单片微型计算机原理与接口技术 - 髙锋版 - 课后答案全集

单片微型计算机原理与接口技术_髙锋版

课后答案

第一章 略

第二章 【单片机的基本结构】

思考与练习题解析

【2-1】8()C51单片机在片内集成了哪些主要逻辑功能部件?各个逻辑部件的最主要功能是什么? 【答】80C51单片机在片内主要包含中央处理器CPU(算术逻辑单元ALU及控制器等)、只读存储器ROM、读／写存储器RAM、定时器／计数器、并行I／O口Po～P3、串行口、中断系统以及定时控制逻辑电路等，各部分通过内部总线相连。 1．中央处理器(CPU)

单片机中的中央处理器和通用微处理器基本相同，是单片机的最核心部分，主要完成运算和控制功能，又增设了“面向控制”的处理功能，增强了实时性。80C51的CPU是一个字长为8位的中央处理单元。 2．内部程序存储器

根据内部是否带有程序存储器而形成三种型号：内部没有程序存储器的称为80C31；内部带ROM的称为80c51，80c51共有4 KB掩膜ROM；内部以EPROM代替RoM的称为87C51。 程序存储器用于存放程序和表格、原始数据等。 3．内部数据存储器(RAM)

在单片机中，用读／写存储器(RAM)来存储程序在运行期间的工作变量和数据。80C51中共有256个RAM单元。 4．I／O口

单片机提供了功能强、使用灵活的I／O引脚，用于检测与控制。有些I／O引脚还具有多 种功能，比如可以作为数据总线的数据线、地址总线的地址线或控制总线的控制线等。有的单片机I／0引脚的驱动能力增大。

5．串行I／O口

目前高档8位单片机均设置了全双工串行I／0口，用以实现与某些终端设备进行串行通信，或与一些特殊功能的器件相连的能力，甚至用多个单片机相连构成多机系统。有些型号的单片机内部还包含两个串行I／O口。

6·定时器／计数器

80c51单片机内部共有两个16位定时器／计数器，80C52则有3个16位定时器／计数器。 定时器／计数器可以编程实现定时和计数功能。 7．中断系统

80C51单片机的中断功能较强，具有内、外共5 个中断源，具有两个中断优先级。 8．定时电路及元件

单片机内部设有定时电路，只需外接振荡元件。近年来有些单片机将振荡元件也集成到 芯片内部。单片机整个工作是在时钟信号的驱动下，按照严格的时序有规律地一个节拍一个 节拍地执行各种操作。

【2-2】80C51单片机引脚有哪些第二功能?

【答】80C51单片机的P0、P2和P3引脚都具有第二功能。

第一功能 第二变异功能

P0.0～P0.7 地址总线Ao～A7／数据总线D0~D7 P2.0～P2.7 地址总线A8~A15 P3.0 RXD(串行输入口)

P3.1 TXD(串行输出口) P3.2 INT0外部中断0) P3.3 IINT1(外部中断1)

P3.4 TO(定时器／计数器0的外部输入) P3.5 T1(定时器／计数器0的外部输出) P3.6 WR(外部数据存储器或I／O的写选通) P3.7 RD外部数据存储器或I／O的读选通) 【2-3】程序计数器PC和数据指针DPTR有哪些异同?

【答】程序计数器PC中存放的是下一条将要从程序存储器中取出的指令的地址。DPTR是数据指针，在访问外部数据存储器或I／O时，作为地址使用；在访问程序存储器时，作为基址寄存器。

①PC和DPTR都是与地址有关的16位寄存器。其中PC与程序存储器的地址有关，而DPTR与数据存储器或I/O的端口地址有关。作为地址寄存器使用时，PC与DPTR都是通过P0和P2口输出的。PC的输出与ALE及PSEN信号有关，DPTR的输出则与ALE、WR和RD信号有关。

②PC只能作为16位寄存器。PC是不可访问的，它不属于特殊功能寄存器，有自己独特的变化方式。DPTR可以作为16位寄存器，也可以作为两个8位寄存器DPL和DPH。DPTR是可以访问的，DPL和DPH都位于特殊功能寄存器区中。 【2—4】 80C51单片机的存储器在结构上有何特点？在物理上和逻辑上各有哪几种地址空间?访问片内RAM和片外RAM的指令格式有何区别?

【答】80C5l单片机采用哈佛(Har—yard)结构，即将程序存储器和数据存储器截然分开，分别进行寻址。不仅在片内驻留一定容量的程序存储器和数据存储器及众多的特殊功能寄存器，而且还具有较强的外部存储器扩展能力，扩展的程序存储器和数据存储器寻址范围都可达64 KB。 1．在物理上设有4个存储器空间

·片内程序存储器； ·片外程序存储器；

·片内数据存储器； ． ·片外数据存储器。

2．在逻辑上设有3个存储器地址空间

? 片内、片外统一的64 KB程序存储器地址空间。

? 片内256字节(80C52为384字节)数据存储器地址空间。 片内数据存储器空间在物理上又包含两部分： ? 对于80C51型单片机，0～127字节为片内数据存储器空间；128～255字节为特殊功能寄存器(SFR)

空间(实际仅占用了20多个字节)。

? 对于80C52型单片机，O～127字节为片内数据存储器空间；128～255字节共128个字节是数据

存储器和特殊功能寄存器地址重叠空间。 片外64 KB的数据存储器地址空间。

在访问3个不同的逻辑空间时，应采用不同形式的指令，以产生不同存储空间的选通信号。访问片内RAM采用MOV指令，访问片外RAM则一定要采用MOVX指令，因为MOVX指令会产生控制信号RD或WR，用来访问片外RAM。访问程序存储器地址空间，则应采用MOVC指令。

【2—5】80C51单片机的EA信号有什么功能?在使用80C51时，EA信号引脚应如何处理?在使用80C31时，EA信号引脚应如何处理?

【答】80C51单片机的EA信号被称为“片外程序存储器访问允许信号”。CPU访问片内还是片外程序存储器，可由EA引脚所接的电平来确定：

? EA引脚接高电平时，程序从片内程序存储器地址为0000H开始执行，即访问片内存储器；当PC

值超出片内ROM容量时，程序会自动转向片外程序存储器空间执行。片内和片外的程序存储器地址空间是连续的。

? EA引脚接低电平时，迫使系统全部执行片外程序存储器0000H开始存放的程序。对于有片内ROM

的80C51／87C51单片机，应将EA引脚接高电平。在使用80C31单片机时，EA信号引脚应接低电平，即此时程序存储器全部为外部扩展。

【2—6】80C51单片机片内RAM低128个存储单元划分为哪3个主要部分?各部分主要功能是什么? 【答】80C51片内RAM的低128个存储单元划分为3个主要部分：

·寄存器区。共4组寄存器，每组8个存储单元，各组以R0～R7作为单元编号。常用于保存操作数及中间结果等。：R0～R7也称为“通用工作寄存器”，占用00H～1FH共32个单元地址。

·位寻址区。单元地址为20H~2FH，既可作为一般RAM单元使用，按字节进行操作，也可对单元中的每一位进行位操作。因此，称为“位寻址区”。寻址区共有16个RAM单元，共计128位，位地址为OOH～7FH。

·用户RAM区。在内部RAM低128单元中，除去前面两个区，剩下80个单元，单元地址为30H～7FH。在用户RAM区内可以设置堆栈区。

【2—7】程序存储器的哪些单元被保留用于特定场合?

【答】80C51单片机复位后，程序计数器PC的地址为0000H，所以系统从0000H单元开 始取指，并执行程序。0000H是系统的启动地址，一般在该单元设置一条绝对转移指令，使之转向用户主程序处执行。 0003H～002DH单元被保留用于6个中断源的中断服务程序的入口地址，故有以下7个特定地址被保留： 复位 0000H 外部中断O 0003H 计时器TO溢出 000BH 外部中断1 0013H 计时器T1溢出 001BH 串行口中断 0023H

计时器T2／T2EX 002BH(仅对80C52单片机)

由于每个中断入口之间的间隔仅为8个地址单元，所以在程序设计时，通常在这些中断入口处设置一条无条件转移指令，使之转向对应的中断服务子程序处执行。

【2—8】80C51单片机设有4个通用工作寄存器组，有什么特点?如何选用?如何实现工作寄存器的现场保护?

【答】片内数据RAM区的O～31(OOH～1FH)，共32个单元，是4个通用工作寄存器组，每个组包含8个8位寄存器，编号为R0～R7，工作寄存器组如表2-l所列。在某一时刻，只能选用一个寄存器组。可以通过软件对程序状态字PSW中：RS0、RSl两

位的设置来实现。设置RS0,RSl时，可以对PSW采用字节寻址方式，也可以采用位寻址方

式，间接或直接修改RS0、RSl的内容。例如，若．RS0、RSl均为1，则选用工作寄存器3组为当前工作寄存器。若需要选用工作寄存器2组，则只需将RS0改成0．可用位寻址方式 (即“CLR PSW.3”；其中：PSW.3为RS0位的符号地址)来实现。特别是在中断嵌套时，只要通过软件对程 序状态字PSW中的RS0、RSl两位进行设置，切换工作寄存器组，就可以极其方便地实现对工作寄存器的现场保护。 【2—9】什么是堆栈?堆栈有哪些功能? 设计时，为什么还要对SP重新赋值? 表2—1工作寄存器组

┏━━━━┳━━━┳━━━━┳━━━━━━━━━━┓ ┃ RSI ┃ RS0 ┃ 组号 ┃ 寄存器RO～R7地址 ┃ ┣━━━━╋━━━╋━━━━╋━━━━━━━━━━┫ ┃ O ┃ 0 ┃ O组 ┃ 00H～07H ┃ ┣━━━━╋━━━╋━━━━╋━━━━━━━━━━┫ ┃ O ┃ 1 ┃ l组 ┃ 08H～OFH ┃ ┣━━━━╋━━━╋━━━━╋━━━━━━━━━━┫ ┃ 1 ┃ O ┃ 2组 ┃ ：10H～17H ┃ ┣━━━━╋━━━╋━━━━╋━━━━━━━━━━┫ ┃ 1 ┃ l ┃ 3组 ┃ 18H～1FH ┃

┗━━━━┻━━━┻━━━━┻━━━━━━━━━━┛ 堆栈指针SP的作用是什么?在程序

【答】堆栈是在片内数据RAM区中，数据按照“先进后出”或“后进先出”原则进行管理的区域。堆栈功能有两个：保护断点和保护数据。在子程序调用和中断操作时这两个功能特别有用。在80C51单片机中，堆栈在子程序调用和中断时会把断点地址自动进栈和出栈。进栈和出栈的指令(PUSH、POP)操作可用于保护现场和恢复现场。由于子程序调用和中断都允许嵌套，并可以多级嵌套，而现场的保护也往往使用堆栈，所以一定要注意给堆栈以一定的深度，以免造成堆栈内容的破坏而引起程序执行的“跑飞”。 堆栈指针SP在80C51中存放当前的堆栈栈顶所指存储单元地址的一个8位寄存器。80C51单片机的堆栈是向上生成的，即进栈时SP的内容是增加的；出栈时SP的内容是减少的。

系统复位后。80C51的SP内容为07H。若不重新定义，则以07H为栈底，压栈的内容从08H单元开始存放。但工作寄存器R0～R7有4组，占有内部RAM地址为00H～1FH，位寻址区占有内部RAM地址为20H～2FH。若程序中使用了工作寄存器1～3组或位寻址区，则必须通过软件对SP的内容重新定义，使堆栈区设定在片内数据RAM区中的某一区域内(如30H)，堆栈深度不能超过片内RAM空间。 【2-10】80C51单片机的特殊功能寄存器SFR区有哪些特点?

【答】特殊功能寄存器SFR区是80C51单片机中各功能部件所对应的寄存器区，用来存放相应功能部件的控制命令寄存器、状态寄存器或数据寄存器的区域。这是80C51系列单片机中最有特色的部分。 ．

80C51系列单片机设有128字节片内数据RAM结构的特殊功能寄存器区。除程序计数器PC和4个通用工作寄存器组外，其余所有的寄存器都在这个地址空间之内。特殊功能寄存器在128字节空间中只分布了很小部分，这为80C51单片机系列功能的增加提供了极大的可能性。所有80C51单片机系列功能部件的增加和扩展几乎都是通过增加特殊功能寄存器来达到的。

在80C51的21个特殊功能寄存器中，字节地址中低位地址为0H或8H的特殊功能寄存 器，除有字节寻址能力外，还有位寻址能力。其中对于PO～P1口4个特殊功能寄存器的位寻址使I／O的控制功能得到了增强。

【2-11】80C51单片机的布尔处理机包括哪些部分?它们具有哪些功能?共有多少个单元可以位寻址?

【答】在80C51单片机系统中，专门设置了一个结构完整、功能极强的布尔(位)处理机。这是一个完整的一位微计算机，它具有自己的CPU、寄存器、I／0、存储器和指令集。80C51单片机把8位机和布尔(位)处理机的硬件资源复合在一起，这是80C51系列单片机的突出优点之一，给实际应用带来了极大的方便。 布尔处理机系统包括以下几个功能部件。

·位累加器：借用进位标志位CY。在布尔运算中，cY既是数据源之一，又是运算结果的存放处和位数据传送的中心。根据CY的状态实现程序条件转移：JC rel、JNC reI ·位寻址的RAM：内部RAM位寻址区中的0～127位(20H～2FH)。 ·位寻址的寄存器：特殊功能寄存器SF、R中的可位寻址的位。 ·位寻址的I／O口：并行I／O口中可位寻址的位(如P1．0)。

·位操作指令系统：位操作指令可实现对位的置位、清零、取反、位状态判跳、传送、位逻辑运算、位输入／输出等操作。

布尔处理机的程序存储器和ALU与字节处理器合用。利用内部并行I／O口的位操作，提高了测控速度，增强了实时性。利用位逻辑操作功能把逻辑表达式直接变换成软件进行设计和运算，免去了过多的数据往返传送、字节屏蔽和测试分支，大大简化了编程，增强了实时性能。还可实现复杂的组合逻辑处理功能。因此，一位机在开关决策、逻辑电路仿真和实时控制方面非常有效。

可以位寻址的单元包括两部分：一是内部RAM位寻址区中的0～127位(20H～2FH)； 二是SFR中字节地址的低位地址为0H或8H的特殊功能寄存器。

【2一12】80C5l单片机的节拍、状态、机器周期、指令周期是如何设置的?当主频为12 MHz时，各种周期等于多少微秒?

【答】把单片机振荡脉冲的周期定义为节拍。节拍经过二分频后，就是单片机的时钟信号。时钟信号周期定义为状态S，其前半周期对应的节拍叫P1，后半周期对应的节拍叫P2。

一个机器周期宽度为6个状态，并依次表示为S1～S6。由于一个机器周期共有12个振荡脉冲周期，

因此，机器周期就是振荡频率的1／12。机器周期是80C51单片机的最小时间单位。执行一条指令的时间被称为“指令周期”，80C51单片机执行一条指令的时间包含有1个、2个或4个机器周期。当主频为12 MHz时，振荡脉冲的周期为1／12μs，状态周期为1／6μs，机器周期为1 μs， 指令周期为1～4μs 【2一13】程序存储器指令地址、堆栈地址和外接数据存储器地址各使用什么指针?为什么?

【答】程序存储器指令地址使用程序计数器PC指针，PC中存放的是下一条将要从程序存储器中取出的指令的地址。程序计数器PC变化的轨迹决定程序的流程。PC最基本的工作方式是自动加1。在执行条件转移或无条件转移指令时，将转移的目的地址送入程序计数器，程序流向发生变化。在执行调用指令或响应中断时，将子程序的入口地址或者中断矢量地址送人PC，程序流向发生变化。 堆栈地址使用堆栈指针．SP。SP在80C51中存放当前的堆栈栈顶所指存储单元地址，是一个8位寄存器，对数据按照“先进后出”原则进行管理。外接数据存储器地址使用数据指针DPTR。DPTR是一个16位特殊功能寄存器，主要功能是作为片外数据存储器或I／0寻址用的地址寄存器，这时会产生RD或wR控制信号，用于单片机对外扩的数据存储器或I／0的控制。数据指针DPTR也可以作为访问程序存储器时的基址寄存器，此时是寻址程序存储器中的表格、常数等单元，而不是寻址指令。

【2-14】请说明80C51单片机ALE引脚的时序功能，并举例说明其在系统中有哪些应用? 【答】80C51单片机ALE引脚是地址锁存允许信号。在系统中主要有两种应用：

①在访问片外存储器或I／O时，用于锁存低8位地址，以实现低8位地址A0～A7与数据DO～D7的隔离。在ALE的下降沿将P0口输出的地址A0～A7通过锁存器锁存，然后在PO口上出现DO～D7。

②由于ALE以1／6振荡频率的固定速率输出，因此，可以作为对外输出的时钟或外部定 时脉冲，比如ALE信号可以做ADC0809的时钟。

【2—15】说明80C51单片机的程序状态字PSW的主要功能。

【答】程序状态字PSW(Program Status Word)是一个程序可访问的8位寄存器，其内容的主要部分是算术逻辑运算单元ALU的输出，例如，奇偶校验位P、溢出标志位OV、辅助进位标志位AC及进位标志位CY，都是ALU运算结果的直接输出。一些条件转移指令就是根据PSW中的相关标志位的状态来实现程序的条件转移。

程序状态字PSW如图2-1所示。

CY AC FO Rsl l RS0 OV — P l

图2—1程序状态字PSW

1．P——奇偶标志位

该位表示累加器A中值为1的个数的奇偶性。若累加器A中值为1的个数是奇数，则P 置位(奇校验)；否则，P清除(偶校验)。 在串行通信中，常以传送奇偶校验位来检验传输数据的可靠性。通常将P置入串行帧中的奇偶校验位。 2．OV——溢出标志位

当执行运算指令时，由硬件置位或清除，以指示运算是否产生溢出。OV置位表示运算结果超出了目的寄存器A所能表示的带符号数的范围(一128～+127)。

若以Ci表示位i向位i+1有进位，则0V=C6①C7。当位6向位7有进位(或借位)，而位7不向cY进位(或借位)；或当位7向c进位(或借位)，而位6不向位7进位(或借位)时，OV标志置位，表示带符号数运算时运算结果是错误的；否则，清除0V标志，运算结果正确。

对于MUL乘法，当A、B两个乘数的积超过255时，OV置位；否则，OV=0。 对于DIV除法，若除数为0，OV=l；否则，OV=O。

3．RSl、RS0——4组工作寄存器组选择位

用于设定当前工作寄存器的组号，参见表2—1。 4．AC——辅助进位标志位

当进行加法或减法运算时，若低4位向高4位数发生进位(或借位)，．AC将被硬件置位；否则，被清除。在十进制调整指令DA中要用到AC标志位状态。 5．CY——进位标志位

在进行算术运算时，可以被硬件置位或清除，以表示运算结果中高位是否有进位(或借位)。在布尔处

理器中，CY被认为是位累加器。 6．F0——用户标志位

开机时该位为0。用户可根据需要，通过位操作指令将FO置1或者清0。当CPU执行对F0位测试条件转移指令时，根据FO的状态实现分支转移，相当于“软开关”。 【2—16】80C51单片机的片内外最大存储容量可达多大? ’

【答】80C51单片机存储容量应包括程序存储器和数据存储器两部分。80C51具有16条地址线，PC指针为16位，因此，程序存储器最大容量为64 KB。数据指针DPTR为16位，因此，外扩数据存储器最大容量为64 KB，再加上片内具有的256个存储单元，80C51单片机的

片内外最大存储容量可达128．256 KB。采用其他地址译码方法，80C51单片机存储容量会得到更大的扩展。 【2-17】80C51单片机片外数据存储器与片内数据存储器地址允许重复，并与程序存储器地址也允许重复，如何区分?

【答】80C5l单片机对片外数据存储器、片内数据存储器及程序存储器采用不同的指令，会产生不同的控制信号。片外数据存储器有读RD和写WR控制信号，程序存储器有读PSEN控制信号，因此，扩展时虽然数据线和地址线重复，但由不同的控制信号加以区别。片内数据存储器地址采用MOVC指令，不会产生读RD和写WR控制信号。

【2-18】使80C51单片机复位有哪几种方法?复位后单片机的初始状态，即各寄存器及RAM中的状态如何? 【答】复位操作有上电自动复位、按键电平复位和外部脉冲复位3种方式。上电自动复位是通过外部复位电路的电容充电来实现的；按键电平复位是通过按压键使复位端经电阻与VCC接通而实现的；外部脉冲复位是由外部提供一个宽度大于两个机器周期复位脉冲而实现的。 复位操作把Pc初始化为0000H，使单片机从0000H单元开始执行程序。当由于程序运行出错或操作错误使系统处于死锁状态时，可以按复位键以重新启动，也可以通过监视定时器来强迫复位。

除PC之外，复位操作还对其他一些特殊功能寄存器有影响，SFR的复位状态如表2-2所列。复位操作还对单片机的个别引脚信号有影响。例如在复位期间，ALE和PSEN信号变为无效状态，即ALE=1，PSEN=1。复位操作对RAM内容没有影响。

表2-2 SFR的复位状态

┏━━━━━━┳━━━━━━━━┳━━━━━┳━━━━━━━━┓ ┃ 寄存器 ┃ 复位时的内容 ┃ 寄存器 ┃ 复位时的内容 ┃ ┣━━━━━━╋━━━━━━━━╋━━━━━╋━━━━━━━━┫ ┃ PC ┃ 00H ┃ TCON ┃ 0X000000B ┃ ┣━━━━━━╋━━━━━━━━╋━━━━━╋━━━━━━━━┫ ┃ ACC ┃ 00H ┃ TLO ┃ OOH ┃

┣━━━━━━╋━━━━━━━━╋━━━━━╋━━━━━━━━┫ ┃ B ┃ 00H ┃THO ┃ OOH ┃ ┣━━━━━━╋━━━━━━━━╋━━━━━╋━━━━━━━━┫ ┃ PSW ┃ 00H ┃ TLl ┃ 00H ┃ ┣━━━━━━╋━━━━━━━━╋━━━━━╋━━━━━━━━┫ ┃ SP ┃ 07H ┃ THl ┃ 00H ┃ ┣━━━━━━╋━━━━━━━━╋━━━━━╋━━━━━━━━┫ ┃ DPTR ┃ 00H ┃SCON ┃ 00H ┃

┣━━━━━━╋━━━━━━━━╋━━━━━╋━━━━━━━━┫ ┃ PO~P3 ┃ FFH ┃ SBUF ┃ 不定 ┃ ┣━━━━━━╋━━━━━━━━╋━━━━━╋━━━━━━━━┫ ┃TMOD ┃ XX000000B ┃ PCON ┃ 0XXX0000B ┃

┗━━━━━━┻━━━━━━━━┻━━━━━┻━━━━━━━━┛

【2一19】80C51单片机的4个I／O口在使用上有哪些分工和特点? 【答】4个I／O口的分工和特点如下：

① P0口是一个多功能的8位口，可按字节访问也可按位访问。

? 用作I／0口。相当于一个真正的双向口：输出锁存，输入缓冲，但输入时须先将口置l；每根口

线可以独立定义为输入或输出。

? 用作地址／数据复用总线。作数据总线使用时，输入／输出8位数据D0～D7；作地址总 线用

时，输出低8位地址AO～A7。

② P1口是一个8位口，可按字节访问也可按位访问，因此，P1口不仅可以8位一组进行 输入、输出操作，还可以逐位分别定义各口线为输入线或输出线。输入时有条件，即需要先输出1，将该口设为输入状态。一般作I／o口用。

③ P2口是一个多功能的8位口，可按字节访问也可按位访问。在单片机采用并行扩展方式时，P2口作为地址总线的高8位D8～D15。

④ P3口是一个多功能的8位口，可按字节访问，也按可位访问。可作为I／0口使用，为准双向口。既可以字节操作，也可以位操作；既可以8位口操作，也可以逐位定义口线为输入线或输出线。

P3可替代输入、输出功能。 替代输入功能：

P3．0一一RXD，串行输入口。

P3．2一一IN'I、0，外部中断O的请求。 P3．3一一INTl，外部中断1的请求。

P3．4一TO，定时器／计数器O外部计数脉冲输入。 P3．5一一T1，定时器／计数器1外部计数脉冲输入。 替代输出功能：

P3．1一一TXD，串行输出口。

P3．6一一wR，外部数据存储器写选通，输出，低电平有效。 P3．7～RD，外部数据存储器读选通，输出，低电平有效。

【2—20】80C51单片机的I／0口．P0～P3用作通用I／O口时，要注意什么?

【答】PO～P3用作通用I／0口时，输入时都须先将相应端口锁存器置1，类似于置为输入方式。 I／O口：Po～P3都具有位地址，所以每根I／o口线可以独立定义为输入或输出。

PO口输出时为漏极开路输出，与NM0S的电路接口时，必须要用电阻上拉，才能有高电平输出；输入时为悬浮状态，为一个高阻抗的输入口。P1～P3口输出级接有内部上拉负载电阻，能向外提供上拉负载电流，所以不必外接上拉电阻。

【2—2l】80C51单片机有哪几种工作方式?简单说明其应用场合和特点。

【答】80C51单片机共有复位、程序执行、低功耗以及编程和校验4种工作方式。 ? 复位方式：是单片机的初始化操作，其主要功能是把程序计数器Pc初始化为0000H，使单片机从000H

单元开始执行程序。除了进入系统的正常初始化之外，当由于程序运行出错或操作错误使系统处于死锁状态时，为摆脱困境，可以按复位键重新启动，也可以通过监视定时器WDT来强迫复位。 ? 程序执行方式：是单片机的基本工作方式。

? 低功耗方式：80C5l单片机有两种低功耗方式，即待机方式和掉电保护方式。用于降低功耗，提高可

靠性。

? 编程和校验方式：对于片内具有EPROM型程序存储器的87C51(87C52)和片内具有 闪速存储器的

89C51(89C52)、78E51(78E52)等单片机，可以通过编程来修改程序储器中的程序。 【2—22】举例说明80C51单片机在工业控制系统中低功耗工作方式的意义及实现方法。

【答】有些产品和系统要求工作时功耗尽量低，有的要求在停电时采用备用电池能工作较长时间，以上这些设计和要求往往与工业控制系统的低功耗设计密切相连。工业控制系统低功耗设计除了降低功耗，节省能源，满足绿色电子的基本要求之外，还能提高系统的可靠性，满足便携式、电池供电等特殊应用场合产品的要求。

80C51单片机有两种低功耗方式，即待机(空闲)方式和掉电(停机)保护方式。待机(空闲)方式和掉电(停机)保护方式都是由电源控制寄存器PCON的有关位来控制的。电源控制寄存器是一个逐位定义的8位寄存器，其格式如图2-2所示。

┏━━━━━━━━━┳━━━━━━━━━━━━┓ ┃SMOD————— ┃GFl GF0 PD IDl。 ┃ ┗━━━━━━━━━┻━━━━━━━━━━━━┛ 图2-2电源控制寄存器PCON

SMOD 波特率倍增位，在串行口工作方式时，设SMOD=1，则波特率加倍。 GFl、GF0 通信标志位1、O，由软件置位或复位。 PD 掉电方位式，PD=1，则进入掉电工作方式。 IDL 待机方式位，IDL=1，则进入待机工作方式。

若PD位和IDL位同时为1，则先激活掉电方式。复位时PCON中所有位均为0。 1．待机方式

① 使用指令使PCON寄存器IDL位置1，则80C51进入待机方式。

? 此时振荡器仍然运行，并向中断逻辑、串行口和定时器／计数器电路提供时钟，中断功 能继续

存在。

? 向CPU提供时钟的电路被阻断，因此，CPU不能工作，与CPU有关的SP、PC、PSW、ACC以及全部

通用寄存器都被冻结在原状态。

② 可以采用中断方式或硬件复位来退出待机方式。

在待机方式下，若产生一个外部中断请求信号，在单片机响应中断的同时，IDL位被硬件自动清0，单片机就退出待机方式，而进入正常工作方式。在中断服务程序中安排一条RETI指令，就可以使单片机恢复正常工作，从设置待机方式指令的下一条指令开始继续执行程序。

在待机方式下，振荡器仍然在工作，因此，硬件复位只需保持两个机器周期的高电平就可以完成。RST端复位信号直接将IDL位清O，从而退出待机方式。CPU则从进入待机方式的下一条指令开始重新执行程序。

2．掉电保护方式 ．

①PCON寄存器的PD位控制单片机进入掉电保护方式。

80C51单片机在检测到电源故障时，除进行信息保护外，还应把PD位置1，使之进入掉电保护方式。此时单片机一切工作都停止，只有内部RAM单元的内容被保护。

②只能依靠复位退出掉电保护方式。

80C51单片机备用电源由VCC端引人。当VCC恢复正常后，只要硬件复位信号维持10 ms，就能使单片机退出掉电保护方式，CPU则从进入待机方式的下一条指令开始重新执行 【2—2】单片机“面向控制”应用的特点，在硬件结构方面有哪些体现?

【答】单片机“面向控制”应用的特点，在硬件结构方面有以下几个方面的体现：

提供了数量多、功能强、使用灵活的I／O口和串行口。在80C51单片机系统中，还特别设置了布尔(位)处理机，对并行I／O口的口线直接进行位的控制，对“面向控制”的应用带来了极大方便。

设置多个中断源，并具有可编程的中断优先级，对于实时控制非常有利。

提供了多个定时器／计数器，有的单片机内部还具有监视定时器，有利于提高单片机的实时控制能力和控制的可靠性。

第三章 【单片机的指令系统】 思考与练习题解析 【3—1】什么是指令及指令系统?

【答】控制单片机进行某种操作的命令称为“指令”。单片机就是根据指令来指挥和控制

单片机各部分协调工作。指令由二进制代码表示，指令通常包括操作码和操作数两部分：操作码规定操作的类型，操作数给出参加操作的数或存放数的地址。

所有指令的集合称为“指令系统”。80C51单片机的指令系统专用于80C51系列单片机， 是一个具有255种操作码(OOH～FFH，除A5H外)的集合。 【3—2】80C51单片机的指令系统具有哪些特点?

【答】80C51单片机的指令系统容易理解和阅读。只要熟记代表33种功能的42种助记即可。有的功能如数据传送，可以有几种助记符，如MOV、MOVc、MOVX。而指令功能助记符与操作数各种寻址方式的结合，共构造出111种指令，而同一种指令所对应的操作码可以多至8种(如指令中Rn对应寄存器R0～R7)。 80C51单片机的指令系统具有较强的控制操作类指令，容易实现“面向控制”的功能；具有位操作类指令，有较强的布尔变量处理能力。

【3—3】简述80C51指令的分类和格式。

【答】80C51的指令系统共有111条指令，按其功能可分为5大类：数据传送类指令(28条)、算术运算类指令(24条)、逻辑运算类指令(25条)、控制转移类指令(17条)和布尔操作(位)类指令(17条)。 指令的表示方法称之为“指令格式”，其内容包括指令的长度和指令内部信息的安排等。在80C51系列的指令系统中，有单字节、双字节和三字节等不同长度的指令。

·单字节指令：指令只有一个字节，操作码和操作数同在一个字节中。

·双字节指令：包括两个字节。其中一个字节为操作码，另一个字节是操作数。

·三字节指令：操作码占一个字节，操作数占两个字节。其中操作数既可能是数据，也可能是地址。 【3—4】简述80C51的指令寻址方式，并举例说明。

【答】执行任何一条指令都需要使用操作数，寻址方式就是在指令中给出的寻找操作数或操作数所在地址的方法。

80C5l系列单片机的指令系统中共有以下7种寻址方式。

①立即寻址。在指令中直接给出操作数。出现在指令中的操作数称为“立即数”，为了与直接寻址指令中的直接地址相区别，在立即数前面必须加上前缀“#”。

例如：MOV DPTR，#1234H ；1234H为立即数，直接送DPTR ②直接寻址。在指令中直接给出操作数单元的地址。

例如： MOV A，55H ；55H是操作数单元的地址，55H单元内的数据才是操作数，取出后送累加器A

③寄存器寻址。在指令中将指定寄存器的内容作为操作数。因此，指定了寄存器就能得 到操作数。寄存器寻址方式中，用符号名称来表示寄存器。

例如： INC R7 ；R7的内容为操作数，加1后再送回R7

④寄存器间接寻址。在指令中给出的寄存器内容是操作数的地址，从该地址中取出的才 是操作数。可以看出，在寄存器寻址方式中，寄存器中存放的是操作数；而在寄存器间接寻址 方式中，寄存器中存放的则是操作数的地址。

寄存器间接寻址须以寄存器符号名称的形式表示。为了区别寄存器寻址和寄存器间接寻 址，在寄存器间接寻址中，应在寄存器的名称前面加前缀“@”。

例如： ORL A．@Ro； 当R0寄存器的内容是60H时，该指令功能是以RO寄存器的内容60H为地址，将60H地址单元的内容与累加器A中的数相“或”，其结果仍存放在A中。

⑤相对寻址。在指令中给出的操作数为程序转移的偏移量。相对寻址方式是为实现程序的相对转移而设立的，为相对转移指令所采用。

在相对转移指令中，给出地址偏移量(在80C51系列单片机的指令系统中，以“rel”表示，为8位带符号数)，把PC的当前值加上偏移量就构成了程序转移的目的地址。而PC的当前值是指执行完转移指令后的PC值，即转移指令的PC值加上转移指令的字节数。转移的目的地址可用如下公式表示： 目的地址=(转移指令所在地址+转移指令字节数)+rel

例如：SJMP 80H ；80H为程序转移的偏移量，即一128。当前PC值减去128后即为转移地址 ⑥变址寻址。以DPTR或PC作基址寄存器，累加器A作变址寄存器，以两者内容相加形成的16位程序存储器地址作为操作数地址。又称“基址寄存器+变址寄存器间接寻址”。变址寻址方式只能对程序存储器进行寻址。

例如： MOVC A，@A+DPTR ；功能是把DPTR和A的内容相加，所得到的程序存储器地址单元的内容送A

⑦位寻址。80C51系列单片机有位处理功能，可以对数据位进行操作，因此，就有相应的位寻址方式。位寻址的寻址范围：

●片内RAM中的位寻址区。

·可位寻址的特殊功能寄存器位。

例如：MOV c，80H ；功能是把位寻址区的80H位(即P0．0)状态送累加位C 【3—5】访问特殊功能寄存器SFR，可使用哪些寻址方式?

【答】访问特殊功能寄存器SFR的惟一寻址方式是直接寻址方式。这时除了可以单元地址形式(如90H)给出外，还可以寄存器符号形式(如P1)给出。虽然特殊功能寄存器可以使用寄存器符号标志，但在指令代码中还是按地址进行编码的。

【3—6】若访问外部RAM单元，可使用哪些寻址方式?

【答】访问外部RAM单元的惟一寻址方式是寄存器间接寻址方式。片外RAM的64 KB单元，使用DPTR作为间址寄存器，其形式为@DPTR，例如“MOVX A，@DPTR”的功能是把DPTR指定的片外RAM单元的内容送累加器A。

片外RAM低256个单元，除了可使用DPTR作为间址寄存器外，也可使用：R0或R1作间址寄存器。例如“MOVX A，@R0'’即把R0指定的片外RAM单元的内容送累加器A。 【3—7】若访问内部RAM单元，可使用哪些寻址方式?

【答】片内RAM的低128单元可以使用寄存器间接寻址方式，但只能采用R0或R1为间址寄存器，其形式为@Ri(i=0，1)。

片内RAM的低128单元可以使用直接寻址方式，在指令中直接以单元地址形式给出。

片内RAM的低128单元中的20H～2FH有128个可寻址位，还可以使用位寻址方式，对这128个位的寻址使用直接位地址表示。

【3—8】若访问程序存储器，可使用哪些寻址方式?

【答】访问程序存储器可使用的寻址方式有立即寻址方式、变址寻址方式和相对寻址方式三种。立即寻址是指在指令中直接给出操作数。变址寻址方式只能对程序存储器进行寻址，或者说这是专门针对程序存储器的寻址方式。相对寻址方式是为实现程序的相对转移而设立的。这三种寻址方式所得到的操作数或操作数地址都在程序存储器中。

【3—9】MOV、MOVC、MOⅥ(指令有什么区别?分别用于哪些场合?为什么? 【答】MOV指令用于对内部RAM的访问。MOVC指令用于对程序存储器的访问，从程序存储器中读取数据(如表格、常数等)。MOVX指令采用间接寻址方式访问外部数据存储器．有Ri和DPTR两种间接寻址方式。执行MOVX指令时，在P3．7引脚上输出RD有效信号．或在P3．6引脚上输出WR有效信号，可以用做外部数据存储器或I／O的读／写选通信号，与单片机扩展电路有关。

【3—10】说明“DA A”指令功能，并说明二一十进制调整的原理和方法。 【答】“DA A”指令的功能是对两个BCD码的加法结果进行调整。两个压缩型BCD码按二进制数相加之后，必须经过该指令的调整才能得到压缩型BCD码的和数。“DA A”指令对两个BCD码的减法结果不能进行调整。

BCD码采用4位二进制数编码，并且只采用了其中的10个编码，即0000～1001，分别代表BCD码0～9，而10lO～1111为无效码。当两个BCD码相加结果大于9时，说明已进入无效编码区；当两个BCD码相加结果有进位时，说明已跳过无效编码区。若结果进入或跳过无效编码区，则结果是错误的，相加结果均比正确结果小6(差6个无效编码)。

十进制调整的修正方法为：当累加器低4位大于9或半进位标志AC=1时，进行低4位加6修正；当累加器高4位大于9或进位标志CY=l时，进行高4位加6修正。 【3一11】说明80C51单片机的布尔处理机的构造及功能。

【答】80C51单片机内部有一个布尔(位)处理机，具有较强的布尔变量处理能力。布尔处理机实际上是一位微处理机，它包括硬件和软件。布尔处理机以进位标志CY作为位累加器，以80C51单片机内部RAM的

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