单片机与嵌入式系统600问

《职场新生代实用电子技术问答系列》丛书收集了高年级大学生、研究生在实验和课题研究工作中的电路问题，还包括工作不久的工程技术人员在新产品研发或产品维护中遇到的大量问题，并进行了解答。本选题主要是有关单片机与嵌入式系统的基本知识、系统硬件、系统软件、总线与串行接口、无线通讯、各种类型的单片机与嵌入式系统及特殊单片机、单片机与嵌入式系统的开发与应用等方面的知识。

李刚，天津大学精仪学院教授，中国电子学会高级会员，中国电子学会嵌入式计算机专家委员会委员；中国仪器仪表学会 理事；中国计算机学会微机专委会 委员；中国仪器仪表学会医仪分会 理事； 天津市单片机学会 理事长；中国仪器仪表学会青年工作委员会 委员；《国外电子元器件》 编委；《世界电子元器件》 编委；《生命科学仪器》 编委；《中国仪器仪表学报》 审稿专家；主持过近20项各级各类课题。

部分 单片机与嵌入式系统基础知识
1．什么是哈佛结构？哈佛结构有哪些特点？ （2）
2．什么是改进的（Enhanced）哈佛结构？ （2）
3．什么是冯?诺依曼结构？冯?诺依曼结构有哪些特点？ （2）
4．什么是冯?诺依曼瓶颈？ （3）
5．什么是程序寄存器？ （4）
6．什么是单片机掩膜？ （4）
7．单片机的I/O编址有哪两种？ （4）
8．什么是存储器地址？ （4）
9．什么是存储单元？ （5）
10．什么是十六进制？ （5）
11．什么是存储器？ （6）
12．什么是数据总线？ （7）
13．什么是地址总线？ （7）
14．总线有哪些主要技术指标？ （8）
15．什么是直接寻址？ （8）
16．什么是立即寻址？ （9）
17．什么是间接寻址？ （10）
18．单片机与嵌入式系统中的存储器有哪些种类？ （10）
19．常见可移动存储器有哪些？ （11）
20．什么是复杂指令集计算机？ （12）
21．什么是精简指令集计算机？ （13）
22．什么是通用寄存器？ （14）
23．什么是数据寄存器？ （14）
24．什么是变址寄存器？ （14）
25．什么是指针寄存器？ （15）
26．什么是段寄存器？ （15）
27．什么是指令指针寄存器？ （15）
28．什么是寻址实模式？什么是寻址保护模式？什么是寻址虚拟模式？ （15）
29．什么是程序计数器？ （15）
30．PSW标志位是如何定义的？ （16）
31．ARM中的程序状态寄存器有何内容？ （16）
32．PSW各标志位有何意义？ （17）
33．如何选择存储器的类型？ （17）
34．RAM有哪些种类？ （20）
35．什么是机器周期？ （22）
36．什么是指令周期？ （22）
37．什么是总线周期？ （22）
38．什么是机器周期？ （23）
39．总线周期、指令周期、机器周期和时钟周期之间的关系是什么？ （23）
40．什么是操作数？ （23）
41．什么是指令字？ （24）
42．什么是存储器带宽？ （24）
43．什么是数据传输速率？ （24）
44．什么是存取周期？ （25）
45．什么是存储单元？ （26）
46．什么是中断系统？ （26）
47．什么是中断源？单片机如何处理不同的中断源？ （27）
48．什么是中断级？ （27）
49．什么是中断屏蔽？ （27）
50．中断系统完成哪些操作？ （27）
51．什么是程序状态字？ （27）
52．什么是向量中断？ （28）
53．单片机与嵌入式系统的区别是什么？ （28）
54．现代计算机技术有哪两大分支？ （28）
55．为什么说两大分支发展是现代计算机技术里程碑式的事件？ （28）
56．嵌入式系统的定义是什么？ （29）
57．嵌入式系统有什么样的特点？ （29）
58．嵌入式系统有哪些种类与发展？ （29）
59．为什么说单片机开创了嵌入式系统独立的发展道路？ （29）
60．单片机的技术发展史是怎样的？ （30）
61．嵌入式系统有哪两种应用模式？ （30）
62．常见的单片机有哪些品牌？各有何特色？ （31）
63．哈佛结构的单片机有哪些特点？ （35）
64．EPROM、EEPROM和快闪存储器有何异同？ （35）
65．标准8051的存储器分哪几个空间？如何区别不同空间的寻址？ （36）
66．8031单片机外部程序存储器和外部数据存储器地址都是0000H～FFFFH，在实际使用
中是否存在地址重叠？如何区分？ （36）
67．8051如何确定和改变当前工作寄存器组？ （36）
68．模拟信号和数字信号的地为什么不能接在一起？ （36）
69．标准8051单片机的中断入口地址及复位入口地址是什么？ （36）
70．51单片机端口如何驱动继电器? （36）
71．MCS-51单片机的P1口能否在输入/输出状态下相互转换（在同一个控制程序中）？ （37）
72．MCS-51的中断程序能否放在64K程序存储器的任意区域？如何实现？ （37）
73．MCS-51系列和80C51系列单片机是否相同? （37）
74．MPU和DSP的区别有哪些？ （37）
75．NAND存储器和NOR存储器有何区别？ （37）
76．RAM的功能和结构有何特点？常用的RAM有哪几种？动态RAM为何需要刷新
操作？ （38）
77．ROM的特性和种类有哪些？ （38）
78．半导体存储器的电路结构形式与寄存器有什么不同？原因是什么？ （38）
79．半导体存储器的分类及特点是什么？ （38）
80．单片机和微机的异同之处。 （39）
81．单片机片内标准外围单元主要指哪些部分？ （39）
82．新型单片机为什么采用低频时钟？ （39）
83．单片机为什么要进行复位？复位的途径有哪些？ （39）
84．单片机型号带“C”表示什么？ （39）
85．8051单片机的端口如P1、P2、P3口，是否能直接拿来作为输入使用？ （39）
86．动态随机存储器（DRAM）的工作原理。 （39）
87．寄存器和移位寄存器是什么？ （39）
88．可编程存储器EPROM的结构及其能再次编程的原理是什么？ （40）
89．静态RAM与动态RAM各有何优缺点？ （40）
90．串行总线有何新发展？ （40）
91．如何实现简单的逻辑“与”电路？ （40）
92．什么是逻辑加密卡？ （41）
93．目前普通计算机上使用的是哪种UART？其速度如何？ （41）
94．嵌入式单片机如何分类？ （41）
95．嵌入式计算机系统的构成有哪些？ （41）
96．什么是标准8051单片机的振荡周期、节拍、机器周期？ （41）
97．什么是DMA传送方式？ （41）
98．AT89C52与AT89C51有何不同之处？ （42）
99．什么是PWM？比较单片机输出PWM和集成电路输出PWM？ （42）
100．什么是布尔变量？ （42）
101．什么是布尔处理器？它在51单片机中具有什么功能和特点？ （42）
102．什么是操作系统中的ATX电源？ （42）
103．什么是堆栈？8051单片机堆栈的容量为多少字节？ （43）
104．什么是嵌入式计算机系统？ （43）
105．什么是8051单片机的数据指针DPTR？其作用是什么？ （43）
106．什么是系统集成？ （43）
107．什么是硬盘的缓存？它有什么作用？ （43）
108．我们平常老是讲8051，又有8031，现在又有89C51、89C52，它们之间究竟是
什么关系? （44）
109．响应中断时刻的微操作有哪些？ （44）
110．选择存储器件时考虑哪些因素？ （44）
111．在大部分微单片机中采用的是冯?诺依曼结构，其原理是怎样的？ （44）
112．在单片机中，寄存器与存储器的区别是什么？ （45）
113．51单片机的P0～P3四个I/O端口在结构上有何异同？使用时应注意什么？ （45）
114．51系列单片机程序存储器中有几个具有特殊功能的单元？分别做什么用？ （45）
115．开机复位后，CPU使用的是哪组工作寄存器？它们的地址是什么？CPU如何确定
和改变当前工作寄存器组？ （45）
116．什么是51单片机的机器周期、时钟周期和指令周期？ （46）
117．8051的程序状态寄存器PSW的作用是什么？ （46）
118．每种复位对寄存器和RAM都有什么影响？ （46）
119．进入省电模式，应如何设置I/O状态，使功耗小？ （46）
120．单片机为什么要进行复位？复位的途径有哪些？ （47）
121．标准51单片机外部程序存储器的操作时序是怎样的？ （47）
122．标准51单片机的定时器/计数器的原理是怎样的？ （47）
123．8051定时器作定时和计数脉冲分别由谁提供？ （48）
124．8051定时器的门控信号GATE设置为定时器如何启动？ （48）
125．定时器/计数器作定时器用时，其定时时间与哪些因数有关？作计数器时，对外计数
频率有何限制？ （48）
126．单片机怎样管理中断？怎样开放和禁止中断？怎样设置优先级？ （48）
127．51单片机有哪些中断源？什么是中断优先级？ （48）
128．51单片机中断的响应过程是怎样的? （49）
129．51单片机响应中断的条件是什么？CPU响应中断后，CPU要进行哪些操作？不同
中断源的中断入口地址是多少？ （49）
130．51单片机中断响应的条件是什么？ （49）
131．80C51在响应某中断请求后会不会自动清除对应的中断请求标志? （49）
132．80C51外部中断有哪两种触发方式？它们对触发脉冲或电平有什么要求？ （50）
133．什么是中断和中断系统？其主要功能是什么？ （50）
134．什么是异常处理？ （50）
135．什么是中断？ （50）
136．什么是硬件中断？ （51）
137．什么是软件中断？ （51）
138．内部中断有什么特点？ （52）
139．什么是中断优先级？ （52）
140．什么是中断？ （52）
141．什么是直接存储器存取（DMA）？ （53）
142．什么是优先级？ （53）
143．什么是优先级反转？如何解决优先级反转的问题？ （53）
144．什么是中断嵌套？ （54）
145．什么是中断优先级？ （54）
146．什么是中断查询优先级？ （55）
147．什么是中断执行优先级？ （55）
148．什么是中断处理？ （55）
149．多级中断有何特点？ （55）
150．什么是处理机调度？ （56）
151．什么是处理机调度的性能准则？ （56）
152．有哪几种常见的调度算法？各有何优缺点？ （56）
153．什么是AHB？ （57）
154．什么是AMBA 2.0规范？ （58）
155．什么是APB总线？ （58）
156．什么是直接存储器存取（DMA）方式？ （59）
157．什么是总线？ （59）
158．总线特性有哪些？ （60）
159．三类总线在微机系统中的地位和关系是什么？ （60）
160．总线有哪几类？ （61）
161．内部总线有哪些种类？ （61）
162．什么是外部总线？外部总线有哪些种类？ （62）
163．计算机总线有哪些种类？ （63）
164．总线的技术指标有哪些？ （63）
165．为什么要制定总线标准? （63）
166．什么是总线标准的技术规范？ （64）
167．有哪些总线的标准？ （64）
168．采用总线结构有何优缺点？ （65）
169．为什么计算机常常采用总线结构？ （65）
170．什么是Jazelle技术？ （66）
171．什么是TrustZone架构？ （66）
172．什么是M

毋庸置疑，“测控电路”是工科院校中开设多的专业课程之一，学习人数众多。其原因在于测控电路在现代生活中的应用到了无所不在的地步，不论是工业、交通运输，还是国防、科研，即使在人们的日常生活中也无处不在，如冰箱、空调器、自动路灯、电子人体秤、电磁炉、护眼灯中都存在测控电路。可以说，只要用电的地方，就有测控电路的存在。因此，学习并掌握好测控电路，必将在参加工作后能够大展拳脚，建功立业。
 但是，“测控电路”既有很强的理论性，又有很强的实践性。因此，在学习时不仅需要刻苦钻研理论知识，而且要努力实践。更为困难的是，测控电路涉及的专业知识面宽，又在迅速发展，这就使得没有哪本教科书或参考书能够为读者提供足够的知识、经验及解惑释疑。加上测控电路的深度和广度都超乎一般人的想象：从理论到实践不说，从元器件、单元电路、各种系统到测量仪器的理想特性与实际特性，从模拟仿真到实际测试，从核心器件到辅助器材，从实验电路、原理样机到批量生产的工艺，从现在仍然发挥作用的晶体三极管到新近普及的SoC（片上系统集成电路）……其中任何一项知识与能力的或缺都将影响一位电子工程师的水准与实力。本丛书就是为使职场新生代迅速成为电子达人而编写的。
我们一直从事“测控电路”的教学和相关科研工作，在教学过程中，深深感受到实践对学好“测控电路”的重要性和“学以致用”在今天的素质教育中的重要性。在引导学生加强实践的同时，我们收集了大量学生在学习“测控电路”中，特别是在实验中提出的各种各样的问题，也有很多问题是我们课题组的研究生或我们学院的研究生们提出的，还有部分是在网络上BBS中讨论的问题。因此，这些问题的覆盖面广，而且是学生或工作不久的工程技术人员所提出的，这样能够更好地反映学习和应用“测控电路”中所遇到的问题，针对性更强，对读者的帮助更大。
在这些问题中，有相当数量的问题回答是由学生自己给出的，只要没有错误，我们尽量保留这些问答，觉得学生（或初学者）的“自问自答”可能更有利于读者明白这些问题。
由于这些问题涉及面广，所以在符号、表达式、电路图等方面就难以统一。例如，在相关课程“电路”或“电路原理”中使用的符号、表达式与“模拟电子技术”中的就不一样，在计算机辅助设计、仿真相关课程中使用的又有不同。本书中只要能够准确地表示和表达，就不追究符号、表达式、电路图的统一，也许这样能够更好地帮助读者理解和掌握。
问题的分类也是一个难有统一标准的事情。例如，精密放大器的PCB布局是算放大器的问题还是PCB布局问题？只好根据作者的理解和侧重把这些问题进行分类。另一个让作者棘手的问题是有些问题可以从不同的层面和角度来回答，如果都集中在一个问题里回答，可能这个问题就成为一篇大论文，让读者感到烦闷、枯燥，而细分开来，又会有一定的重叠。我们倾向于后一种方式，这样读起来可能更轻松，信息量也更大一些，看问题的角度也更全面一些。
为了尽可能穷尽目前学习和应用测控电路可能遇到的问题，本丛书将数以万计的问题进行分类，以方便读者的查找和阅读。
本丛书是依靠群众的力量完成的，有近200位本科生、120多位研究生贡献了他们的力量，特别是我们课题组的研究生，更是直接参与了本丛书的整理工作，他们是杨雪、张林娜、张盛昭、刘妍、刘洋、贺建满、焦彬、贺文钦、徐思佳、胡雅佳、王怀乐、李泽云、张启蕊、李淑娟、彭瑶和刘红艳。没有他们的辛勤努力是不可能完成本书编写的，在此谨向他们致以深深的谢意！
编  者   
 
 
本书作为“职场新生代实用电子技术问答系列”丛书的第五册，主要包括单片机与嵌入式系统的基础知识，系统硬件，系统软件，各种类型的单片机与嵌入式系统，单片机与嵌入式系统中的通信总线、单片机与嵌入式系统的开发与应用等方面的内容。这些关于单片机与嵌入式系统知识的重要性是不言而喻的。实际上，一个测控系统、仪器仪表中一定有“单片机与嵌入式系统”，单片机与嵌入式系统的性能与作用决定了测控系统或仪器仪表的性能，甚至成败。在电子技术上天入地、无所不在的今天，对于一个电子工程师而言，掌握单片机与嵌入式系统的知识和相应的应用，其重要性怎样强调都不过分。虽然职场新生代在校学习期间已经学习了单片机或嵌入式系统的课程，但对单片机与嵌入式系统知识的掌握和应用能力还是十分有限的。本书的目的就是要帮助他们尽快地了解和掌握单片机与嵌入式系统的实际知识。
本书收集了高年级本科生、研究生在实验和课题研究工作中的单片机与嵌入式系统及其应用问题，还包括的单片机与嵌入式系统的知识，了解这些问题对电子、机电、测控和仪器仪表类专业的大学生掌握单片机与嵌入式系统的理论、提高实践能力有很大帮助，同时对从事电子领域工作的工程技术人员也有很高的参考价值。
本书收集的问题可能从不同的角度、层面提出，因而有不少问题有一定程度的重叠，但回答问题也有多种角度、不同层面，这样可能更有助于读者理解和体会这些问题和相关知识。
本书共包括七部分，郝丽玲博士编写了部分，乔文博士编写了第二部分，王慧泉博士编写了第三部分，陈瑞娟博士编写了第四部分，刘玉良博士编写了第五部分，赵喆博士编写了第六部分，刘近贞博士编写了第七部分。全书由林凌教授和李刚教授主编、整理和统稿。

编  者   
2017年春于北洋园