单片机原理及接口技术课后习题第9章答案.doc

.第九章复习思考题1. 计算机系统中为什么要设置输入输出接口？输入/输出接口电路是CPU与外设进行数据传输的桥梁。外设输入给CPU的数据，首先由外设传递到输入接口电路，再由CPU从接口获取；而CPU输出到外设的数据，先由CPU输出到接口电路，然后与接口相接的外设获得数据。CPU与外设之间的信息交换，实际上是与I/O接口电路之间的信息交换。2. 简述输入输出接口的作用。I/O接口电路的作用主要体现在以下几个方面：（1）实现单片机与外设之间的速度匹配；（2）实现输出数据锁存；（3）实现输入数据三态缓冲；（4）实现数据格式转换。3. 在计算机系统中，CPU与输入输出接口之间传输数据的控制方式有哪几种？各有什么特点？在计算机系统中，CPU与I/O接口之间传输数据有3种控制方式：无条件方式，条件方式，中断方式，直接存储器存取方式。在无条件方式下，只要CPU执行输入/输出指令，I/O接口就已经为数据交换做好了准备，也就是在输入数据时，外设传输的数据已经传送至输入接口，数据已经在输入接口端准备好；输出数据时，外设已经把上一次输出的数据取走，输出接口已经准备好接收新的数据。条件控制方式也称为查询方式。CPU进行数据传输时，先读接口的状态信息，根据状态信息判断接口是否准备好，如果没有准备就绪，CPU将继续查询接口状态，直到其准备好后才进行数据传输。在中断控制方式下，当接口准备好数据传输时向CPU提出中断请求，如果满足中断响应条件，CPU则响应，这时CPU才暂时停止执行正在执行的程序，转去执行中断处理程序进行数据传输。传输完数据后，返回原来的程序继续执行。直接存储器存取方式即DMA方式，它由硬件完成数据交换，不需要CPU的介入，由DMA控制器控制，使数据在存储器与外设之间直接传送。4. 采用74LS273和74LS244为8051单片机扩展8路输入和8路输出接口，设外设8个按钮开关和8个LED，每个按钮控制1个LED，设计接口电路并编制检测控制程序。图9.1题3接口电路原理图 接口电路原理图如图9.1 源程序：MOV DPTR,#BFFFH;设置输入/输出口地址COMT:MOVX A,DPTR;读取开关状态NOP;延时，总线稳定MOVX DPTR,A;输出，驱动LED显示NOP;延时，总线稳定AJMP CONT5. 74LS377是8D触发器，其功能表见表9.17，其中Di为触发器的数据输入端，Qi为触发器的数据输出端，是使能控制端，CLK是时钟输入端，Q0为建立稳态输入条件之前，锁存器输出Q的状态。采用它为8051单片机扩展1个8位的并行输出口。图9.2 题5接口电路原理图用74LS377扩展的输出口电路如图9-2所示。用P2.7与74LS377的使能控制端相连，当P2.7为0时，74LS377被选中，如果默认其他未用的地址线为1，则扩展的输出口地址为7FFFH。由于MCS-51单片机的接到74LS377的时钟输入端CLK，当CPU执行写外部输出口指令MOVX时，把数据输出到数据总线上，在信号由低变高时，写出的数据被打入74LS377并锁存。程序如下：MOVDPTR,#7FFFH；输出口地址MOVA,R6；取数据MOVXDPTR,A；输出，6. 74LS245是一种具有双向驱动的8位三态输出缓冲器，它的功能表见表9.18，其中为使能端，DIR为方向控制端，A1A8为A端的数据输入/输出，B1B8为B端的数据输入/输出。当为低电平时，DIR为高电平把A端数据传送至B端；DIR为低电平，把B端数据传送至A端。在其他情况下不传送数据，并输出呈高阻态。采用它为8051单片机扩展1个8位的输入口。（1） （2）图9-3 题6采用74LS245扩展输入口的2种电路图9-3为采用74LS245扩展输人接口电路。电路（1）中，DIR上拉为高电平，74LS245数据传送方向强制为B端到A端，当P2.0为0时，且为低电平时，使能端为低电平，74LS245三态门打开，单片机CPU读取外设输入的数据。其他情况下，74LS245的三态门呈高阻状态。电路（2）中，只有单片机读取外设数据时，P2.00使74LS245的使能端有效，如果为低电平，把74LS245数据传送方向置为A端到B端，其AB方向的三态门打开，单片机CPU读取外设输入的数据。P2.01时，使能端无效，A端和B端处于隔离状态。图9-3的2个电路都采用P2.0为片选，其输入口地址为0FEFFH（默认未用地址线为1）。7. 采用8155芯片为8051单片机系统扩展接口，外设为开关组（8个开关组成）和8个LED，每个开关控制1个LED。现需要读取开关组的状态，并把其状态存储到8155芯片RAM中，若开关组的开关全部断开，则不记录。设计接口电路并编制检测程序。图9.4 题7接口电路接口电路如图9.4所示， 8155的PB口用作读取开关组状态，PA口用作控制LED组，分配地址如下：命令/状态寄存器：0100H；PA口：0101H；PB口：0102H； PA和PB口为基本输入输出方式。K0控制LED0，K1控制LED1，以此类推。设存储开关状态的单元为STATE。程序如下：CMMD EQU 0100HPORTA EQU 0101HPORTB EQU 0102HPORTC EQU 0103HSTATE EQU 20HMOVA,#02H ;初始化，工作方式控制字MOVDPTR,# 0100H ;控制寄存器地址MOVX DPTR,A ;设置工作方式，初始化完成MOV A,#0FFHMOV DPTR,#0101HMOVX DPTR,A ;上电后，熄灭LED NOP MOV STATE,#0FFH;没有开关闭合DETECT:MOVDPTR,#0102H ;PB口地址MOVX A,DPTR ;从PB口读开关状态MOVDPTR,#0101H ;PA口地址MOVX DPTR,A ;从PA口输出控制LED指示灯NOPCJNE A,#0FFH,VALIDSJMP DETECTVALID:MOV STATE,A;记录开关状态AJMP DETECT8. 采用8255芯片为8051单片机系统扩展接口，外设为开关组（8个开关组成）和8个LED，每个开关对应1个LED。现需要每隔50ms读取一次开关组的状态，并把其状态存储到部RAM中。设计接口电路并编制检测程序。假设系统晶振频率为12MHz。图9.5 单片机与8255接口电路图9.5为接口电路, PA、PB、PC和控制寄存器地址分别为：0000H、0001H、0002H和0003H。根据开关K0K7状态控制LED0LED7的显示状态，K0控制LED0，依此类推。设置8255的工作方式，PA口外接开关，为方式0的输入，PB口外接LED，为方式0的输出，则工作方式控制字的标志位D7为1，D6D3（A组）：0000， D2D0（B组）：010，组合后的控制字为：10000010，即82H。设存储开关状态的单元为STATE，用定时器/计数器T0定时50ms，工作方式为方式1，初始值为：，即3CB0HPORTA EQU 0100HPORTB EQU 0101HPORTC EQU 0102HCMMD EQU 0103H STATE EQU 20H/mian programACALL Ini8255;ACLL IniTimer0WAIT:JBC TF0,DETECTSJMP WAITDETECT:MOV TH0,#3CHMOV TL0,#0B0HMOVDPTR,#PortB ;PB口地址MOVX A,DPTR ;从PB口读开关状态MOVDPTR,#PortA ;PA口地址MOVX DPTR,A ;从PA口输出控制LED指示灯NOPMOVSTATE,AAJMP WAITIni8255: MOVA,#82H ;初始化，工作方式控制字MOVDPTR,#CMMD ;控制寄存器地址MOVX DPTR,A ;设置工作方式，初始化完成MOV A,#0FFHMOV DPTR,#PORTAMOVX DPTR,A ;上电后，熄灭LED NOPRETIniTimer0:MOV TMOD,#01HMOV TH0,#3CHMOV TL0,#0B0HSETB TR0RET9. 简述矩阵键盘的行列扫描和线反转法原理。（1）行列扫描法：在按键识别过程时，依次使行线输出电平，然后检查列线的输入电平，如果所有列线的输入全为高电平，则该行无按键按下；如果不全为高电平，则被按下的按键在本行，且在输入电平变为低电平的列的交叉点上。（2）线反转法：第一步，首先使行线为输入，列线为输出。列线全部输出低电平，那么，行线中变为低电平的行线为按键所在的行。第二步，使行线变为输出，列线变为输入。行线输出全部为低电平，那么，列线中变为低电平的列线为按键所在的列。10. 一个简单计数器的电路原理图如图所示。要求每按一次S键，计数器计数一次，计数值送P1口显示，采用单只数码管显示，计16次后从0开始。图9.6 题10原理图1BITP3.3VALUE EQU 20HORG 0000HLJMP MAINORG 1000HMAIN: SETB P3.3MOV VALUE,#00ACALL DISP;初始化显示0WAIT0: S1,WAIT0;ACALL DEL10MSWAIT1: S1,WAIT1;判断按下WAIT2:JNB S1,WAIT2;ACALL DEL10MSWAIT3:JNB S1,WAIT3;判断释放INC VALUE;加1ANLVALUE,#00001111B;仅显示低位ACALL DISP;显示SJMP WAIT0/显示子程序DISP:MOV A,VALUE;取显示信息MOV DPTR, #SEG_TAB;字型码表的首地址MOVC A,A+DPTR;通过显示信息查其字型码MOV P1,A;输出显示NOPRET/延时子程序DEL10MS:MOV R5,#10DELX:MOV R6,#200DEL0:NOPNOPNOPDJNZ R6,DEL0DJNZ R5,DELXRETSEG_TAB: DB 0C0H, 0F9H, 0A4H, 0B0H, 99H, 92H, 82H, 0F8H, 80H, 90H DB 88H, 83H, 0C6H, 0A1H, 86H, 8EH ;以下为显示字型码表，09，AFEND11. 简述LED数码管的静态显示和动态显示原理。（1）静态显示：在多位静态显示时，各个LED数码管相互独立，公共端COM接地（共阴极）或接正电源（共阳极）。每个数码管的8个显示字段控制端分别与一个8位并行输出口相连，只要输出口输出字型码，LED数码管就立即显示出相应的字符，并保持到输出口输出新的字型码。（2）动态显示：多位LED数码管动态显示方式是各个LED数码管一位一位地轮流显示。在硬件电路上，各个数码管的显示字段控制端并联在一起，由一个8位并行输出口控制；各个的LED数码管的公共端作为显示位的位选线，由另外的输出口控制。动态显示时，各个数码管分时轮流地被选通，即在某一时刻只选通一个数码管，并送出相应的字型码，并让该数码管稳定地显示一段短暂的时间，在下一时刻选通另一位数码管，并送出相应的字型码显示，并保持显示一段时间，如此循环，即可以在各个数码管上显示需要显示的字符。图9.7 LED数码管静态显示原理 图9.8 LED数码管动态显示原理12. 用P1和P3口作为输出口，设计一个5位的LED数码管显示系统，并在显示器上显示“HELLO”。图 9.9 题12接口电路图接口电路图如图9.9所示，用2片74LS245提高接口的驱动能力，LED数码管为共阴型。程序如下：SEG_OUT EQU P3BIT_OUT EQU P1/=ORG 0000HLJMP STARTORG 0030HSTART:MOV SP,#60HMOV20H,#40H /显示 HELLO 对应字型表序号编码：40 12 23MOV 21H,#12HMOV 22H,#23H MOV R1,#30HMOV R0,#20HCALL SPLITINC R0INC R1CALL SPLITINC R0INC R1CALL SPLITRED:ACALL DSPLY1SJMP RED/=SPLIT:MOV A,R0ANL A,#0F0HSWAP AMOV R1,AINC R1MOV A,R0ANL A,#0FHMOV R1,ARET/=/6位显示DSPLY1:MOV R0, #30H;显示缓冲区地址 MOV R2, #11111110B;显示起始位置REDO: ACALL DISP;显示1位 MOV A,R2;计算下一个显示位置RL AMOV R2, A INC R0 ;修改显示缓冲区地址指针 XRL A, #10111111B;6位显示完否 JNZ REDO;未完，继续显示 RET ;返回/=;显示一位子程序DISP: MOV DPTR,#LED_SEG;字型码表首地址 MOV A,R0;取显示数据 MOVCA,A+DPTR;求显示数据的字型码 MOV SEG_OUT,A;输出字型码 MOV A,R2;取显示位置 MOVBIT_OUT,A;显示ACALL DL1MSMOV A,#0FFH;稳定显示1msMOV BIT_OUT,ARET;字型码表LED_SEG:DB 76H ; H序号：00DB 79H; E序号：01DB 38H ; L序号：02DB 3FH; 0序号：03DB 00H ; BLANK序号：04DL1MS:MOV R5,#200;12M时延时1msDEL:NOPNOPNOPDJNZ R5,DELRETEND13. 一个显示电路如图9.60所示。请采用串行口方式0实现LED数码管的动态显示，在显示器上自左向右动态显示“654321”，每个字符保持时间为0.1s。图9.10 习题13原题电路图ORG 0000HLJMP STARTORG 0030HSTART:MOV SP,#60HMOV20H,#12H /显示数据MOV 21H,#34HMOV 22H,#56H MOV R1,#30HMOV R0,#20HCALL SPLIT/分离BCD码INC R0INC R1CALL SPLITINC R0INC R1CALL SPLITRED:ACALL DISPLYSJMP RED/=SPLIT:MOV A,R0ANL A,#0F0HSWAP AMOV R1,AINC R1MOV A,R0ANL A,#0FHMOV R1,ARET/=DISPLY:MOV R0, #30H;显示缓冲区首地址MOV R2, #05H;显示位置，最右端1位NEXT: ACALL DISP11;显示INC R0;修改显示缓冲区地址指针DEC R2;计算下一位显示位置CJNE R2,#0FFH, NEXT;6位显示完否？RET;显示完返回;显示1位子程序DISP11:MOV A, R0;取显示数据MOV DPTR, #SEG_TABMOVC A, A+DPTR;取显示数据的字型码MOV SBUF, A;输出字型码GOON: JBC TI, DPLYAJMP GOONDPLY: MOV A, R2MOV P1, A;输出显示位置ACALL DL100MS;延时MOV P1,#07HRET;字型码表SEG_TAB:DB 0C0H, 0F9H, 0A4H, 0B0H, 99H, 92H, 82H, 0F8H, 80H, 90H DB 88H, 83H, 0C6H, 0A1H, 86H, 8EH/=DL1MS:MOV R5,#200;12M时延时1msDEL:NOPNOPNOPDJNZ R5,DELRETDL100MS:MOV R6,#100DELX0:ACALL DL1MSDJNZ R6,DELX0RETEND14. 采用8155或8255扩展I/O口，设计一个显示电路显示“654321”。图9.11采用8255扩展的LED数码管动态显示接口电路图9.11为采用8255扩展的LED数码管动态显示接口电路。图中PA口用于输出字型码，PB口用于输出显示位置，LED数码管为共阴型，显示位置采用译码器译码的方式实现。在电路中采用同相缓冲器74LS07提高PA口的驱动能力，同相驱动器SN75451用于驱动显示器的公共端。电路中8255的PA和PB口处于基本输入/输出方式的输出模式，PA口地址为0000H，PB口为0001H，命令寄存器地址为0003H。定义SEG_OUT为PA口地址，BIT_OUT为PB口地址。程序如下：/定义区SEG_OUT EQU 0000H /PortA 输出字型码BIT_OUT EQU 0001H /PortB输出位控码PortC EQU 0002H/CMMD EQU 0003H/命令寄存器地址/=ORG 0000HLJMP STARTORG 0030HSTART:MOV SP,#60HMOV DPTR,#CMMD /8255初始化MOV A,#10000000B /方式0，A/B/C口为输出MOVX DPTR,ANOPNOPMOV20H,#12H /显示数据MOV 21H,#24HMOV 22H,#56H MOV R1,#30HMOV R0,#20HCALL SPLITINC R0INC R1CALL SPLITINC R0INC R1CALL SPLITRED:ACALL DSPLY2SJMP RED/=SPLIT:MOV A,R0ANL A,#0F0HSWAP AMOV R1,AINC R1MOV A,R0ANL A,#0FHMOV R1,ARET/=/6位显示DSPLY2:MOV R0,#30H;显示缓冲区首地址 MOV R2, #00000000B;显示起始位置REDO:ACALL DISP;显示1位INC R2;计算下一次的显示位置 INC R0 ;修改显示缓冲区指针 CJNE R2, #06H, REDO;6位显示完否？ RET ;显示结束返回/=;显示一位子程序DISP: MOV DPTR,#LED_SEG;字型码表首地址MOV A,R0;取显示数据MOVCA,A+DPTR;求显示数据的字型码MOV DPTR,#SEG_OUT;字型码输出口地址MOVX DPTR,A;输出字型码MOV A,R2;取显示位置MOV DPTR,#BIT_OUT;显示位置输出口地址MOVXDPTR,A;显示ACALL DL1MSMOV A,#0FFH;稳定显示1msMOVXDPTR,ARET;字型码表LED_SEG: DB 3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH,7DH,07H ;0,1,2,3,4,5,6,7 DB 7FH,6FH,77H,7CH,39H,5EH,79H,71H ;8,9,A,B,C,D,E,F DB 3EH, 50H, 40H, 08H, 00H ;U, r, , _, BLANK/=DL1MS:MOV R5,#200;12M时延时1msDEL:NOPNOPNOPDJNZ R5,DELRETEND15. 一个单片机的键盘显示系统采用34矩阵式键盘、8位LED数码管显示器。12个按键定义为数字键09、功能键ENTER和STOP。系统工作时，键入一组数值，按下ENTER键后，新数值替换原来的显示值在显示器上循环显示，按下STOP键，循环显示终止，显示数据被清除。设计硬件电路和编写相应的程序。图9.12 题15原理图/defination SEG_OUT EQU P2/字型输出BIT_OUT EQU P3/位控输出DISPBUFEQU 40H/显示缓冲区40H47HSETPTREQU 38H/设定数据时的存指针的单元HOLDTIMEEQU 39H/ENTER时，存储每位稳定时间的单元DLETIMEEQU 255/enter稳定时间BIT_CODEEQU 3AH/ENTER时存字型的单元BIT_LOCEQU 3BH/ENTER时存位控的单元ETR_FLAG BIT 28H.0/ENTER按下标志STP_FLAGBIT 28H.1/STOP按下标志/=ORG 0000HLJMP STARTORG 0030HSTART:MOV SP,#60H/=ENTER按下的初始化=CLR ETR_FLAGCLR STP_FLAGMOV HOLDTIME,#DLETIME/ENTER按下时，每位的保持时间MOV BIT_CODE,#DISPBUFMOV BIT_LOC,#01111111B/=清显示缓冲区=MOV R0,#DISPBUFMOV R3,#8ACALL CLRRAM;MOVSETPTR,#DISPBUF/设定指针初始化，未键入数据时，显示“-”MOV DISPBUF,#12HSCANK:MOV P1,#0FH/键盘扫描MOV A,P1ANL A,#00000111BXRL A,#00000111BJZ NON0ACALL DL20MS /消抖MOV P1,#0FHMOV A,P1ANL A,#00000111BXRL A,#00000111BJZ NON0 /键按下/此处判断哪个键按下MOV R3,#11101111BCONTI:MOV P1,R3MOV A,P1/逐行扫描ANL A,#00000111BXRL A,#00000111BJNZ FOUNDMOV A,R3RL AMOV R3,AXRL A,#11111110BJNZ CONTINON0:JMP NON/没有键按下FOUND:MOV P1,#00000111BMOVA,P1ANL A,#00001111BMOV R4,A/暂存列编码MOV A,R3ANL A,#11110000B/取行编码ORL A,R4MOV R4,A/ 存特征码，等待键释放NO_RLSE:MOV P1,#0FH /键释放MOV A,P1ANL A,#00000111BXRL A,#00000111BJNZ NO_RLSEACALL DL20MS /消抖MOV P1,#0FHMOV A,P1ANL A,#00000111BXRL A,#00000111BJNZ NO_RLSEMOV A,R4CJNE A,#0E6H,NUM2MOV R4,#01HJMP GODISP /1NUM2:CJNE A,#0E5H,NUM3MOV R4,#02H /2JMP GODISPNUM3:CJNE A,#0E3H,NUM4MOV R4,#03H /3JMP GODISPNUM4:CJNE A,#0D6H,NUM5MOV R4,#04H /4JMP GODISPNUM5:CJNE A,#0D5H,NUM6MOV R4,#05H/5JMP GODISPNUM6:CJNE A,#0D3H,NUM7MOV R4,#06HJMP GODISP /6NUM7:CJNE A,#0B6H,NUM8MOV R4,#07HJMP GODISP /7NUM8:CJNE A,#0B5H,NUM9MOV R4,#08HJMP GODISP /8NUM9:CJNE A,#0B3H,ENTERMOV R4,#09HJMP GODISP /9ENTER:CJNE A,#076H,NUM0MOV R4,#0AH /ENTERJMP ETR_DISP /ENTER按下，循环显示NUM0:CJNE A,#075H,STOPMOV R4,#00H/0JMP GODISPSTOP:CJNE A,#073H,NUMXMOV R4,#0BHJMP STP_DISP / STOP按下NUMX: JMP NON/没有按键按下GODISP:CLR ETR_FLAGCLR STP_FLAGMOV R0,SETPTRMOV A,R4MOV R0,AINC R0MOV SETPTR,R0CJNE R0,#DISPBUF+8,GOON MOV SETPTR,#DISPBUFGOON:JMP REDNON: ETR_FLAG,ETR_DISP /无键按下，之前ENTER按下 STP_FLAG,STP_DISP /无键按下，之前STOP按下 /无键按下，之前有数字键按下RED:MOV R0,#DISPBUFACALL DSPLY1 /显示键入的数据JMP SCANKETR_DISP:MOV SETPTR,#DISPBUF/enter件按下，设定数据循环显示SETB ETR_FLAG MOV R0,BIT_CODEMOV R2,BIT_LOC ;显示起始位置ACALL DISP;显示1位 DJNZ HOLDTIME, SKIP0MOVHOLDTIME,#DLETIMEMOV A, BIT_LOC;计算下一个显示位置 RR A MOV BIT_LOC,A INC BIT_CODE ;修改显示缓冲区地址指针 XRL A,#01111111B;8位显示完否 JNZ SKIP0MOV BIT_CODE,#DISPBUFMOV BIT_LOC,#01111111BMOVHOLDTIME,#DLETIME;未完，继续显示SKIP0: JMP SCANK ;返回/STOP处理STP_DISP: MOV SETPTR,#DISPBUFSETB STP_FLAGMOV R0,#DISPBUFMOV R3,#8ACALL CLRRAM; /清显示缓冲区容MOV DISPBUF,#12HMOV R0,#DISPBUF /最左边显示“-”ACALL DSPLY1JMP SCANK/=/8位显示DSPLY1:MOV R2, #01111111B;显示起始位置REDO: ACALL DISP;显示1位MOV A,R2;计算下一个显示位置RR AMOV R2, AINC R0 ;修改显示缓冲区地址指针XRL A, #01111111B;8位显示完否JNZ REDO;未完，继续显示RET ;返回/=;显示一位子程序DISP: MOV DPTR,#LED_SEG;字型码表首地址MOV A,R0;取显示数据MOVCA,A+DPTR;求显示数据的字型码MOV SEG_OUT,A;输出字型码MOV A,R2;取显示位置MOVBIT_OUT,A;显示ACALL DL1MSMOV A,#0FFH;稳定显示1msMOV BIT_OUT,ARET;字型码表LED_SEG: DB 3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH,7DH,07H ;0,1,2,3,4,5,6,7 DB 7FH,6FH,77H,7CH,39H,5EH,79H,71H ;8,9,A,B,C,D,E,F DB 3EH, 50H, 40H, 08H, 00H ;U, r, , -, BLANKDL1MS:MOV R5,#200;12M时延时1msDEL:NOPNOPNOPDJNZ R5,DELRETDL20MS:MOV R7,#20;12M时延时20msDEL00:ACALL DL1MSDJNZ R7,DEL00RETCLRRAM:MOV R0,#14H /不显示INC R0DJNZ R3,CLRRAMRETEND16. 简述A/D和的作用。A/D把模拟量变成数字量。