苏州大学嵌入式复习和习题.ppt

单片机原理与嵌入式应用 习题及复习 考试题型 一 选择题 每题2分 共30分 二 名词解释题 每题4分 共16分 三 简答题 每题6分 共24分 四 编程填空题 10分 五 设计题 10分 六 编程题 10分 一 名词解释题 MCUCOP中断中断向量中断服务程序SCI通用I O键盘波特率 一 名词解释题 行扫描法行线定义为输出 列线定义为输入并接上拉电阻 每次一根行线输出为0 其它为1 检测列线的输入的电平中是否有低电平 即逻辑值0 从而判断键盘的按键是否被按下 LED位选线扫描法SPI是一种同步串行通信接口 发送数据不需要开始位和结束位 严格地在主机的时钟频率下以相同的时序模式在单线上按照先高位后低位或者先低位后高位的一位一位地传送 用于微处理器和外围扩展芯片之间的串行连接 A D滤波物理量回归PWM定时器 在确定时钟频率下 不断加1 得到规定的计数大小 所经历的时间 用于MCU编程控制的模块 上拉电阻 若MCU的某个输入引脚通过一个电阻接到电源上 VCC 上 则这个电阻称为 上拉电阻 二 总体知识 计算机是因科学家需要一个高速的计算工具而产生的 进而寄予更多的要求 比如通信 测控等 出现微控制器 单片机 单片机 MCU 的基本含义在一片芯片上集成了中央处理单元 CPU 存储器 RAM ROM EPROM FLASH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嵌入式系统概念面向测控对象 嵌入到实际应用系统中 实现嵌入式应用的计算机称为嵌入式计算机系统 简称嵌入式系统 一个典型的MCU内部框图 与嵌入式软件相关的术语工作方式 主循环 中断 事件触发等中断 软件中断 硬件中断 中断源 中断向量 中断服务程序 指中央处理器CPU正在处理某件事情的时候 外部发生了某一事件 请求CPU迅速去处理 CPU暂时中断当前的工作 转入处理所发生的事件 处理完后 再回到原来中断的地方 继续原来的工作 这样的过程称为中断 实现这种功能的部件称为中断系统 产生中断的请求源称为中断源 由软件指令引起的一个程序的中断则称为软件中断 而由某一特定功能引脚或基于芯片设备产生的中断则称为硬件中断 中断向量 响应特定中断而运行的一段程序所在的首地址RTOS uCOS II 一种操作系统 运行于嵌入式系统上 在可预测的时间间隔内 能对特定的事件做出反应 用MCU设计系统时 选MCU要考虑的因素有哪些 选择MCU时要考虑的因素有 处理性能 功耗 价格 封装形式 软硬件开发工具 设计者的熟悉程度等 AW60基本知识 命名规则 如 MC9S08AW60 MC9S08GB60 MC9RS08KA2 MC PC 是否有FLASH 核是HC08 HCS08 RS08等 存储器的大小 存储器 RAM FLASH 512B 32KB RAM 0 x0070 0 x086F 2K FLASH 0 x0870 17FF 3984 0 x1860 FFFF 59296 地址大小的计算 如8位 00 FF大小为256B16位 0000 FFFF大小为64KBIO的种类 PTA PTB PTC PTD PTE PTF PTG 7种 大部分的口有引脚复用功能C G都是7个引脚 其余都为8个引脚 控制类RST 复位 和IRQ 唯一只接收中断的引脚 通用IO接口 通用I O 是基本的输入 输出 有时也称并行I O 作为通用输入引脚时 MCU内部程序可以读取该引脚 知道该引脚是 1 高电平 或 0 低电平 即开关量输入 作为通用输出引脚时 MCU内部程序向该引脚输出 1 高电平 或 0 低电平 即开关量输出 方向寄存器PTADD PTBDD 数据方向寄存器的一位 0 定义输入 1 定义输出数据寄存器PTAD PTBD 输出时 数据寄存器的一位 0 输出低电平1 输出高电平输入时 数据寄存器的一位 0 代表外部输入低电平1 代表外部输入高电平上拉电阻允许寄存器PTAPE 在引脚被定义成输入时 可通过上拉电阻允许寄存器定义有无内部上拉电阻 0 没有内部上拉电阻1 有内部上拉电阻 测试或赋值某一位时 用1 2方法 多位时用3 4方法 IO举例一用于输入线路中的上拉或下拉电阻不会因开关断开而悬空的电阻 判断设备类型 I O 基本的是信息流向 I 上拉 O 初始值1 PTX 1 bit 0 PTX 1 bit a 输入 b 输出 根据接线图 对IO口进行初始化 写出PTC 4的方向 PTCDD 定义和上拉电阻 PTCPE 的实现的两条C语句 根据给出的接线图 对IO口进行初始化 1 写出PTB 6的方向定义 PTBDD 的实现的一条C语句 2 写出PTB 6口的二极管小灯初始为暗的一条C语句 1 PTBDD 1 6 2 PTBD PTCDD IO举例二 输入 R 根据接线图 对IO口进行初始化 根据给出的接线图 对IO口进行初始化 1 写出PTB 6的方向定义 PTBDD 的实现的一条C语句 2 写出PTB 6口的二极管小灯初始为暗的一条C语句 1 PTBDD 1 6 2 PTBD 1 6 PTCDD 5V IO举例三 根据接线图 对IO口进行初始化 PTADD 该句最好不要 PTADD 1 2 PTAD 1 2 异步串行通信 SCI 是数据在单线上按时间先低位后高位一位一位地传送 传送时每个字节区分由 开始位 和 停止位 每个字节发送 必须有先发送 开始位 所以称异步串行通信 其优点是传输简单 节省传输线 但是数据传送速度较慢的一种异步串行通讯接口 一般用于微处理器和外围设备之间的串行连接 多数情况用于和PC机通信 通信格式 开始位 1 数据位 8 停止位 1 10位波特率有300 600 900 1200 1800 2400 4800 9600 19200 38400每秒内传送的位数称波特率传输方式 全双工 或设置为半双工 8种中断标志为了能传输更远 需要将电平转换 采用RS 232C标准 将TTL电平转成RS 232电平 一般最远为30米现实中一般用9芯的串行接口 但是只用其中三根线 已知fBUS 20MHz 要求SCI通信的波特率 19200 计算波特率 求出SCI波特率寄存器SCIxBDH L的二进制值 SCI波特率寄存器SCIxBDH L 具体见课本波特率寄存器的值 fBUS 波特率 16 波特率寄存器H字节 波特率寄存器的值 8波特率寄存器L字节 波特率寄存器的值 举例的编程 1 前面不同波特率的计算 2 修改程序 3 利用现有的函数编写主函数main 或者中断服务程序 比如 用SCIre1接收 用SCIsend1发送 书本中用的是SCIreN SCIsendN 将其修改 用函数 首先了解函数的功能 其次要注意其参数的含义和返回值 4 在设计中 SCI常常用于调试 将数据发送至计算机显示 方便的 简单 键盘 键盘是若干个按键组成的开关矩阵 接收用户的按键信息 是实现人 机交互的输入设备 是一个常用的输入设备 读入键值有 直读方式和扫描方式 响应方式分为查询法 中断法查询 可以用PTA或者其他端口用于和键盘引脚相连 如图 见下一页 中断 用D 7 3 2 G 4 0 端口 VDDMCU内部上拉电阻 PTA0PTA1PTA2PTA3 PTA7PTA6PTA5PTA4 列线n1n2n3n4 行线m1m2m3m4 123A 456B 789C 0 D 4 4键盘的扫描方法 将PTA口的8根数据线和键盘8根引脚相连 PTA的4根定义为输出 4根定义为输入 最初4根输出线和输入线的电平都为高 扫描时 其中一根输出线为低电平 接着检测4根输入线的电平是否有为低的 没有 则换一根输出线为低电平 重新检测4根输入线的电平是否有为低的 有 则将PTA的数据寄存器的值作为该按下键的键值 若4根输出线分别为低电平 都没有检测出输入线电平为低 则说明没有按键被按下 LED和LCD 都是输出设备 用于显示数据 因几个8段数码管共用数据线 采用位选线扫描法让每个数码管有字符显示 其原理 要让各个数据管 共阴极的 均显示需要的数字 则必须逐个使相应位选信号为0 其他位选信号为1 并将该位要显示的一位数字送到数据线上 这种方法叫 位选线扫描法 虽然每个时刻只有一个数码管有效 但只要延时适当 由于人眼的 视觉暂留效应 约100ms左右 看起来则是同时显示的 4连排8段数码管和MCU的连接线8位数据线有12根4位位选线LCD和MCU的连接线8位数据线有11根3位控制线注意LCD显示的数据是字符型数据 所以如果给的数据是数值型的 则要转换 要进行转换 方法 x x 0 注意LED显示的数据是编码数据 数值型 所以如果给的数据是字符型的 则要转换 要进行转换 方法 x x 0 LED和LCD 4连排共阴极8段数码管内部结构图 AW60与LCD的连接 SPI SPI 串行外设接口 是Freescale公司推出的一种同步串行通讯接口 在主机的同步时钟频率控制下以相同的时序模式在单线上按照先高位后低位或先低位后高位一位一位地传送 没有 开始位 和 停止位 主要用于MCU和外围扩展芯片之间的串行连接 现已发展成为一种工业标准 全双工 或设置为半双工 主 从工作方式 4钟工作时序可选4种中断标志 A D转换模块的功能是将电压之类的模拟信号转换为对应的数字信号 实际应用中 这个电压信号可能由温度 湿度 压力等实际物理量经过传感器和相应的变换电路转化而来 经过A D转换 MCU就可以处理这些物理量 B D口引脚作为A D转换引脚时 也叫作AD15pin AD0pinAW60内部有16路8位 10位A D转换 没有D A转换 采样精度 指数字量变化一个最小量时模拟信号的变化量 即我们通常所说的采样位数 采样速率完成一次A D采样所要花费的时间滤波 为了使采样的数据更准确 必须对采样的数据进行筛选去掉误差较大的毛刺 有 中值滤波和均值滤波 物理量回归 得到稳定的A D采样值以后 还需要把A D采样值与实际物理量对应起来 知道采样数字所代表的实际物理值 才有实际意义 模拟量转换 定时接口 HCS08系列的单片机定时器的核心是一个工作时处于不断加1的16位计数寄存器 在确定计数频率下 不断加1 得到规定的计数大小 所经历的时间 用于MCU编程控制的模块 称为定时器 计数器 功能有 定时器溢出中断每路通道的输入捕捉 捕捉输入脉冲的沿跳变 记录沿跳变的时刻 每路通道的输出比较 在规定的时刻输出所需电平 脉宽调制波PWM 用于控制电机的转速 定时器举例 设fBUS 2MHz 2000000Hz 希望产生t 500ms的定时间隔 设T1MOD n 分频因子为p 则它们的关系为 t n fBUS p 另n 0 xFFFF 65535 p 0 5 2000000 65535 15 26 即p最小 15 所以p最小选择p 16 比如取p 24 16 则n 0 5 2000000 16 62500 F424 装入预置寄存器 满足要求 若p取更大值也行 p 25 32 n 0 5 2000000 32 31250 7A12 或p 26 64 则n 0 5 2000000 64 15625 3D09 或p 27 128 则n 0 5 2000000 128 7812 5 有小数 计数不准确 则不采用 Flash存储器 特点电可擦除 无需后备电源来保护数据可在线编程存储密度高 低功耗 成本较低单一电源电压供电AW60的FLASH区 见前面 大小约60KB两种编程模式 通过编程器来完成 Flash存储器工作于这种情况 叫监控模式或写入器模式 在程序运行过程中 有可能对Flash存储区的数据或程序进行更新 Flash存储器工作于这种情况 叫用户模式或在线编程模式可以通过寄存器设置区域保护 Flash存储器 基本概念基本操作 擦除和写入Flash存储器组织单位擦除的最小单位是页擦除 1页 512B 擦除是将0改写为1 即0 1写入的基础是行写入 1行 64B 可以一个字节一个字节写入 写入是将1改写为0 即1 0 其他功能模块 PLL锁相环 可以产生各种频率 将一个较低的频率源 提升而得到一序列稳定度高的精度高的频率 低功耗模式 1 STOP指令STOP模式又分为STOP1 STOP2 STOP3模式 MCU处于STOP1功耗模式 功耗最小 但AW60芯片不具有STOP1模式功能 AW60具有功耗比STOP1模式稍高的STOP2和STOP3模式 STOP1模式下只有IRQ引脚 RESET引脚可以唤醒 STOP2模式唤醒条件 引脚IRQ RESET RTI中断 STOP3模式唤醒条件 IRQ引脚 RESET引脚 RTI中断 KBI中断 LVD中断 ADC中断 在后两种停止模式下 所有内部时钟都被关闭 工作电流在 A级 2 WAIT指令 在程序中运行WAIT指令 使MCU处于WAIT低功耗模式 WAIT模式的功耗比STOP模式大 工作电流在mA级 进入WAIT模式后 CPU内部条件码寄存器CCR中的I位被清零 允许总中断 一旦有中断请求发生 CPU被唤醒 退出WAIT模式 进入RUN模式 执行WAIT后面的第一个语句 系统正常操作监视模块COP 系统正常操作监视模块 ComputerOperatingProperly COP 俗称看门狗 Watchdog 该模块有一个自由运行的计数器 若在SOPT中设定COP允许后 用户程序必须周期地向系统复位状态寄存器 SRS 的地址写任何值被COP计数器重置 使用指令STASRS 叫做给看门狗喂食 以清除COP计数器 若系统由于某种原因使软件工作不正常时 COP计数器就得不到周期地清零 那么当它溢出时便产生COP复位 以防止程序进入不可预料的操作 LED显示 温度 压力 光 湿度 SCI通信 PC机 SPI通信 1路AD线 利用MC9S08AW60MCU设计一个数据采集系统 功能是 采集一路光 将数据显示在4连排共阴极8段LED数码管 并送入PC机显示 在给定的框图模块中选择能满足功能要求的框图组合一个硬件系统的结构图 并简要说明数据从