單片機(jī)(Microcontrollers)是一種集成電路芯片,是采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理能力的中央處理器CPU、隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM、只讀存儲(chǔ)器ROM、多種I/O口和中斷系統(tǒng)、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器等功能(可能還包括顯示驅(qū)動(dòng)電路、脈寬調(diào)制電路、模擬多路轉(zhuǎn)換器、A/D轉(zhuǎn)換器等電路)集成到一塊硅片上構(gòu)成的一個(gè)小而完善的微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng),在工業(yè)控制領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。從上世紀(jì)80年代,由當(dāng)時(shí)的4位、8位單片機(jī),發(fā)展到現(xiàn)在的300M的高速單片機(jī)。
單片機(jī)應(yīng)用分類(lèi)
通用型
這是按單片機(jī)(Microcontrollers)適用范圍來(lái)區(qū)分的。例如,80C51式通用型單片機(jī),它不是為某種專(zhuān)門(mén)用途設(shè)計(jì)的;專(zhuān)用型單片機(jī)是針對(duì)一類(lèi)產(chǎn)品甚至某一個(gè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)生產(chǎn)的,例如為了滿(mǎn)足電子體溫計(jì)的要求,在片內(nèi)集成ADC接口等功能的溫度測(cè)量控制電路。
總線(xiàn)型
單片機(jī)這是按單片機(jī)(Microcontrollers)是否提供并行總線(xiàn)來(lái)區(qū)分的。總線(xiàn)型單片機(jī)普遍設(shè)置有并行地址總線(xiàn)、 數(shù)據(jù)總線(xiàn)、控制總線(xiàn),這些引腳用以擴(kuò)展并行外圍器件都可通過(guò)串行口與單片機(jī)連接,另外,許多單片機(jī)已把所需要的外圍器件及外設(shè)接口集成一片內(nèi),因此在許多情況下可以不要并行擴(kuò)展總線(xiàn),大大減省封裝成本和芯片體積,這類(lèi)單片機(jī)稱(chēng)為非總線(xiàn)型單片機(jī)。
控制型
這是按照單片機(jī)(Microcontrollers)大致應(yīng)用的領(lǐng)域進(jìn)行區(qū)分的。一般而言,工控型尋址范圍大,運(yùn)算能力強(qiáng);用于家電的單片機(jī)多為專(zhuān)用型,通常是小封裝、低價(jià)格,外圍器件和外設(shè)接口集成度高。 顯然,上述分類(lèi)并不是惟一的和嚴(yán)格的。例如,80C51類(lèi)單片機(jī)既是通用型又是總線(xiàn)型,還可以作工控用。
單片機(jī)硬件特性
1、主流單片機(jī)包括CPU、4KB容量的RAM、128 KB容量的ROM、 2個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器、4個(gè)8位并行口、全雙工串口行口、ADC/DAC、SPI、I2C、ISP、IAP。
2、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,使用方便,實(shí)現(xiàn)模塊化;
3、單片機(jī)可靠性高,可工作到10^6 ~10^7小時(shí)無(wú)故障;
4、處理功能強(qiáng),速度快。
5、低電壓,低功耗,便于生產(chǎn)便攜式產(chǎn)品
6、控制功能強(qiáng)
7、環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)
單片機(jī)基本結(jié)構(gòu)
1.運(yùn)算器
運(yùn)算器由運(yùn)算部件——算術(shù)邏輯單元(Arithmetic & Logical Unit,簡(jiǎn)稱(chēng)ALU)、累加器和寄存器等幾部分組成。ALU的作用是把傳來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行算術(shù)或邏輯運(yùn)算,輸入來(lái)源為兩個(gè)8位數(shù)據(jù),分別來(lái)自累加器和數(shù)據(jù)寄存器。ALU能完成對(duì)這兩個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行加、減、與、或、比較大小等操作,最后將結(jié)果存入累加器。例如,兩個(gè)數(shù)6和7相加,在相加之前,操作數(shù)6放在累加器中,7放在數(shù)據(jù)寄存器中,當(dāng)執(zhí)行加法指令時(shí),ALU即把兩個(gè)數(shù)相加并把結(jié)果13存入累加器,取代累加器原來(lái)的內(nèi)容6。
運(yùn)算器有兩個(gè)功能:
?。?) 執(zhí)行各種算術(shù)運(yùn)算。
?。?) 執(zhí)行各種邏輯運(yùn)算,并進(jìn)行邏輯測(cè)試,如零值測(cè)試或兩個(gè)值的比較。
運(yùn)算器所執(zhí)行全部操作都是由控制器發(fā)出的控制信號(hào)來(lái)指揮的,并且,一個(gè)算術(shù)操作產(chǎn)生一個(gè)運(yùn)算結(jié)果,一個(gè)邏輯操作產(chǎn)生一個(gè)判決。
2.控制器
控制器由程序計(jì)數(shù)器、指令寄存器、指令譯碼器、時(shí)序發(fā)生器和操作控制器等組成,是發(fā)布命令的“決策機(jī)構(gòu)”,即協(xié)調(diào)和指揮整個(gè)微機(jī)系統(tǒng)的操作。其主要功能有:
?。?) 從內(nèi)存中取出一條指令,并指出下一條指令在內(nèi)存中的位置。
(2) 對(duì)指令進(jìn)行譯碼和測(cè)試,并產(chǎn)生相應(yīng)的操作控制信號(hào),以便于執(zhí)行規(guī)定的動(dòng)作。
(3) 指揮并控制CPU、內(nèi)存和輸入輸出設(shè)備之間數(shù)據(jù)流動(dòng)的方向。
微處理器內(nèi)通過(guò)內(nèi)部總線(xiàn)把ALU、計(jì)數(shù)器、寄存器和控制部分互聯(lián),并通過(guò)外部總線(xiàn)與外部的存儲(chǔ)器、輸入輸出接口電路聯(lián)接。外部總線(xiàn)又稱(chēng)為系統(tǒng)總線(xiàn),分為數(shù)據(jù)總線(xiàn)DB、地址總線(xiàn)AB和控制總線(xiàn)CB。通過(guò)輸入輸出接口電路,實(shí)現(xiàn)與各種外圍設(shè)備連接。
3.主要寄存器
(1)累加器A
累加器A是微處理器中使用最頻繁的寄存器。在算術(shù)和邏輯運(yùn)算時(shí)它有雙功能:運(yùn)算前,用于保存一個(gè)操作數(shù);運(yùn)算后,用于保存所得的和、差或邏輯運(yùn)算結(jié)果。
?。?)數(shù)據(jù)寄存器DR
數(shù)據(jù)寄存器通過(guò)數(shù)據(jù)總線(xiàn)向存儲(chǔ)器和輸入/輸出設(shè)備送(寫(xiě))或?。ㄗx)數(shù)據(jù)的暫存單元。它可以保存一條正在譯碼的指令,也可以保存正在送往存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)的一個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)等等。
(3)指令寄存器IR和指令譯碼器ID
指令包括操作碼和操作數(shù)。指令寄存器是用來(lái)保存當(dāng)前正在執(zhí)行的一條指令。當(dāng)執(zhí)行一條指令時(shí),先把它從內(nèi)存中取到數(shù)據(jù)寄存器中,然后再傳送到指令寄存器。當(dāng)系統(tǒng)執(zhí)行給定的指令時(shí),必須對(duì)操作碼進(jìn)行譯碼,以確定所要求的操作,指令譯碼器就是負(fù)責(zé)這項(xiàng)工作的。其中,指令寄存器中操作碼字段的輸出就是指令譯碼器的輸入。
?。?)程序計(jì)數(shù)器PC
PC用于確定下一條指令的地址,以保證程序能夠連續(xù)地執(zhí)行下去,因此通常又被稱(chēng)為指令地址計(jì)數(shù)器。在程序開(kāi)始執(zhí)行前必須將程序的第一條指令的內(nèi)存單元地址(即程序的首地址)送入PC,使它總是指向下一條要執(zhí)行指令的地址。
?。?)地址寄存器AR
地址寄存器用于保存當(dāng)前CPU所要訪(fǎng)問(wèn)的內(nèi)存單元或I/O設(shè)備的地址。由于內(nèi)存與CPU之間存在著速度上的差異,所以必須使用地址寄存器來(lái)保持地址信息,直到內(nèi)存讀/寫(xiě)操作完成為止。
顯然,當(dāng)CPU向存儲(chǔ)器存數(shù)據(jù)、CPU從內(nèi)存取數(shù)據(jù)和CPU從內(nèi)存讀出指令時(shí),都要用到地址寄存器和數(shù)據(jù)寄存器。同樣,如果把外圍設(shè)備的地址作為內(nèi)存地址單元來(lái)看的話(huà),那么當(dāng)CPU和外圍設(shè)備交換信息時(shí),也需要用到地址寄存器和數(shù)據(jù)寄存器。
單片機(jī)編程入門(mén)之基本思路和寫(xiě)法
學(xué)習(xí)單片機(jī)最主要的是學(xué)習(xí)寫(xiě)程序的方法,程序的功能千變?nèi)f化,是學(xué)不完的,只有掌握了一定方法,才能用這種方法去寫(xiě)新的程序。
以c語(yǔ)言寫(xiě)的單片機(jī)程序?yàn)槔?,程序總是從main程序開(kāi)始,然后順序執(zhí)行到main結(jié)束。由此可知,程序必須包含而且只能包含一個(gè)main程序,也就是常說(shuō)的主程序。
main()
{
主程序的內(nèi)容。。。。。。
}
實(shí)際使用中還需要在main程序中建立一個(gè)主循環(huán)體while 或者do while,主循環(huán)體可以是死循環(huán),也可以是條件循環(huán),如下:
main()2 I- l5 q. e, B“ t4 i) ~9 H: U
{” r h7 F) J5 G$ C5 C
while(1)
{
死循環(huán)體內(nèi)的程序會(huì)循環(huán)執(zhí)行* E& K) T7 c7 a7 u
}
}
/////////////////////////////////////////////////////////
main()
{
2 e p# y- J! V/ O
while(Flag)
{$ Z8 Y6 y‘ }$ m5 z( k
條件循環(huán)體內(nèi)的程序會(huì)根據(jù)Flag的值的變化循環(huán)執(zhí)行或者跳出循環(huán)
}“ J% @0 q* p0 ?: s& C
}4 Z2 E. ^* K2 [ u+ @. {
/////////////////////////////////////////////////////////。 u” D6 h! E( m
main()& ?6 l7 i! x# q+ W/ u
{
程序會(huì)順序執(zhí)行
while(1); //在此處停止
}
////////////////////////////////////////////////////////
一般第一種用的最多,所有的需要循環(huán)執(zhí)行的程序都放在主循環(huán)體內(nèi),然后內(nèi)部有可以再增加多個(gè)條件循環(huán)體。
main程序的開(kāi)始一般要做哪些工作呢?再單片機(jī)中,c語(yǔ)言再進(jìn)入main程序的入口時(shí)會(huì)自動(dòng)添加一些單片機(jī)的初始化工作,使單片機(jī)處在準(zhǔn)備工作的狀態(tài)。但僅僅單片機(jī)內(nèi)部做的并不一定似乎我們需要的,所以main程序的開(kāi)始我們還需要些一些自己初始化的代碼,比如開(kāi)機(jī)時(shí)候的各個(gè)端口的狀態(tài),聲明的一些變量的初始化數(shù)值,定時(shí)器或者其他外設(shè)的初始化等,凡是需要在第一時(shí)間就需要設(shè)置的部分都再這個(gè)部分完成,然后到了主循環(huán)while部分,既然是循環(huán),就說(shuō)明循環(huán)體內(nèi)的程序是順序并循環(huán)執(zhí)行的,什么語(yǔ)句需要放在這個(gè)里面呢?那就是需要隨時(shí)變化的端口量,數(shù)值等,比方說(shuō),時(shí)鐘,時(shí)鐘是不停變化的,就需要循環(huán)的讀取時(shí)鐘的數(shù)值,然后更新數(shù)據(jù)到顯示器件上(數(shù)碼管或液晶或者電腦端),再比方按鍵,因?yàn)槲覀儾恢朗裁磿r(shí)候會(huì)按下按鍵,所有最簡(jiǎn)單的方法就是不停的檢測(cè)按鍵端口的變化,這個(gè)也必須放在主循環(huán)體內(nèi),以保證檢測(cè)按鍵的時(shí)效性
舉例說(shuō)明:開(kāi)機(jī)后P1.1連接的LED點(diǎn)亮,然后隨這按鍵的按下LED熄滅,釋放按鍵在點(diǎn)亮,設(shè)置P3.4端口按鍵3
sbit LED=P1^1;* k/ ]- L( H. w: `1 B
sbit KEY=P3^4; //定義按鍵端口,可以根據(jù)硬件連接不同更改到其他端口) i* C; r* m“ O- x! ~3 }
9 b9 Z, w* j3 ]
main()
{。 ]! d& v6 [1 E7 z4 h& o
LED=0;//這里以低電平點(diǎn)亮LED為例子,這個(gè)語(yǔ)句是初始化端口8 p+ h* Q4 B- m! @
while(1)/ e. a: u( Q1 O. @6 |8 _
{* w; W# F6 E+ ; r8 R P: I
if(KEY) //檢測(cè)按鍵端口是否為1,如果為1表示沒(méi)有按下,如果為0表示按鍵按下% Q% G4 e$ X* ]3 e% ` L
LED=0;//沒(méi)有按下則LED點(diǎn)亮: [’ b8 ~) k& Q3 h‘ C r
else
LED=1;//按下則LED熄滅+ ]# L& U’ D/ _) K‘ Y4 J
}% d) D6 g8 9 a2 s5 K1 |$ _* P! o
}
評(píng)論
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