微型计算机原理及应用第9章输入输出和接口技术资料

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单片微型计算机原理及应用_课后习题答案_山东理工

《单片微型计算机原理及应用》习题参考答案姜志海刘连鑫王蕾编著电子工业出版社目录第1章微型计算机基础 (2)第2章半导体存储器及I/O接口基础 (4)第3章MCS-51系列单片机硬件结构 (11)第4章MCS-51系列单片机指令系统 (16)第5章MCS-51系列单片机汇编语言程序设计 (20)第6章MCS-51系列单片机中断系统与定时器/计数器 (26)第7章MCS-51系列单片机的串行口 (32)第8章MCS-51系列单片机系统扩展技术 (34)第9章MCS-51系列单片机键盘/显示器接口技术 (36)第10章MCS-51系列单片机模拟量接口技术 (40)第11章单片机应用系统设计 (44)第1章微型计算机基础1．简述微型计算机的结构及各部分的作用微型计算机在硬件上由运算器、控制器、存储器、输入设备及输出设备五大部分组成。

运算器是计算机处理信息的主要部分；控制器控制计算机各部件自动地、协调一致地工作；存储器是存放数据与程序的部件；输入设备用来输入数据与程序；输出设备将计算机的处理结果用数字、图形等形式表示出来。

通常把运算器、控制器、存储器这三部分称为计算机的主机，而输入、输出设备则称为计算机的外部设备（简称外设）。

由于运算器、控制器是计算机处理信息的关键部件，所以常将它们合称为中央处理单元CPU（Central Process Unit）。

2．微处理器、微型计算机、微型计算机系统有什么联系与区别？微处理器是利用微电子技术将计算机的核心部件（运算器和控制器）集中做在一块集成电路上的一个独立芯片。

它具有解释指令、执行指令和与外界交换数据的能力。

其内部包括三部分：运算器、控制器、内部寄存器阵列（工作寄存器组）。

微型计算机由CPU、存储器、输入/输出（I/O）接口电路构成，各部分芯片之间通过总线（Bus）连接。

以微型计算机为主体，配上外部输入/输出设备、电源、系统软件一起构成应用系统，称为微型计算机系统。

微型计算机原理及应用期末考试复习题

第一章一、填空1、在现代工业中，计算机控制系统的工作原理包括、、三个基本步骤。

答案：实时数据采集、实时控制决策、实时控制输出知识点：计算机控制系统的工作原理参考页：P2学习目标：1（熟悉计算机控制系统的结构、组成及工作原理）难度系数：2题型：填空2、微型计算机控制系统的硬件由、、和组成。

答案：主机、输入输出通道、外部设备、测量变送与执行机构知识点：计算机控制系统组成参考页：P3学习目标：1（熟悉计算机控制系统的结构、组成及工作原理）难度系数：3题型：填空3、一般的计算机控制系统由、、、等部分组成。

答案：计算机、I/O 接口电路、通用外部设备、工业生产对象知识点：计算机控制系统组成参考页：P3学习目标：1（熟悉计算机控制系统的结构、组成及工作原理）难度系数：3题型：填空4、计算机控制系统中常用的控制器有、、、、等。

答案：可编程序控制器、工控机、单片机、DSP、智能调节器答案：按生产过程控制的特点和要求知识点：计算机控制系统的主机参考页：P3-P5学习目标：2（熟悉常用的计算机控制系统主机）难度系数：1题型：填空5、计算机控制系统主要有六类，分别是直接数字控制系统、操作指导控制系统、、、、。

答案：计算机监督控制系统、分布式控制系统、计算机集成制造系统、综合自动化系统知识点：计算机控制系统的典型形式参考页：P5学习目标：3（熟悉计算机控制系统的典型形式及其特点）难度系数：2题型：填空6、DDC 系统的最大优点是。

答案：用一台计算机控制多个回路知识点：计算机控制系统的典型形式参考页：P6学习目标：3(熟悉计算机控制系统的典型形式及其特点)难度系数：2题型：填空7、软件是工业控制机的程序系统，它可分为、、 3 个部分。

答案：系统软件、支持软件、应用软件知识点：工业控制计算机的软件组成参考页：P10学习目标：4(熟悉工业控制计算机的组成、总线结构和特点)难度系数：2题型：填空8、计算机控制系统的发展趋势为、、、。

郑州大学《微型计算机原理及应用》课后习题答案

郑州⼤学《微型计算机原理及应⽤》课后习题答案《微型计算机原理及应⽤》习题解答第⼀章基础知识1.1 解释题(1)微处理器【解答】由⼤规模集成电路芯⽚构成的中央处理器（CPU），叫做微处理器。

(2)微型计算机【解答】以微处理器为基础，配以内存储器、输⼊输出接⼝电路、总线以及相应的辅助电路⽽构成的计算机裸机，叫做微型计算机。

(3)微型计算机系统【解答】微型计算机系统由硬件系统和软件系统组成。

即由微型计算机、配以相应的外部设备（如打印机、显⽰器、键盘、磁盘机等），再配以⾜够的软件⽽构成的系统。

(4)单板机【解答】将微处理器、RA、ROM以及I/O接⼝电路，再配上相应的外设（如⼩键盘、LED显⽰器等）和固化在ROM中的监控程序等，安装在⼀块印刷电路板上构成的微型计算机系统称为单板机。

(5)运算器【解答】运算器是直接完成各种算术运算、逻辑运算的部件，主要由ALU（Arithmetic and Logic Unit,算术逻辑部件）、通⽤寄存器、标志寄存器等组成。

(6)地址总线【解答】地址总线是CPU对内存或外设进⾏寻址时，传送内存及外设端⼝地址的⼀组信号线。

地址总线的条数多少决定了CPU的寻址能⼒。

(7)数据总线【解答】数据总线是CPU与内存或外设进⾏信息交换时，所⽤的⼀组数据信号线。

它决定了CPU ⼀次并⾏传送⼆进制信息的位数，反映出CPU的“字长”这个重要性能指标。

(8)控制总线【解答】控制总线是在CPU与外部部件之间传送控制信息（如读/写命令、中断请求命令等）的⼀组信号线。

1-2 单⽚机应包括哪些基本部件？其主要应⽤于哪些领域？【解答】⼀般单⽚机芯⽚中包括微处理器、RAM、ROM、I/O接⼝电路、定时器/计数器，有的还包括A/D、D/A转换器等。

其主要应⽤于智能化仪器仪表及⼯业控制领域。

1-3 按图1-11和图1-12，写出取第⼆条指令操作码和执⾏第⼆条指令的过程。

【解答】ADD AL,12H指令的取指过程：1)IP的值（002H）送⼊地址寄存器AR；2)IP的内容⾃动加1，变为003H；3)AR将地址码通过地址总线送到存储器的地址译码器，经译码后选中002H单元；4)微处理器给出读命令MEMR；5)所选中的002H单元内容04H送上数据总线DB；6)数据总线DB上的数据04H送到数据寄存器DR；7)因是取指操作，取出的是指令操作码04H，即由DR送⼊指令寄存器IR；8)IR中的操作码经指令译码器ID译码后，通过PLA发出执⾏该指令的有关控制命令。

第9章DMA微型计算机原理与接口技术

通道选择 00：通道0 01：通道1 10：通道2 11：通道3 传输类型 00：M M校验 01：I/O M写 10：M I/O读 11：无意义自动预置 0：禁止，1：允许。在自动预置时，当计数器计数到0时，当前地址寄存的值和当前计数寄存器的值会被基地址寄存器和基计数寄存器的值预置。
地址增减选择 0：地址减1 1：地址加1
5、8237内部寄存器
寄存器名基地址寄存器基字节数计数器现行地址寄存器现行字节数计数器临时地址寄存器临时字节数计数器状态寄存器命令寄存器临时寄存器模式寄存器屏蔽寄存器请求寄存器
位数（位） 16 16 16 16 16 16 8 8 8 6 4 4 4 4 4 4 4 4 1 1 1 4 1 1
0：无扩展写信号 1：扩展写
0：普通时序， 1：压缩时序
D0=1，表示存储器到存储器的数据传送，此时，由通道0发出软件 DMA请求，规定通道0从源内存地址读取数据到暂存器。再由通道1把暂存器的数据写到目的内存单元。 M M的操作需要2个DMA周期。
9、请求寄存器 8237的每个通道有一条硬件的DREQ请求线，当工作在数据块传送方式 8237的每个通道有一条硬件的DREQ请求线，当工作在数据块传送方式时，也可以由软件发出DREQ请求，即请求该通道进行DMA操作。所以，在8237 时，也可以由软件发出DREQ请求，即请求该通道进行DMA操作。所以，在8237 中有一种请求寄存器。每个通道的软件请求可以分别设置。软件请求是非屏蔽的，它们的优先权同样受优先权逻辑的控制。软件请求标志在DMA复位或EOP有效时，会自动清0 软件请求标志在DMA复位或EOP有效时，会自动清0。在对通道进行DMA软请求时，D2=1表示请求标志置1，否则置0 在对通道进行DMA软请求时，D2=1表示请求标志置1，否则置0 。 D1D0：对通道进行选择。 D1D0：对通道进行选择。

单片微型计算机原理及接口技术

单片微型计算机原理及接口技术在现代科技领域中，计算机技术的发展日新月异，而单片微型计算机无疑是其中的重要一环。

本文将介绍单片微型计算机的原理以及接口技术，以帮助读者更好地理解和运用这一领域的知识。

一、单片微型计算机的原理1.1 数据表示和处理在单片微型计算机中，数据的表示和处理是非常重要的。

计算机所处理的数据通常以二进制形式表示，通过位(bit)来表示数据的最小单元。

在微型计算机中，通常使用八位(bit)的字节(byte)作为数据的基本单位。

此外，计算机还可以通过不同的数据类型来表示和处理不同类型的数据，如整数、浮点数、字符等。

1.2 CPU和内存在单片微型计算机中，中央处理器(CPU)被视为计算机的大脑。

CPU负责执行指令、进行算术和逻辑运算等操作。

而内存则用于存储数据和指令，供CPU读取和写入。

常见的内存分类有随机存取存储器(RAM)和只读存储器(ROM)，其中RAM用于临时存储数据，而ROM则用于存储固定的指令和数据。

1.3 控制单元和指令控制单元是CPU的一个核心组成部分，它负责解析和执行指令。

指令是计算机执行操作的命令，可以进行数据的读取、写入、运算等操作。

常见的指令集结构有精简指令集(RISC)和复杂指令集(CISC)。

RISC的指令集相对较简单，执行速度快，而CISC的指令集相对较复杂，但可以实现更多功能。

二、单片微型计算机的接口技术2.1 输入输出接口在单片微型计算机中，输入输出（I/O）设备起着连接计算机与外部设备的重要作用。

常见的输入设备包括键盘、鼠标、触摸屏等，而输出设备包括显示器、打印机、扬声器等。

通过适当的接口技术，计算机可以与这些设备进行数据的输入和输出，并实现与用户的交互。

2.2 存储器接口技术存储器接口技术用于连接CPU和内存之间的数据传输。

根据不同的芯片架构和规范，存储器接口技术有所不同。

常见的接口技术包括地址总线、数据总线和控制总线。

地址总线用于指定内存的地址，数据总线用于传输数据，而控制总线则用于传输控制信号。

微型计算机原理及应用第9章输入输出和接口技术

8 7 Q6Q5Q4Q3Q2 Q1 Q0
CLK & IOW PS
gf e dcba
COM
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3.2 数据输入三态缓冲器
外设输入的数据和状态信号，通过数据输入三态缓冲器经数据总线传送给微处理器。 74LS244三态总线驱动器
74LS244可以用作无条件传送的输入接口电路。
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3.2 数据输入三态缓冲器
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1.2 接口控制原理
（2）串行数据传送
串行数据传送是将构成字符的每个二进制数据位，按一定的顺序逐位进行传送的方式。串行数据传送主要用于远程终端或经过公共电话网的计算机之间的通信。远距离数据传送采用串行方式比较经济，但串行数据传送比并行数据传送控制复杂。
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1.2 接口控制原理
异步串行通信协议规定字符数据的传送格式：
微型计算机原理及应用
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输入输出和接口技术
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接口的基本概念 I/O指令和I/O地址译码简单的I/O接口
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输入输出(I/O)是指微型计算机与外界的信息交换，即通信(communication)。微型计算机与外界的通信，是通过输入输出设备进行的，通常一种I/O设备与微型机连接，就需要一个连接电路，我们称之为I/O接口。接口是用于控制微机系统与外设或外设与系统设备之间的数据交换和通信的硬件电路。接口设计涉及到两个基本问题，一是中央处理器如何寻址外部设备，实现多个设备的识别；二是中央处理器如何与外设连接，进行数据、状态和控制信号的交换。 3
状态设臵和存储电路主要由一组数据寄存器构成，中央处理器和外设就是根据状态寄存器的内容进行协调动作的。数据存储和缓冲电路也是一组寄存器，用于暂存中央处理器和外设之间传送的数据，以完成速度匹配工作。 7

微机原理与接口技术课件全 (9)

（2）键的识别通常有两种方法可识别被按之键：一种是“行扫描”法；一种是“反转”法。 1）行扫描法依次对每一行进行扫描，选使被扫描的行为低电平，其它所有的行均为高电平，接着检测各列线的状态（称为“列”）。若各列码均为高电平（即列码为全1），则被按之键不在这行。继续扫描下一行；若列线不全为高电平（即列码为非全1），则被按之在此行。根据行扫描码及列码就可知被按之键的坐标值（即位置码）。再根据位置码通过查表可得到它的键值。查表法的扫描子程序流程图如图7-6所示。
四、输入/输出寻址方式

当主机执行I/O操作时，应先对I/O接口中的端口进行寻址，其寻址方式有如下两种：此时，I/O端口单独编址。CPU指令系统中有专门用于I/O操作的指令——I/O指令，CPU访问I/O端口时发出I/O读命令或写命令，访问内存时发存储器读或写命令。因此，端口地址与存储单元地址可重叠。此时，I/O端口不占用存储空间且与访问 I/O设备指令有别。这种寻址方式中，将I/O端口与存储单元统一编址，即CPU 把I/O端口作为存储单元对待，I/O端口占用一定的存储空间。采用这种寻址方式的CPU指令系统中没有专门的I/O指令，
微型机中常外设有LED显示器、CRT显示器、键盘、打印机、软磁盘存储器等。单片机应用系统中常设置LED显示器、拔盘、键盘、点阵式打印机等外设。
§8-2 键盘及其接口

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在微型机系统中，键盘是最常用的输入设备，键盘通常由数字键和功能键组成，其规模取决于系统的要求。

键盘可分为编码键盘和非编码键盘两种，前者有检测键闭合，去抖动及产生相应键编码的硬件电路，而后者则没有这些硬件，上述功能在有少量的硬件支持下由软件来完成。由此可见编码键盘产生键编码的速度快且基本上不占用CPU时间，但硬件开销大，电路复杂，成本高；非编码键盘则硬件开销省，电路简单，成本低，但占用CPU时间较长。

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1.2 接口控制原理
（2）串行数据传送
串行数据传送是将构成字符的每个二进制数据位，按一定的顺序逐位进行传送的方式。串行数据传送主要用于远程终端或经过公共电话网的计算机之间的通信。远距离数据传送采用串行方式比较经济，但串行数据传送比并行数据传送控制复杂。
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1.2 接口控制原理
异步串行通信协议规定字符数据的传送格式：
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1.2 接口控制原理
2. 传送控制方式传送控制方式有查询、中断和DMA3种。（1）查询方式
在查询方式下，CPU需要完成以下操作： (1)CPU向接口发出传送命令，输入数据或输出数据； (2)中央处理器查询外设是否允许传送？
在查询方式下，中央处理器需要花费较多的时间去不断地“询问” 外设，外设的接口电路处于被动状态。
1.1 接口的功能
1.接口的一般定义
接口是一组电路，是中央处理器与存储器、输入输出设备等外设之间协调动作的控制电路。接口电路并不局限在中央处理器与存储器或外设之间，也可在存储器与外设之间，如直接存储器存取 DMA接口就是控制存储器与外设之间数据传送的电路。
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1.1 接口的功能 2.
接口电路的作用就是将来自外部设备的数据信号
状态设置和存储电路主要由一组数据寄存器构成，中央处理器和外设就是根据状态寄存器的内容进行协调动作的。数据存储和缓冲电路也是一组寄存器，用于暂存中央处理器和外设之间传送的数据，以完成速度匹配工作。 7
1.2 接口控制原理
1.数据传送方式（1）并行数据传送在微机系统内，如，大系统部件之间的数据传送都采用并行数据传送方式。并行数据的每一位都对应独立的传输线路，所以数据传送速度快，但线路多，一般只用于较短距离的数据传送。
设之间直接传送的操作方式。DMA方式是这3种方式中
效率最高的一种传送方式，DMA 方式控制接口也最复
杂，需要专用的DMA控制器。
DMA 方式适合数据量较大的传送，如存储器与磁盘之间的数据传送。 14
1.3 接口控制信号
接口控制信号可分为两类：总线控制信号和输入输出控制信号。
总线控制信号包括数据线、地址线、、、等。
2.1 标准的I/O 寻址方式
标准的I/O寻址方式有以下3个特点： (1) I/O设备的地址空间和存储器地址空间是独立的、分开的,即I/O接口地址不占用存储器的地址空间。 (2) 微处理器对I/O设备的管理是利用专用的IN(输入)和OUT(输出)指令来实现数据传送的。 (3) CPU对I/O设备的读/写控制是用I/O读/写控制信号( 、 )。一个外设常有若干个端口地址。 19
异步串行通信中，接收设备和发送设备必须保持相同的传送波特率，并与每个字符数据的起始位同步。起始位、数据位、奇偶位和停止位约定，在同一次传送过程中必须保持一致。 10
1.2 接口控制原理
2. 传送控制方式传送控制方式有查询、中断和DMA3种。（1）查询方式
查询方式是中央处理器在数据传送之前通过接口的状态设置存储电路询问外设，待外设允许传送数据后才传送数据的操作方式。
输入输出控制信号比较复杂，不同控制方式的接口信号不同。一般包括数据线、输入输出应答信号等。中断接口和DMA接口的控制信号更复杂一些，通常由接口芯片提供专用控制信号来完成数据传送控制。
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1.3 接口控制信号
接口控制信号图
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接口的基本概念 I/O指令和I/O地址译码简单的I/O接口
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1.2 接口控制原理
（2）中断方式中断方式是在外设要与中央处理器传送数据时，外设向中央处理器发出请求，中央处理器响应后再传
送数据的操作方式。
在中断方式下，中央处理器不必查询外设，提高了系统的工作效率，但中央处理器管理中断的接口比管理查询复杂。 13
1.2 接口控制原理
（3）直接存储器存取（DMA）方式 DMA 方式是数据不经过中央处理器在存储器和外
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微处理器进行I/O操作时，对I/O接口的寻址方式与存储器寻址方式相似。即必须完成两种选择：一是选择出所选中的I/O接口芯片(称为片选)；二是选择出该芯片中的某一寄存器(称为字选)。
通常有两种I/O接口结构：一种是标准的I/O结构，另一种是存储器映象I/O结构(memory mapped I/O)。与之对应的有两种I/O寻址方式。 18
传送给处理器，处理器对数据进行适当加工，再通过
接口传回外部设备。
所以，接口的基本功能就是对数据传送实现控制，
具体包括以下5种功能：地址译Байду номын сангаас、数据缓冲、信息转换、提供命令译码和状态信息以及定时和控制。
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1.1 接口的功能
3.接口电路的基本结构
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1.1 接口的功能控制命令逻辑电路一般由命令字寄存器和控制执行逻辑组成，这一部分是接口电路的“中央处理器”，用来完成全部接口操作的控制。
2.2 存储器映像I/O 寻址方式
1.存储器映象I/O寻址方式又称为存储器对应I/O寻址方式，有3个特点： (1)I/O接口与存储器共用同一个地址空间。即在系统设计时指定存储器地址空间内的一个区域供I/O设备使用，故I/O设备的每一个寄存器占用存储器空间的一个地址。这时存储器与I/O设备之间的唯一区别是其所占用的地址不同。 (2)CPU利用对存储器的存储单元进行操作的指令来实现对I/O设备的管理。 (3)CPU用存储器读/写控制信号( 进行读/写控制。、 )对I/O设备
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接口的基本概念 I/O指令和I/O地址译码简单的I/O接口
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输入输出(I/O)是指微型计算机与外界的信息交换，即通信(communication)。微型计算机与外界的通信，是通过输入输出设备进行的，通常一种I/O设备与微型机连接，就需要一个连接电路，我们称之为I/O接口。接口是用于控制微机系统与外设或外设与系统设备之间的数据交换和通信的硬件电路。接口设计涉及到两个基本问题，一是中央处理器如何寻址外部设备，实现多个设备的识别；二是中央处理器如何与外设连接，进行数据、状态和控制信号的交换。 3