[信息与通信]张子明单片机开发与应用技术个人赛赛点解析.ppt

第六届信息技术应用水平大赛,教育部教育管理信息中心,单片机技术发展主流机型发展趋势：8位机、16位机、32位机等。长寿命:新型机不断出现，能力增长，寿命增长CMOS化趋势，低功耗，低电压，宽电压范围RISC体系结构（微指令）的大发展。发展专用型单片机：专用芯片（洗衣机等）OTPROM、MTPROM、在线一次或多次编程型单片机在线编程开发环境（ISP引脚）在线路板上直接下载程序全面功耗管理，省电方式运行，（WAIT STOP 0.8V）串行总线，提高速度，节省引脚，缩小面积（I2C/SPI技术/CAN/USB/IrDA/简易internet接口/以太网Ethernet）。,考试内容-单片机专业部分,单片机应用中需要注意几个问题选择单片机类型：有针对性的开发产品。选择开发环境：用高级语言C51 或汇编语言。系统可靠性：根据项目功能的复杂程度，设计系统的软硬件。系统结构:采用三总线或采用串行总线如 SPI、I2C等。低工耗、低电压：允许电池供电，采用节电和等待方式工作。电源技术:电源监测与管理、掉电数据保护。智能化器件：由软件实现外围芯片功能。,考试内容-单片机专业部分,Vcc:电源正极 Vss:电源负极XTAL1、XTAL2:外接晶振、振荡器EA/Vpp:EA-内部或外部程序存储器选择 Vpp-编程电压ALE/PROG:ALE-允许地址锁存信号输出。PROG-编程脉冲PSEN:外部程序存储器选通信号RST:复位信号端,单片机外部引脚,考试内容-单片机专业部分,P0口-数据/地址低8位复用；驱动8个TTL电平；I/O口使用时上拉电阻P1口-I/O口；P2口-地址高8位；P3口-多功能口：驱动4个TTL电平,ROM内 EA=14/8KB,ROM外 EA=04/8KB,1FFFH。0000H,ROM外60/56KB,FFFFH。2000H,FFH80H7FH00H,RAM内,外部数据 存储器 64KB RAM外,FFFFH0000H,MCS-8051/2存储器映像图,RAM内,SFR,8052的SFR和高位RAM地址空间重叠,MCS-8051/2存储器结构,单片机存储器结构,考试内容-单片机专业部分,专用状态寄存器PSW,CY AC F0 RS0 RS1 OV-P,CY:高位进位标志AC:辅助位进位标志RS0、RS1：工作寄存器组F0:用户标志位OV:溢出标志位P:奇偶标志位-：保留位,RS0、RS1：工作寄存器组,RS1 RS0 寄存器组 RAM位置0 0 0 00H-07H0 1 1 08H-0FH1 0 2 10H-17H1 1 3 18H-1FH,1FH00H,7FH,内部RAM功能分配,工作寄存器组之间的转换要注意地址的变化,考试内容-单片机专业部分,SP堆栈及堆栈指针,内部RAM定义一个区域作为堆栈区堆栈的区域和深度可根据需要自行决定,RAM,SP=07H,上下调整,7FH00H,内部RAM功能分配,显示缓冲区数据交换区数据标志区打印缓冲区堆栈区数据采集缓冲区、等等 位寻址区,字节寻址区30H-7FH 或 30H-FFH,FFH7FH30H20H00H,注意在线仿真与脱机调试的区别内存空间的不同可能出现栈顶溢出问题,考试内容-单片机专业部分,程序存储器空间分配,0000H 跳转指令0002H 转主程序,0003H 中断矢量0032H 地址表,0050H 主程序 子程序 中断服务程序 常数表区-NOP,起始地址从0000H开始，复位后系统从0000H开始执行程序0000H-0002H单元放跳转指令 转入主程序中断矢量地址表在程序存储器0003H-0032H区间中断矢量地址表：5-6个中断源 INT0,INT1,TF0,TF1,TI RI,TF2 EXF2 每个中断服务程序地址空间有8个单元。在该空间中安排跳转到中断服务程序指令。主程序、子程序、中断程序等依次向下安排，常数表区可安排在后面。多余出来的存储器空间可安排空操作指令NOP主程序不易太长，子程序具备通用功能，中断不易多级嵌套，常用数据若量大放在程序存储器后面区域。,考试内容-单片机专业部分,单片机汇编源程序在程序存储器的基本形式,ORG 0000HAJMP STARTORG 0003HLJMP INTIE0ORG 000BHLJMP INTTF0ORG 0050HSTART：MOV A,#00HMOV R1,#7FHMOV R0,#00H,L0:MOV R0,AINC R0DJNZ R1,LOORG 3000HA0:-ORG 3100HA1:-ORG 4500HINTIE0:-,ORG 4800HINTTF0:-ORG 5500HLED:DB 01H,02H,03HDB 04H,05H,06HDB 07H,08H,09HEND,起始,中断矢量地址,主程序,子程序,中断服务程序,中断服务程序,常数表区,结束,考试内容-单片机专业部分,单片机寻址、指令,考试内容-单片机专业部分,MCS-51的寻址方式：1寄存器寻址：R0-R7，A，B，C（位），DPTR 2直接寻址：RAM 和 SFR寄存器及位地址3寄存器间接寻址：内部RAM和外部RAM（R1，R0，DPTR)及I/O口 4立即寻址：程序存储器立即数（程序存储器常数部分）5基址加变址寄存器间接寻址：程序存储器（A+DPTR，A+PC）6 相对寻址：PC值+127-128字节7 位寻址：RAM（20H2FH)和SFR内（被8整除的地址空间）位地址寻址 部分指令：,JMP A+DPTRMOVCA,A+PCMOVCA,A+DPTR,MOVX A,RiMOVX A,DPTR MOVX Ri,A MOVX DPTR,A,布尔(位)处理指令：位累加器（C）位寄存器（bit）,单片机扩展功能,P3口-(管脚1-7)多功能口串口:P3.0-RXD P3.1-TXD中断:P3.2-INT0 P3.3-INT1定时:P3.4-T0 P3.5-T1读写:P3.6-WR P3.7-RD,串行通讯口：1组 TXD-发送数据，RXD-接收数据中断源：6个 INT0,INT1,TF0,TF1,TI RI,TF2 EXF2定/计时器：3个16位定时器/计数器 T0、T1、T2读写选通口：1组 WR、RD,常用功能扩展口:I/O-输入、出数据口A/D、D/A-模数转换口USB、I2C、SPI、1Wire、CAN串行通讯口LED、LCD-显示数据口,考试内容-单片机专业部分,串行通讯口是相互独立的接收、发送缓冲器 SBUF 地址：(99H）可以同时接收和发送数据与A实现数据传送。,单片机扩展功能-串行通讯口,四种工作方式:SM0 SM1 方式 功能 波特率 0 0 0 同步移位 1/12fosc RXD接收/发送；TXD输出同步脉冲 0 1 1 8位异步 可变 TXD发送端；RXD接收端 1，8，1 1 0 2 9位异步 1/64或1/32fosc 1 1 3 9位异步 可变 TXD发送端；RXD接收端 1，8，1，1,实际应用中fosc和波特率是给定的只需要求出时间常数N N=256-(2SMOD x fosc/波特率x 32 x 12)例如:fosc=6MHZ；SMOD=1；波特率=2400位次/秒 求时间常数N为：N=256-(2 x 6 x 106/2400 x 32 x 12)=242.98 243=F3H,可程控的第九位,考试内容-单片机专业部分,单片机扩展功能-定时器,M1 M0 方式 说明0 0 0 13位计数器0 1 1 16位计数器1 0 2 自动再装入8位计数器1 1 3 2个8位计数器,GATE:选通控制 GATE=1（INTx=1）（TR=1）中断使用GATE=0（TR=1）选通定时/计数器C/T：选择定时器/计数器模式 C/T=1：计数器 C/T=0：定时器,计数初值的计算：计数值X 补码作为初值添入TLx THx（X）补=2n X若:定时10ms；机器周期2us X=10ms/2us=5000次方式0 n=13 5000次=1388H定时器的初始值 213-1388H=C78H 10 0000 0000 0000=213-1 0011 1000 1000=1388H 0 1100 0111 1000=C78H 需要变动 6 3 1 8=6318H 添入数值,8位 5位,考试内容-单片机专业部分,单片机扩展功能-中断,MCS51/2中断源:INT0,INT1,TF0,TF1,TI RI,TF2 EXF2,内部中断 外部中断,=1 允许=0 禁止,=1 高级=0 低级,考试内容-单片机专业部分,响应中断的条件：EA=1(1)无同一级别或高优先级中断正在服务中(2)当前指令已执行到最后一条机器周期并已结束(3)当前正在执行的不是返回(RETI)执令或访问 IE.IP特殊功能寄存器指令,中断 中断 中断查询 长调用到中断 中断服务程序 有效 锁存 矢量地址,响应中断的过程：5-8个机器周期 M1 M2 M3 M4 M5,M1：中断请求阶段 若中断标志已置位 但条件不满足时不响应M2：优先级判别阶段，同一级别中断不能实现中断嵌套M3 M4：生成中断矢量地址 中断服务程序转移地址M5：中断服务程序返回指令 RETI 保护断点地址 清除中断标志其他断点信息由程序设置保护 A；B；R0-R7；DPTR,单片机扩展功能-中断,考试内容-单片机专业部分,单片机扩展功能 总线扩展,数据线,地址线,以总线方式的外围功能接口芯片：8255、8155、0809、0804、8279、0832、2764、6264、AD574等等。以及地址译码芯片74LS138等，扩大地址寻址范围。,总线驱动：数据线采用74LS245地址线采用74LS244,考试内容-单片机专业部分,并行总线的扩展特性：,三态输出（总线方式 分时操作多个I/O口，需要寻址）时序交互（双方数据传输按时序操作）总线协议由CPU控制（数据传送CPU控制，不用握手信号）,8051最小系统组成,考试内容-单片机专业部分,P2,ALE,P0,WR,RD,62256,8155,8255,0832,打印机,8,7,8,A8-A15,A0-A7,D0-D7,Y7-Y0,P2.7-5,373,A8-A14,0000H-7FFFH,8000H-9FFFH,A000H-BFFFH,COOOH-DFFFH,4*8=32K,74LS21,8051,打印机地址范围？,考试内容-单片机专业部分,单片机扩展功能 总线扩展,考试内容-单片机专业部分,A与外部RAM传送指令1 MOVX A,Ri 2 MOVX A,DPTR 3 MOVX Ri,A 4 MOVX DPTR,A P0口分时输出Ri指定的地址信息及该单元的数据P2口输出高位地址，累加器A与外部RAM传送一个字节的数据。上述指令都可以使 WR/RD 信号线发生跳变。,单片机扩展功能 总线扩展,单片机扩展功能 I/O扩展,输出锁存（接口非三态，一对一数据传送）握手交互（I/O口双方数据锁存，握手线）指令控制实现时序协议（指令时序实现双方协议）,并行I/O口的扩展特性：,考试内容-单片机专业部分,8051汇编语言中查表指令 MOVC A,A+DPTR MOVC A,A+PC 例如:将十六进制数转换成ASCII码的子程序。十六进制数放在 R0低四位,转换成结果放回R0中。出口和入口都在R0中。ORG 2160H MOV A,R0 DB 30H,31H,32H ANL A,#0FH;保留低四位 DB 33H,34H,35H ADD A,#02;变址调整 DB 36H,37H,38H MOVC A,A+PC;查表 DB 39H,41H,42H MOV R0,A;保存结果 DB 43H,44H,45H,46H RET,单片机编程1,如：3F50H数据读到A指令MOV DPTR，#3F50H MOVX A，DPTR,或：MOV P2，#3FHMOV R0，#50H MOVX A，R0,考试内容-单片机专业部分,例如：将程序存储区内100字节的表格搬移至外部数据存储区，从0000H开始存放MOVR0,#0；数据地址指针00HMOVA,R0MOVR1,#100；转移字节数JP1:MOVDPTR,#TAB；转移表首址MOVCA,A+DPTR；取数MOVXR0,A；保存数据INCR0；数据地址指针+1MOVA,R0DJNZR1,JP1；循环100次SJMP$TAB:DBXXH,XXH-；转移表格区END,考试内容-单片机专业部分,单片机编程2,循环指令：机器周期DJNZ Rn,re；2 DJNZ direct,ret；2单层循环：MOV 30H,#0FFH;LOOP:NOP;1 NOP;1 DJNZ 30H,LOOP;2多重循环:MOV R3,#0FFH LOOP1:MOV R2,#0FFH LOOP2:NOP;1 NOP;1 DJNZ R2,LOOP2;2 DJNZ R3,LOOP1;2,采用子程序或函数调用的情况：,频繁使用的程序模块（简化源程序）外扩I/O操作模块（便于调试）过程处理或数据处理模块（便于调试）中断处理模块（必须外置）,编程规划：,变量及常量标号定义；变量存储区域分配；I/O地址分配；常量及表格存储空间分配；程序存储空间分配等。,简单程序：多数模块可包含于主循环中。复杂程序：模块可以子程序或函数的形式独立于主循环之外，通过主循环内的子程序调用命令或函数调用语句进行调用。,EQU-标号定义伪指令BIT-位标志定义伪指令ORG-程序存储空间定位伪指令END-程序结束标识伪指令,汇编语言常用伪指令：,单片机编程3,考试内容-单片机专业部分,单片机扩展功能 串行总线扩展1,考试内容-单片机专业部分,I2C总线：两线制总线（SDA）数据线；（SCL）时钟线I2C串行总线时序信号：起始位(S)；数据位0/1；终止位(P)发送数据“0”、应答位为低电平发送数据“1”、非应答位为高电平主要特点：二线传输:I2C总线上的所有主器件(单片微处理机)外围器件和接口都连接到同名端的SDA SCL线上。总线驱动能力400pF总线传输速率400Kb/s总线上扩展的节点数是由电容负载决定总线输出为开漏结构，总线必须接上拉电阻总线上所有器件都有规范的器件地址,1202193184175166157148139121011,VCCP1.7P1.6P1.5P1.4P1.3P1.2P1.1P1.0P3.7,RETRXD/P3.0TXD/P3.1XTAL2XTAL1INT/P3.2INT/P3.3T0/P3.4T1/P3.5GND,WPA0SCLA1SDAA2,WPA0SCLA1SDAA2,AT89C2051,AT24CXX,AT89C2051采用I2C方式与串行E2PROM的接口,考试内容-单片机专业部分,单片机扩展功能 串行总线扩展,单片机扩展功能 串行总线扩展2,芯片体积减小功耗降低减少系统之间的连线价格降低传输速度慢读写方法复杂不同类型的串行总线规约不一样,串行扩展技术技术共同特点:,单片机串行扩展技术主要有：I2C总线1-Wire总线SPI扩展方式三总线USB通用串行总线1394串行总线CAN总线,串行扩展方式：1串行扩展总线 2串行扩展接口芯片 主要区别：串行扩展总线:外围接口芯片都有地址编码 如：I2C、单总线（1Wire)等串行扩展接口:外围接口芯片都需要相应口线选通 如：SPI等,考试内容-单片机专业部分,未使用的ROM空间：添满NOP命令指令冗余：对程序流向关键指令位置加上几条NOP指令：RET、RETI、ACALL、LCALL、SJMP、AJMP JC、JNZ、JZ、JNB。软件陷阱：用一段引导程序强行将跑飞程序引导到一个指定地址,执行出错处理程序。返回正常运行程序：1未使用的中断向量区：0003H-002BH2表格区：表格区最后安排陷阱3程序区转移点后面：LJMP SJMP AJMP RET RETI,ORG0000H0000 START:LJMPMAIN；转主程序0003LJMP PGINT0；转INT00006NOP0007NOP0008LJMP ERR；转软件陷阱000BLJMP PGT0；转T0000ENOP000FNOP0010LJMP ERR；转软件陷阱0013LJMP ERR；转软件陷阱0016NOP0017NOP0018 LJMP ERR；转软件陷阱中断矢量表安排软件陷阱，防止意外错误。,单片机软件抗干扰措施,考试内容-单片机专业部分,单片机应用系统开发过程,考试内容-单片机综合设计,单片机应用系统调试环境组成：,单片机仿真器,单片机程序集成调试环境,单片机应用目标系统,PC机,单片机程序烧录器,单片机应用系统的调试环境,硬件系统设计 调试应用程序设计应用程序的仿真调试系统脱机运行检查,单片机应用系统调试过程：,考试内容-单片机专业部分,系统设计-控温系统为例1,考试内容-单片机专业部分,软件程序结构设计：,总体功能描述,-初始化,-启动A/D转换并读取结果,-对A/D转换结果进行处理得到显示温度,-将显示温度转换为显示段码数据,-将显示段码数据送显示电路进行显示,-延时1秒钟，开始下一次测温过程,系统设计-控温系统为例2,主循环,数据采集,数据处理,数据显示,模块划分：,考试内容-单片机专业部分,系统硬件电路设计：,系统设计-控温系统为例3,考试内容-单片机专业部分,谢 谢!,教育部教育管理信息中心,