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1、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
2、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
3、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=1 4 / 8KB,ROM外 EA=0 4 / 8KB,1FFFH 。 。 0000H,ROM外 60 / 56KB,FFFFH 。 。 2000H,FFH 80H 7FH 00H,RAM内,外部数据 存储器 64KB RAM外,FFFFH 00
4、00H,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-07H 0 1 1 08H-0FH 1 0 2 10H-17H 1 1 3 18H-1FH,1FH 00H,7FH,
5、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,7FH 00H,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,FFH 7FH 30H 20H 00H,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
6、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
7、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 0000H AJMP START ORG 0003H LJMP INTIE0 ORG 000BH LJMP INTTF0 ORG 0050H START：MOV A, #00H MOV R1 , #7FH MOV R0, #00H,L0: MOV R0,A INC R0 DJNZ R1,LO ORG 3000H A0: - ORG 3100H A1: - ORG 4500H INTIE0: -,ORG 4800H INTTF0: - ORG 5500H LED: DB 01H,02H,0
8、3H DB 04H,05H,06H DB 07H,08H,09H END,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
9、 - -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+DPTR MOVC A, A+PC MOVC A, A+DPTR,MOVX A , Ri MOVX 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
10、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
11、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
12、,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
13、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
14、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
15、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
16、,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
17、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 33
18、H, 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 ， #3FH MOV 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 MOV R0,#0；数据地址指针00H MOV A,R
19、0 MOV R1,#100；转移字节数 JP1: MOV DPTR,#TAB；转移表首址 MOVC A,A+DPTR；取数 MOVX R0,A；保存数据 INC R0；数据地址指针+1 MOV A,R0 DJNZ R1,JP1；循环100次 SJMP $ TAB: DB XXH,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 R
20、3 , #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
21、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400
22、Kb/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,1 20 2 19 3 18 4 17 5 16 6 15 7 14 8 13 9 12 10 11,VCC P1.7 P1.6 P1.5 P1.4 P1.3 P1.2 P1.1 P1.0 P3.7,RET RXD/P3.0 TXD/P3.1 XTAL2 XTAL1 INT/P3.2 INT/P3.3 T0/P3.4 T1/P3.5 GND,WP A0 SCL A1 SDA A2,WP A0 SCL A1 SDA A2,AT89C2051,AT24CXX,AT89C2051采
23、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
24、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-002BH 2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,ORG 0000H 0000 START: LJMPMAIN；转主程序 0003 LJMP PGINT0；转INT0 0006 NOP 0
25、007 NOP 0008 LJMP ERR；转软件陷阱 000B LJMP PGT0；转T0 000E NOP 000F NOP 0010 LJMP ERR；转软件陷阱 0013 LJMP ERR；转软件陷阱 0016 NOP 0017 NOP 0018 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,