单片机原理及应用复习题题目及答案.docx

PAGE

1-

单片机原理及应用复习题题目及答案

第一章单片机基本原理

单片机（MicrocontrollerUnit，MCU）是一种集成度很高的微型计算机系统，它将中央处理单元（CPU）、存储器（RAM、ROM、EEPROM）、定时器、计数器、串行通信接口、并行I/O接口、中断系统等部件集成在一个芯片上，具有体积小、功耗低、成本低、易于使用等特点。单片机的核心是CPU，它负责执行程序指令，控制整个单片机系统的运行。单片机的存储器分为只读存储器（ROM）和随机存储器（RAM），ROM用于存储程序代码和固定数据，RAM用于存储变量和中间结果。例如，在8051单片机中，CPU采用8051内核，具有20位地址线，可直接访问64KB的存储空间。

单片机的指令系统是其可执行的操作集合，指令集通常包括数据传送、算术运算、逻辑运算、控制转移等操作。指令系统的设计直接影响单片机的性能和应用范围。例如，8051单片机的指令系统包括111条指令，其中75条为单字节指令，36条为双字节指令，指令执行周期为12个机器周期。在实际应用中，单片机的指令系统需要满足高效、简洁、易于实现的要求。

单片机的系统时钟是单片机工作的基础，它决定了单片机的运行速度。系统时钟通常由晶振产生，通过分频器得到所需的时钟频率。例如，常用的晶振频率有12MHz、16MHz等。单片机的时钟频率越高，其处理速度越快。在实际应用中，单片机的时钟频率需要根据具体的应用需求来选择。例如，在高速数据采集和处理的场合，需要选择较高频率的晶振，如50MHz；而在对实时性要求不高的场合，可以选择较低的晶振频率，如4MHz。

单片机的中断系统是实现实时控制和处理的重要机制，它允许单片机在执行程序过程中，对某些紧急事件做出快速响应。中断系统由中断源、中断控制器和中断服务程序组成。中断源可以是外部输入信号，如按键、传感器等，也可以是内部事件，如定时器溢出、串行通信等。中断控制器负责管理中断请求，中断服务程序则用于处理中断事件。例如，在8051单片机中，有5个中断源，分别为外部中断0、外部中断1、定时器0中断、定时器1中断和串行通信中断。

单片机的复位系统是确保单片机稳定运行的关键，它包括复位信号的产生和复位操作。复位信号通常由外部电路产生，如按键、看门狗定时器等。复位操作可以使单片机回到初始状态，包括CPU、寄存器、存储器等。例如，在8051单片机中，复位信号使CPU停止执行程序，所有内部寄存器清零，外部中断和定时器复位。

单片机的电源系统是单片机正常工作的能量来源，它包括电源电压、稳压电路、电源监控等。电源电压的稳定性直接影响到单片机的运行可靠性。例如，在工业控制领域，单片机通常使用5V或3.3V的电源电压。稳压电路用于保证电源电压的稳定性，电源监控则用于检测电源电压是否在正常范围内，并在异常情况下进行保护。

单片机的I/O接口是单片机与外部设备进行数据交换的通道，它包括并行I/O接口和串行I/O接口。并行I/O接口用于同时传输多个数据位，适用于高速数据传输；串行I/O接口用于逐位传输数据，适用于远距离通信。例如，在8051单片机中，具有32个可编程的并行I/O口，以及一个全双工的串行通信接口。

单片机的定时器/计数器是单片机实现定时、计数和定时中断等功能的关键部件。定时器/计数器通常由两个16位的计数器组成，可以独立工作或相互配合使用。例如，在8051单片机中，定时器0和定时器1可以分别作为定时器或计数器使用，具有多种工作模式和中断功能。

单片机的串行通信接口是单片机与其他设备进行串行数据传输的接口，它支持多种通信协议，如UART、SPI、I2C等。串行通信接口可以实现单片机与单片机、单片机与计算机之间的数据交换。例如，在8051单片机中，串行通信接口可以配置为UART模式，实现与计算机或其他设备的串行通信。

单片机的看门狗定时器是单片机防止程序跑飞和系统死锁的保护机制。看门狗定时器具有独立的时钟源，当程序正常运行时，需要定期刷新看门狗定时器的计数器，否则看门狗定时器溢出，系统将自动复位。例如，在8051单片机中，看门狗定时器可以配置为定时器模式或计数器模式，具有多种定时时间设置。

单片机的电源管理是单片机节能和延长电池寿命的关键技术。电源管理技术包括低功耗模式、动态电压调节等。低功耗模式可以使单片机在空闲状态下降低功耗，动态电压调节可以根据工作状态调整电源电压，降低功耗。例如，在8051单片机中，可以通过设置PCON寄存器进入掉电模式，降低功耗。

单片机的存储器扩展是单片机应用中常见的需求，由于单片机内部存储器容量有限，需要通过外部存储器进行扩展。存储器扩展包括ROM扩展、RAM扩展和EEPROM扩展。ROM扩展可以存储更多的程序代码，RAM扩展可以增加数据存储空间，EEPRO