微控制器系统设计复习题 - 图文

? 1. 通过 PA 口控制 PB 口，PA 口作为输入口与开关 K0～K7 相连，PB 口作为

输出口与小灯 L0～L7 相连。设计硬件电路，且编程控制，在拨动开关时控制小灯的亮灭。

ORG 0000H

START: MOV DPTR,#0FF7FH MOV A,#90H MOVX @DPTR,A

LOOP: MOV DPTR,#0FF7CH MOVX A,@DPTR INC DPTR MOVX @DPTR,A SJMP LOOP END

? 例题 用6264（8K×8位）给8051单片机的外围扩展8K的片外数据存储器，画出

与单片机相连地址线、数据线和控制线，并注明信号名称。

例题1 给8051单片机的外围扩展一片16K×8位片外程序存储器，画出与单片机相连地址线、数据线和控制线，并注明信号名称。

LED显示器有静态显示和动态显示两种方式，显示原理是什么？

静态显示：公共端应接在固定电平（共阳极接低电平，共阴极接高电平）；段选与8为IO口相联

动态显示：将所有的显示位段选线的同名端并联接在一起，并由一个8位IO口控制，形成段选线的多为复用，显示为由相应的IO口弦控制，实现各位分时选通。

LED数码显示器有两种连接方法共阳极接法或共阴极接法

共阳极公共端接阳极，低电平有效（灯亮）， 共阳极数码管内部发光二极管的阳极(正极)都联在一起,此数码管阳极(正极)在外部只有一个引脚

共阴极公共端接阴极，高电平有效（灯亮），共阴极数码管内部发光二极管的阴极(负极)都联在一起,此数码管阴极(负极)在外部只有一个引脚

常用键盘接口分为独立式键盘接口和行列式键盘接口。一般按键较少时采用独立式键盘，在按键较多时采用矩阵式键盘。他们的工作原理是什么？

编程 扫描 中断

独立式键盘：每个按键单独占有一根IO口线，一般采用低电平有效

行列式键盘：按键设置在行列线交点上，行列分别链接到按键开关的两端，行列电平相等

消抖和按键释放怎么理解？

按键在按下时会产生抖动，释放时也会产生抖动，所以设计时必须考虑消抖。

通常的按键所用开关为机械弹性开关，当机械触点断开、闭合时，由于机械触点的弹性作用，一个按键开关在闭合时不会马上稳定地接通，在断开时也不会一下子断开。因而在闭合及断开的瞬间均伴随有一连串的抖动，为了不产生这种现象而作的措施就是按键消抖。

? A/D转换是把连续的模拟电信号转换成时间和数值离散的数字信号的过程。

? A/D转换过程主要包括采样、量化和编码。

? 如当满量程电压为5V，采用10位A/D转换器的量化间隔、绝对量化误差、相对量

化误差分别为：

D/A转换器与 A/D转换器的功能是什么？各在什么场合下使用？

A/D转换是把连续的模拟电信号转换成时间和数值离散的数字信号的过程。 D/A转换器是将数字信号转变成为模拟信号 A/D转换器是将模拟信号转变成为数字信号

A/D转换适用场合：① 低速A/D转换器（数字电压表）②中速逐次逼近型（应用系统）③高速A/D并行比较器（多媒体信息采集和处理为主）

例 D/A 转换器的主要性能指标有哪些？设某 DAC 有二进制 12 位，满量程输出电压为 5V，请问它的分辨率是多少？

性能指标：量程 分辨率 量化误差 转换速率

分辨率计算：??

量化间隔： 绝对量化误差：

5V5V? 12122?12相对量化误差：

? 4-12 判断下列说法是否正确？

? (1) “转换速度”这一指标仅适于 A/D转换器，D/A 转换其可以忽略不计转换时间。

错

? (2) ADC0809可以利用“转换结束”信号 EOC向8051 单片机发出中断请求。 对

? (3) 输出模拟量的最小变化量称为 A/D转换器的分辨率。 错 应该为输入模拟量

? (4) 输出的数字量变化一个相邻的值所对应的输入模拟量的变化称为 D/A 转换器

的分辨率。

错 输入数字量的变化

? 4-13 请分析 A/D 转换器产生量化误差的原因，具有 8 位分辨率的 A/D 转换

器，当输入 0～5V 电压时，其最大量化误差是多少？ 量化误差是ADC的有限位数对模拟量进行量化引起 的误差 量化间隔：5/(2^8-1)=0.0196 量化误差： △/2*100%=0.98%

? 4-15 8051 单片机与 DAC0832 接口时，有那三种工作方式？各有什么特点？适合

在什么场合使用？ 1、单缓冲方式

这种方式只适用于只有一路模拟量输出或几路模拟量非同步输出的情形，其方法是控制 数据锁存器和DAC寄存器同时接收数据，或者只使用数据锁存器而把DAC寄存器接成直通方式。该接口主要用于DA转换器和单片机或者多个DA转换器 之间数据不同步的情况。

2、双缓冲方式

这种方式适用于多个DAC0832同步输出的情形，方法是先分别将转换数据输入到数据锁存器，再同时控制这些DAC0832的DAC寄存器以实现多个D/A转换同步输出。

3、直通方式

这种方式适用于连接反馈控制线路，方法是使所有的控制信号均有效 。该方式适合用在没有CPU或不与CPU接口的场合。

a、直通方式

不能直接与系统的数据总线相连，需要另加 锁存器 b、单缓冲方式

内部寄存器一个工作在直通，另一个工作在受控状态，也可以同时选通及锁存 c、双缓冲方式

RS-232、RS-485、CAN为外总线，它们是系统之间的通信用总线；I2C、SPI是内总线，主要用于系统内芯片之间的数据传输。

SPI只需四条线就可以完成MCU与各种外围器件的通信，这四条线是：串行时钟线(SCK)、主机输入/从机输出数据线(MISO)、主机输出/从机输入数据线(MOSI)、低电平有效从机选择线(/CS )。工作原理。

I2C总线只有两根双向信号线。一根是数据线SDA，另一根是时钟线SCL。工作原理。

1. 填空题

? (1) 干扰窜入单片机系统的主要途径有 空间场干扰、过程通道干扰、电源噪声干

扰 。

? (2) 干扰的耦合方式主要有直接耦合、公共阻抗耦合、电容耦合、电磁感应耦合、

漏电耦合 等几种形式。

? (3) 常用的数字滤波方法有算术平均滤波法、递推平均滤波法、防脉冲干扰平均值

滤波法等几种。

? (4) 常用的软件抗干扰技术有指令冗余、软件陷阱 、watchingdog看门狗等几种。 ? 2. 选择题

? (1) 可以使 PC 摆脱“死循环”困境的是 C 。 ? A．NOP指令冗余 B．软件陷阱技术 ? C．Watchdog 技术 D．数字滤波 ? (2) 可以抑制空间干扰的是 D 。 ? A．光电隔离 B．双绞线传输 ? C．可靠接地 D．屏蔽技术

? (4) Watchdog定时间隔 tw以满足最好为 A 。 ? A．1.1T

? (5) 单片机系统受到干扰后，容易使程序计数器 PC 发生改变，则不能使程序纳入

正轨的是。 C

? A．软件陷阱 B．Watchdog 技术 ? C．指令冗余技术 D．数字滤波技术

1． 目前世界上流行的四种嵌入式处理器是哪几种？

嵌入式微处理器、嵌入式微控制器、嵌入式数字信号处理器、嵌入式片上系统、嵌入式可编程片上系统

ARM7、ARM9、ARM9E及ARM10E

2． 具体说明ARM7TDMI的含义，其中的T、D、M、I分别代表什么？

ARM7TDMI是ARM7处理器系列成员之一，采用V4T版本指令。T表示Thumb，该内核可从16位指令集切换到32位ARM指令集；D表示Debug，该内核中放置了用于调试的结构，支持片内Debug调试；M表示Multiplier,支持位乘法；I表示Embedded ICE ,内含嵌入式ICE宏单元，支持片上断点和观察点。 3． 简述CISC与RISC 体系结构的特点。

CISC（Complex Instruction Set Computer)复杂指令集计算机

1）指令复杂，开发成本高，指令长度不等，大量微码CISC指令长度不等、类型多、功能复杂。CISC采用微码ROM译码。CISC指令多为多周期完成。大多数CISC指令皆可对主存及寄存器器操作。

RISC（ Reduced Instruction Set Computer )精简指令集计算机

2）RISC指令格式和长度固定，类型少，功能简单、寻址简单方式少；RISC使用硬连线指令译码逻辑，易于流水线实现； RISC大多数指令单周期完成；

RISC除Load/Store指令外，所有指令只对寄存器操作；

RISC代码密度没有CISC高，CISC中的一条指令在RISC中有时要用一段子程序来实现。

RISC不能执行x86代码

RISC给优化编译程序带来了困难

4． 什么是ARM处理器的ARM状态和Thumb状态？ARM 处理器的七种基本工作模式是

哪些？

ARM状态下指令长度为32位，ARM指令，字对准

Thumb状态下长度为16位， Thumb指令，半字对准。

用户(usr) 系统(sys) 快中断 (fiq) 中断 (irq) 管理 (svc) 中止 (abt) 未定义 (und)

5． ARM处理器有多少个可访问的寄存器？ R13~R15通常用来存储什么？

37个 R13分组寄存器存SP R14子程序链接寄存器 存当前程序的返回地址 R15pc程序寄存器

6． ARM V4及以上版本的CPSR的哪一位反映了处理器的状态？若CPSR=0x00000090，分

析系统的状态。

T位 系统 工作在ARM状态，用户模式，fiq开中断，irq禁止中断

7. ARM有哪几个异常的类型，为什么FIQ的服务程序地址要位于0x1C？在复位后，ARM处理器处于何种模式，何种状态？

ARM的7种异常类型：复位RESET异常、未定义的指令UND异常、软件中断SWI异常、指令预取中止PABT异常、数据访问中止DABT异常、外部中断请求IRQ异常、快速中断请求FIQ异常。在有快速中断发生时，CPU从0x1C处取出指令执行。ARM复位后处于管理模式，工作于ARM状态。

7． 简述ARM异常中断的响应过程。

1.将CPSR的内容保存到相应的异常模式的SPSR_中 2.设置当前状态寄存器CPSR中的相应位

3.将产生异常中断指令的下一条指令的地址保存到相应的连接寄存器 R14_ 中

4.给程序计数器（PC）强制赋值（即装入相应的异常中断向量地址）

10．一个字的数据0x89ABCDEF，存放在0x0C100000~0x0C100003区域，分别说明采用小端模式存储和大端模式存储时，上述4个存储单元所存的数据

大端模式：0x89ABCDEF 0x0C100000中存0x89 0x0C100001中存0xAB

0x0C100002中存0xCD 0x0C100003中存0xEF

小端模式：0x0C100000中存0xEF 0x0C100001中存0xCD 0x0C100002中存0xAB 0x0C100003中存0x89

指令寻址方式、简单汇编指令阅读

NOR Flash与NAND Flash优缺点。

NOR Flash是由或非门组成存储单元的Flash存储器，而NAND Flash是由与非门组成存储单元的Flash存储器。

NOR Flash的主要特点是读取速度快，但擦写速度相对较慢，擦写次数约为十万次； NAND Flash的主要特点是擦写速度快，擦写次数约为一百万次。可见，NAND Flash的写入寿命比NOR长。

S3c44b0的内核，S3C2410的内核，以及他们的功能特点。

1、 主要嵌入式文件系统有哪几种？这些文件系统各有什么特点？

2、 嵌入式Linux开发一般包括哪几个步骤？每个步骤分别起什么作用？

3、 嵌入式Linux开发环境一般包括哪几个部分？怎样构建嵌入式Linux开发环境。 4、 嵌入式Linux内核的移植一般包括哪几个步骤？各个步骤分别有什么作用？ 5、 Bootloader是什么？它的作用是什么？

Boot Loader 是在操作系统内核或用户应用程序运行之前运行的一段小程序.其作用为:初始化硬件设备,建立内存空间的映射图,将系统的软件件环境带到一个合适的状态,为最终调用操作系统内核或用户应用程序准备好正确的环境。

初始化硬件设备，检测系统内存映射，将内核映像和根文件系统从Flash传到RAM空间，并为内核设置启动参数，最后调用内核。 6、 简述Bootloader启动方式的分类和特点。 7、 简述Bootloader的操作模式。.

8、 Bootloader 分为几个阶段？各阶段主要完成什么任务？

Boot Loader通常分为2个阶段。阶段1完成基本硬件的初始化，加载阶段2的RAM空间，复制阶段2到RAM，设置堆栈指针，跳转到阶段2的C程序入口点。在阶段2初始化阶段2要使用的硬件设备，检测系统内存映射，加载内核映像和根文件系统映像，调用内核。 9、 简述Bootloader stage1的任务。 10、简述Bootloader stage2的任务。 11、U-Boot是什么？简述它的特点。

习题1

1． 什么是嵌入式系统？嵌入式系统的特点是什么？

(1) IEEE对嵌入式系统的定义:用于控制,监视或者辅助操作机器和设备的装置.

(2)一般定义:以应用为中心,以计算机技术为基础,并且软硬件可裁剪,适用于应用系统对功能,可靠性,成本,体积,功耗有严格要求的专用计算机系统. 嵌入式系统的特点:

(1) 专用的计算机系统 (2) 必须满足环境要求 (3) 必须能满足对象系统的控制要求

(4) 是集成计算机技术与各行业应用的集成系统 (5) 具有较长的生命周期 (6) 软件固化在非易失性存储器中 (7) 必须能满足实时性要求 (8) 需要专用开发环境和开发工具 2． 简述嵌入式系统的发展阶段及特点

1）以单片机为核心的低级嵌入式系统

主要特点是系统结构和功能单一，处理效率不高，存储容量较小，用户接口简单或没有用户接口，但它使用简单，成本低廉。 2）以嵌入式微处理器为基础的初级嵌入式系统

主要特点是处理器种类多，通用性较弱；系统效率高，成本低；操作系统具有兼容性、扩展性，但用户界面简单。

3） 以嵌入式操作系统为标志的中级嵌入式系统

主要特点是嵌入式系统能运行于各种不同嵌入式处理器上，兼容性好；操作系统内核小、效率高，并且可任意裁剪；具有文件和目录管理、多任务功能，支持网络、具有图形窗口以及良好的用户界面；具有大量的应用程序接口，嵌入式应用软件丰富。 4）以Internet 为标志的高级嵌入式系统

目前嵌入式系统大多孤立于Intemet ，随着网络应用的不断深入，随着信息家电的发展，嵌入式系统的应用必将与Internet 有机结合在一起，成为嵌入式系统发展的未来。

3． 简述嵌入式系统的发展趋势。

1）嵌入式系统结构将更加复杂，硬件向集成化发展，软件将逐渐PC化 2）嵌入式系统的小型化、智能化、网络化、可视化、微功耗和低成本 3）不断改善人机交互的手段，提供精巧的多媒体人机界面 4）云计算、可重构、虚拟化等技术被进一步应用到嵌入式系统

5）嵌入式软件开发平台化、标准化、系统可升级，代码可复用将更受重视

4． 嵌入式系统有哪些组成部分？各部分的功能和作用是什么？

硬件层

硬件层是整个核心控制模块（由嵌入式微处理器、存储系统、通信模块、人机接口、其他I/O接口以及电源组成），嵌入式系统的硬件层以嵌入式微处理器为核心，在嵌入式微处理器基础上增加电源电路、时钟电路、和存储器电路（RAM和ROM等），这就构成了一个嵌入式核心控制模块，操作系统和应用程序都可以固化在ROM中。 软件层

软件层由实时操作系统（Real Time Operating System，RTOS）、文件系统、图形用户接口（Graphical User Interfaces，GUI）、网络组件组成 中间层

中间层把系统软件与底层硬件部分隔离，使得系统的底层设备驱动程序与硬件无关。一般包括硬件抽象层（Hardware Abstract Layer，HAL）和板级支持包（Board Support Package，BSP）。 功能层

功能层是面向被控对象和用户的，当需要用户操作是往往需要提供一个友好的人际界面。

5． 简述嵌入式处理器的分类及各自的主要特点。

嵌入式微处理器（Embedded Microcomputer Unit，EMPU）、 只保留了与嵌入式应用紧密相关的功能硬件

嵌入式微控制器（Embedded Microcontroller Unit，EMCU）

其内部集成了ROM/EPROM/Flash、RAM、总线、总线逻辑、定时器、看门狗、I/O接口等各种必要的功能部件

嵌入式数字信号处理器（Embedded Digital Signal Processor，EDSP）

在系统结构和指令算法方面经过特殊设计，因而具有很高的编译效率和指令执行速度 嵌入式片上系统（System On Chip，SOC）

实现了软硬件无缝结合，直接在处理器的片内嵌入了操作系统

嵌入式可编程片上系统（System On a Programmable Chip，SOPC)。

集成了硬IP核或软IP核CPU、DSP、存储器、外围I/O及可编程逻辑，是更加灵活、高效的SOC解决方案

6． 写出EMPU、EMCU、EDSP、SOC和SOPC的全称，并解释其含义。

EMPU （Embedded Microcomputer Unit，EMPU） 嵌入式微处理器 EMCU （Embedded Microcontroller Unit，EMCU）嵌入式微控制器

EDSP （Embedded Digital Signal Processor，EDSP）嵌入式数字信号处理器 SOC（System On Chip，SOC）嵌入式片上系统

SOPC（System On a Programmable Chip，SOPC) 嵌入式可编程片上系统

7． 简述典型的嵌入式微处理器和微控制器的系列及应用领域。

ARM处理器目前包括ARM7系列、ARM9系列、ARM9E系列、ARM10E系列、ARM11系列、 SecurCore系列、OptimoDE系列、StrongARM系列、XScale系列以及Cortex-A8系列等。

ARM7、ARM9、ARM9E及ARM10E为4个通用嵌入式微处理器系列，每个系列提供一套相对独特的性能来满足不同应用领域的要求

SecurCore系列则是专门为安全性要求较高的场合而设计的；

Strong ARM用于便携式通信产品和消费电子产品的理想嵌入式微处理器 Xscale应用于数字移动电话、个人数字助理和网络产品等场合

Cortex-A8处理器是第一款基于下一代ARMv7架构的应用处理器，使用了能够带来更高性能、功耗效率和代码密度的Thumb?-2技术。

8． 简单分析几种嵌入式操作系统的主要特点，包括嵌入式Linux，Windows CE，μC/OS- II

及VxWorks。

Linux μC/OS-II Windows CE VxWorks 9． 嵌入式系统的应用模式有哪几种？各有什么有缺点？

1．非操作系统层次的应用 2．操作系统非GUI层次的应 3．操作系统GUI层次的应用 10． 简述嵌入式系统的总体设计应考虑哪些因素。

1．嵌入式微处理器及操作系统的选择 2．开发工具的选择

3．对目标系统的观察与控制

11． 简述嵌入式系统的开发环境的组成，解释其中的基本概念。

宿主机、调试仿真器和目标机

宿主机用来完成源代码编辑、编译、显示一部分运行结果等 目标机就是用户嵌入式程序的运行环境， 12． 简述嵌入式系统的调试方法。

13． 简述嵌入式系统的设计方法和嵌入式系统的设计步骤。

嵌入式系统设计的一般步骤:

⑴需求分析; ⑵体系结构设计； ⑶硬件、软件、执行机构设计； ⑷系统集成 ⑸系统测试

14．

简述嵌入式应用软件的开发的特点。 1．需要交叉编译工具

2． 通过仿真手段进行调试

3．目标机是最终的运行环境

4．执行应用程序的指令通常写入操作系统 5. 系统资源有限 6．控制特定部件

习 题 3

1．说明表3．8中各指令操作完成的功能。

ARM指令的一般格式：

条件码 类别码 操作码 （S）<目的寄存器><第一操作数，第二操作数>

ADD R0，R1，R3，LSL#2;------------R0←R1+R3*4(LSL逻辑左移乘，LSR逻辑右移减)； ANDNES R0，R1，#0x0F ;---------------------if (CPSR寄存器中Z=0) R1的高28位清零后送寄存器R0并更新CPSR寄存器，else 执行下一条指令。

LDRB R0，[R1，R2，LSR#2] ；------------把存储器地址为(R1+R2>>2)的字节数据加载到R0，R0的高24位清零。

ADCHI R1，R2，R3； if(CPSR寄存器中Z=0并且C=1) 执行R1=R2+R3加法操作，else执行下一条指令。

EOR R0，R0，R3，ROR R4； R3寄存器中的内容根据R4寄存器中的内容循环右移后与R0寄存器进行逻辑异或操作后，其结果存在R0寄存器内。

(15)LDR R1，[R0，-R5，LSL #4] ；将存储器地址为R0-16*R5的字数据加载到寄存器R1中。

(20)MLA R0，R1，R2，R3； R0=R1×R2+R3 MLA是32位乘加指令，运算结果的高32位自动丢掉。

2．简述ARM的寻址方式，并分别举例进行说明。

寻找操作数地址的方式或寻找操作数的方式称为寻址方式。 立即寻址 ADD R0，R0，＃1 /*R0←R0＋1*/ 寄存器寻址 ADD R0，R1，R2 /*R0←R1＋R2*/ 寄存器间接寻址 基址加偏址寻址 堆栈寻址 块拷贝寻址 相对寻址

3．试比较TST与ANDS，CMP与SUBS，MOV与MVN的区别。

(1)TST指令把两个操作数进行按位的与操作，并根据运算结果更新CPSR中的条件标志位的值。该指令通常用来检测是否设置了特定的位，一般操作数1是要测试的数据，而操作数2是一个位掩码。

ANDS指令用于在两个操作数上进行逻辑与运算，并把结果放到目的寄存器中，操作数1应是一个寄存器，操作数2可以是一个寄存器，被移位的寄存器，或是1个立即数。该指令常用于设置操作数1的某些位。

TST和ANDS两条指令都影响CPSR寄存器；TST指令不改变参与运算的数据，而ANDS指令对目的寄存器进行更新。

(2)CMP指令用于把2个操作数进行比较，同时更新CPSR中条件标志位的值。该指令进行一次减法运算，但不保存运算结果，只更改条件标志位。标志位表示的是操作数1和操作数2 的关系（大、小、相等）。

SUBS 指令用于把操作数1送去操作数2，并将结果存放到目的寄存器中。操作数1应是一个寄存器，操作数2可以是一个寄存器、被移位的寄存器、或是一个立即数。指令影响CPSR值。

CMP和SUBS指令都影响CPSR寄存器；CMP指令不保存运算结果，而SUBS指令可以保存运算结果，并且减数和被减数的值也不发生变化。

(3)MOV指令将一个寄存器、被移位的寄存器或一个立即数的值装入目的寄存器内，可

以指定相同的寄存器实现NOP的效果，还可以移位一个寄存器。

MVN指令与MOV指令的不同之处是在传送数据之前先按位取反，即把一个被取反的值传送到目的寄存器中。

4．已知R13等于0x8800，R0、R1、R2的值分别为0x01、0x01、0x03，试说明执行指令STMFD R13!,{R0-R2}后，寄存器和存储器内容如何变化？

5．用汇编编写实现下列功能的程序段，令Rl=a，R2=b。 （1） if((a! =b)&&(a-b>5)) a=a+b； （2） while(a! =0){ b=b+b*2 ；a--；}

（3）从a所指向的地址，拷贝20个32位数到b所指向的地址。

6．为什么要使用Thumb模式？与ARM代码相比较，Thumb代码的两大优势是什么？如何完成Thumb指令模式和ARM指令模式之间的切换？

7．写一段汇编程序：循环累加队列中的所有元素，直到碰到x0值为止，结果放在 R4。

8．写一个汇编程序，求一个含64个带符号的16位数组组成的队列的平方和。 习题

1、主要嵌入式文件系统有哪几种？这些文件系统各有什么特点？

2、嵌入式Linux开发一般包括哪几个步骤？每个步骤分别起什么作用？

3、嵌入式Linux开发环境一般包括哪几个部分？怎样构建嵌入式Linux开发环境。

4、嵌入式Linux内核的移植一般包括哪几个步骤？各个步骤分别有什么作用？

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