单片机闭卷模拟试卷与参考答案

本模拟卷按老师说明的考试形式设计：

第一大题：问答题，30分
涉及单片机概念、应用范围、组成原理、串口及多机通信原理。

第二大题：简单设计题，20分
涉及I/O口使用、按键、LED、延时程序。

第三大题：综合设计题，50分
涉及I/O口、中断、定时器等综合应用。

建议做题方式：先闭卷独立完成，再对照答案改。尤其是定时器初值、中断入口、初始化程序，这些必须能手写出来。

模拟试卷

一、问答题（共30分）

1. 简述什么是单片机，并说明单片机的主要特点和应用范围。（6分）

要求回答：

单片机的定义。
至少写出3个特点。
至少写出5个应用领域。

2. 简述 MCS-51 单片机的基本组成，并说明各部分的作用。（6分）

要求回答：

CPU。
程序存储器。
数据存储器。
I/O口。
定时器/计数器。
中断系统。
串行口。

3. 简述 MCS-51 单片机 P0、P1、P2、P3 四个并行 I/O 口的主要特点。（6分）

要求回答：

四个口都是几位口。
P0口有什么特殊性。
P2口在外部扩展时有什么作用。
P3口有哪些第二功能。

4. 简述 MCS-51 串行口通信的基本过程，并说明 SCON、SBUF、RI、TI 的作用。（6分）

要求回答：

串行通信基本概念。
发送过程。
接收过程。
相关寄存器或标志位作用。

5. 简述 MCS-51 多机通信的基本原理。（6分）

要求回答：

多机通信中主机和从机的关系。
方式2或方式3的第9位数据有什么作用。
地址帧和数据帧如何区分。
SM2 位在多机通信中的作用。

二、简单设计题（共20分）

1. LED流水灯设计（10分）

设 8 个 LED 接在 P1 口，低电平点亮。要求编写程序，使 LED 从 P1.0 到 P1.7 依次点亮，循环往复。延时子程序可自行设计。

要求：

写出主程序。
写出延时子程序。
简要说明低电平点亮时送到 P1 口的数据特点。

2. 按键控制 LED 设计（10分）

设按键 K 接在 P3.2，低电平表示按下；LED 接在 P1.0，低电平点亮。要求实现：

按键按下时 LED 亮；
按键松开时 LED 灭。

要求：

写出程序。
说明为什么判断 P3.2 是否为 0。
可加入简单消抖。

三、综合设计题（共50分）

1. 定时器控制 LED 闪烁系统设计（25分）

设晶振频率为 12MHz，P1.0 接 LED，低电平点亮。要求使用定时器 T0 工作方式1产生 50ms 定时中断，累计 20 次形成约 1s，使 LED 每隔 1s 翻转一次。

要求：

计算定时器 T0 的初值。（8分）
写出中断入口安排。（4分）
写出定时器初始化程序。（6分）
写出 T0 中断服务程序。（7分）

2. 外部中断与定时器综合控制系统设计（25分）

设 P1 口接 8 个 LED，低电平点亮；INT0 接按键，低电平触发。系统要求：

正常状态：P1口8个LED循环流水显示。
按下 INT0 按键后：系统进入报警状态，全部LED以约1s周期闪烁。
再次按下 INT0 按键后：退出报警状态，恢复流水灯显示。

设晶振频率为 12MHz，使用 T0 方式1定时 50ms，在中断中累计形成 1s。

要求：

说明系统总体设计思路。（5分）
写出 T0 初值。（5分）
写出外部中断 INT0 和定时器 T0 的初始化程序。（7分）
写出主程序和中断服务程序的关键代码。（8分）

参考答案

一、问答题参考答案

1. 单片机的概念、特点和应用范围

单片机是把 CPU、程序存储器、数据存储器、I/O 接口、定时器/计数器、中断系统、串行通信接口等集成在一块芯片上的微型计算机。它主要面向控制应用，也常称为微控制器 MCU。

主要特点：

集成度高，体积小。
成本低，功耗低。
可靠性较高。
控制能力强，适合嵌入到设备内部。
可通过 I/O 口、中断、定时器、串口等控制外部设备。

应用范围：

工业控制，如生产线控制、自动检测。
家用电器，如电饭煲、空调、洗衣机。
智能仪器仪表，如电子秤、万用表。
汽车电子，如车窗控制、倒车雷达。
通信设备，如串口模块、蓝牙模块控制。
医疗设备，如血压计、血糖仪。
安防系统，如门禁、报警器。
机器人和智能小车控制。

2. MCS-51 单片机基本组成

MCS-51 单片机主要由 CPU、程序存储器、数据存储器、并行 I/O 口、定时器/计数器、中断系统、串行口、特殊功能寄存器、时钟和复位电路等组成。

各部分作用：

CPU：执行指令，完成算术逻辑运算，并控制单片机各功能部件工作。
程序存储器：存放用户程序和常数，复位后 CPU 从程序存储器 0000H 地址开始取指执行。
数据存储器：存放程序运行中的变量、中间结果、堆栈和标志数据。
I/O口：用于单片机与外部设备之间进行数字量输入和输出。
定时器/计数器：可对内部机器周期计数实现定时，也可对外部脉冲计数。
中断系统：使 CPU 能及时响应外部或内部事件，提高实时性。
串行口：用于单片机与计算机、其他单片机或通信模块进行串行数据传输。
特殊功能寄存器：用于控制 I/O、中断、定时器、串口等片内功能部件。

3. P0、P1、P2、P3 四个 I/O 口特点

MCS-51 有 P0、P1、P2、P3 四个 8 位并行 I/O 口，共 32 根 I/O 线。

P0 口：

可作普通 I/O 口使用。
外部扩展存储器时，作为低 8 位地址/数据复用总线。
P0 口为漏极开路结构，作普通 I/O 输出时通常需要外接上拉电阻。

P1 口：

通常作为普通准双向 I/O 口使用。
常用于连接 LED、按键、数码管等简单外设。

P2 口：

可作普通 I/O 口使用。
外部扩展存储器时，常作为高 8 位地址总线。

P3 口：

可作普通 I/O 口使用。
还具有第二功能，包括串口接收 RXD、串口发送 TXD、外部中断 INT0/INT1、定时器外部输入 T0/T1、外部数据存储器写 WR 和读 RD 等。

4. 串行口通信过程及寄存器作用

串行通信是指数据按位依次传输。MCS-51 串行口通过 TXD 引脚发送数据，通过 RXD 引脚接收数据。

发送过程：

设置串口工作方式和波特率。
将要发送的数据写入 SBUF。
串口硬件自动从 TXD 引脚逐位发送。
发送完成后 TI 置 1。
软件检测 TI 后，将 TI 清 0，以便下一次发送。

接收过程：

设置串口工作方式，并允许接收 REN=1。
外部数据从 RXD 引脚逐位进入串口。
接收完成后，数据进入 SBUF，RI 置 1。
软件检测 RI 后，从 SBUF 读出数据。
软件将 RI 清 0，准备下一次接收。

5. 多机通信基本原理

MCS-51 串行口方式2和方式3为 9 位异步通信方式，可用于多机通信。多机通信中通常有一个主机和多个从机，主机负责发送地址帧和数据帧，从机根据地址判断是否接收后续数据。

基本过程：

主机先发送地址帧。
地址帧的第9位通常置 1，用来表示这是一帧地址。
所有从机接收地址帧，并与自己的地址比较。
地址匹配的从机允许接收后续数据；地址不匹配的从机继续等待新的地址帧。
主机再发送数据帧，数据帧第9位通常置 0。

SM2 的作用：

当 SM2=1 时，串口在多机通信中通常只对第9位为 1 的地址帧产生接收中断。
地址匹配的从机可清除 SM2，使其继续接收第9位为 0 的数据帧。
地址不匹配的从机保持 SM2=1，从而忽略后续数据帧。

二、简单设计题参考答案

1. LED流水灯设计

低电平点亮时，某一位输出 0 表示该位 LED 亮，其余位输出 1 表示灭。例如：

1111 1110B = FEH，P1.0亮
1111 1101B = FDH，P1.1亮

参考程序：

ORG 0000H
    LJMP MAIN

MAIN:
    MOV A,#0FEH

LOOP:
    MOV P1,A
    ACALL DELAY
    RL A
    SJMP LOOP

DELAY:
    MOV R7,#200
D1:
    MOV R6,#250
D2:
    DJNZ R6,D2
    DJNZ R7,D1
    RET

END

说明：初值 0FEH 使 P1.0 输出低电平。每次 RL A 后，低电平位左移，实现流水灯效果。

2. 按键控制 LED 设计

因为按键低电平有效，所以按下时 P3.2=0。LED 低电平点亮，所以按下时应使 P1.0=0。

参考程序：

ORG 0000H
    LJMP MAIN

MAIN:
    SETB P1.0        ; LED先灭
    SETB P3.2        ; P3.2置1，作为输入

KEY_SCAN:
    JB P3.2,LED_OFF  ; P3.2=1，未按下

    ACALL DELAY      ; 简单消抖
    JB P3.2,LED_OFF
    CLR P1.0         ; 按下，LED亮
    SJMP KEY_SCAN

LED_OFF:
    SETB P1.0        ; 松开，LED灭
    SJMP KEY_SCAN

DELAY:
    MOV R7,#100
D1:
    MOV R6,#200
D2:
    DJNZ R6,D2
    DJNZ R7,D1
    RET

END

三、综合设计题参考答案

1. 定时器控制 LED 闪烁系统设计

1. 初值计算

晶振频率：

fosc = 12MHz

MCS-51 一个机器周期为 12 个时钟周期：

机器周期 = 12 / 12MHz = 1μs

定时 50ms 需要计数：

N = 50ms / 1μs = 50000

T0 方式1为 16 位定时器，最大计数为 65536：

初值 = 65536 - 50000 = 15536 = 3CB0H

所以：

TH0 = 3CH
TL0 = B0H

累计 20 次：

50ms × 20 = 1000ms = 1s

2. 中断入口安排

ORG 0000H
    LJMP MAIN

ORG 000BH
    LJMP T0_ISR

T0 中断入口地址是 000BH。

3. 初始化程序

MAIN:
    MOV TMOD,#01H    ; T0方式1，16位定时
    MOV TH0,#3CH
    MOV TL0,#0B0H
    MOV R7,#20       ; 20次50ms为1s
    SETB P1.0        ; LED先灭
    SETB ET0         ; 允许T0中断
    SETB EA          ; 开总中断
    SETB TR0         ; 启动T0

HERE:
    SJMP HERE

4. T0 中断服务程序

T0_ISR:
    MOV TH0,#3CH
    MOV TL0,#0B0H
    DJNZ R7,T0_EXIT

    MOV R7,#20
    CPL P1.0         ; 每1s翻转LED

T0_EXIT:
    RETI

完整程序：

ORG 0000H
    LJMP MAIN

ORG 000BH
    LJMP T0_ISR

MAIN:
    MOV TMOD,#01H
    MOV TH0,#3CH
    MOV TL0,#0B0H
    MOV R7,#20
    SETB P1.0
    SETB ET0
    SETB EA
    SETB TR0

HERE:
    SJMP HERE

T0_ISR:
    MOV TH0,#3CH
    MOV TL0,#0B0H
    DJNZ R7,T0_EXIT
    MOV R7,#20
    CPL P1.0

T0_EXIT:
    RETI

END

2. 外部中断与定时器综合控制系统设计

1. 总体思路

系统使用 P1 口控制 8 个 LED。正常状态下，主程序循环实现流水灯显示；外部中断 INT0 接按键，每次按下使报警标志位取反；定时器 T0 每 50ms 中断一次，累计 20 次形成约 1s。当报警标志有效时，定时器中断中使 P1 口全部 LED 闪烁；当报警标志无效时，主程序恢复流水灯。

可设：

20H.0 = 报警状态标志
20H.1 = 1s到达标志或闪烁状态标志

2. T0 初值

与上一题相同：

TH0 = 3CH
TL0 = B0H

3. 初始化程序

ORG 0000H
    LJMP MAIN

ORG 0003H
    LJMP INT0_ISR

ORG 000BH
    LJMP T0_ISR

MAIN:
    MOV TMOD,#01H
    MOV TH0,#3CH
    MOV TL0,#0B0H
    MOV R7,#20

    CLR 20H.0        ; 报警标志=0
    SETB P1.0

    SETB IT0         ; INT0边沿触发
    SETB EX0         ; 允许外部中断0
    SETB ET0         ; 允许T0中断
    SETB EA          ; 开总中断
    SETB TR0         ; 启动T0

    MOV A,#0FEH

4. 主程序和中断服务程序

主程序：

MAIN_LOOP:
    JB 20H.0,MAIN_LOOP   ; 报警状态下，LED由T0中断控制

    MOV P1,A             ; 正常流水灯
    ACALL DELAY
    RL A
    SJMP MAIN_LOOP

外部中断 INT0：每按一次切换报警状态。

INT0_ISR:
    CPL 20H.0            ; 报警标志取反
    RETI

T0 中断服务程序：

T0_ISR:
    MOV TH0,#3CH
    MOV TL0,#0B0H

    DJNZ R7,T0_EXIT
    MOV R7,#20

    JNB 20H.0,T0_EXIT    ; 非报警状态，不闪烁
    CPL 20H.1
    JB 20H.1,ALL_ON

ALL_OFF:
    MOV P1,#0FFH         ; 全灭
    SJMP T0_EXIT

ALL_ON:
    MOV P1,#00H          ; 全亮，低电平点亮

T0_EXIT:
    RETI

延时子程序：

DELAY:
    MOV R6,#200
D1:
    MOV R5,#250
D2:
    DJNZ R5,D2
    DJNZ R6,D1
    RET

完整程序骨架：

ORG 0000H
    LJMP MAIN

ORG 0003H
    LJMP INT0_ISR

ORG 000BH
    LJMP T0_ISR

MAIN:
    MOV TMOD,#01H
    MOV TH0,#3CH
    MOV TL0,#0B0H
    MOV R7,#20
    CLR 20H.0
    CLR 20H.1

    SETB IT0
    SETB EX0
    SETB ET0
    SETB EA
    SETB TR0

    MOV A,#0FEH

MAIN_LOOP:
    JB 20H.0,MAIN_LOOP
    MOV P1,A
    ACALL DELAY
    RL A
    SJMP MAIN_LOOP

INT0_ISR:
    CPL 20H.0
    RETI

T0_ISR:
    MOV TH0,#3CH
    MOV TL0,#0B0H
    DJNZ R7,T0_EXIT
    MOV R7,#20
    JNB 20H.0,T0_EXIT
    CPL 20H.1
    JB 20H.1,ALL_ON
    MOV P1,#0FFH
    SJMP T0_EXIT

ALL_ON:
    MOV P1,#00H

T0_EXIT:
    RETI

DELAY:
    MOV R6,#200
D1:
    MOV R5,#250
D2:
    DJNZ R5,D2
    DJNZ R6,D1
    RET

END

考前重点提醒

这份卷子里最值得反复练的是：

定时器方式1初值计算。
ORG 0003H、ORG 000BH、RETI 这些中断模板。
TMOD、TH0、TL0、IE、TCON 的常用设置。
低电平点亮 LED 时，0 表示亮，1 表示灭。
串口多机通信：方式2/3、第9位、地址帧、数据帧、SM2。

缩写如果记不住，先看同目录下的 8、寄存器与标志位缩写全称速记.md，里面把 IE、IP、TCON、TMOD、SCON、RI、TI、TF0、TR0、EA、ET0、EX0 等缩写都按英文全称和中文含义整理了。

如果这份能闭卷写到 75% 以上，这次考试的大方向基本就稳了。