单片机原理与嵌入式设计-习题及答案汇总 赵亮 第1--11章.docx

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1、第一章概述一、什么是单片相机。单片机，全称为单片微型计算机（Sing1e-ChiPMiCrOComPUter）,它将中央处理器（CPU）、存储器（程序存储器ROM、随机存储器RAM）、定时器/计数器、输入/输出接口（I/O接口）中断系统和其他功能部件集成在一片半导体芯片上,使得这块集成了多种器件的芯片具有微型计算机的基本功能。二、请简单写出单片机的发展过程的四个阶段。1.第一阶段（19741976年）：单片机初级阶段1974年12月，美国仙童（FairChiId）公司推出了世界上第一台8位的F8单片机，其特点是由两块集成芯片组成，仅包含8位的CPU、64B的RAM和两个并行接口，需要外加带有R

2、OM存储器、定时器/计数器等功能的芯片组合使用，F8系列单片机在当时深受家用电器领域的重视。这一时期的单片机因受当时的制造工艺限制，集成度比较低，且功能单一。2.第二阶段（19761978年）：低性能单片机阶段1976年In1e1公司研发了MCS-48系列单片机，1977年GI公司研发了PIC1650单片机，它们的特点是集成化程度较高,片内包含8位的CPU、64B/128B的RAM、1KB/2KB的ROM、并行接口、一个8位的定时器/计数器、两个中断源，且可进行片外寻址的范围为4KB。这一时期的单片机集成了CPU、RAM、RoM等多种功能器件，得到了广泛应用，但其性能较低，仍然属于低性能阶段。

3、3.第三阶段（19781982年）：高性能单片机阶段这个时期典型的单片机代表产品有InteI公司的MCS-51系列、Motoro1a公司的6801系列、Zi1og公司的Z-8系列、T1公司的TMS7000系列,它们的特点是片内包含8位的CPU、128B/256B的RAM、4KB用KB的RoM、串并行I/O接口、两个16位的定时器/计数器、多个中断源，且片外寻址范围可达64KB。这一时期的单片机不仅存储器容量增加，而且定时器/计数器及中断源的个数增加，并且集成了串行接口，单片机性能显著增强，应用范围更加广泛。.4.第四阶段（1983年至今）：8位单片机巩固发展及16位、32位单片机推出阶段20世

4、纪90年代，单片机发展的黄金时期，很多公司如Ime1、MOIoro1a、TI、三菱、PHnJPS等开发了大批具有优越性能的单片机，极大地推动了单片机的应用与发展。典型的代表产品有MCS-96系列（16位，Inte1公司）、MC68HCI6系列（16位，MOtoroIa公司）、TMS9900系列（16位，T1公司），这些16位的单片机不论在工艺上还是在功能上都更加优异。它们的特点是包含16位的CPU、256B的RAM、8KB的ROM、串并行I/O接口、4个16位的定时器心卜数器、8个中断源，且具有D/A和AD转换电路、片外寻址范围为64KB及片内集成看门狗（定时器电路，防止程序出现死循环）功能。

5、这一时期，8位单片机得到了进一步发展，16位与32位单片机也逐渐出现在市场上。三、请列举出单片相机的特点。1 .体积小，可靠性高正所谓“麻雀虽小，五脏俱全”，单片机将众多功能器件集中在了一块芯片上，一块单片机芯片就相当于一台小型的微型计算机，较小的体积使其容易嵌入设备内，能够作为控制系统的核心执行复杂的功能。单片机中的RoM用来存放程序、常数、表格等系统软件，数据不易受到破坏；内部采用总线结构，信号通道均在芯片内，运行起来具有很高的可靠性和抗干扰能力。2 .控制能力强单片机具有逻辑操作指令、位处理指令、转移指令等，这些丰富的操作指令大大增强了单片机的控制功能，方便处理复杂的逻辑运算。3 .扩展

6、能力强单片机含有很多I/O接口，很容易与外部电路进行连接，构成功能更加完善的系统，技术人员可根据需求进行扩展，易于设计与产品化。4 .低功耗单片机可在3V甚至更低的电压下运行，有些单片机的工作电流甚至在UA级，使用一颗纽扣电池即可工作很长时间，更低的功耗适应了现代社会绿色发展的需要。四、请阐述单片相机的应用领域。单片机的应用十分广泛，大到航空、航天、军工领域，小到我们日常生活中随处可见的电子产品，均可以见到单片机的身影，也正是由于单片机所具有的一些特点，众多产品都加入了嵌入式单片机来改善系统性能、提高产品的灵活性。据统计，全世界每年单片机的销量超过50亿片，市场上既有几元钱一片的普通单片机，主

7、要面向高校学生与一般的电子设计的应用，也有几百元一片的高级单片机，主要面向工厂、公司的应用，单片机具有广阔的市场前景。五、结合当今社会的发展，请说明单片相机的发展趋势。如今，单片机的功能及性能已经能够满足人们生产生活的需要，但社会在不断发展、科技在不断进步，人们对单片机的需求也朝着多元化、高性能方向发展。单片机的发展具体体现在信号实时处理、实时监控、通信、中断处理、指令操作系统、功率消耗等方面，以应对网络接口、电气接口等不断增长与改进的需要，适应更精准的自动检测与控制的要求。单片机的发展趋势如图1-6所示。图16单片机的发展趋势第二章硬件基础知识介绍六、运算器的功能是什么，运算器由几部分构成以

8、及各部分的功能。运算器的功能是：对数据进行算术运算和逻辑运算。运算器由算术逻辑运算部件A1U、累加器ACC、程序状态字寄存器PSW和两个暂存器等组成。各部分主要功能如下。算术逻辑运算部件A1U.A1U由加法器和其他逻辑电路组成。A1U主要用于对数据进行算术和逻辑运算，运算的结果一般送回累加器ACC,而运算结果的状态信息送至程序状态字寄存器PSW。累加器ACC.ACC是一个8位寄存器，指令助记符可简写为“A，它是CPU工作时最繁忙、最活跃的一个寄存器。CPU的大多数指令都要通过累加器“A”与其他部件交换信息。ACC常用于存放使用次数高的操作数或中间结果。累加器的进位位Cy(位于程序状态字寄存器P

9、SW中)是特殊的，因为它同时又是位处理器的位累加器。程序状态字寄存器PSW。PSW是一个8位寄存器，用于寄存当前指令执行后的某些状态信息，即反映指令执行结果的一些特征，供某些指令(如控制类指令)查询和判断，不同的特征用不同的状态标志来表示。七、请简单描述控制器的任务以及它的几种工作方式。控制器的主要任务是识别指令，并根据指令的性质控制单片机各功能部件，从而保证单片机各部分能自动、协调地工作。程序计数器PC的基本工作方式有如下几种。最基本的工作方式：程序计数器自动加1。执行转移指令时，程序计数器将被置入新的数值，从而使程序的流向发生变化。在执行调用子程序指令或响应中断时，单片机自动完成如下操作：

10、将PC的现行值即断点地址送入堆栈。将子程序的入口地址或中断向量的地址送入PC,程序流向子程序或中断程序，CPU开始执行子程序或中断子程序。子程序或中断子程序执行完，当遇到子程序调用返回或中断函数返回时，将堆栈的断点值弹回到程序计数器PC中，程序的流程又返回原来的地方，继续执行主程序。八、什么是时钟周期、机器周期、指令周期。(1)振荡周期与状态。振荡周期又称时钟周期,是单片机提供定时的时钟源周期。时钟周期是单片机中最基本、最小的时间单位，等于振荡频率f$c的倒数。时钟脉冲经过二分频后得到单片机的状态周期(记作S),每个状态周期分为两个节拍P和P2。(2)机器周期。执行一条指令的过程可分为若干个阶

11、段，每个阶段完成一个规定的操作，完成一一个基本操作所需要的时间称为一个机器周期。(3)指令周期。指令周期定义为执行一条指令所用的时间。按指令周期所占机器周期的个数，可以将指令分为单周期指令、双周期指令和四周期指令。指令周期的长短决定了单片机执行该指令的速度，所含周期越少，指令的执行速度越快。九、请阐述电阻的工作原理以及电阻的分类。阻值是描述导体导电性能的物理量，用R表示，单位为欧姆(。)。阻值由导体两端的电压U与通过导体的电流I的比值来定义，即：I所以，当导体两端的电压一定时，阻值越大，通过的电流就越小；反之，阻值越小，通过的电流就越大。因此，阻值的大小可以用来衡量导体对电流阻碍作用的强弱，即

12、导电性能的好坏。电阻的阻值与导体的材料、形状、体积及周围环境等因素有关。电阻率是描述导体导电性能的参数。对于由某种材料制成的柱形均匀导体，其阻值R与长度1成正比，与横截面积S成反比，即：R=pS2.电阻的分类(1)按伏安特性分类。对于大多数导体来说，在一定的温度下，其阻值几乎维持不变而为一定值，这类电阻称为线性电阻。有些材料的阻值明显地随着电流(或电压)而变化，其伏安特性是一条曲线，这类电阻称为非线性电阻。非线性电阻在某一给定的电压(或电流)作用下，电压与电流的比值为在该工作点下的静态电阻，伏安特性曲线上的斜率为动态电阻。表达非线性电阻特性的方式比较复杂，但这些非线性关系在电子电路中得到了广泛

13、的应用。(2)按材料分类绕线电阻碳合成电阻碳膜电阻金属膜电阻金属氧化膜电阻(3)按用途分类，有通用、精密、高频、高压、高阻、大功率和电阻网络等。(4)特殊功能电阻。保险电阻敏感电阻(5)按封装分类，有直插电阻、贴片电阻等。贴片电阻体积相对较小，已成为主流。十、结合电容的性质请列举出电容的分类以及电容的分类。(1)电容的分类。电容由两个金属极中间夹有绝缘材料(介质)构成。由于绝缘材料不同，所构成的电容种类也有所不同。按结构可分为固定电容、可变电容、微调电容。按介质材料可分为气体介质电容、液体介质电容、无机固体介质电容、有机固体介质电容、电解电容。按极性分为有极性电容和无极性电容。按用途分为高频旁

14、路、低频旁路、漉波、调谐、高频耦合、低频耦合、小型电容。按制造材料的不同可以分为瓷介电容、涤纶电容、电解电容、钳电容，还有先进的聚丙烯电容等。按封装分为直插电容、贴片电容。贴片电容体积相对较小，分布参数也相对较小，常用于对体积有要求与抗干扰的场合。(2)电容的选择。选择电容时要考虑的因素：电容值；额定耐压；电容值误差；直流偏压下的电容量变化量：噪声等级；电容的类型；电容的规格。十一、请列举出二极管的分类以及二极管相关的参数。按材料划分，二极管可分为错(Ge)二极管和硅(Si)二极管。按用途划分，二极管可分为检波二极管、整流二极管、稳压二极管、开关二极管、隔离二极管、肖特基二极管、发光二极管、硅

15、功率开关二极管等。按照管芯结构，二极管可分为点接触型二极管、面接触型二极管及平面型二极管。几种基本参数：(1)最大整流电流Ip(2)最高反向工作电压Uam(3)反向电流Iam(4)动态电阻Ra(5)最高工作频率fmax(6)电压温度系数auz十二、结合三极管的作用分析三极管功能。三极管的电流放大作用实际上是利用基极电流的微小变化去控制集电极电流的巨大变化,但在实际使用中常常通过电阻将三极管的电流放大作用转变为电压放大作用或开关作用。三极管的放大作用可描述为：集电极电流ic受基极电流ib的控制，并且基极电流很小的变化会引起集电极电流很大的变化,且变化满足一定的比例关系一集电极电流的变化量是基极电流变化量的B倍，即电流变化被放大了B倍，一般把B称为三极管的放大倍数(B一般远大于1,如几十、几百)。将一个变化的小信号加到基极和发射极之间，就会引起基极电流站的变化，M的变化被放大后，导致了I很大的变化。如果集电极电流I是流过一一个电阻R的，那么将这个电阻上的电压取出，即得到放大后的电压信号。十三、请写出场效应管的特点。(1)场效应管是电压控制型器件，可以通过栅极电压来控制漏极电流，使得驱动电路十分简单。(2)场效应管的控制输入端电流极小，因此它的输入电阻(1O71O2Q)很大。(3)它是利用多数载流子导电的，因此其温度稳定性