《单片机培训讲义》PPT课件.ppt

1、从就业角度 目前各电子公司都离不开单片机设计者，需求较大 ，就业率高。 2、从学习知识本身 单片机是专业课里的基础课，是培养软硬件设计基 础最合适的一门技术。学好单片机有利于以后较复 杂课程的学习，比如，嵌入式系统、dsp、fpga等 课程。 1、兴趣第一，具备学习电子技术的兴趣是学好 单片机的最重要的条件，基础差可以从头开始一 点点弥补，脑子笨可以靠勤奋弥补，没有钱买学 习工具可以从嘴里省，但没有兴趣只能劝你换个 方向了，毕竟你已过了培养兴趣的时期了。 2、坚持，学习中不可避免的要碰到困难，有的 同学学好了，他可以享受其中的快乐；有的同学 没学好，他在怀疑自己的智商，世上无笨人，一 句话“缺乏坚持”。 1、要有一些必备学习工具：电脑（配置不用太 高）、学习板（单片机开发板）、焊接工具。 2、要掌握一门语言，汇编语言或C语言都行，推 荐使用C语言。 3、熟练使用一种编译软件，推荐Keil C。 4、会用一种电路图和PCB设计工具，推荐protel 。 5、好好利用网络资源，尽可能自己解决问题， 这也是提高自学能力的一种方法。 6、要舍得在学习上投入时间、精力、钱，少上 几次网吧，少吃几样零食，剩下的钱就可以买很 多元器件，一年的零花钱够买好几块开发板了。 记住买这些不是乱花，这是投资，它的回报率是 最高的。 什么是单片机？ 在一片集成电路芯片上集成微处理器、存储器、I/O接电路 ，从而构成了单芯片微型计算机，即单片机 工业自动化：数据采集、测控技术。 智能仪器仪表：数字示波器、数字信号源、数字万 用表、感应电流表等。 消费类电子产品：洗衣机、电冰箱、空调机、电视 机、微波炉、手机、IC卡、汽车电子设备等。 通讯方面：调制解调器、程控交换技术、手机、小 灵通等。 武器装备：飞机、军舰、坦克、导弹、航天飞机、 鱼雷制导、智能武器等。 单片机能做什么？ 电动机带动焊有一排LED的电路板旋转，单片机通过红外二级管测得电路板转一 圈的时间，然后将时间分割，在每个分割点让不同的发光二极管显示，利用人眼 视觉暂留，看上去就像一个时钟。 魅族M8 采用了三星 Arm10 S3C6410 的处理器，并 预装Windows CE 6.0操作系统，配备3.3英寸、VGA （）分辨率的液晶屏。 1电源及时钟引脚 VCC（40脚）：主电源正端，接+。 VSS（20脚）：主电源负端，接地。 XTAL1（19脚）：片内高增益反响放大器的输入 端。接外部石英晶体和电容的一端。若使用外部 输入时钟，该引脚必须接地。 XTAL2（18脚）：片内高增益反向放大器的输出 端。接外部石英晶体和电容的另一端，若使用外 部输入时钟，该引脚作为外部输入时钟的输入端 。 2控制信号引脚 RESET/VPD (9脚)：RESET是复位信号输入端、 高电平有效,此端保持两个机器周期(24个时钟周 期)以上的高电平时，就可以完成复位操作。 RESET引脚的第二功能 VPD，即备用电源的输入 端。 ALE (30脚)：地址锁存控制信号。 (29脚)：程序存储器允许信号输出端。 /VPP（脚）：片内程序存储器选通控 制端。 3输入输出引脚PO口、P1口、P2口、P3口 P3口线第二功能 P3.0RXD(串行接收) P3.1TXD（串行发送） P3.2INT0（外部中断0输入，低电平或下降沿有 效） P3.3INT1（外部中断1输入，低电平或下降沿有 效） P3.4T0（定时器0外部输入） P3.5T1（定时器1外部输入） P3.6WR（外部数据RAM写使能信号，低电平有 效） P3.7RD（外部数据RAM读使能信号，低电平有 效） 任务一 点亮一个LED灯 任务二 流水灯实验 原理图参考开发板说明书 练习：P0口做通用I/O输出口，控制8只发光二极 管从左到右依次点亮，再依次熄灭。 2 数码管显示 LED显示器是单片机应用系统中常用的输出器件 。它是由若干个发光二极管组成的，当发光二极 管导通时，相应的一个点或一个笔画发亮。 共阴极数码管公共端接地，共阳极数码管公共端接 电源。每段发光二极管需要510mA的驱动电流才 能正常发光，一般需加限流电阻控制电流的大小。 2.显示原理 以共阴极为例： LED数码管的ag七个发光二极管。共阴极LED显 示器的发光二极管的阴极连在一起，通常此公共 阴极接地。当某个发光二极管的阳极为高电平时 ，发光二极管点亮，相应的段被显示 。 显示字符共阳极字码共阴极字码显示字符共阳极字码共阴极字码 0C0H3FHB83H7CH 1F9H06HCC6H39H 2A4H5BHDA1H5EH 3B0H4FHE86H79H 499H66HF8EH71H 592H6DHP8CH73H 682H7DHUC1H3EH 7F8H07HLC7H38H 880H7FHH89H76H 990H6FH“灭”00HFFH A88H77H 数码管的显示方法可以分为两种，即静态显示和动 态显示。 1）LED静态显示 静态显示就是当要显示某个数字时，可以通过给 LED的数据引脚设置相应的高低电平即可实现显示 相应数据。 任务一 编写程序，让开发板上的数码管显示数值0. 任务二 编写程序，让数码管从0-F依次循环显示， 时间间隔一秒。 电路图参考开发版说明书 练习：编写程序，让开发板上的8位数码管先第0位 显示0，其他位不显示，然后第1位显示1，每次只 有1位数码管显示，按此顺序显示到7，时间间隔为 1秒。 2)LED动态显示 所谓动态显示就是将要显示的数按显示数的顺序在 各个数码管上一位一位的显示，它利用人眼的驻留 效应使人感觉不到是一位一位显示的，而是一起显 示的。 任务三 在开发板上显示12345678 练习二 实现从1 to 99计数,利用两位数码管. 51系列单片机内部有两个16位可编程定时器/计数 器，即定时器T0和定时器T1。 微处理器（ CPU） TH1TL1TH0TL0 TCONTMOD 图6-17 定时/计数器T0、T1的结构框图 P3.5(T1)P3.4(T0) 定时/计数器的工作原理 定时/计数器T0和T1的实质是加1计数器，即每 输入一个脉冲，计数器加1，当加到计数器全为1 时，再输入一个脉冲，就使计数器归零，且计数 器的溢出使TCON中的标志位TF0或TF1置1，向 CPU发出中断请求。只是输入的计数脉冲来源不 同，把它们分成定时与计数两种功能。作定时器 时脉冲来自于内部时钟振荡器，作计数器时脉冲 来自于外部引脚。 定时/计数器的控制与实现 1. 工作方式寄存器 TMOD(89H) 用于设置定时/计数器的工作方式，低4位用于T0 ，高4位用于T1。其格式如下： (1) GATE：门控位。 GATE0时，当软件使TCON中的TR0或TR1设置 为“1”，则启动定时/计数器工作； GATA1时，软件使TR0或TR1设置为“1”，同时 外部中断引脚或也为高电平时，才能启动定时/计 数器工作。 (2) C/ T ：定时/计数模式选择位。 C/T0为定时模式； C/T=1为计数模式。 (3) M1M0 ：工作方式设置位。定时/计数器有4种 工作方式，由M1M0进行设置 ，如表所示。 M1M0工作方式功能说明 00方式013位定时/计数器 01方式116位定时/计数器 10方式28位自动重装初值定时/计数器 11方式3 T0分成两个独立的8位定时/计数器；T1此方式停止计 数 2. 控制寄存器TCON (88H) TCON的低4位用于控制外部中断，TCON的高4位用于控 制定时/计数器的启动和中断申请。其格式如下 ： (1) TF1： 定时/计数器T1溢出中断请求标志位。T1 计数溢出时由硬件自动置TF1为“1”。在进入中断服 务程序后TF1由硬件自动清“0”；若用于查询方式， 此位可作为状态位供查询，但应注意查询后由软件清 “0”。 (2) TF0 ：定时/计数器T0溢出中断请求标志位，其功 能与TF1类同。 (3) TR1：定时/计数器T1运行控制位。TR1置“1”时， 定时/计数器T1开始工作；TR1置“0”时，定时/计数 器T1停止工作。TR1由软件置“1”或清“0”。 (4) TR0 ：定时/计数器T0运行控制位，其功能与TR1类 同。 定时/计数器的工作方式 51单片机定时/计数器T0有4种工作方式(方式0、1 、2、3)； T1有3种工作方式(方式0、1、2)； 方式1 当M1M0为01时，定时/计数器工作于方式1，如 图。 方式1的计数位数是16位，由TL0作为低8位、TH0 作为高8位，组成了16位加“1”计数器。 计数个数M与计数初值N的关系为M216N。 用于定时功能时，定时时间t的计算公式为： t=M机器周期=(216N )机器周期 若晶振频率为12MHz，机器周期=1，初值N=0 65535范围时，则可定时范围为165.536ms。 用于计数功能时，初值N=065535范围时，计数 范围为165536。 任务3-1 利用定时器方式1,小灯以1s闪亮，亮时， 蜂鸣器以20hz的频率鸣叫； 练习3-1 利用定时器实现1s定时,控制led小灯1S循 环. 中断是计算机中是很重要的一个概念，中断系统 是计算机的重要组成部分。 中断源 51单片机共有5个中断源：外部中断0、外部中断 1、定时/计数器中断0、定时/计数器中断1、串 行口中断。每个中断源对应一个固定的中断入口 地址。当某中断源的中断请求被CPU响应之后， CPU从中断入口处获取中断服务程序的入口地址 ，进入相应的中断服务程序。各中断源入口地址 及优先级如表6-2所示，图6-12为51中断系统结 构示意图。 最低级 中断源请求标志入口地址优先级 外部中断0IE00003H 最高级 定时器中断0TF0000BH 外部中断1IE10013H 定时器中断0TF1001BH 串行口发送/接受中断TI/RI002BH 一、中断请求标志 1、TCON的中断标志 IT0（TCON.0），外部中断0触发方式控制位。 当IT0=0时，为电平触发方式。 当IT0=1时，为边沿触发方式（下降沿有效）。 IE0（TCON.1），外部中断0中断请求标志位。 IT1（TCON.2），外部中断1触发方式控制位。 IE1（TCON.3），外部中断1中断请求标志位。 TF0（TCON.5），定时/计数器T0溢出中断请求 标志位。 TF1（TCON.7），定时/计数器T1溢出中断请求 标志位。 2、SCON的中断标志 RI（SCON.0），串行口接收中断标志位。当允 许串行口接收数据时，每接收完一个串行帧，由 硬件置位RI。同样，RI必须由软件清除。 TI（SCON.1），串行口发送中断标志位。当 CPU将一个发送数据写入串行口发送缓冲器时， 就启动了发送过程。每发送完一个串行帧，由硬 件置位TI。CPU响应中断时，不能自动清除TI， TI必须由软件清除。 1、中断允许控制 CPU对中断系统所有中断以及某个中断源的 开放和屏蔽是由中断允许寄存器IE控制的。 二、中断的控制 EX0(IE.0)，外部中断0允许位； ET0(IE.1)，定时/计数器T0中断允许位； EX1(IE.2)，外部中断0允许位； ET1(IE.3)，定时/计数器T1中断允许位； ES（IE.4)，串行口中断允许位； EA (IE.7)， CPU中断允许（总允许）位。 2、中断优先级控制 80C51单片机有两个中断优先级，即可实现二级 中断服务嵌套。每个中断源的中断优先级都是由中断 优先级寄存器IP中的相应位的状态来规定的 。 PX0（IP.0），外部中断0优先级设定位； PT0（IP.1），定时/计数器T0优先级设定位； PX1（IP.2），外部中断0优先级设定位； PT1（IP.3），定时/计数器T1优先级设定位； PS （IP.4），串行口优先级设定位； PT2 (IP.5) ，定时/计数器T2优先级设定位。 单片机的中断优先级有3条原则： CPU同时接受到几个中断时，首先响应优先级别最 高的中断请求； 正在进行的中断过程不能被新的同级或低优先级的 中断请求所中断； 正在进行的低优先级中断服务，能被高优先级中断 请求所中断。 中断响应的条件 CPU中断响应的条件是： 中断源有中断请求 此中断的中断允许位为1 CPU开总中断 同时满足这3个条件时，CPU才有可能响应中断。 任务4-1 利用定时器中断方式,来实现任务3-1的功 能. 练习4-1利用定时器中断方式,来实现练习3-1的功 能. 练习 4-2同时用两个定时器控制蜂鸣器发声，定时 器0控制频率，定时器1控制同个频率持续的时间， 间隔2s依次输出1，10，50,100， 200,400,800,1k（hz）的方波?设晶振频率为 12MHz。 练习4-3 中断的嵌套,开机1S后,蜂鸣器响,然后按外 部中断按键,使蜂鸣器停止响一段时间后再响. 51系列单片机的串行口占用P3.0和P3.1两个引脚 ，是一个全双工的异步串行通信接口，可以同时发 送和接受数据。P3.0是串行数据接收端RXD，P3.1 是串行数据发送端TXD。51单片机串行接口的内部 结构如图6-30所示。 1) 串行接口控制寄存器SCON (98H) 用于控制串行接口的工作状态，其格式如下 ： 位 D7D6D5D4D3D2D1D0字节地址 SCONSM0SM1SM2RENTB8RB8TIRI 98H 位地 址 9FH9EH9DH9CH9BH9AH99H98H 串行口相关寄存器 电源控制寄存器PCON (97H) 其中只有1位SMOD与串行接口工作有关，格式 如下： SMOD：波特率系数控制位。在串行接口方式1 、方式2、方式3时，波特率与SMOD有关，当 SMOD=1时，波特率加倍，否则不加倍。复位 时，SMOD=0。 PCON的地址为97H，不能位寻址，需要字节传 送。 位 D7D6D5D4D3D2D1D0 字节地 址 PCONSMOD97H 表 常用波特率、晶振频率与定时器（T1）的参数关系 串行口工作方式及波特率 （bit/s） fosc/MHzSMOD 定时器（T1） C/T()方式初始值 方式0最大：1M12 方式2最大：375K121 方式1、3： 62.5K12102FFH 19.2K11.0592102FDH 960012102F9H 480012102F3H 240012002F3H 120012102F6H 960011.0592002FDH 480011.0592002FAH 240011.0592002F4H 120011.0592002E8H 任务5-1 单片机在按键的控制下发送一组数据,PC 机接收,利用串行口调试助手查看结果 任务5-2 PC机发送,单片机接收数据,将数据通过数 码管显示. 列线通过电阻接正电源,并将行线所接的单片机 I/O端口作为输出端,而列线所接的I/O端口则作为 输入端.当按键没有按下时,所有的输出端都是高 电平,代表无键按下.行线输出是低电平,一旦有健 按下时,则输入线就会被拉低,这样,通过读入输入 线的状态就可得知是否有健按下了. 常用的键识别方式有:行扫描法,线翻转法、中断法 。 行扫描法 将全部行线置低电平，然后检测列线的状态。只 要有一列的电平为低，则表示键盘中有键被按下 ，而且闭合的键位于低电平线与4根行线相交叉 的4个按键之中。若所有列线均为高电平，则键 盘中无键按下。 判断闭合键所在的位置。方法：依次将行线置为 低电平，即在置某根行线为低电平时，其它线为 高电平。在确定某根行线位置为低电平后，再逐 行检测个列线的电平状态。若某列为低，则该列 线与置为低电平的行线交叉处的按键就是闭合的 按键。 这里咱们采用翻转法。 任务6-1 利用数码管显示键值 IIC总线是PHILIPS公司推出的串行总线，它是一种 简单、双向二线制同步串行总线，它只需要两根线 即可在连接于总线上的器件之间传送信息。 1IIC接口 IIC总线的串行数据线SDA和串行时钟线SCL必须经 过上拉电阻Rp接到正电源上。当总线空闲时，SDA 和SCL必须保持高电平。 2起始和终止信号 对IIC器件的操作总是从一个规定的“启动（Start ）“时序开始，即SCL为高电平时，SDA由高电平 向低电平跳变，开始传送数据；信息传输完成后 总是以一个规定的“停止（Stop）“时序结束，即 SCL为高电平时，SDA由低电平向高电平跳变， 结束传送数据。时序图如图8-11。 起始信号和终止信号都是由主机发出的，在起始 信号产生后，总线就处于被占用的状态；在终止 信号产生一段时间后，总线就处于空闲状态。 图8-11 起始/停止时序 在进行数据传输时，SDA线上的数据必须在时 钟的高电平周期保持稳定，数据线的高或低电平 状态只有在SCL线的时钟信号是低电平时才能改 变，如图8-12所示。 图8-12 数据传输时序 3字节数据传送及应答信号 IIC总线传送的每个字节均为8位，每次传输可以 发送的字节数量不受限制，每个字节后必须跟一 个应答信号。首先传输的是数据的最高位，如图 8-13所示 图8-13 数据传送格式 主控器件发送时钟脉冲信号，并在时钟信号的高电 平期间保持数据线（SDA）的稳定。由最高位开始 一位一位的发送完一个字节后，在第9个时钟高脉 冲时，从机输出低电平作为应答信号，表示对接收 数据的认可，应答信号用ACK表示。 4完整的数据传送 IIC数据的传输遵循图 8-13 所示的格式。先由主控 器发送一个启动信号（S），随后发送一个带读/写 (R/W)标记的从地址字节（SLAVE ADDRESS），从 机地址只有7位长，第8位是“读/写（R/W），用来 确定数据传送的方向。 1）写格式。IIC总线数据的写格式，如图8-14。 图8-14 读数据格式 对于写格式，从机地址中第八位R/W应为0，表示 主机控制器将发送数据给从机，从机发送应答信号 （A）表示接收到地址和读写信息，接着主机发送 若干个字节，每个字节后从机发送一个应答位（A ）。注意根据具体的芯片功能，传送的数据格式也 有所不同。主机发送完数据后，最后发送一个停止 信号（P），表示本次传送结束。 2）读格式 IIC总线数据的读格式，如图8-15 图8-15 写数据格式 主机发送从机地址（SLAVE ADDRESS）时将R/W 设位1，则表示主机将读取数据，从机接收到这个 信号后，将数据传送到数据线上（SDA），主机每 接收到一个字节数据后，发送一个