单片机培训讲义

单片机培训山东理工大学电气学院万隆一、学好单片机的必要性•1、从就业角度•目前各电子公司都离不开单片机设计者，需求较大，就业率高。•2、从学习知识本身•单片机是专业课里的基础课，是培养软硬件设计基础最合适的一门技术。学好单片机有利于以后较复杂课程的学习，比如，嵌入式系统、dsp、fpga等课程。二、学好单片机的基础条件•1、兴趣第一，具备学习电子技术的兴趣是学好单片机的最重要的条件，基础差可以从头开始一点点弥补，脑子笨可以靠勤奋弥补，没有钱买学习工具可以从嘴里省，但没有兴趣只能劝你换个方向了，毕竟你已过了培养兴趣的时期了。•2、坚持，学习中不可避免的要碰到困难，有的同学学好了，他可以享受其中的快乐；有的同学没学好，他在怀疑自己的智商，世上无笨人，一句话“缺乏坚持”。三、学习单片机的几点建议•1、要有一些必备学习工具：电脑（配置不用太高）、学习板（单片机开发板）、焊接工具。•2、要掌握一门语言，汇编语言或C语言都行，推荐使用C语言。•3、熟练使用一种编译软件，推荐KeilC。•4、会用一种电路图和PCB设计工具，推荐protel。•5、好好利用网络资源，尽可能自己解决问题，这也是提高自学能力的一种方法。•6、要舍得在学习上投入时间、精力、钱，少上几次网吧，少吃几样零食，剩下的钱就可以买很多元器件，一年的零花钱够买好几块开发板了。记住买这些不是乱花，这是投资，它的回报率是最高的。本次培训推荐的参考教材《单片机原理及应用技术》主编万隆等清华大学出版社图1-1MCUBUS开发板外形图•什么是单片机？在一片集成电路芯片上集成微处理器、存储器、I/O接电路，从而构成了单芯片微型计算机，即单片机•工业自动化：数据采集、测控技术。•智能仪器仪表：数字示波器、数字信号源、数字万用表、感应电流表等。•消费类电子产品：洗衣机、电冰箱、空调机、电视机、微波炉、手机、IC卡、汽车电子设备等。•通讯方面：调制解调器、程控交换技术、手机、小灵通等。•武器装备：飞机、军舰、坦克、导弹、航天飞机、鱼雷制导、智能武器等。单片机能做什么？万年历旋转时钟电动机带动焊有一排LED的电路板旋转，单片机通过红外二级管测得电路板转一圈的时间，然后将时间分割，在每个分割点让不同的发光二极管显示，利用人眼视觉暂留，看上去就像一个时钟。MP3魅族M8手机魅族M8采用了三星Arm10S3C6410的处理器，并预装WindowsCE6.0操作系统，配备3.3英寸、VGA（６４０＊４８０）分辨率的液晶屏。图1-251单片机引脚分布图•1．电源及时钟引脚•VCC（40脚）：主电源正端，接+５Ｖ。•VSS（20脚）：主电源负端，接地。•XTAL1（19脚）：片内高增益反响放大器的输入端。接外部石英晶体和电容的一端。若使用外部输入时钟，该引脚必须接地。•XTAL2（18脚）：片内高增益反向放大器的输出端。接外部石英晶体和电容的另一端，若使用外部输入时钟，该引脚作为外部输入时钟的输入端。•2．控制信号引脚•RESET/VPD(9脚)：RESET是复位信号输入端、高电平有效,此端保持两个机器周期(24个时钟周期)以上的高电平时，就可以完成复位操作。RESET引脚的第二功能VPD，即备用电源的输入端。•ALE／(30脚)：地址锁存控制信号。•(29脚)：程序存储器允许信号输出端。•/VPP（３１脚）：片内程序存储器选通控制端。PSENEAPROG•3．输入输出引脚PO口、P1口、P2口、P3口•P3口线第二功能•P3.0RXD(串行接收)•P3.1TXD（串行发送）•P3.2INT0（外部中断0输入，低电平或下降沿有效）•P3.3INT1（外部中断1输入，低电平或下降沿有效）•P3.4T0（定时器0外部输入）•P3.5T1（定时器1外部输入）•P3.6WR（外部数据RAM写使能信号，低电平有效）•P3.7RD（外部数据RAM读使能信号，低电平有效）•任务一点亮一个LED灯•任务二流水灯实验•原理图参考开发板说明书•练习：P0口做通用I/O输出口，控制8只发光二极管从左到右依次点亮，再依次熄灭。•2数码管显示•LED显示器是单片机应用系统中常用的输出器件。它是由若干个发光二极管组成的，当发光二极管导通时，相应的一个点或一个笔画发亮。(b)共阴极(a)外形(c)共阳极abcdefgdp67381024159dpabcdefg+5vdpabcdefg•共阴极数码管公共端接地，共阳极数码管公共端接电源。•每段发光二极管需要5~10mA的驱动电流才能正常发光，一般需加限流电阻控制电流的大小。•2.显示原理•以共阴极为例：•LED数码管的a~g七个发光二极管。共阴极LED显示器的发光二极管的阴极连在一起，通常此公共阴极接地。当某个发光二极管的阳极为高电平时，发光二极管点亮，相应的段被显示。数码管字型码显示字符共阳极字码共阴极字码显示字符共阳极字码共阴极字码0FCHB3EH160HC9CH2DAHD7AH3F2HE9EH466HF8EH5B6HPCEH6BEHU7DH7E0HL1CH8FEHH76H9E6H“灭”00HAEEH•数码管的显示方法可以分为两种，即静态显示和动态显示。•1）LED静态显示•静态显示就是当要显示某个数字时，可以通过给LED的数据引脚设置相应的高低电平即可实现显示相应数据。•任务一编写程序，让开发板上的数码管显示数值0.•任务二编写程序，让数码管从0-F依次循环显示，时间间隔一秒。•电路图参考开发版说明书•练习：编写程序，让开发板上的8位数码管先第0位显示0，其他位不显示，然后第1位显示1，每次只有1位数码管显示，按此顺序显示到7，时间间隔为1秒。•2)LED动态显示•所谓动态显示就是将要显示的数按显示数的顺序在各个数码管上一位一位的显示，它利用人眼的驻留效应使人感觉不到是一位一位显示的，而是一起显示的。•任务三在开发板上显示12345678•练习二•实现从1to99计数,利用两位数码管.3定时器/计数器•51系列单片机内部有两个16位可编程定时器/计数器，即定时器T0和定时器T1。微处理器（CPU）TH1TL1TH0TL0TCONTMOD图6-17定时/计数器T0、T1的结构框图P3.5(T1)P3.4(T0)•定时/计数器的工作原理•定时/计数器T0和T1的实质是加1计数器，即每输入一个脉冲，计数器加1，当加到计数器全为1时，再输入一个脉冲，就使计数器归零，且计数器的溢出使TCON中的标志位TF0或TF1置1，向CPU发出中断请求。只是输入的计数脉冲来源不同，把它们分成定时与计数两种功能。作定时器时脉冲来自于内部时钟振荡器，作计数器时脉冲来自于外部引脚。•定时/计数器的控制与实现1.工作方式寄存器TMOD(89H)用于设置定时/计数器的工作方式，低4位用于T0，高4位用于T1。其格式如下：(1)GATE：门控位。GATE＝0时，当软件使TCON中的TR0或TR1设置为“1”，则启动定时/计数器工作；GATA＝1时，软件使TR0或TR1设置为“1”，同时外部中断引脚或也为高电平时，才能启动定时/计数器工作。(2)C/T：定时/计数模式选择位。C/T＝0为定时模式；C/T=1为计数模式。(3)M1M0：工作方式设置位。定时/计数器有4种工作方式，由M1M0进行设置，如表所示。M1M0工作方式功能说明00方式013位定时/计数器01方式116位定时/计数器10方式28位自动重装初值定时/计数器11方式3T0分成两个独立的8位定时/计数器；T1此方式停止计数2.控制寄存器TCON(88H)TCON的低4位用于控制外部中断，TCON的高4位用于控制定时/计数器的启动和中断申请。其格式如下：(1)TF1：定时/计数器T1溢出中断请求标志位。T1计数溢出时由硬件自动置TF1为“1”。在进入中断服务程序后TF1由硬件自动清“0”；若用于查询方式，此位可作为状态位供查询，但应注意查询后由软件清“0”。(2)TF0：定时/计数器T0溢出中断请求标志位，其功能与TF1类同。(3)TR1：定时/计数器T1运行控制位。TR1置“1”时，定时/计数器T1开始工作；TR1置“0”时，定时/计数器T1停止工作。TR1由软件置“1”或清“0”。(4)TR0：定时/计数器T0运行控制位，其功能与TR1类同。•定时/计数器的工作方式51单片机定时/计数器T0有4种工作方式(方式0、1、2、3)；T1有3种工作方式(方式0、1、2)；•方式1当M1M0为01时，定时/计数器工作于方式1，如图。方式1的计数位数是16位，由TL0作为低8位、TH0作为高8位，组成了16位加“1”计数器。计数个数M与计数初值N的关系为M＝216－N。用于定时功能时，定时时间t的计算公式为：t=M×机器周期=(216－N)×机器周期若晶振频率为12MHz，机器周期=1，初值N=0～65535范围时，则可定时范围为1～65.536ms。用于计数功能时，初值N=0～65535范围时，计数范围为1～65536。•任务3-1利用定时器方式1,小灯以1s闪亮，亮时，蜂鸣器以20hz的频率鸣叫；•练习3-1利用定时器实现1s定时,控制led小灯1S循环.4中断系统•中断是计算机中是很重要的一个概念，中断系统是计算机的重要组成部分。•中断源•51单片机共有5个中断源：外部中断0、外部中断1、定时/计数器中断0、定时/计数器中断1、串行口中断。每个中断源对应一个固定的中断入口地址。当某中断源的中断请求被CPU响应之后，CPU从中断入口处获取中断服务程序的入口地址，进入相应的中断服务程序。各中断源入口地址及优先级如表6-2所示，图6-12为51中断系统结构示意图。最低级中断源请求标志入口地址优先级外部中断0IE00003H最高级定时器中断0TF0000BH外部中断1IE10013H定时器中断0TF1001BH串行口发送/接受中断TI/RI002BH一、中断请求标志1、TCON的中断标志IT0（TCON.0），外部中断0触发方式控制位。当IT0=0时，为电平触发方式。当IT0=1时，为边沿触发方式（下降沿有效）。IE0（TCON.1），外部中断0中断请求标志位。中断控制IT1（TCON.2），外部中断1触发方式控制位。IE1（TCON.3），外部中断1中断请求标志位。TF0（TCON.5），定时/计数器T0溢出中断请求标志位。TF1（TCON.7），定时/计数器T1溢出中断请求标志位。2、SCON的中断标志•RI（SCON.0），串行口接收中断标志位。当允许串行口接收数据时，每接收完一个串行帧，由硬件置位RI。同样，RI必须由软件清除。•TI（SCON.1），串行口发送中断标志位。当CPU将一个发送数据写入串行口发送缓冲器时，就启动了发送过程。每发送完一个串行帧，由硬件置位TI。CPU响应中断时，不能自动清除TI，TI必须由软件清除。1、中断允许控制CPU对中断系统所有中断以及某个中断源的开放和屏蔽是由中断允许寄存器IE控制的。二、中断的控制•EX0(IE.0)，外部中断0允许位；•ET0(IE.1)，定时/计数器T0中断允许位；•EX1(IE.2)，外部中断0允许位；•ET1(IE.3)，定时/计数器T1中断允许位；•ES（IE.4)，串行口中断允许位；•EA(IE.7)，CPU中断允许（总允许）位。2、中断优先级控制80C51单片机有两个中断优先级，即可实现二级中断服务嵌套。每个中断源的中断优先级都是由中断优先级寄存器IP中的相应位的状态来规定的。•PX0（IP.0），外部中断0优先级设定位；•PT0（IP.1），定时/计数器T0优先级设定位；•PX1（IP.2），外部中断0优先级设定位；•PT1（IP.3），定时/计数器T1优先级设定位；•PS（IP.4），串行口优先级设定位；•PT2(IP.5)，定时/计数器T2优先级设定位。•单片机的中断优先级有3条原则：•CPU同时接受到几个中断时，首先响应优先级别最高的中断请求；•正在进行的中断过程不能被新的同级或低优先级的中断请求所中断；•正在进行的低优先级中断服务，能被高优先级