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嵌入式基础教程与实践(第三版)课后习题答案.doc

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试阅: 3.比较 MCU 与 CPU 的区别与联系。 答:CPU 是一个单独的 PC 处理器。而 MCU,则有微处理器,存储器(RAM/ROM 等)、定时 器/计数器及多种输入输出(I/O)接口的比较完整的数字处理系统。所以可以这么说,MCU 是一个包含微处理器的嵌入式系统,而 CPU 紧紧是一个处理器而已。 第一章 1.嵌入式系统的基本含义是什么?为什么说单片机是典型的嵌入式系统? 答:即 MCU 的含义是:在一块芯片上集成了中央处理单元(CPU)、存储器(RAM/ROM 等)、 定时器/计数器及多种输入输出(I/O)接口的比较完整的数字处理系统。大部分嵌入式系统 以 MCU 为核心进行设计。MCU 从体系结构到指令系统都是按照嵌入式系统的应用特点专门 设计的,它能很好地满足应用系统的嵌入、面向测控对象、现场可靠运行等方面的要求。因 此以 MCU 为核心的系统是应用最广的嵌入式系统。 2. 简述嵌入式系统的特点以及应用领域(举例)。 答:嵌入式系统属于计算机系统,但不单独以通用计算机的面目出现;嵌入式系统开发需要 专用工具和特殊方法;使用 MCU 设计嵌入式系统,数据与程序空间采用不同存储介质;开发 嵌入式系统涉及软件、硬件及应用领域的知识;嵌入式系统的其他特点,比如紧张的资源,较 高稳定性要求,低功耗,低成本等。 一般用于工业控制,智能家电,日常电子等领域。 日常数码产品:手机,MP3,U 盘,相机等。 日常工业类:冰箱,空调,微波炉,汽车等。 3.比较 MCU 与 CPU 的区别与联系。 答:CPU 是一个单独的 PC 处理器。而 MCU,则有微处理器,存储器(RAM/ROM 等)、定时 器/计数器及多种输入输出(I/O)接口的比较完整的数字处理系统。所以可以这么说,MCU 是一个包含微处理器的嵌入式系统,而 CPU 紧紧是一个处理器而已。 4. 总结嵌入式系统常用术语。 硬件:封装,印刷电路板,动态可读写随机存储器与静态可读写随机存储器,只读存储器, 闪速存储器,模拟量与开关量。 通信:并行通信,串行通信,串行外设接口,集成电路互连总线,通用串行总线,控制器 局域网,背景调试模式,边界扫描测试协议,串行线调试技术。 功能模块及软件:通用输入/输出,A/D 与 D/A,脉冲宽度调制器,看门狗,液晶显示,发 光二级管,键盘,实时操作系统。 5.C 语言的那些特性使得它成为嵌入式系统中使用频率最高的高级语言。 答:相比底端汇编,更简单易学;与高级语言如(C++,C#,java 等)相比,执行效率高, 编译后的编码体积小,而且支持好的编译器还支持嵌入汇编代码;对位的操纵能力很强。 6. 举例说明结构体变量类型的定义、结构体变量的声明与使用方法。 C 语言中所有数据类型遵循“先定义后使用”的原则。
(1)结构体的说明和结构体变量的定义 例如,定义一个名为 student 的结构体变量类型: structure student{ char name[8]; char class[10]; int age; //定义名为 student 的结构体变量类型 //成员变量 name 为字符型数组 //成员变量 class 为字符型数组 //成员变量 age 为整型 }; 这样,若声明 s1 为一个 student 类型的结构体变量,则: struct student s1; //声明 s1 为 student 类型的结构体变量 又如定义类型同时声明: structure student{ char name[8]; char class[10]; int age; }s1; //定义名为 student 的结构体变量类型 //成员变量 name 为字符型数组 //成员变量 class 为字符型数组 //成员变量 age 为整型 //声明 s1 为 student 类型的结构体变量 (2)结构体变量的使用 结构体成员的表示方式: 结构体变量 . 成员名 s1.age=18; (3)结构体指针 7. 第二章 1. ARM 处理器分为那几个系列?简要说明个系列的主要应用范围。 1)ARM Cortex-A50 系列处理器:手势控制功能,现实技术、移动游戏、Web2.0 技术 2)ARM Cortex-A 系列处理器:高计算要求、运行丰富操作系统、交互媒体和图形体验 3)ARM Cortex-R 系列处理器:智能手机、硬盘驱动器、数字电视、医疗行业、工业控制, 汽车电子等 4)ARM Cortex-M 系列处理器:智能测量、人机接口设备、汽车和工业控制系统、大型家 用电器、消费型产品和医疗器械 2. ARM Cortex-M0+处理器有哪些特点?说明其主要应用领域。 1)M0+内核:支持 16 位 Thumb 指令集 2)嵌套中断向量控制器:与 MCU 紧耦合,支持中断嵌套,采用向量中断机制 3)总线网络:M0+内部总线系统的核心 4)调试组件:基于硬件,支持两个硬件断点和两个观察点,支持单步调试和向量捕捉, 支持多个软件断点 5)总线接口:可高速整体访问所有系统外设和内存 6)SysTick 系统时钟:用于实时操作系统 RTOS 的时钟或仅仅作为计数器
7)其他模块:系统控制模块提供系统运行信息和系统配置功能;微型跟踪缓冲器提供程 序追踪功能;存储器保护单元是一个选配的单元 应用领域: 家用电器、白色商品、医疗监控、电子测量、照明设备以及功耗与汽车控制器 件等各种广泛应用的智能传感器与智能控制系统,提供超低功耗、低成本微控制器(MCU)。 第三章 1. 简述 ARM Cortex-M0+ Kinetis L 系列 MCU 的型号和标识。 飞思卡尔 Kinetis 系列 MCU 的型号众多,但同一种系列的 CPU 核是相同的 Kinetis L 系列命名格式:Q KL # # A FFF R T PP CC(N)本书:MKL25Z128VLK4 2. 简要阐述硬件电路中滤波电路、耦合电路的具体作用。 滤波电路:改善系统的电磁兼容性,降低电源波动对系统的影响,增强电路的稳定性。 耦合电路: 3. 解释最小系统概念,并结合 KL25 开发板,归纳实现最小系统需要的引脚资源。 硬件最小系统:由电源、主板和 CPU、内存组成.在这个系统中,没有任何信号线的连接,只有 电源到主板的电源连接.在判断的过程中通过声音来判断这一核心组成部分是否可正常工 作。 KL25 硬件最小系统引脚包括电源类引脚、复位引脚、晶振引脚 4. 给出 KL25 的 Flash 及 RAM 的大小、地址范围。 Flash:128KB(0x0000_0000~0x0001 FFFF) RAM:16KB 0x0000_0000~0x07FF_FFFF 0x0000_0000~0x3FFF_FFFF 5. KL25 开发板 SD-FSL-KL25-EVB 中使用什么标准调试接口,具体如何实现? SWD(Serial Wire Debug)串行协议访问处理器接口 观察三色灯变化、串口通信、USB 口通信 将 USB 线的迷你 USB 口端接入开发板的 USB 扁口,将 USB 线的另一端 USB 扁口接入 PC 的 USB 口,给开发板供电。 将 TTL-USB 串口线与评估板上的串口连接(蓝线-RX,白线-TX,黑线-GND),串口线的 USB 接 PC 的 USB 口。 将 USB 线的“迷你 USB 口”端接入开发板的 USB 扁口,另一端 USN 扁口接入 PC 的 USB 口。 6. 给出 KL25 芯片的 RAM、Flash 的地址范围,说明堆栈空间、全局变量、常量、程序分别 存放于 RAM 中还是 Flash 中。 Flash:0x0000_0000~0x07FF_FFFF RAM:0x0000_0000~0x3FFF_FFFF 全局变量,常量 堆栈空间,程序 7. KL25 开发板 SD-FSL-KL25-EVB 中具有哪些功能接口,如何进行测试? SWD(Serial Wire Debug)串行协议访问处理器接口、3 色 RGB 指示灯、TTL 电平的 UART 接 口、miniUSB 接口。 观察三色灯变化、串口通信、USB 口通信
将 USB 线的迷你 USB 口端接入开发板的 USB 扁口,将 USB 线的另一端 USB 扁口接入 PC 的 USB 口,给开发板供电。 将 TTL-USB 串口线与评估板上的串口连接(蓝线-RX,白线-TX,黑线-GND),串口线的 USB 接 PC 的 USB 口。 将 USB 线的 “迷你 USB 口”端接入开发板的 USB 扁口,另一端 USN 扁口接入 PC 的 USB 口。 8. 分析 KL25 最小系统原理图中各部分的基本原理。 1)电源及其滤波电路:提供足够的电流容量,电源引脚外接适当的滤波电容以抑制高频噪 声 2)复位电路和复位功能:正常工作时复位输入引脚 T_RST 通过一个 10K 殴的电阻到电源正 极,所以一个为高电平。若按下复位按钮,则 T_RST 引脚接为低电平,导致芯片复位。 3)晶振电路:外接电源,借助辅助电路产生震荡信号 4)SWD 接口电路:程序下载和调试,只需两根线,数据输入/输出线和时钟线。 第六章 1,简述 MCU 与 PC 之间进行串口通信时,为什么要经行电平转 换?如何进行转换? 由于单片机 TTL 的电平与 PC 串口标准的电平不一样,所以就要进行电平转换。 若用 PC 串口标准的 RS—232 总线进行串口通信,则需要外接电路实现电平转换, 在发送端,需要用驱动电路将 TTL 电平转换成 RS—232 电平;在接收端,需要用 接收电路将 RS-232 电路转换为 TTL 电平。 2,设波特率为 9600,使用 NRZ 格式的 8 位数据位、1 位停止位, 传输 2KB 的文件最少需要多少时间? 解:所需发送的数据量:2KB*1024=2048 字节 发送一个字节需要 10 位(开始位,数据位,停止位),则 2048*10=20480 位 时间:20480 位/9600=2.13s 3,简述 M0+中断机制及执行过程: 中断是 MCU 实时的处理内部或外部事件的一种内部机制。由模块中断源、中断 控制器(NVIC)和 M0+内核组成,模块中断源向中断控制器发出中断信号。中断 控制器对发来的信号进行管理,判断是否允许中断,若允许,通过私有外设总线 发送 M0+内核,由内核处理中断。NVIC可根据中断信号的优先级对中断进行 响应。 第七章
4,分析 TPM 的功能及编程要点 三种常用的功能:输入捕捉,输出比较,脉宽调制器 PWM。 编程要点:注意各种寄存器的正确使用。详解见书本 P164—P169 第八章 1,简述独立式键盘和矩阵键盘的应用特点: 独立式键盘方式是指将每个独立式按键按一对一的方式直接接到 I/O 输入线上, 这种方式查键实现简单,但占用 I/O 资源较多,一般再按键数量较少的情况下使 用。矩阵键盘方式是用 m 条 I/O 线组成行输出口,n 条线组成列输出口,在行列 线的每一个焦点上设置一个按键,这种方式占用 I/O 线少,在实际应用系统中采 用较多。 2,列举常见的键盘消除抖动的方法: 当按键被按下时,会出现所按键在闭合位置和断开位置之间跳几下,才稳定到闭 合状态的情况,当释放一个按键时也会出现类似的情况,这就是抖动问题。 硬件方法是设计一个滤波延时电路或单稳态电路 等硬件电路来避开按键的抖动 时间。 软件方法是指编制一段时间大于 100ms 的延时程序, 在 第一次检测 到有键按下时, 执行这段延时子程序使键的前沿抖动消失后再检测该键状态, 如 果该键仍保持闭合状态电平,则确认为该键已稳定按下,否则无键按下,从 而消除了抖动的影响。 3,简述扫描法动态显示 LED 的原理: 将要显示的数码管(共阴极或共阳极)的位段信号段接在一起,可以由 MUC 的 8 位端口控制,同时有位选信号,用于分别选中要显示数据的数码管,用 MCU 的另一个端口来控制,每个时刻只让一个数码管有效,由于人眼的“视觉暂留” 效应,看起来则是同时显示的效果。 4,分析 LCD 液晶显示的工作时序 简单过程:读状态—写指令—读数据—写数据
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