单片机原理及应用02教学课件.ppt

第14章新型单片机介绍 14 1MSP430系列单片机14 2EM78P447S单片机14 3PIC系列单片机14 4AT89系列单片机14 5AVR系列单片机14 6 其它系列单片机14 7思考题与习题 第14章新型单片机介绍 目前单片机已进入广泛 快速发展的阶段 除了MCS 51系列单片机以外 单片机的种类和性能有了很大的发展 用户的选择余地也多了 下面介绍比较流行的几种单片机 14 1MSP430系列单片机 14 1MSP430系列单片机MSP430系列单片机是TI公司的产品 它的快闪微控制器的功耗最低 1 特性功耗极低 待机电流1 5 A MHz 工作电流小于350 A MHz 3V工作电压 有五种节能工作模式正常工作温度在 40 80 14 1MSP430系列单片机 2 内部结构CPU 由16位的ALU 16个寄存器和一套指令控制逻辑组成 在l6个寄存器中 除了程序计数器PC 堆栈指针SP 状态寄存器SR 常数发生器CG1 CG2外 所有寄存器都可以作为通用寄存器用于指令的操作 在CPU内部还有16位的地址总线和数据总线 存储器 MSP430的ROM RAM和外围模块 都用一个公共空间进行寻址 特殊寄存器及外围模块的地址在0000H 1FFFH RAM R0M共享2000H FFFFH地址 ROM的容量在1 60KB 对于Flash型的单片机 内部还集成有两段128B的信息存储器以及1KB存放自举程序 代码存储器的访问以字形式取得代码 数据则以字或字节方式访问 外围模块 MSP430单片机的外围模块包括基本定时器 16位定时器 ADC转换器 I O端口 异步同步串行通讯口以及液晶显示驱动模块 振荡器和时钟发生器 在内部有专门为通用的低功耗32768Hz时钟晶振设计的LFXT1振荡器 片内还有一个可接入高速晶振的振荡器 14 2EM78P447S单片机 EM78系列单片机是采用低功耗高速CMOS工艺制造的8位单片机 EM78P447S是内部带有OTP程序存储器 即可一次编程的只读存储器 的单片机 1 性能 工作条件频率范围 DC 20MHz电压范围 2 2 5 5V 温度范围 0 70 功耗5V 4M工作条件下电流小于2 2mA3V 32K条件下电流典型值为30 A 休眠模式下电流典型值为1 A 有两种节电模式 休眠模式 以利于延长供电电池的寿命 具备自由运行的看门狗定时器 存储器 寄存器4K 13位片内OTP ROM程序存储器 有程序加密措施 可以保护程序不能够被非法读出 有148 8位的片内数据寄存器 即静态存储器 SRAM 接口功能具有3个双向I O 输入 输出 端口 其各条引脚可以独立编程 有一个8位宽的定时器 计数器 其信号源 触发沿都可编程 溢出时产生中断 有2个硬件中断源 外部引脚触发中断 定时器 计数器溢出中断 有输入状态变化唤醒功能的引脚10条 可以用于唤醒休眠模式下的单片机 10条内部上拉功能可编程的I O引脚 2条内部漏极开路功能可编程的I O引脚 2条具有R OPTION功能的I O引脚 指令系统指令系统中的全部指令采用统一长度 也就是全都整齐划一为13比特长的指令字 采用共有5级的硬件堆栈结构 方便堆栈的操作 采取精简指令集 RISC 技术 其指令系统只有58条指令 易学好用 寻址方式简单 容易掌握 便于初学者入门 外围电路简洁 RM78P447S单片机集成了上电复位 I O引脚上拉 漏极开路 看门狗等功能电路 便于实现单片机系统应用 每个指令周期内部仅包括2个时钟周期 99 9 的指令是单指令周期的 即在一个指令周期之内即可运行完 提供两种封装型号 EM78P447SA EM78P447SB分别为28引脚 32脚封装 有2种封装形式可选 双列直插DIP和表面贴装SOIC 14 2EM78P447S单片机 2 EM78系列单片机的分类 命名 14 2EM78P447S单片机 3 EM78P447S的引脚功能EM78P447S两种封装形式的逻辑符号如图14 表14 1EM78P447S单片机引脚功能 INT 14 2EM78P447S单片机 EM78P447S有28或32只引脚 各引脚的功能进行归类 可以将所有引脚划分为4类 控制类 RESET TCC和INT 时钟类 OSCI和OSCO 电源类 VDD和VSS 端口类 P5 P6和P7共3个输入 输出 I O 端口 14 2EM78P447S单片机 4 指令系统EM78单片机内部采用双总线结构 使得它在执行一条指令的同时 就可以提取下一条指令 从而实现 流水作业 就是说 在同一个指令周期之内执行指令和提取指令两种活动在同时进行 这就使每一条指令的平均执行时间为一个指令周期 因此 EM78单片机指令的执行时间单周期化了 绝大多数指令的运行时间都仅占用一个指令周期 只有极个别的指令 即对程序计数器PC做 写 操作的指令 比如MOVPC A 才占用两个指令周期 这一点在编写程序时要加以注意 指令结构 一条指令的指令码一般都可分解成两部分 第一部分为操作码 OPCOSE 代表指令功能 第二部分为操作数 OPERAND 表示指令操作的对象 或运算时所需要的参数 操作数又可以细分为两部分 第一操作数和第二操作数 第一操作数就是目标操作数 第二操作数就是源操作数 以一条传送指令为例 源操作数就是数据的发源地 而目标操作数就是数据的目的地 EM78P44S单片机 共有指令58条 其编码长度均为13比特 bit 其一般指令格式为 操作码第一操作数 第二操作数或操作码目标操作数 源操作数 14 3PIC系列单片机 PIC系列单片机是美国Microchip公司生产的低功耗 低价格 小体积 片内带EPR0M的CM0S单片机 它的指令速度比同类单片机的提高五倍左右 程序存储器可节约一半 具有易学易用的精简指令集 RISC 结构和一次性的编程技术 0TP型 可大大缩短开发周期 PIC系列有多种型号 下面简单介绍几种常用的PIC系列的单片机 14 3PIC系列单片机 1 PIC12CXXX系列单片机PIC12CXXX系列单片机是小体积低功耗大驱动能力的单片机 单片机一共只有8个引脚 非常适用微型于仪器仪表 通信 家电 玩具等小规模的应用场合 而且它的I O端口驱动能力强 片内自带振荡器 应用系统设计方便 外围电路极少 表14 2介绍了PIC12CXXX系列的几种型号的单片机引脚少 体积小 无需设计振荡器这一类单片机的共同特点是引脚少 体积小 无需设计振荡器 有6个I 0端口 驱动 吸收电流达20mA 25mA 2 5V低电压供电 低功耗 指令少 只有33条 便于编写程序 14 3PIC系列单片机 2 PIC16C5X系列单片机PIC16C5X系列单片机是高性能片内带EPR0M的8位CM0S单片机系列 共有33条单字节指令 其中跳转指令为双周期指令 该系列单片机内置WDT技术 有12 20个大电流I O端口 应用电路设计简单 使用方便 时钟频率达20MHz 指令字长12位 数据字长8位 片内程序存储器 EPROM 0TPR0M R0M 为512 2K 12位 通用存贮器 RAM 为24 72 8位 还有7 8个专用寄存器 片内有上电复位电路 POR 和振荡器起振定时器 0ST 内置抗干扰看门狗定时器 WDT 有12 20个I 0引脚 可独立编程为输入 输出端口 8位定时 计数器 RTCC 位可编程预分频器 PRESCALER 供电电压在2 5V 6 25V之间 表14 3罗列了几种常用的PIC16C5X的单片机简况 14 3PIC系列单片机 3 PIC16C71系列单片机PIC16C71是PIC16C5X系列的增强型单片机 用PIC16C5X系列编写的程序转换成可以为PIC16C71应用的程序 要作适当调整 因为片内有RC振荡的看门狗定时器 WDT 指令字长增加为14位 增加了4条指令 RETURN RETFIE ADDLW SUBLW 它具有低功耗 高性能 全静态设计 内部自带4路8位A D转换器和4个中断源 一个8级硬件堆栈 另有一个8位定时 计数器 具有8位预分频 13个双向I O端口 PIC16C71单片机有35条单字节指令 除跳转指令外 其余指令均为单周期指令 指令周期为200Ns 时钟频率达2OMHz 片内有存储器 EPEOM OPTROM QTPROM 1024 14位 通用寄存器 RAM 36 8位 15个特殊功能寄存器 8级硬件堆栈 四个中断源 INT引脚外部触发中断 RTCC定时器 计数器溢出中断 A D转换完成中断 RB4 RB7端口电平变化引起中断 定义EPROM 中的保密熔丝可保护程序不被非法复制 表14 4是PIC16C71各种型号单片机的简况 14 4AT89系列单片机 AT89系列单片机是ATEML公司的8位Flash单片机 AT89系列单片的核心是8031 在软件和硬件方面与MCS 51系列完全兼容 AT89系列的指令与有关定义和MCS一51完全相同 MCS 51系列单片机应用系统编写的程序可以直接使用 AT89系列的引脚排列 定义与MCS 51完全一致 可以直接替换 由于内部有FlashROM 所以编写的程序烧录很方便 易于电擦除 可以反复使用 非常方便用户对程序进行修改 缩短研制周期 降低了研制成本 在单片机部有Flash存贮器 功耗特别低 FlashROM的容量从TA89C1051的1K到AT89S55的20K 有许多品种 选择余地大 14 4AT89系列单片机 1 89系列单片机分类AT89系列单片机的型号由三个部分组成 前缀 型号 后缀 前缀由AT字母组成 表示ATMEL公司型号由89C 或89LV 来表示 89C 中的9表示内部有Flash存储器 C为CMOS产品 89LV 中的LV表示低电压产品 89S 中的S表示含有串行下载的Flash存储器 表示器件的型号 14 4AT89系列单片机 例如AT89C52 12PI 表示为ATMEL公司产品 Flash存储器 CMOS芯片 速度为12MHz DIP封装 工业产品 按标准工艺生产 AT89系列单片机常用型号见表14 5 14 4AT89系列单片机 2 AT89C52单片机AT89C52单片机内部有8K字节的闪速可编程及电可擦写只读存储器 该芯片的制造采用了ATMEL公司的高密度固定存储器的生产技术 是一种低功耗 高性能的8位CMOS微处理芯片 与工业标准的80C51和80C52指令集与管脚排列相兼容 片内的闪速存储器可以在线对程序存储器重新编程 也可用常规的固定存储器编程器编程 ATMEL的AT89C52将功能多样的8位CPU与闪速存储器结合在同一个芯片上 为许多嵌入式控制系统的应用提供了 14 4AT89系列单片机 高度灵活有价值的设计方案 AT89C52单片机与8052相仿 有8K字节的闪速存储器 256字节的RAM 32条I 0线 3个16位计时器 计数器 五个中断源的中断结构 一个双工的串行口和片上振荡器和时钟电路 此外 AT89C52稳态逻辑的设计使工作频率可以降为零 并且支持两种软件可选的省电模式 在闲置模式下 CPU停止工作 但RAM 计时器 计数器 串行口与中断系统仍然起作用 在掉电模式下 仅保存RAM的内容 振荡器停振 关闭芯片的其他功能 直到下一次硬件复位到来 AT89C52的管脚功与8052相同 在闲置模式时 CPU自身处于冻结状态 而其它部分仍然有效 该模式的进入由软件控制 在此模式下 片内RAM和所有特殊功能寄存器的内容都保持不变 任何开中断或硬件复位都会唤醒 如果是硬件复位唤醒 则单片机从闲置状态开始恢复程序运行 执行二个机器周期后由内部复位算法控制 此时片内的硬件禁止访问内部RAM 但不禁止访问端口的引脚 因此为排除闲置被复位唤醒后意外对端口的写入 要求跟在闲置命令后的指令不要是向端口管脚或外部存储器的写命令 14 4AT89系列单片机 尚未使用的AT89C52片内闪速存储器阵列处于擦除状态 内容全为FFH 并可立即编程 该器件的编程接口接受12V高压或Vcc低压编程允许信号 低电压编程模式为用户系统对AT89C52编程提供了方便 高电压编程模式与常规的第三方闪速存储器或EPROM编程器兼容 在对AT89C52编程前 应按闪速存储器编程模式建立地址 数据和控制信号 编程顺序为 在地址线上输入所需的存储器地址 在数据线上输入相应的数据字节 将正确的控制信号组合变为有效 如果是高电压编程模式 将EA Vpp升至12V 给ALE PROG一个脉冲 在闪速存储器阵列或锁定位中编程 字节 写字节周期由自身提供时序 典型情况不超过1 5mS 改变地址和数据值重复上述步骤 直到全部阵列或目标文件结束 14 5AVR系列单片机 AVR系列单片机是ATMEL公司的产品 该系列单片机吸收了PIC系列单片机与MCS 51系列单片机的优点而开发的单片机 充分发挥了Flash存储器的特长 是性价比极高的单片机 AVR系列单片机有很多型号的单片机 这里介绍几款 14 5AVR系列单片机 1 AT90系列单片机分类AT90是增强RISC内载Flash的单片机 是精简指令RISC结构 这种结构综合了半导体集成技术和软件性能的新结构 单片机使用高级语言编程 已经成了一种标准编程方法 AVR结构单片机的开发目的就是在于能够采用C语言编程 从而能高效地开发出目标产品 为了对目标代码大小 性能及功耗的优化 AVR单片机采用了大型快速存取寄存器文件和快速单周期指令 在AVR单片机中 使用了32个通用工作寄存器来代替累加器 这样可以避免累加器和存储器之间的数据传送 在AVR单片机的指令中 在前一条指令执行的时候 就取出现行的指令 然后以一个周期执行指令 AVR单片机是用一个时钟周期执行一条指令的 在8位单片机中AVR单片机是真正的RISC结构的单片机 14 5AVR系列单片机 AVR单片机是应用低功耗 非挥发式的CMOS工艺制造的 通过SPI口和一般的编程器 就可以对AVR单片机的Flash存储器进行编程 这种系列的单片机有良好的性能价格比 由于AVR单片机是采用Harvard结构 所以它们的程序存储器和数据存储器是分开的 可以直接访问8M字节程序存储器和8M字节数据存储器 寄存器文件被双向映射 能够快速访问SRAM存储器 AT90系列单片机目前有AT90S1200 AT90S2313 AT90S4414 AT90S8515 AT90S2323 AT90S2343 AT90SMEG603 AT90SMEG103 AT90S4434 AT90S8535等多种型号 它们的性能都比89系列单片机好 表14 7为部分AT90系列单片机 表14 7AT90系列表 14 5AVR系列单片机 2 AT90S1200单片机AT90S1200单片机的引脚见图14 2 AT90S1200单片机为20脚PDIP和SOIC封装的单片机 14 5AVR系列单片机 引脚定义VCC 20脚 正电源 GND 10脚 接地 B口 PB7 PB0 8位双向I O口 引脚可提供内部拉高 供每一位选用 PB0和PB1还单独作为片内模拟比较器的正极输入 AIN0 和负极输入 AINI RESET 1脚 复位输入 当晶振运行时 引脚上一个两周期的低电流可对器件进行复位 XTAL1 5脚 向晶振放大器的输入和向内部时钟操作电路的输入 XTAL2 4脚 从反转晶振放大器的输出 XTAL1和XTAL2可单独地作为反转放大器的输入和输出 该放大器还可被设置为片内晶振器 为了能够由外部振荡源驱动器件 XTAL1被驱动时 XTAL2不能连接 AT90S1200单片机内有一个RC晶振器 它以固定的1MHz频率运行 该频率可被选为MCU的时钟源 当该振荡器激活时 AT90S1200即可运行而无需外部部件 Flash存储器中的控制位RCEN选择片内的RC晶振作为时钟源 RCEN位只能通过并行编程改变 当使用片内RC振荡器进行串行程序下载时 RCEN位必须先由并行编程模式编程 3 AT90S2313单片机AT90S2313引脚见图14 3 AT90S2313单片机是低功耗CMOS技术的8位单片机 能够有效地支持高级语言 以及密集度极大的汇编器代码程序 该单片机有以下特性 电源电压VCC为2 7 6V内 可以全静态工作范围为0 20MHz 120条指令 大多数指令执行时间为单个时钟周期 指令周期时间为50ns 20MHz 2K字节可下载的Flash存储器 程序下载采用SPI串行接口 使用寿命为1000次 128字节EEPROM 使用寿命为10万次 128字节内部RAM 15条可编程I O线 32个8位通用寄存器 内部及外部中断 片内模拟比较器 带有一个8位可预分频的定时器 计数器 带有比较和捕获模式的16位的预分频的定时器 计数器 全双工UART 可选择的8位 9位或10位PWM 外部和内部中断源 可编程的看门狗和片内振荡器 一个为下载程序而设计的串行口 以及2个可通过软件选择的电源保留模式 闲置模式停止CPU的工作 而寄存器 定时器 计数器 看门狗及中断系统继续工作 掉电模式保留寄存器的内容 但冻结晶振 终止芯片的其他功能 直至下一次外部中断或硬件复位 AT90S2313为20引脚PDIP和SOIC封装的单片机 14 5AVR系列单片机 引脚定义VCC 20脚 正电源 GND 10脚 接地 B口 PB7 PB0 8位双向I O口 引脚可提供内部拉高 供每一位选用 PB0和PB1还单独作为片内模拟比较器的正极输入 AIN0 和负极输入 AINI D口 PD6 PD0 带7个有内部拉高PD6 PD0的双向I O引脚 D口输出缓存器吸收20mA的电流 作为输入 若拉高被激活 被外部拉低的D口引脚吸收电流 IIL RESET 1脚 复位输入 当晶振运行时 引脚上一个两周期的低电流可对器件进行复位 XTAL1 5脚 向晶振放大器的输入和向内部时钟操作电路的输入 XTAL2 4脚 从反转晶振放大器的输出 XTAL1和XTAL2单独地作为反转放大器的输入和输出 该放大器可被设置为片内的晶振器 为了由外部振荡源驱动器件 当XTAL1被驱动时 XTAL2不能连接 14 5AVR系列单片机 4 AT90S8515单片机AT90S8515为40引脚PDIP和SOIC封装的单片机 AT90S8515的引脚见14 4 14 5AVR系列单片机 AT90S8515系列单片机有8K字节可下载的Flash存储器 512字节EEPROM 512字节RAM 32个通用寄存器 带比较模式的灵活性定时器 计数器 可编程的串行UART 内部及外部中断 内部晶振的可编程看门狗定时器 一个为下载程序而设计的SPI串行口 以及2个可通过软件选择的电源保留模式 闲置模式停止CPU的工作 而SRAM 定时器 计数器 SPI口 及中断系统继续工作 掉电模式保留寄存器的内容 但冻结晶振 终止芯片的其他功能 直至下一次外部中断或硬件复位 14 5AVR系列单片机 5 AT91M系列单片机AT91M单片机是ATMEL16 32单片机系列中的一个新成员 该单片机用高密度的16位指令集实现了高效的32位RISC机构 功耗很低 此外 内部的工作寄存器很多 使该器件非常适用于实时控制的应用 该器件使用ATMEL公司的高密度CMOS技术