語言，如C、FORTAN、

PASCAL>C++、JAVA等，這些語言是參照數(shù)學(xué)語言而設(shè)計的近似于日常會話的語言。用

戶不必了解計算機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，因此，它比匯編語言更易學(xué)、易懂，而且通用性強，易于移

植到不同類型的計算機上去。

高級語言不能被計算機直接識別和執(zhí)行，也需要翻譯為機器語言。

高級語言的語句功能強，它的一條語句，往往需要多條指令來完成其功能，因而用于翻

譯的程序要占用較多存儲空間，而且執(zhí)行時間長，且不易精確掌握，故在高速實時控制中一

般是不適用的。

3.CPU內(nèi)部主要由哪些部件組成？試說明它們的主要功能。

解：CPU主要是由運算器和控制器兩大部分組成。

控制器是用來統(tǒng)一指揮和控制計算機工作的部件，它的功能是從存儲器中逐條取指令，

進行指令譯碼，并通過定時和控制電路，在規(guī)定的時刻發(fā)出各種操作所需的全部內(nèi)部控制信

息及CPU外部所需的控制信號，使各部分按照一定節(jié)拍協(xié)調(diào)工作，完成指令所規(guī)定的各種

操作。

運算器是對數(shù)據(jù)進行算術(shù)運算和邏輯操作的執(zhí)行部件，包括算術(shù)/邏輯部件、累加器、

暫存寄存器、程序狀態(tài)字寄存器、BCD碼運算調(diào)整電路等，為了提高位操作功能還增加了

位處理邏輯電路。

4.如何理解計算機的工作過程？它的實質(zhì)是什么？

解：在計算機工作前必須事先編制好要求計算機完成某種功能的相應(yīng)程序，然后通過

輸入設(shè)備將程序和數(shù)據(jù)（均為二進制形式）存放到計算機內(nèi)部的存儲器中，計算機中的控制

器根據(jù)存放在存儲器中的指令序列（程序）自動工作，并由一個程序計數(shù)器控制指令執(zhí)行順

序。在程序指令的控制下逐步進行處理，完成指令規(guī)定的操作，直到程序執(zhí)行結(jié)束，通過輸

出設(shè)備輸出結(jié)果。

計算機的工作過程實質(zhì)就是存儲程序、執(zhí)行程序的過程，即逐條執(zhí)行指令的過程。計算

機每執(zhí)行一條指令都可分為三個階段進行，即取指令、譯碼分析指令和執(zhí)行指令。

5.什么叫I/O端口？為什么需要有I/O接口電路？

解：I/O端口通常是一個可以由CPU直接訪問的寄存器。

因為各種外設(shè)與計算機之間在其傳輸速率、信號類型、信號電平和傳輸格式等方面是不

完全相同的。為解決計算機與外設(shè)之間以及計算機之間連接與數(shù)據(jù)通信的硬件及軟件問

題設(shè)計了I/O接口電路，所以，接口電路是CPU與外設(shè)連接的紐帶，用于協(xié)調(diào)它們之

間的工作。

6.在計算機中，常用的I/O尋址方式有哪兒種？試比較它們各自的優(yōu)缺點。

解：常用的1/0尋址方式有統(tǒng)一編址方式和獨立編址方式。

統(tǒng)一編址方式也稱為存儲器映像方式，是從存儲器空間劃出一部分地址給I/O端口。I/O

端口空間就是存儲空間的一部分，把一個I/O端口看成是一個存儲單元。采用I/O端口和存

儲器統(tǒng)一編址的CPU,所有訪問存儲器單元的指令都可用來訪問端口，沒有設(shè)置專門的I/O

指令，但這種方式占用存儲器地址空間。

獨立編址是指I/O端口和存儲器單元各占一種空間，各自單獨編址。在此方式下，CPU

的指令系統(tǒng)中設(shè)置了專用訪問I/O端口的指令，在CPU執(zhí)行這些指令時，會產(chǎn)生專門的選

通信號，確定地址總線上傳送的是I/O地址還是存儲器地址。

7.接口電路的功能是什么？試用圖的形式說明接口電路的基本組成。

解：接口電路的基本功能如下：

1）信號形式的變換

例如，把各種非數(shù)字信號（這些信號可以是開關(guān)量、模擬電壓量及脈沖信號等）轉(zhuǎn)換為

計算機能識別的統(tǒng)一的二進制數(shù)字信號。

2）電平轉(zhuǎn)換

計算機內(nèi)部通常采用的電平范圍是0?5V（目前，在一些單片機中甚至可以低到0?

2V）,而外部設(shè)備的電平通常并不完全符合要求，所以，需要有電平轉(zhuǎn)換功能的外設(shè)或者器

件。

3）數(shù)據(jù)傳輸格式轉(zhuǎn)換

外設(shè)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)格式可能是并行的，也可能是串行的，此時需要I/O接口電路把CPU

輸出的并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成串行，或者把外設(shè)輸入的串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成并行。

4）鎖存與緩沖

由于CPU與I/O設(shè)備在時序上通常不一定匹配，因而在工作時一般不同步，于是通過

在接口電路中設(shè)置鎖存與緩沖器，使CPU在執(zhí)行輸出指令時把數(shù)據(jù)置入鎖存器，以后I/O

接口設(shè)備可按自己的時序從鎖存器取得數(shù)據(jù)。

對于外設(shè)準備輸入到CPU中的數(shù)據(jù)可以先接到三態(tài)緩沖器的輸入端，等CPU執(zhí)行輸入

指令時緩沖器就通過數(shù)據(jù)總線進入CPU。

接口電路的基本組成如圖示：

接口電路的基本組成示意圖

圖中的DB、AB、CB分別是數(shù)據(jù)、地址和控制總線，對于有中斷功能的接口芯片，

還包括中斷請求和中斷響應(yīng)線。地址譯碼主要用于對CPU的地址信號進行譯碼，實現(xiàn)對圖

中端口的尋址，控制邏輯主要用于接收CPU的讀/寫控制信號，以實現(xiàn)對各端口的讀/寫操作。

1/0端口通常是一個可以由CPU直接訪問的寄存器，端口一般以字節(jié)為單位組織，例如，控

制端口、數(shù)據(jù)端口和地址端口各1字節(jié)，也可以用2個地址相鄰的8位端口構(gòu)成一個16位

寬度的端口。

8.微型計算機的I/O控制方式常有哪幾種？各有什么特點？

解：微型計算機的I/O控制方式常有如下幾種：程序控制方式、中斷控制方式和直接存

儲器存取方式。

程序控制方式又分為直接傳送方式（乂稱為無條件傳送方式）和查詢方式。直接傳送方

式指CPU在需要和數(shù)據(jù)端口進行傳送時，直接對其執(zhí)行I/O指令，即CPU認為數(shù)據(jù)端口和

自己完全同步，CPU可用輸出接口驅(qū)動它們，不需要判斷它們的狀態(tài)。這種方式接口也最

簡單，只需要數(shù)據(jù)端口，但其應(yīng)用范圍有局限性。

程序查詢方式是在進行輸入/輸出操作時，由CPU先輸入I/O設(shè)備狀態(tài)端口信號，在I/O

設(shè)備準備好傳送數(shù)據(jù)時，會發(fā)出“準備好”信號，CPU查詢狀態(tài)信號確認后再傳送數(shù)據(jù)。這

些"準備好''信號一般由I/O設(shè)備自己建立，由CPU完成傳送后清除。由于I/O設(shè)備的速度相

對較慢，所以這種方式效率很低。

中斷控制方式由需要傳送的I/O設(shè)備主動發(fā)起。當(dāng)某個I/O設(shè)備需要傳送時，先向CPU

發(fā)出中斷申請信號。CPU完成當(dāng)前指令后，響應(yīng)申請，轉(zhuǎn)去執(zhí)行中斷服務(wù)程序。中斷方式

傳送提高了效率，消除了查詢方式中的等待時間，CPU對I/O設(shè)備的請求響應(yīng)較快，因此中

斷方式得到廣泛應(yīng)用。

直接存儲器存取方式不需要CPU干預(yù)傳輸操作，而是利用系統(tǒng)的數(shù)據(jù)總線，由DMA

控制器直接在外設(shè)和存儲器之間進行讀出、寫入操作，可以達到極高的傳送速率，因而越來

越廣泛地用于高速I/O設(shè)備的接口。

9.簡述直接存儲器訪問（DMA）方式的主要特點。

解：直接存儲器訪問方式的主要特點是：不需要CPU干預(yù)傳輸操作，而是利用系

統(tǒng)的數(shù)據(jù)總線，由DMA控制器直接在外設(shè)和存儲器之間進行讀出、寫入操作，可以達到極

高的傳送速率，因而越來越廣泛地用于高速I/O設(shè)備的接口。現(xiàn)在也實現(xiàn)了存儲器與存儲器

之間，外設(shè)與外設(shè)之間的DMA傳輸。

10.試說明并行通信與串行通信在數(shù)據(jù)傳輸上的主要區(qū)別？

解：在并行通信中，所傳輸數(shù)據(jù)的各位同時發(fā)送或接收。一個并行數(shù)據(jù)有多少位二進

制數(shù)，就要多少根傳輸線，這種方式的特點是通信速度快，但所需傳輸線多，價格較貴，適

合近距離傳輸；而串行通信所傳輸數(shù)據(jù)的各位按順序一位一位地發(fā)送或接收。僅需1?3根

傳輸線即可，故在長距離傳輸數(shù)據(jù)時，比較經(jīng)濟，但由于它每次只能傳輸1位，所以傳輸?shù)?/p>

速度較慢。

11.串行通信有幾種方式？說明它們各自的特點及主要區(qū)別。

解：串行通信有異步通信和同步通信二種方式。

異步通信指在通信的信息流中，字符與字符間的傳輸是異步的，即字符間傳輸時間間隔

是隨機的，不固定的，而在一個字符內(nèi)各位的時間間隔是固定的，即每個字符內(nèi)部各位間還

是基本同步傳輸?shù)摹?/p>

在同步通信中，信息流中的字符與字符間和字符內(nèi)部位與位之間都需要有一個同步時鐘

CLK實現(xiàn)同步，在這種方式下可以把許多字符組成一個信息組，也稱一幀。數(shù)據(jù)或字符開

始處是用同步字符啟動（常約定1?2個），以實現(xiàn)發(fā)送端和接收端同步，一旦檢測到約定同

步字符，下面就可連續(xù)按順序接收數(shù)據(jù)，同步通信傳輸信息的位數(shù)幾乎不受限制，通常一次

通信傳輸?shù)臄?shù)據(jù)有幾十到幾千字節(jié)。

他們的主要區(qū)別如下：

因為同步通信數(shù)據(jù)塊傳輸時去掉了字符開始和結(jié)束的標(biāo)志，所以其傳輸效率高于異步通

信，但這種方式要求通信時時鐘嚴格保持同步，所以收、發(fā)雙方必須采用同一個精確的同步

時鐘控制數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收，其發(fā)送器和接收器比較復(fù)雜，軟件編寫也較復(fù)雜。

由于異步通信每傳輸一幀有固定格式，通信雙方只需按約定的幀格式來發(fā)送和接收數(shù)

據(jù)，每接收一個字符，接收方與發(fā)送方都要重新同步一次，這樣傳輸?shù)臄?shù)據(jù)就沒有時間累積

誤差，通信雙方的時鐘頻率可以不完全一樣，發(fā)送與接收時鐘誤差在5%以內(nèi)就可以正確接

收數(shù)據(jù)，所以硬件結(jié)構(gòu)比同步通信方式簡單。

12.以11位的幀格式舉例說明異步通信的幀格式中各位的作用是如何定義的？

解：在異步通信中字符是一幀一幀地傳輸?shù)?。幀定義為一個字符的完整的通信格式，通常也

稱為幀格式，每個字符都要獨立地確定起始和結(jié)束位。最常見的幀格式一般是先用一個起始

位0表示字符的開始，然后是5?8位數(shù)據(jù)，最后是停止位。

圖3.7所示是一種11位異步通信的幀格式，圖中各位作用如下所述。

圖3.7一種11位異步通信的幀格式

（1）起始位。通信線上沒有數(shù)據(jù)傳輸時，保持高電平（邏輯1）,當(dāng)要發(fā)送數(shù)據(jù)時，首先要

發(fā)一個低電平（邏輯0）,此信號稱為“起始位”，表示開始傳輸一幀信息。

（2）數(shù)據(jù)位。起始位之后的位即數(shù)據(jù)位，通常是5?8位（不同計算機規(guī)定不同），圖3.7所

示為8個數(shù)據(jù)位，規(guī)定低位在前，即先傳輸?shù)臀?，高位在最后?/p>

（3）奇偶校驗位。數(shù)據(jù)位之后的位即奇偶校驗位，此位通過對數(shù)據(jù)奇偶性的檢查，可用于判

別字符傳輸?shù)恼_性，它有三種可能的選擇，即用于奇校驗、偶校驗或者無校驗，用戶可根

據(jù)需要選擇，在有的格式中這位可省略。

（4）停止位。字符的最后一位是停止位，用于表示一幀結(jié)束，采用高電平（邏輯1）。停止位

可以是1位、1.5位、2位，不同的計算機規(guī)定有所不同。從起始位開始到停止位結(jié)束就構(gòu)成

完整的一幀。

13.串行通信中的數(shù)據(jù)傳輸率是如何定義的？已知在一次傳輸中數(shù)據(jù)的幀格式為11

位，數(shù)據(jù)傳輸率是4800b/s,計算其每位的傳輸時間。

解：串行通信中的數(shù)據(jù)傳輸率定義為每秒鐘傳輸多少位二進制數(shù)，稱為比特率。

已知數(shù)據(jù)傳輸速率4800b/s,則每1位的傳輸時間即為波特率的倒數(shù)，即

7d=l/4800s=0.208ms

14.串行通信中的數(shù)據(jù)傳輸方式有哪幾種？圖示說明。

解：在串行通信中，數(shù)據(jù)傳輸方式按照數(shù)據(jù)傳輸方向，可分為單工（Simplex）＞半雙工

（HalfDuplex）和全雙工（FullDuplex）方式,示意圖如圖3.9所示。

1）單工方式

在單工方式下，甲機和乙機之間只允許單方向傳輸，例如，只允許甲機發(fā)送乙機接收，因而

兩機之間只需一條數(shù)據(jù)線。此時甲機稱為發(fā)送器，乙機稱為接收器。

2）半雙工方式

在半雙工方式下，甲機和乙機之間允許雙方向傳輸，但它們之間只有一個通信回路，接收和

發(fā)送不能同時進行，只能分時發(fā)送和接收，即甲機發(fā)送乙機接收，或者乙機發(fā)送甲機接收，

因而兩機之間只需一條數(shù)據(jù)線。此時甲機和乙機均稱為收發(fā)器。

3）全雙工方式

在全雙工方式下，甲、乙兩機之間數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收可以同時進行，稱為全雙工傳輸，全雙

工形式的串行通信必須使用兩根數(shù)據(jù)線。此時甲機和乙機均稱為收發(fā)器。

第4章計算機的中斷思考與練習(xí)

1.什么是中斷？在計算機中中斷能實現(xiàn)哪些功能？

解：中斷是通過硬件來改變CPU程序運行方向的一種技術(shù)，它既和硬件有關(guān)，也和軟

件有關(guān)。在執(zhí)行程序的過程中，由于計算機內(nèi)部或外部的某種突發(fā)原因，有必要盡快中止當(dāng)

前程序的執(zhí)行，去執(zhí)行相應(yīng)的處理程序，待處理結(jié)束后，再回來繼續(xù)執(zhí)行被中止了的原程序,

這種程序在執(zhí)行過程中由于外界的原因而被中間打斷的情況稱為中斷。

中斷系統(tǒng)一般具有如下功能。

1）能實現(xiàn)中斷及返回

當(dāng)某一個中斷源發(fā)出中斷申請時，CPU決定是否響應(yīng)這個中斷請求，當(dāng)CPU在執(zhí)行更

急、更重要的工作時，可以暫不響應(yīng)中斷，若允許響應(yīng)這個中斷請求，CPU必須在現(xiàn)行的

指令執(zhí)行完后，把斷點處的程序計數(shù)器PC值（下一條應(yīng)執(zhí)行的指令地址）推入堆棧保留下

來，這稱為保護斷點，這一步是硬件自動執(zhí)行的。同時用戶在編程時，要注意把有關(guān)的寄存

器內(nèi)容和狀態(tài)標(biāo)志位推入堆棧保留下來，這稱為保護現(xiàn)場。保護斷點和現(xiàn)場之后即可執(zhí)行中

斷服務(wù)程序，執(zhí)行完畢，需恢復(fù)原保留寄存器的內(nèi)容和標(biāo)志位的狀態(tài)，稱為恢復(fù)現(xiàn)場，并執(zhí)

行中斷返回指令，這個過程由用戶編程實現(xiàn)。

2）能實現(xiàn)優(yōu)先權(quán)排隊

通常，在系統(tǒng)中有多個中斷源，有時會出現(xiàn)兩個或更多個中斷源同時提出中斷請求的情

況。這就要求計算機既能區(qū)分各個中斷源的請求，又能確定首先為哪一個中斷源服務(wù)。為了

解決這一問題，通常給各中斷源規(guī)定了優(yōu)先級別，稱為優(yōu)先權(quán)。當(dāng)兩個或者兩個以上的中斷

源同時提出中斷請求時，計算機首先為優(yōu)先權(quán)最高的中斷源服務(wù)，服務(wù)結(jié)束后，再響應(yīng)級別

較低的中斷源。計算機按中斷源級別高低逐次響應(yīng)的過程稱優(yōu)先權(quán)排隊。這個過程可以通過

硬件電路來實現(xiàn)，也可以通過程序查詢來實現(xiàn)。

3）能實現(xiàn)中斷嵌套

當(dāng)CPU響應(yīng)某一中斷的請求，正在進行中斷處理時，若有優(yōu)先權(quán)級別更高的中斷源發(fā)

出中斷申請，則CPU能中斷正在進行的中斷服務(wù)程序，并保留這個程序的斷點（類似于子

程序嵌套），響應(yīng)高級中斷，在高級中斷處理完以后，再繼續(xù)執(zhí)行被中斷的中斷服務(wù)程序。

這個過程稱中斷嵌套，其示意圖如圖4.2所示。如果發(fā)出新的中斷申請的中斷源的優(yōu)先權(quán)級

別與正在處理的中斷源同級或更低時，則CPU暫時不響應(yīng)這個中斷申請，直至正在處理的

中斷服務(wù)程序執(zhí)行完以后才去處理新的中斷申請。

圖4.1中斷流程圖圖4.2中斷嵌套流程圖

2.什么是中斷優(yōu)先級？中斷優(yōu)先級處理的原則是什么？

解：通常，在系統(tǒng)中有多個中斷源，有時會出現(xiàn)兩個或更多個中斷源同時提出中斷請求

的情況。這就要求計算機既能區(qū)分各個中斷源的請求，又能確定首先為哪一個中斷源服務(wù)。

為了解決這一問題，通常給各中斷源規(guī)定了優(yōu)先級別，稱為優(yōu)先權(quán)。

當(dāng)兩個或者兩個以上的中斷源同時提出中斷請求時，計算機首先為優(yōu)先權(quán)最高的中斷源

服務(wù)，服務(wù)結(jié)束后，再響應(yīng)級別較低的中斷源。計算機按中斷源級別高低逐次響應(yīng)的過程稱

優(yōu)先權(quán)排隊。

3.CPU響應(yīng)中斷的條件是什么？

解：一般情況下CPU響應(yīng)中斷的條件主要有以下幾點。

（1）有中斷源發(fā)出中斷申請。

（2）中斷總允許位為1（不同的計算機該標(biāo)志位符號不同，例如，在80C51單片機中為

EA,在8086處理器中為IF等），此時CPU允許所有可屏蔽中斷源申請中斷。

（3）申請中斷的中斷源的中斷允許位為1,即此中斷源可以向CPU申請中斷。

以上是CPU響應(yīng)中斷的基本條件。如果滿足，CPU一般會響應(yīng)中斷，但如果有下列任何一

種情況存在，則中斷響應(yīng)會受到阻斷。

4.引進中斷技術(shù)的主要優(yōu)點是什么？

解：計算機引進中斷技術(shù)之后主要有如下優(yōu)點。

1）分日瞳作

在計算機與外部設(shè)備交換信息時，存在高速的CPU和慢速的外設(shè)（如打印機等）之間

的矛盾，若采用軟件查詢的方式，則不但占用了CPU操作時間，而且響應(yīng)速度慢。有了中

斷功能就解決了快速的CPU與慢速的外設(shè)之間的矛盾。此時，CPU在啟動外設(shè)工作后，繼

續(xù)執(zhí)行主程序，同時外設(shè)也在工作，每當(dāng)外設(shè)做完一件事，就發(fā)出中斷申請，請求CPU中

斷它正在執(zhí)行的程序，轉(zhuǎn)去執(zhí)行中斷服務(wù)程序（一般情況是處理I/O數(shù)據(jù)），中斷處理完之

后，CPU恢復(fù)執(zhí)行主程序，外設(shè)仍繼續(xù)工作。這樣CPU可以命令多個外設(shè)（如鍵盤、打印

機等）同時工作，從而大大提高了CPU的工作效率。

2）實現(xiàn)實時處理

在實時控制中，現(xiàn)場的各個參數(shù)、信息是隨時間和現(xiàn)場情況不斷變化的。有了中斷功能,

外界的這些突發(fā)變化量可以根據(jù)要求，隨時向CPU發(fā)出中斷請求，要求CPU及時處理，

CPU就可以馬上響應(yīng)（若中斷響應(yīng)條件滿足）加以處理。這樣的及時處理在查詢方式下是

做不到的，從而大大減少了CPU的等待時間。

3）故障處理

計算機在運行過程中，難免會出現(xiàn)一些事先無法預(yù)料的故障，如存儲出錯，運算溢出，

電源突跳等。有了中斷功能，計算機就能自行處理，而不必停機處理。

5.在中斷響應(yīng)過程中，為什么通常要保護現(xiàn)場？如何保護？

解：因為一般主程序和中斷服務(wù)程序都可能會用到累加器、狀態(tài)標(biāo)志寄存器及其他一些

寄存器。CPU在進入中斷服務(wù)程序后，用到上述寄存器時，就會破壞它原來存在寄存器中

的內(nèi)容，一旦中斷返回，將會造成主程序的混亂。因此，在進入中斷服務(wù)程序后，一般要先

保護現(xiàn)場，通常是把這些需要保護的內(nèi)容壓入稱為堆棧的存儲區(qū)（有關(guān)堆棧的內(nèi)容詳見5.3

節(jié)），然后再執(zhí)行中斷處理程序，在返回主程序以前，再恢復(fù)現(xiàn)場，即把保護的內(nèi)容再從堆

棧中彈出到累加器或者寄存器等。對于要保護的內(nèi)容一定要全面考慮，不能遺漏。

第二篇單片機原理及應(yīng)用思考與練習(xí)答案

第5章單片機結(jié)構(gòu)及原理思考與練習(xí)

1.AT89S51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)部主要包含有CPU、存儲器、可編程I/O口、定時/計數(shù)器、串行口

等，各部分通過內(nèi)部總線相連。各部分主要功能如下：

中央處理器（CPU）

中央處理器是單片機最核心的部分,是單片機的大腦和心臟,主要完成運算和控制功能。

80C51的CPU是一個字長為8位的中央處理單元，即它對數(shù)據(jù)的處理是以字節(jié)為單位進行

的。

內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器（內(nèi)部RAM）

80C51中共有256個RAM單元，但其中能作為寄存器供用戶使用的僅有前面128個，

后128個被專用寄存器占用。其可存儲程序在運行時的變量和數(shù)據(jù)。

內(nèi)部程序存儲器（內(nèi)部ROM）

80c51共有4KB掩膜ROM,用于存放程序、原始數(shù)據(jù)等。

定時/計數(shù)器

80C51共有2個16位的定時/計數(shù)器，可以實現(xiàn)定時和計數(shù)功能。

并行I/O口

80c51共有4個8位的I/O口，可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的并行輸入、輸出。

串行口

80C51有1個全雙工的可編程串行口，以實現(xiàn)單片機和其它設(shè)備之間的串行數(shù)據(jù)傳送。

時鐘電路

80C51單片機內(nèi)部的時鐘電路為單片機產(chǎn)生時鐘脈沖序列。使計算機在時鐘信號的驅(qū)動

下，按照嚴格的節(jié)拍順序執(zhí)行各種操作。

2.簡述ALE/樂55和運/VPP引腳的功能。

解：ALE/而55：該引腳有兩種功能，即地址鎖存允許輸出/編程脈沖輸入端。

在訪問片外存儲器時，ALE作為鎖存擴展地址低位字節(jié)的輸出控制信號（稱允許鎖存地址）,

在一個指令周期中將丟失一個脈沖。在不訪問片外存儲器時，該端也以1/6的時鐘振蕩頻率

固定輸出正脈沖，可供定時或其他需要使用，還可檢測CPU是否已經(jīng)工作。ALE端的負載

驅(qū)動能力為8個LSTTL（低功耗高速TTL）。

在固化片內(nèi)存儲器的程序（也稱為燒錄程序）時，此引腳用于輸入編程負脈沖。

EA/VPP：該引腳有兩種功能，即內(nèi)、外程序存儲器選擇/編程電源輸入端。

當(dāng)云端接高電平時，CPU從片內(nèi)程序存儲器地址0000H單元開始執(zhí)行程序。當(dāng)?shù)刂烦?/p>

4KB（AT89s52為8KB）時，將自動執(zhí)行片外程序存儲器的程序。當(dāng)直端接低電平時，CPU

僅訪問片外程序存儲器。即CPU直接從片外程序存儲器0000H單元開始執(zhí)行程序。

在對片內(nèi)程序存儲器編程時，此引腳用于施加編程電壓VPP。80c51系列單片機不同型號單

片機的編程電壓不同，有12V和5V等幾種。

3.如何認識80c51單片機存儲器空間在物理結(jié)構(gòu)上可劃分為四個空間，而在邏輯上又

可劃分三個空間？

答：80C51存儲器是采用將程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器分開尋址的結(jié)構(gòu)，其存儲器空間在物理

結(jié)構(gòu)上可劃分為如下四個空間：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。

邏輯上又劃分如下三個空間：片內(nèi)256B數(shù)據(jù)存儲器地址空間，片外64KB的數(shù)據(jù)存儲

器地址空間，和64KB程序存儲器。因為片內(nèi)、片外的程序存儲器地址編排是連續(xù)統(tǒng)一的，

因而在邏輯上把它作為一個空間，

在訪問三個不同的邏輯空間時;應(yīng)采用不同形式的指令，以產(chǎn)生不同存儲空間的選通信

號。

4.開機復(fù)位后，80C51單片機CPU使用的是哪組工作寄存器？它們的地址是什么？

CPU如何確定和改變當(dāng)前工作寄存器組？

答：開機復(fù)位后，CPU使用的是第0組工作寄存器。它們的地址是00?07。CPU通過對

程序狀態(tài)字PSW中RSI、RS0的設(shè)置來確定和改變當(dāng)前工作寄存器組。

5.什么是堆棧？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，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。

系統(tǒng)復(fù)位后，SP初始化為07H,使得堆棧事實上由08H開始。因為08H?1FH單元為工作

寄存器區(qū)1?3,20H?2FH為位尋址區(qū)。在程序設(shè)計中很可能要用到這些區(qū)，所以用戶在編

程時要對堆棧指針SP重新賦值，最好把SP初值設(shè)為2FH或更大值，當(dāng)然同時還要顧及其

允許的深度。在使用堆棧時要注意，由于堆棧的占用，會減少內(nèi)部RAM的可利用單元，如

設(shè)置不當(dāng)，可能引起內(nèi)部RAM單元沖突。如果CPU在操作中要使用兩組工作寄存器，SP

的初值應(yīng)大于10H?

6.AT89s51的時鐘周期、機器周期、指令周期是如何分配的？當(dāng)振蕩頻率為8MHz時，

一個單片機周期為多少微秒？

答：80C51的時鐘周期是最小的定時單位，也稱為振蕩周期或節(jié)拍。一個機器周期包含

12個時鐘周期或節(jié)拍。不同的指令其指令周期一般是不同的，可包含有1、2、3、4個機器

周期。當(dāng)振蕩頻率為8MHz時，一個單片機時鐘周期為0.125微秒。

7.在AT89S51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：在訪問片外程序存儲器和片外數(shù)據(jù)存儲器邏輯空間時，因為采用了不同形式的指令，產(chǎn)

生不同的存儲空間的選通信號，所以不會發(fā)生總線沖突。

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

答：PSW是8位寄存器，用于作為程序運行狀態(tài)的標(biāo)志。

當(dāng)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(biāo)

志位置1或清0。這些標(biāo)志的狀態(tài)，可由專門的指令來測試，也可通過指令來讀出。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位置如上所示，下

面說明各標(biāo)志位的作用。

P：奇偶標(biāo)志，該位始終跟蹤累加器A內(nèi)容的奇偶性。如果有奇數(shù)個力”，則置P為1,否

則置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(biāo)志位P。

F1：用戶標(biāo)志，由用戶置位或復(fù)位。

OV：溢出標(biāo)志，有符號數(shù)運算時，如果發(fā)生溢出時，OV置“1”，否則清“0”。對于一個字節(jié)

有符號數(shù)，如果用最高位表示正、負號、則只有7位有效位，能表示一128?+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。例

如下面所示兩個正數(shù)相加超過+127范圍時，使其符號由正變負，由于溢出得負數(shù)，結(jié)果是

錯誤的，這時OV=1；兩個負數(shù)相加，和小于一128,由于溢出得正數(shù)，OV=1。

此外，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。

表RSO、RS1對工作寄存器組的選擇

RSIRS0寄存器組片內(nèi)RAM地址

0第0組OOH~07H

1第1組08H~0FH

0第2組10H?17H

11第3組18H~1FH

RSO、RS1：工作寄存器組選擇位，用以選擇指令當(dāng)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(dāng)前選用的工作寄存器組，其組合關(guān)系如表3-5。

單片機在復(fù)位后，RS0=RSl=0,CPU自然選中第0組為當(dāng)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。

F0：用戶標(biāo)志位，同F(xiàn)1。

AC：半進位標(biāo)志，當(dāng)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)

有進位（或借位），AC置“I”，否則清“0”。AC亦可用于BCD碼調(diào)整時的判別位。

CY：進位標(biāo)志，在進行加法（或減法）運算時，如果操作結(jié)果最高位（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.位地址7cH與字節(jié)地址7cH有何區(qū)別？位地址7cH具體在內(nèi)存中什么位置？

答：位地址7cH表示7cH這一二進制位的地址，字節(jié)地址7cH表示地址為7cH的單元地

址。位地址7cH在內(nèi)存中2FH單元的第4位。

10.AT89s51單片機4個I/O端口的作用是什么？AT89S51的片外三總線是如何分配的？

答：AT89s51單片機有4個I/O端口，每個端口都是8位雙向口，共占32根引腳。每

個端口都包括一個鎖存器（即專用寄存器P0?P3）、一個輸出驅(qū)動器和輸入緩沖器。通常把

4個端口稱為P0?P3。在無片外擴展存儲器的系統(tǒng)中，這4個端口的每一位都可以作為雙

向通用I/O端口使用。在具有片外擴展存儲器的系統(tǒng)中，P2口作為高8位地址線，P0口分

時作為低8位地址線和雙向數(shù)據(jù)總線。

11.AT89S51單片機4個I/O端口在結(jié)構(gòu)上有何異同？使用時有何注意事項？

答：P0口既可以作為通用I/O口使用，也可以作為地址/數(shù)據(jù)線使用，所以在P0口的電路中

有一個多路轉(zhuǎn)換開關(guān)MUX。P0口的輸出級與P1?P3口的輸出級在結(jié)構(gòu)上是不同的，主要

不同點是無內(nèi)部上拉電阻，因此它們的負載能力和接口要求也各不相同，P1?P3口也被稱

作準雙向口。

P0口的每一位可驅(qū)動8個LSTTL負載。P0既可做I/0端口使用，也可作地址/數(shù)據(jù)總

線使用。當(dāng)把它作通用口輸出時，只有外接上拉電阻，才有高電平輸出；作地址/數(shù)據(jù)總線

時，無需外接電阻，此時不能再作I/O口使用。

P1?P3口輸出級接有內(nèi)部上拉負載電阻，每位可驅(qū)動4個LSTTL負載，能向外提

供拉電流負載，所以不必再外接上拉電阻。

P2口的位結(jié)構(gòu)比P1多了一個轉(zhuǎn)換控制部分。當(dāng)P2口作通用I/O口時，多路開關(guān)MUX

倒向鎖存器輸出Q端，構(gòu)成輸出驅(qū)動電路。

在系統(tǒng)擴展片外程序存儲器時，由P2口輸出高8位地址（低8位地址由P0口輸出）。

此時MUX在CPU的控制下，轉(zhuǎn)向內(nèi)部地址線的一端。

P3口是多功能端口。若第二輸出功能端保持“1”電平，打開“與非”門，鎖存器輸出可通

過“與非，，門送至FET輸出到引腳端，這是作通用I/O口輸出使用情況。輸入時，仍通過三

態(tài)緩沖器讀引腳信號。

當(dāng)端口用于第二功能情況下輸出時，鎖存器輸出Q為1,打開“與非”門，第二輸出功

能端內(nèi)容通過“與非”門和FET送至端口引腳，從而實現(xiàn)第二功能信號輸出；輸入時，端口

引腳的第二功能信號通過緩沖器送到第二輸入功能端。

P0?P3口都是雙向I/O口，作輸入時，必須先在相應(yīng)端口鎖存器上寫“1”，使驅(qū)動管

FET截止。系統(tǒng)復(fù)位時，端口鎖存器全為T”。

12.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，單片機在啟動運行時，都需要先復(fù)位，它的作用是使

CPU和系統(tǒng)中其它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。

上電復(fù)位利用電容器充電來實現(xiàn)，上電瞬間，RC電路充電，RST引腳端出現(xiàn)正脈沖，

只要RST引腳端保持2個機器周期以上高電平，就能使單片機復(fù)位。為了可靠地復(fù)