SoC型单片机原理及应用-1

SoC型单片机原理及应用

课时量和讲义48学时的课程32学时的实验关于讲义和参考资料我们课程的一些特点:1.加强单片机的专业英语(口语)2.C语言的反刍,编程语言:C语言3.放弃汇编语言4.面向实验,面向工程的教学,不最求全面和系统的知识(传统是怎么教的，我是怎么教的？)5.传统的AT89C51仅作为核,学习最新型SoC单片机C8051F3206.注重与ARM的衔接7.加强实验,加强动手能力,以工程师为目标,以进一步的ARM学习为目标.-这样做法的依据:就业形势和我校师生的特点哈佛大学校园我们要做的实验〔暂定〕LED数码管PWM,〔PulseWidthModulation〕,舵机控制UART(RS232串口),TSP〔触摸屏〕字符液晶,16键盘,IC卡,电机正反转控制，电机转速调节中断,ADC(模数转换),USB(中断型,批处理型)通信,1.概述1.1单片机根本概念,开展,MCS-51MCU(MicroControllerUnit)-单片机单片机在嵌入式系统中的地位MCU8-bitARM32-bitASM,CASM,C/C++,OS什么是嵌入式系统?根据IEEE〔国际电气电子工程师协会〕的定义，嵌入式系统是“用于控制,监视或者辅助其它设备,机器和工厂运行的装置”〔devicesusedtocontrol,monitor,orassisttheoperationofequipment,machineryorplants.〕

单片机是不是嵌入式系统?Yes/no?Yes,but它是低端嵌入式系统.MCU-ARM关系1.概述(续)MCS-51系列单片机-Atmel公司的AT89C51(15年历史)-Silabs公司的C8051F320(5年历史)51单片机开展过程8048=>8031=>8051=>8751=>89C51=>89C52=>89CxxxIntel,Atmel,SST,Philips,SiLab,..我们简单学习AT89C51,重点学习C8051F320单片机的今后开展参看讲义第1章“绪论”1.2学习单片机的目的和方法应用性:就业,工程师,工程经理(MCU命还长着)深造的根底:为32位嵌入式系统学习考研:单片机知识为理工本科生必须具备的就业：硬件很“硬”，软硬兼施支持：帮助理解计算机有关知识有关课程:C语言,IT电子技术,及线路板设计,VB6.0,VC++….我们的单片机学习方法从内核到芯片充分应用SoC芯片的功能,补充一些外设通过详细讲解实验程序学习芯片的sfr同学的实验要求在样板的根底上，自己局部编程1.3开发工具,环境,开发过程-硬件:Protel99,原理图,PCB〔马慧敏老师〕-编程:工程的建立，C51编程，编译，链接，下载，在线调试C51编译器(uKeil),IDE,EC5+JTAG+目标板-文件:xx.wsp:工程，xx.asm:汇编程序,xx.c,xx.lst,xx.obj,xx.hex,xx.bin-工程开发流程可行性分析=>立项=>需求分析=>硬件方案(框图)和设计(原理图,PCB图)=>制板=>软件方案(流程框图)=>编程=>调试=>定型=>性能测试=>文档

-学习内容：单片机结构,C51编程,十几个实验〔马慧敏老师〕

EC5-JTAG-Kit(Kit-EH200)连接PCUSBEC5适配器JTAGKit(开发机)5VDCEH200AboutJTAGJTAG:JointTestActionGroup〔联合测试行动组织〕JTAG于1990年被IEEE批准为IEEE1149.1-1990.JTAG是一种国际标准测试协议〔IEEE1149.1兼容〕，主要用于芯片内部测试。现在多数的高级器件都支持JTAG协议,如DSP、FPGA,ARM器件等。标准的JTAG接口是4线：TMS、TCK、TDI、TDO,分别为模式选择、时钟、数据输入和数据输出线。U-EC5+Kit-EH200IDE界面

(IntegratedDevelopmentEnvironment)1.4单片机的实际应用1.工控(IndustrialControl):数据采集(DataAcquisition),数控(NumericalControl),….2.仪器&仪表(Apparatus&Instruments)3.家电(HouseholdItems)4.PC外设(PeripheralsofPC)5.商用设备(CommercialApparatus)6.下位机〔Host->Slave〕7.军事2传统型单片机AT89C51很老的型号：8031,8051,8751,80C31,80C51,87C51,(/52)2.151系列单片机简介老型号：AT89C51,AT89C52,AT89C2051现代型号：C8051F320,C8051F340,

2.2.151单片机的内部结构内部结构(BlockDiagram)1.2.1结构框图(AT89C51)CPU(CentralProcessingUnit)CPU到底包含哪些模块(module)?ALU+指令存放器IR+指令译码器+DPTR+PC+SP=CPUArithmeticLogicUnit+InstructionRegister+DataPointer+ProgramCounter+StackPointer2.1.2AT89C51的引脚

(PinAssignments)三-2hC8051F320引脚引脚说明(PinDefinitions)AT89C51有多种封装形式，最常使用的封装形式是双列直插(DIP:DualIn-linePackage)40引脚形式。PinNumber逆时针。电源引脚Vcc,GND(20,40)：Vcc是供电电压，GND为地线。供电电压为5伏，变化范围允许为2.7V~6V。5V工作电压下正常工作电流约为20mA，休眠方式维持电流为5mA，掉电方式维持电流〔电压为3V时〕为40μA。振荡器引脚XTAL1，XTAL2〔19，18〕：芯片工作需要时钟脉冲。AT89C51单片机的时钟振荡有两种接法。一种为外接振荡器信号输入，一种为外接石英晶体和电容。石英晶体振荡线路用得较多。AT89C51允许的最高时钟频率为24MHz，最低允许时钟频率为4MHz。石英晶体可用4MHz~24MHz，电容C1，C2可用20Pf的电容。时钟脉冲周期在单片机内部组成机器周期，每12个时钟脉冲形成一个机器周期。机器周期是单片机的根本计时单位。如果使用12MHz晶体的时钟脉冲，那么单片机的机器周期为1μs。复位引脚RST〔9〕：复位引脚能使单片机系统复位。所谓复位就是使程序从第一句开始执行。如何通过复位引脚使系统复位？只要使RST引脚为高电位并保持2个机器周期以上。平时正常工作时，复位引脚RST应处于低电位。何时需要复位？接通电源一瞬间，希望程序从头开始执行，这个复位称为上电复位。在单片机上电一瞬间电容C1有一个充电过程，瞬间电容对RST引脚仿佛是通路，RST引脚得到高电位，系统复位。电容充电后C1对RST引脚仿佛是断路，RST引脚通过R1电阻接地，使RST为低电位，系统能正常工作。当单片机程序处于混乱状态或死机，需要人工复位，可采用图b〕线路。按键K接通时使RST接高电位，系统复位。为保证单片机系统不死机，很多情况下外接看门狗线路。在系统死机时，系统不能定时地给看门狗线路一个响应信号，看门狗经过一段小延时后会给复位引脚RST发一个高电位信号，使系统从头开始执行程序，从死机状态中跳出来。

地址锁存/编程引脚ALE/PROG〔30〕：在正常工作时ALE引脚输出稳定的正脉冲，用于在访问外部程序存储器时锁存地址的。ALE输出的脉冲频率为时钟的1/6。由于AT89C51程序存储器在芯片内部，ALE一般不用于它本来的用途，只是作为一个振荡器供外部线路使用。这个引脚另一个用途是在给芯片下载程序〔编程〕时，用于输入编程脉冲。外部程序存储器选通引脚PSEN〔29〕：芯片在访问外部程序时PSEN引脚会发出外部存储器芯片的选通信号〔低电位〕。在从外部存储器取程序指令时，每个机器周期PSEN信号出现两次。访问外部数据存储器时PSEN信号不出现。如果AT89C51使用内部程序存储器，所以PSEN引脚已失去其原有的用途。外部访问允许引脚EA/VPP〔31〕：当EA引脚接地时AT89C51只能访问外部程序存储器，内部程序存储器被隔离了。所以正常运行时EA引脚应接高电位，一般串接一个几KΩ电阻接到电源正极。在给芯片编程时，EA引脚要接编程电压12V。I/O口P0〔39~32〕：P0口是8位漏极开路(OpenDrain)双向I/O口。作为输出口，输出数据为0时它的驱动能力可吸收8个TTL门电路的电流。由于是漏极开路作为输出口输出1时实际P0口的引脚为高阻态〔相当于与内部断开状态〕。这时应在P0口外部加上拉电阻，信号1由上拉电阻提供，驱动能力也决定于上拉电阻的电阻值。一般由于上拉电阻为几KΩ，所以驱动能力很弱。作为输入引脚时应给P0口内部先写1，使其为高阻态，读P0口的指令会使P0口的引脚直接接到内部总线上，反映了加在P0口引脚上的外部信号的真实值。这一点很重要，如果疏忽了这一点，在P0口上刚输出过0，P0口线与地线接通，再作为输入时，加在引脚上的高电位会被短路掉，内部总线读到的输入是0，发生了一个很难查获的错误。P0口在我们的应用中经常作为外部数据总线口使用，通过指令MOVX读取外部的数据，或将数据输出到外部总线上。在输出数据时，内部控制线路将口线的一个上拉场效应管接通，使具有上拉电阻作用，所以不需外接上拉电阻。在输入数据使仍应先给P0口输一高电位，使其与地线断开。AT89C51也可以外挂程序，此时EA引脚应接地，P0口将输出指令的地址，并读入程序指令。这个过程是硬件自动完成的，软件无法干预，也不需要对P0口写1。当AT89C51编程时，P0口作为代码的输入口。编程后校验时P0作为代码的输出口，此时外部要有上拉电阻。I/O口P1〔1~8〕：P1口是一个带内部上拉电阻的双向I/O口。它能接收或输出4个TTL门电路的电流。P1口的上拉电阻是固定的，〔20KΩ〕，因此作为输出时一般无需外接上拉电阻。其它局部的内部电路两者类似，所以P1口作为输入时也必须事先在P1口写1。输入为0时电流经内部上拉电阻，引脚流经外部电路通地，电流值为50μA。I/O口P2〔21~28〕：P2口是一个带内部上拉电阻的双向I/O口。它的一局部根本结构类同P1口。它也可以接收和输出4个TTL门的电流。内部写1以后使引脚与地线断开，内部上拉电阻起作用，可用作输入引脚，输入0时，电流经过上拉电阻，引脚流经外部电路通地，电流值为50μA。此外P2口的另一个作用是在访问外部程序存储器或用MOVX指令访问外部数据时作为高8位地址的输出。所以P2口除了作I/O口以外，通过MOVX指令也能作为输出。这种输出常作为外部设备选通信号，使得外部设备被选通的同时由MOVX指令直接访问被选通的这个外部设备。P2口在AT89C51芯片编程和校验时作为高8位地址输入口。I/O口P3〔10~17〕：P3口也是带内部上拉电阻的8位双向I/O口。可接收和输出4个TTL门电流。内部写1以后，内部上拉电阻起作用，可用作输入。当输入为0时，电流经内部上拉电阻通过引脚流经外部电路通地。这个输出的电流值为50μA。P3口除了作通用的I/O口以外，它的每一个引脚都还分别可作专门的特殊功能口。

英文阅读:aboutP3P0结构AT89C51最小系统振荡电路复位电路EA脚上拉电源2.1.3存储器配置冯.诺依曼(von.Neumann)结构/哈佛(Harvard)结构?程序存储器(ROM,EROM,EPROM,EEPROM,Flash)数据存储器(RAM)片内存储器(MemoryonChip)AT89C51:EEPROM4kBRAM256BC8051F320:Flash(ROM)16kBRAM256BRAM1kB+1kBFIFO(USB)RAM(Data)和Flash(程序代码)

-AT89C51-最重要的局部RAMFlash00h7Fh80hFFhSFR自由RAM代码0000h0FFFh128Byte128Byte4096Byte(AT89C51)Homework(1)画最小系统自由RAM〔00h–7Fh〕R0–R7的映射:00–1Fh(map:映射的概念〕位寻址的(允许)区域:20–2FhStack(堆栈):全部自由区:00–7Fh课堂提问：Whatis“SFR”?2011.09.02.五-4h特殊功能存放器(SFR)RAM

(80h-FFh)SpecialFunctionRegistersP0,P1,P2,P3,PSW,TCON,SCON,IE,A,B,SP,DPH,DPL,TMOD,TH0,TL0,TH1,TL1,SBUF,PCON,IP,共21字节(51系列)SFR(特殊功能存放器)SFR(特殊功能存放器)2.1.4定时器/计数器T0,T1硬件上有T0,T1(16bit),配置了2套相关存放器C/T:Counter/TimerSFR:TMOD(高4位:C/T1,低4位:C/T0)(89h)(GATEC/TM1M0GATEC/TM1M0)GATE=0(测INTx的脉宽)C/T=0:内部定时器,=1:外部计数器M1M0=00:0模式(弃用),01:1模式(16位),10:2模式(8位自动重装),11:3模式(C/T0:2个独立8位,C/T1:不用,停止记时)对应的TH1,TL1,TH0,TL0注:自动重装,TH1装入TL1中，TH0装入TL0中要强调的一点T0,T1模块的工作和运行是脱离CPU的,一旦运行后就与程序的运行无关了.就好象你的闹钟一样,溢出前它不干预你的正常日程.它是并行工作的.二-6hSFRTCON(88h)(TF1TR1TF0TR0IE1IT1IE0IT0),低4位只与外部中断有关(混合了)TF1:溢出标志(硬件自动置1,如果中断,自动清0)TR1:1:启动,0:停止(软件设置)——————————————————————————IT1:外部中断(INT1)类型设置,1:下降沿,0:低电平IE1:外部中断检测到下降沿自动置1,

进中断后自动复0

TF0,TR0,IE0,IT0同上

注:对于TF1,TF0,IE1,IE0,一般不太关心SFRTH1,TL1,TH0,TL0

(8Dh,8Bh,8Ch,8Ah)TH1,TL1用于C/T1,TH0,TL0用于C/T016位模式(1模式):TH1高字节,TL1低字节8位自动重装(2模式):TH1向TL1充值,初始化:TH1=TL1启动后,TL1以机器周期加1,溢出后进位到高字节(1模式)或中断如果设置成外部计数:计数信号由引脚T1,T0输入(Pin15,Pin14)关于T0模式31)T1没有模式3,T0为模式3时,T1可以为模式0,1,2,但不能使用中断.2)T0模式3:TL0,TH0为2个独立8位计数器,TL0可记数,也可定时.TH0只能定时,TH0的启动用TR1,溢出和中断申请用TF1.3)T1到底能干什么?可以用于波特率发生器,T1的停止将用怪招:将其设置为模式3提问：8位自动重装是什么意思？2.7串行I/O1.关于RXD,TXD引脚的工作方式(51系列):a)工作在“移位”串行通信方式时,RXD为发送和接收.TXD为移位脉冲.低位在前(LSB:littlesignificantbit).8位数据.传送靠移位脉冲,所以频率的精度不重要.半双工(HalfDuplex).同步方式。b)异步通信时,RXD为接收,TXD为发送.LSB,常用8位数据,双方设为相同波特率(BaudRate).全双工(FullDuplex).UART(UniversalAsynchronousReceiver/Transmitter)1.可以满足RS232通信协议的信号时序(与PC兼容)2.无信号时,发送端拉高电平3.常用的波特率:9600,115204.起始位:0,8数据位,1:停止位,SFRSCON(98h)

串行控制存放器

SM0SM1S工作模式通信协议波特率0008位数据同步移位晶振1/12（同步）**0118位数据异步由定时器1溢出率确定**1029位数据异步晶振1/32或1/641139位数据异步由定时器1溢出率确定SM0SM1SM2RENTB8RB8TIRIS工作模式模式0:RXD为发送和接收.TXD为移位脉冲.低位在前(LSB).8位数据.传送靠移位脉冲,频率固定为机器周期.半双工(HalfDuplex).晶体的1/12.模式1:异步通信,RXD为接收,TXD为发送.LSB.全双工(FullDuplex).1位起始+8位数据+1位停止.波特率为T1的溢出率/32(或1/16).模式2:异步通信,RXD为接收,TXD为发送.LSB.全双工.1位起始+8位数据+1位特数据+1位停止.波特率晶体的1/32或1/64.适用多机通信.模式3:异步通信,RXD为接收,TXD为发送.LSB.全双工.1位起始+8位数据+1位特数据+1位停止.波特率为T1的溢出率/32(或1/16).适用多机通信.SCONSM2是接收中断请求的控制位。在模式2和模式3的多机通信中，如果SM2设置成1，接收到的第