单片机与嵌入式硬件测试题
本题库覆盖 MCU 架构、最小系统、GPIO 驱动、中断、ADC/DAC、定时器与 PWM、UART/RS-232、RS-485/CAN、I²C/SPI、USB/以太网物理层、看门狗/RTC/低功耗、外设设计。题型分为「概念判断」「填空」「计算」「简答与情景」四组。
一、概念判断
判断：MCU 的最小系统只需要芯片本身就能工作，不需要外部晶振、复位和电源去耦。
错误。最小系统（Minimum System）包括：供电（含去耦电容）、时钟（内部 RC 或外部晶振）、复位电路、调试接口（SWD/JTAG）。多数现代 MCU 有内部 RC 振荡器可省外部晶振，但去耦电容与复位必须有。
判断：GPIO 设为推挽输出可以可靠地输出高/低电平；设为开漏输出时必须外接上拉电阻才能输出高电平。
正确。推挽（Push-Pull）由上下两个 MOS 驱动，主动输出 0/1。开漏（Open-Drain）只能主动拉低，高电平靠外部上拉电阻，常用于 I²C 总线、电平转换、多线与。
判断：中断优先级高的可以打断正在执行的优先级低的中断（中断嵌套），但同级或更高级不能被低级打断。
正确。中断控制器（NVIC）按优先级裁决，高优先级可抢占低优先级实现嵌套；同级一般不互相抢占（除非子优先级）。设计时要避免在高优先级中断里做耗时操作，否则阻塞低优先级。
判断：ADC 的分辨率是 12 位、参考电压 3.3V，则 1LSB 对应的电压约为 0.8mV。
正确。。量化误差 ±1/2 LSB ≈ ±0.4mV。
判断：PWM 的频率由定时器溢出决定，占空比由比较寄存器与自动重装值的比值决定。
正确。PWM（脉宽调制）：定时器计数到自动重装值 ARR 产生周期，计数到比较值 CCR 时翻转输出。频率 ，占空比 = CCR/ARR。
判断：I²C 是开漏、双线、多主总线，靠设备地址寻址；SPI 是四线、通常单主多从，靠片选寻址。
正确。I²C：SCL/SDA 两线、开漏上拉、7/10 位地址、半双工。SPI：MOSI/MISO/SCLK/CS 四线、推挽、全双工、速率高、无内置地址协议靠片选。
判断：RS-485 用差分信号传输，抗共模干扰强、可远距离（数百米）和多节点组网；RS-232 单端、距离短（约 15m）、点对点。
正确。RS-485 差分（A/B 线），±2V 阈值，多点半双工；RS-232 单端 ±12V 电平，点对点、距离短。CAN 是差分、多主、带错误检测的总线，用于汽车/工业。
判断：看门狗（Watchdog）必须由软件定期"喂狗"，否则溢出后复位 MCU，用于防止程序跑飞。
正确。看门狗定时器递增，若软件在设定时间内未喂狗，发生系统复位。硬件看门狗独立于主 MCU，可靠性更高，用于工业现场防死机。
二、填空
GPIO 常见工作模式：输入 ____ / ____ / ____；输出 ____ / ____。
输入：浮空、上拉、下拉；输出：推挽、开漏。模拟输入模式（接 ADC）应配置为模拟、断开数字输入缓冲。
ADC 采样前必须保证 ____ 建立时间；采样速率受 ____ 与 ____ 限制。多通道扫描时需注意 ____。
保持电容充电建立（采样电容）。受时钟 与采样时间限制；多通道切换需加通道间转换延迟/采样时间以等待源阻抗建立。高内阻信号源要加大采样时间或加缓冲。
UART 四要素：、、、 必须收发双方一致。
波特率（Baud Rate）、数据位（5~9）、停止位（1/1.5/2）、校验位（无/奇/偶）。缺一个就乱码。
低功耗模式按功耗由高到低：运行 → ____ → ____ → 停机/待机；唤醒源通常为 、、RTC。
运行 → 睡眠（Sleep，CPU 停、外设跑）→ 停止（Stop，时钟停、RAM 保持）→ 待机（Standby，RAM 丢失）。唤醒源：外部中断（EXTI）、RTC、复位脚。
RTC（实时时钟）靠 ____ 供电走时；后备电池 VBAT 在主电源掉电后维持 ____。
32.768kHz 晶振（分频 得 1Hz）。VBAT 维持 RTC 与后备寄存器走时，主电掉电不丢时间。
三、计算
12 位 ADC，，采样得到数字量 。求输入电压；若输入 1.65V，理论数字量是多少？
。输入 1.65V 对应 （正好一半）。注意这是理想值，实际有 ±1/2 LSB 量化误差与 INL/DNL。
PWM：定时器时钟 72MHz，预分频 PSC=71（分频后 1MHz），自动重装 ARR=999。求 PWM 频率与占空比 50% 时的 CCR 值。
计数频率 。PWM 频率 。占空比 50%：CCR = 0.5 × (ARR+1) = 500（向上计数模式）。
UART 波特率 9600，传输 1 字节（含起始位、8 数据位、1 停止位，共 10 位）需要多少时间？
每比特时间 。1 帧 10 位：。1 秒约传 960 字节（9600/10）。115200 时单字节约 。
STM32 I²C 标准模式 100kHz，传输 1 字节（含 ACK）需要多少时间？若 400kHz 快速模式呢？
1 字节数据 8 位 + 起始/地址 + ACK，粗略按 9 位（数据+应答）算：100kHz：（不含起始位与地址字节开销，实际更长）。400kHz：。注意 I²C 还有起始、地址字节、重复起始等开销，整帧传输时间要按完整帧位宽算。
某 MCU 每路 GPIO 高电平可吸收/输出 8mA。一只 LED 接 3.3V、正向压降 2V、要 5mA。求限流电阻；GPIO 是否够驱动？
，取 270Ω。GPIO 输出 5mA < 8mA 额定，足够；但要查数据手册总灌/拉电流限制（如单端口 ≤ 25mA），多只 LED 同时亮需核算总量。
四、简答与情景
情景：PCB 上 MCU 偶尔复位，断电重开正常，现场长时间运行后概率上升。怀疑看门狗或电源，如何区分？
(1) 先测电源：用示波器看掉电瞬间 是否跌出 BOR/POR 阈值（欠压复位），纹波是否过大；(2) 查复位脚波形，区分是看门狗复位、BOR 复位还是外部噪声；(3) 读复位原因寄存器（RCC_CSR），看是 IWDG/WWDG/POR/低功耗复位标志；(4) 检查程序是否在中断/循环里漏喂狗。对策：加强去耦、合理喂狗、加硬件看门狗。
简答：I²C 总线挂多个设备拉不起来（SDA 一直低），硬件排查顺序？
(1) 查上拉电阻取值（100kHz 一般 4.7k，400kHz 需更小）与是否焊接；(2) 查某设备是否拉死 SDA（从机异常或寻址错误导致时钟拉伸/锁死），逐个断电定位；(3) 查地址冲突；(4) 查 SDA/SCL 是否接反；(5) 总线电容过大时降速。常见复位办法：主机手动发 9 个时钟脉冲释放从机状态。
情景：ADC 采集的温度信号在静止时数值跳动十几 mV。硬件与软件上如何稳定？
硬件：(1) 信号源阻抗高时加运放缓冲；(2) RC 低通滤波（如 1k + 0.1µF，截止约 1.6kHz）；(3) PCB 上模拟地/数字地单点连接，避开数字噪声；(4) 加去耦、用独立基准源。软件：(1) 多次采样取平均/中值滤波；(2) 过采样提高有效位数；(3) 看门狗式异常剔除。
简答：为什么 USB、以太网这类高速接口需要严格的阻抗匹配和差分走线，而普通 UART 不需要？
USB（Full/High Speed）、以太网（MII/RGMII、1000BASE-T）速率达数百 Mbps，信号边沿快，传输线效应明显：阻抗不连续产生反射、串扰导致误码。必须按差分阻抗 90Ω（USB）/100Ω（以太网）等控制走线。UART 几十 kbps~几 Mbps，边沿慢、线长短，反射与串扰可忽略，普通走线即可。