江苏大学单片机复习资料.docx
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江苏大学单片机复习资料
第一章概述
1、什么是SOC型的单片机?
在传统的单片机的基础上再集成了很多外部设备到芯片里,形成的片上系统(SystemOnChip)就是SOC型的单片机。
2、单片机分为:
•ROM型:
内容不可改
•EPROM型:
擦写不方便
•无ROM型:
需外接ROM
•OTPROM型:
低成本,一次可编程
•E2PROM型:
擦写较方便,不能ISP
•FlashROM(MTPROM型)型:
使用最方便,可以ISP
2、单片机的发展概况:
初级阶段、低性能阶段、高性能阶段、新一代阶段
3、单片机在哪些领域有应用?
举例说出10种含有单片机的产品或设备。
智能仪表、机电一体化、实时控制、分布式多机系统、家用电器等消费类领域
空调、冰箱、洗衣机、微波炉、彩电、音响、家庭报警器、电子宠物、手机、MP3
第2章C8051F单片机的结构与原理
1、CIP-51有哪些存储空间?
各个存储空间的功能及寻址范围是什么?
v物理结构上可分为:
•片内程序存储器
•片外程序存储器
•片内数据存储器
•片外数据存储器
v按功能和寻址可分为:
•程序存储器(64KB的flash,以512字节为一个扇区,通常是只读,但可用MOVX写入)
•内部数据存储器(256字节的RAM,0x00-0x1F通用寄存器4*80x20-0x2F可位寻址空间)
•外部数据存储器(64KB的外部数据空间,MOVX、DPTR、R0或R1用间接寻址方式访问;默认情况下MOVX指令访问XRAM,还可用于写Flash)
•特殊功能寄存器(0x80-0xFF直接寻址存储器空间,一般在内部RAM的0x30-0xFF单元中开辟堆栈)
•位地址空间(内部RAM中0x20-0x2F单元以及特殊功能寄存器中地址为8的倍数的特殊功能寄存器可以位寻址)
2、中断
22个,分外部中断、串口(UART0、UART1、SPI、SMBus等)、定时/计数器、电压比较器、A/D转换中断
中断使能控制(受中断允许寄存器IE、EIE1、EIE2控制)
中断优先级别的设定(每个中断源都可以设置为高优先级1和低优先级0,由中断优先级寄存器IP、EIP1、EIP2统一管理)
中断响应时间
v最快为5个时钟周期:
•1个周期用于检测中断;
•4个周期完成对ISR的长调用(LCALL)。
v如果申请中断时CPU正在执行RETI指令,则需要再执行一条指令才能进入中断服务程序。
v最长为18个时钟周期:
•1个时钟周期检测中断;
•5个时钟周期执行RETI;
•8个时钟周期完成DIV指令;
4个时钟周期执行对ISR的长调用(LCALL)
中断响应过程硬件动作
置位优先级状态触发器、断点入栈、执行LCALL转中断入口、清除中断请求标志、对RI、TI而言
相同优先级的硬件查询顺序
中断源同级时的优先顺序
外部中断0
定时器0中断高
外部中断1
定时器1中断
串行口0中断
定时器2中断
……
串行口1中断
外部晶振准备好低
3、端口输入/输出(并行口)
C8051F020有8个8位I/O端口、64个数字I/O引脚;
低端端口(P0~P3)既可以按位寻址也可以按字节寻址
高端端口(P4~P7)只能按字节寻址
所有引脚都耐5V电压,都可以被配置为漏极开路或推挽输出方式和弱上拉
4、优先权交叉开关译码器
C8051F020内有大量的数字资源需要通过P0~P3才能使用(本身没有对外的引脚)。
引脚的分配通过优先权交叉开关译码实现的。
UART0优先权最高,而CNVSTR优先权最低
通过3个特殊功能寄存器XBR0、XBR1、XBR2实现
另外,牢记如果P0撤销勾选,P0后面的跟着缩进(看图,意会)
5、电源管理方式
CIP-51有两种可编程的电源管理方式(节电方式):
a)空闲方式(等待方式)
i.CPU停止运行,而外设和时钟处于活动状态(10μA~5mA)。
内部寄存器和存储器内容保持不变。
ii.通过置位IDLE(PCON.0)进入
iii.中断和复位可结束空闲方式
b)停机方式(掉电方式)
i.CPU停止运行,所有的中断和定时器(除时钟丢失检测器)等外设都处于非活动状态,系统时钟停止。
(0.2μW)
ii.通过置位STOP(PCON.1)进入
iii.只有系统复位可退出停机方式
6、复位源(看图能说得出来)
总共7个(上电/掉电复位、外部/RST引脚复位、外部CNVSTR信号复位、软件命令复位比较器0复位、时钟丢失检测器、看门狗定时器超市复位)
第3章51单片机编程语言
1、C51存储器类型
如果在变量声明时未声明变量的存储器类型,则该变量的存储器类型,由程序的存储模式来决定。
•小模式(smallmodel):
默认data区,缺省模式。
•紧凑模式(compactmodel):
默认pdata区
•大模式(largemodel):
默认xdata区
2、C51特殊数据类型
•bit:
位类型(直接声明),如:
bitflag;
•sbit:
可位寻址的对象(在bdata中声明的变量)如:
intbdataibase;sbitmybit15=ibase^15;
•sfr:
8位特殊功能寄存器,如:
sfrACC=0xE0;sbitsignbit=ACC^7;
•sfr16:
16位特殊功能寄存器,如:
sfr16T2=0xCC;
第4章C8051F单片机的片内功能部件
v定时/计数器
定时器工作方式
定时器0和定时器1
定时器2
定时器3
定时器4
方式0
13位定时器/计数器
自动重装载的16位定时器/计数器
自动重装载的16位计数器/定时器
方式1
16位定时器/计数器
带捕捉的16位定时器/计数器
方式2
8位自动重装载的定时器/计数器
UART0的波特率发生器
UART1的波特率发生器
方式3
两个8位定时器/计数器(只限于定时器0)
能用公式求出定时器初值
例4.1若fOSC=12MHz,用系统时钟的十二分频作为计数源,请计算定时2ms所需的初值,并给出初始化程序。
解:
∵fOSC=12MHz,用系统时钟的十二分频作为计数源时,方式2、3的最大定时时间只有0.256ms,因此要想获得2ms的定时时间,必须用方式0或方式1。
•TC=213-2ms/1us=6192=1830H
•即:
TH0=0C1H;TL0=10H(高三位为0)
•TC=216-2ms/1us=63536=F830H
TH0=0F8H;TL0=30H
voidT0_mode1_2ms_init()
{
CKCON&=0xf7;//T0计数源选择系统脉冲的12分频
TMOD=0x01;//T0方式1定时
TH0=0xf8;//初值
TL0=0x30;
TCON|=0x10;//启动T0,可用TR0=1代替
}
v给定时器赋初值的语句也可以采用如下方法:
TH0=(65536-2000)/256;
TL0=(65536-2000)%256;
或
TH0=-2000/256;
TL0=-2000%256;
例4.2若fOSC=12MHz,T1工作于方式1,产生50ms的定时中断,TF1为高级中断源。
试编写主程序和中断服务程序,使P1.0产生周期为1s的方波。
让P1.0每500ms取反一次即可实现。
定时器的单次定时时间不可能达到500ms,但可通过多次定时产生500ms的定时时间,如让T1工作在方式1,单次定时时间为50ms,那么T1中断10次就是500ms的时间。
(1)确定定时常数
•假设使用fOSC的12分频作为计数源,则T计数=12/fOSC=12/(12×106)=1μs
•由公式TC=M-T/T计数,可知TC=216-50×103=15536=3CB0H
•∴TH1=0x3c,TL0=0xb0。
程序清单如下(中断方式)
#include
sbitP1_0=P1^0;
intcount=10;//10次T1中断为500ms
voidmain(void)
{CKCON&=0xef;//T1的计数源选择系统脉冲的12分频
TMOD=0x10;//T1方式1
XBR2=0x40;//并行端口输出使能
P1_0=0;
TH1=0x3c;//初值
TL1=0xb0;
IE|=0x88;//允许T1中断
IP|=0x08;//TF1中断为高级中断
TCON|=0x40;//启动T1
While
(1);//死循环,等待中断,产生方波
voidTimer1_ISR(void)interrupt3
TH1=0x3c;//重装初值
TL1|=0xb0;//提高计数精度
count--;//中断计数
if(count==0)//500ms到,重赋计数初值,P1.0取反
count=10;P1_0=!
P1_0;
程序清单如下(查询式程序)
v#include
voidmain()
CKCON&=0xef;//T1的计数源选择系统脉冲的12分频
XBR2=0x40;
TR1=1;//启动T1
For(;;)//死循环,产生方波
TH1=-50000/256;//T1初值
TL1=-50000%256;
Do{}while(!
TF1);//查询等待TF1置位,
TF1=0;count--;
If(count==0)
{count=10;P1_0=!
P1_0;}
2、并行通信和串行通信
并行通信是指数据的各位同时进行传送(发送或接收)的通信方式。
串行通信指数据是一位一位按顺序传送的通信方式
3、串行通信的传送方向
单工(或单向)配置,只允许数据向一个方向进行传送;
半双工(或半双向)配置,允许数据向两个方向中的任何一个方向传送,但一次只能有一个发送,一个接收;
全双工(或全双向)配置,允许同时双向传送数据
4、异步通信和同步通信
异步通信以字符为单位,每个字符用起始位0开始,然后从低位到高位逐位传送数据,最后用停止位1表示字符结束
同步通信以数据块为单位,每一数据块开头时发送一个或两个同步字符,使发送与接收双方取得同步。
数据块的各个字符间取消了起始位和停止位。
5、UART
发送电路+接收电路+波特率发生器、错误校验电路、多机通信控制电路和交叉开关
TI0:
发送中断标志位,该位必须由软件清0
RI0:
接收中断标志位,该位必须由软件清0
6、波特率设计和初值X
例4.6已知C8051F单片机时钟振荡频率为11.0592MHz,选用定时器T1工作方式2作波特率发生器,波特率为2400bit/S,求初值X。
设波特率控制位SMOD0=0,定时器T1计数脉冲控制位T1M=0,则有:
查询方式接收程序
{chardata*p;//接收缓冲区地址指针
unsignedchari;
TMOD=0x20;//初始化并启动T1
TH1=0xfd;
TL1=0xfd;
TR1=1;
SCON0=0x50;//UART0初始化,方式1、允许接收
p=0x20;//地址指针初始化
for(i=0;i<32;i++)
while(!
RI0);//等待UART0接收一个字符
RI0=0;
*p=SBUF0;//放入接收缓冲区
p++;
中断方式发送主程序
chardata*p;//发送数据块地址指针
SCON0=0x40;//UART0初始化,方式1
EA=1;//开中断
ES0=1;
SBUF0=*p;//发送第一个字符
while
(1);//等待发送中断
voidinterrupt_UART0(void)interrupt4
TI0=0;//清发送中断标志
if(p<0x40)
SBUF0=*P;//发送下一字节
else
ES0=0;//关串口中断,和查询不一样的另一个地方
例4.8试编写一个UART0带奇偶校验的发送程序。
设SYSCLK=11.0592MHz,波特率=9600,UART0工作于方式1,发送字符的ASCII码最高位作校验位,用T2作波特率发生器,T2的时间常数计算如下:
chars[]=“C8051F020SerialCommunication”;
charbdatac;sbitc7=c^7;
chara,b=0;
T2CON=0x14;//T2作发送波特率发生器,TCLK0=1,TR2=1
SCON0=0x40;//SM20=SM00=0,SM10=1,REN0=0;
RCAP2H=0xff;RCAP2L=0xdc;
a=strlen(s);//包含在string.h中
for(;b{c=s[b];ACC=c;//形成校验位c7=P;//最高位作校验位SBUF0=c;while(!TI0);TI0=0;}}接收端的核心代码: RI=0; ACC=SBUF; //执行此指令,P是接收8位数据的奇偶信息 if(c7==P) //c7是发送端数据的奇偶消息,P是实际收到8位数据的奇偶消息 { dat=SBUF; }方式2、3中也可以使用TB8、RB8作校验位发送端:TB8=P; //以上2句将dat的奇偶信息放入TB8,随数据发送接收端:if(RB8==P)//RB8是发送端数据的奇偶消息,P是实际收到8位数据的奇偶消息第5章模数和数模转换器1、模数转换原理及性能指标A/D转换器的种类很多,根据转换原理可以分计数式、并行式、双积分式、逐次逼近式等衡量A/D性能的主要参数:分辨率(resolution)指输出的数字量变化一个相邻的值所对应的输入模拟量的变化值转换精度(conversionaccuracy)由模拟误差和数字误差组成C8051F020的ADC0功能结构:包括一个9通道的可编程模拟多路选择器(AMUX0),一个可编程增益放大器(PGA0)和一个100ksps、12位分辨率的逐次逼近型ADC,ADC中集成了跟踪保持电路和可编程窗口检测器(看图说话)C8051F020的ADC0有4种转换启动方式,由ADC0CN中的ADC0启动转换方式位(AD0CM1,AD0CM0)的状态决定。•00:向AD0BUSY写1时启动•01:定时器3溢出时启动•10:CNVSTR上升沿启动•11:定时器2溢出时启动2、查询方式编程步骤(1)写0到AD0INT;(2)向AD0BUSY写1,启动转换;(3)查询并等待AD0INT变1;(4)处理ADC0数据AD0INT=0;AD0BUSY=1;while(!AD0INT);result=ADC0;3、跟踪方式(每次ADC转换之前必须有一段最小的跟踪时间,以保证得到精确的转换结果)连续跟踪(默认)当AD0TM=1,ADC0工作在低功耗跟踪保持方式。每次转换之前都有3个SAR时钟的跟踪周期(在启动转换信号有效之后)。当CNVSTR信号用于在低功耗跟踪保持方式启动转换时,ADC0只在CNVSTR为低电平时跟踪;在CNVSTR的上升沿开始转换。当整个芯片处于低功耗待机或休眠方式时,跟踪可以被禁止(关断)4、转换结果格式12位转换结果存放在ADC0H、ADC0L中AD0LJST=0:数据右对齐,ADC0H的位7-4为位3的符号扩展位、位3-0是12位ADC0数据字的高4位。ADC0L的位7-0为12位ADC0数据字的低8位。AD0LJST=1:数据左对齐,ADC0H位7-0为12位ADC0数据字的高8位。ADC0L的位7-4为12位ADC0数据字的低4位,ADC0L的位3-0恒为0。4、可编程窗口检测器(提供一个中断)下限值<上限值时,检测值位于极限值内时有效,可引起中断。下限值>上限值时,检测值位于极限值以外时有效,可引起中断。5、程序应用举例(片内温度传感器数据采集)(1)查询法程序voidmain(void){longtemperature;//温度inttemp_int,temp_frac;//温度的整数和小数部分WDTCN=0xde;//禁止看门狗定时器WDTCN=0xad;SYSCLK_Init();//初始化振荡器PORT_Init();//初始化数据交叉开关和通用IO口UART0_Init();//初始化UART0ADC0_Init();//初始化和使能ADCwhile(1){AD0INT=0; //清除转换结束标记,见P208步骤AD0BUSY=1; //启动转换while(AD0INT==0);//等待转换结束temperature=ADC0;//读ADC0数据temperature=temperature-41857; //减去偏移量,对应0℃的值。temperature=(temperature*100L)/154;//计算出对应的温度值temp_int=temperature/100;//得到温度值的整数部分temp_frac=temperature-(temp_int*100);//得到温度值的小数部分printf(“Temperatureis%+02d.%02d\n”,temp_int,temp_frac);//串口输出}}问题:temperature为什么要定义成long类型?因为要乘以100,2个字节不够存放,先放大100倍,再除以100,商为整数(2)中断方式主程序Timer3_Init(SYSCLK/SAMPLERATE0);//初始化定时器3溢出为采样速率ADC0_Init();//初始化ADCAD0EN=1;//使能ADCEA=1;//使能所有中断while(1){EA=0;//禁止中断temperature=result;EA=1;//重新使能中断temperature=temperature-41857;//计算温度(百分之一精度)temperature=(temperature*100L)/154;temp_int=temperature/100;temp_frac=temperature-(temp_int*100);printf(“Temperatureis%+02d.%02d\n”,temp_int,temp_frac);}中断服务程序//得到ADC0采样值,将它加到运行总数accumulator中,//当int_dec为0时,在全局变量result放置数字滤波后的结果voidADC0_ISR(void)interrupt15{staticunsignedint_dec=INT_DEC;//数字滤波计数器,//int_dec=0时重设新值staticlongaccumulator=0L;AD0INT=0;//清除ADC转换结束标志accumulator+=ADC0;//读ADC值并加到运行总数中int_dec--;//更新数字滤波计数器if(int_dec==0){//如果为0,计算结果int_dec=INT_DEC; //重设计数器result=accumulator>>8; //除以256,求平均值(数字滤波)accumulator=0L; //复位accumulator}}6、多通道数据采集while(1){for(i=0;i<9;i++){EA=0;//禁止中断voltage=result[i];//从全局变量取得ADC值EA=1;//重新使能中断//计算电压(mV)voltage=voltage*VREF0;voltage=voltage>>4;//右移4位,得到实际大小printf(“Channel‘%d’voltageis%ldmV\n”,i,voltage);}}中断服务程序//ADC0转换结束中断服务程序//得当ADC0采样值并存储在全局数组.//同时选择下一个通道转换voidADC0_ISR(void)interrupt15{staticunsignedcharchannel=0;//ADC多路模拟通道(0-8)AD0INT=0;//清除ADC转换结束标志result[channe
c=s[b];
ACC=c;//形成校验位
c7=P;//最高位作校验位
SBUF0=c;
TI0);
TI0=0;
接收端的核心代码:
RI=0;
ACC=SBUF; //执行此指令,P是接收8位数据的奇偶信息
if(c7==P) //c7是发送端数据的奇偶消息,P是实际收到8位数据的奇偶消息
dat=SBUF;
方式2、3中也可以使用TB8、RB8作校验位
发送端:
TB8=P; //以上2句将dat的奇偶信息放入TB8,随数据发送
接收端:
if(RB8==P)//RB8是发送端数据的奇偶消息,P是实际收到8位数据的奇偶消息
第5章模数和数模转换器
1、模数转换原理及性能指标
A/D转换器的种类很多,根据转换原理可以分计数式、并行式、双积分式、逐次逼近式等
衡量A/D性能的主要参数:
分辨率(resolution)指输出的数字量变化一个相邻的值所对应的输入模拟量的变化值
转换精度(conversionaccuracy)由模拟误差和数字误差组成
C8051F020的ADC0功能结构:
包括一个9通道的可编程模拟多路选择器(AMUX0),一个可编程增益放大器(PGA0)和一个100ksps、12位分辨率的逐次逼近型ADC,ADC中集成了跟踪保持电路和可编程窗口检测器(看图说话)
C8051F020的ADC0有4种转换启动方式,由ADC0CN中的ADC0启动转换方式位(AD0CM1,AD0CM0)的状态决定。
•00:
向AD0BUSY写1时启动
•01:
定时器3溢出时启动
•10:
CNVSTR上升沿启动
•11:
定时器2溢出时启动
2、查询方式编程步骤
(1)写0到AD0INT;
(2)向AD0BUSY写1,启动转换;
(3)查询并等待AD0INT变1;
(4)处理ADC0数据
AD0INT=0;
AD0BUSY=1;
AD0INT);
result=ADC0;
3、跟踪方式(每次ADC转换之前必须有一段最小的跟踪时间,以保证得到精确的转换结果)
连续跟踪(默认)
当AD0TM=1,ADC0工作在低功耗跟踪保持方式。
每次转换之前都有3个SAR时钟的跟踪周期(在启动转换信号有效之后)。
当CNVSTR信号用于在低功耗跟踪保持方式启动转换时,ADC0只在CNVSTR为低电平时跟踪;在CNVSTR的上升沿开始转换。
当整个芯片处于低功耗待机或休眠方式时,跟踪可以被禁止(关断)
4、转换结果格式
12位转换结果存放在ADC0H、ADC0L中
AD0LJST=0:
数据右对齐,ADC0H的位7-4为位3的符号扩展位、位3-0是12位ADC0数据字的高4位。
ADC0L的位7-0为12位ADC0数据字的低8位。
AD0LJST=1:
数据左对齐,ADC0H位7-0为12位ADC0数据字的高8位。
ADC0L的位7-4为12位ADC0数据字的低4位,ADC0L的位3-0恒为0。
4、可编程窗口检测器(提供一个中断)
下限值<上限值时,检测值位于极限值内时有效,可引起中断。
下限值>上限值时,检测值位于极限值以外时有效,可引起中断。
5、程序应用举例(片内温度传感器数据采集)
(1)查询法程序
voidmain(void){
longtemperature;//温度
inttemp_int,temp_frac;//温度的整数和小数部分
WDTCN=0xde;//禁止看门狗定时器
WDTCN=0xad;
SYSCLK_Init();//初始化振荡器
PORT_Init();//初始化数据交叉开关和通用IO口
UART0_Init();//初始化UART0
ADC0_Init();//初始化和使能ADC
(1){
AD0INT=0; //清除转换结束标记,见P208步骤
AD0BUSY=1; //启动转换
while(AD0INT==0);//等待转换结束
temperature=ADC0;//读ADC0数据
temperature=temperature-41857; //减去偏移量,对应0℃的值。
temperature=(temperature*100L)/154;//计算出对应的温度值
temp_int=temperature/100;//得到温度值的整数部分
temp_frac=temperature-(temp_int*100);//得到温度值的小数部分
printf(“Temperatureis%+02d.%02d\n”,temp_int,temp_frac);//串口输出
问题:
temperature为什么要定义成long类型?
因为要乘以100,2个字节不够存放,先放大100倍,再除以100,商为整数
(2)中断方式
主程序
Timer3_Init(SYSCLK/SAMPLERATE0);//初始化定时器3溢出为采样速率
ADC0_Init();//初始化ADC
AD0EN=1;//使能ADC
EA=1;//使能所有中断
EA=0;//禁止中断
temperature=result;
EA=1;//重新使能中断
temperature=temperature-41857;//计算温度(百分之一精度)
temperature=(temperature*100L)/154;
temp_int=temperature/100;
temp_frac=temperature-(temp_int*100);
printf(“Temperatureis%+02d.%02d\n”,temp_int,temp_frac);
中断服务程序
//得到ADC0采样值,将它加到运行总数accumulator中,
//当int_dec为0时,在全局变量result放置数字滤波后的结果
voidADC0_ISR(void)interrupt15
{staticunsignedint_dec=INT_DEC;//数字滤波计数器,
//int_dec=0时重设新值
staticlongaccumulator=0L;
AD0INT=0;//清除ADC转换结束标志
accumulator+=ADC0;//读ADC值并加到运行总数中
int_dec--;//更新数字滤波计数器
if(int_dec==0){//如果为0,计算结果
int_dec=INT_DEC; //重设计数器
result=accumulator>>8; //除以256,求平均值(数字滤波)
accumulator=0L; //复位accumulator
6、多通道数据采集
for(i=0;i<9;i++){
voltage=result[i];//从全局变量取得ADC值
//计算电压(mV)
voltage=voltage*VREF0;
voltage=voltage>>4;//右移4位,得到实际大小
printf(“Channel‘%d’voltageis%ldmV\n”,i,voltage);
//ADC0转换结束中断服务程序
//得当ADC0采样值并存储在全局数组.
//同时选择下一个通道转换
staticunsignedcharchannel=0;//ADC多路模拟通道(0-8)
result[channe
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