什么是单片机?单片机的工作方式!单片机学习准备知识

一.单片机的概念

在一片集成电路芯片上集成微处理器、存储器、I/O接口电路,从而构成了单芯片微型计算机,即单片机。

二.单片机的用途

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、手机等;

凡是与控制或简单计算有关的电子设备都可以用单片机来实现,再根据具体实际情况选择不同性能的单片机,如:atmel,stc,pic,avr,凌阳,80C51,arm等。

三.怎么学单片机

实践第一;补充必要的理论知识,即缺什么补什么;做工程项目积累经验。(可在网络上搜索些题目,也可自己有什么想法大胆的去试验。)。

四.为什么选择51单片机作为单片机学习的入门:

学51单片机成本低,而且51单片机技术最成熟、资料最丰富、学习难度相对比较低。

四.电平特性

数字电路中只有两种电平:高和低(本课程中)定义单片机为TTL电平:高+5V、低0V。RS232电平:计算机的串口,高-12V、低+12V。

所以单片机与计算机之间进行通讯时需要加电平转换芯片max232。

五.与、或、非及异或的基本运算:

逻辑“与”:

0*0=0         1*0=0

0*1=0        1*1=1

“必须都有,否则就没有”

逻辑“或”:

0+0=0        1+0=1

0+1=1        1+1=1

“只要其中之一有,就有”

逻辑“非” :

非0=1        非1=0

“求反”

逻辑“异或”:

0⊕0=0        1⊕0=1

0⊕1=1        1⊕1=0

“必须不同,否则就没有”

六.二进制、十进制、十六进制的表示及相互转换

十 二 十六 十 二 十六 十 二 十六 十 二 十六

0 0000 0 4 0100 4 8 1000 8 12 1100 C

1 0001 1 5 0101 5 9 1001 9 13 1101 D

2 0010 2 6 0110 6 10 1010 A 14 1110 E

3 0011 3 7 0111 7 11 1011 B 15 1111 F

七.80c51单片机简介

Inter公司推出了MCS-51系列单片机:集成8位CPU、4K字节ROM、128字节RAM、4个八位并口、一个全双工串行口、2个16位定时/计数器。寻址范围64K,并有控制功能较强的布尔处理器。单板机—单片机。

80C51是MCS-51系列中的典型品种;其它厂商以80C51为基核开发出的CMOS(场效应管)工艺单片机产品统称为80C51系列。

51单片机是对目前所有兼容Intel 8031指令系统的单片机的统称。该系列单片机的始祖是Intel的8031单片机,后来随着Flash rom技术的发展,8031单片机取得了长足的进展,成为目前应用最广泛的8位单片机之一,其代表型号是ATMEL公司的AT89系列,它广泛应用于工业测控系统之中。目前很多公司都有51系列的兼容机型推出,在目前乃至今后很长的一段时间内将占有大量市场。51单片机是基础入门的一个单片机,还是应用最广泛的一种。需要注意的是52系列的单片机一般不具备自编程能力。

当前常用的51系列单片机主要产品有:

*Intel的:80C31、80C51、87C51,80C32、80C52、87C52等;

*ATMEL的:89C51、89C52、89C2051等;

*Philips、华邦、Dallas、Siemens(Infineon)等公司的许多产品

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目前,国产宏晶STC单片机以其低功耗、廉价、稳定性能,占据着国内51单片机较大市场。
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八.单片机的工作方式

我们大概的了解了单片机的结构、特点,下面我们主要讲解单片机如何工作,有那些工作方式。

单片机共有复位、程序执行、低功耗和编程与加密四种工作方式,下面分别加以介绍。

1.复位方式

(1)为什么要复位

大家知道,单片机执行程序时总是从地址0000H 开始的,所以在进入系统时必须对CPU 进行复位,也叫初始化;另外由于程序运行中的错误或操作失误使系统处于死锁状态时,为了摆脱这种状态,也需要进行复位,就象电脑死机了要重新启动一样。

(2)复位的原理

单片机复位的方法其实很简单,只要在RST 引脚(9 脚)上加一个持续时间为24 个振荡周期(即两个机器周期)的高电平就可以了。如果晶振为12M,计算一下这个持续脉冲需要多长时间?

(3)如何进行复位

复位操作有上电自动复位、按键复位和外部脉冲复位3 种方法,上电自动复位是通过外部复位电路的电容充电来实现的,当电源刚接通时电容C 对下拉电阻开始充电,由于电容两边的电压不能突变,所以RTS 端维持高电平,只要这个充电时间不超过1ms,就可以实现对单片机的自动上电复位,即接通电源就完成了系统的初始化,在实际的工程应用中,如果没有特殊要求,一般都采用这种复位方式;按键复位的电路如图2 所示,它其实就是在上电复位的基础上加了R2 和SA,这种电路一般用在需要经常复位的系统中;外部脉冲复位的电路如图3 所示,外部复位通常用于要求比较高的系统,比如希望系统死锁后能自动复位。外部复位是由专门的集成电路来实现的,也就是我们通常俗称的“看门狗”电路,这种电路有很多,它们不但能完成对单片机的自动复位功能,而且还有管理电源、用作外部存储器等功能,比如X25045,MAX813L 等等就是比较常用的此类芯片。

2.程序执行方式

程序执行是单片机的基本工作方式,由于复位后PC=0000 ,所以程序就从地址0000H 开始执行,此时单片机就根据指令的要求完成一系列的操作控制,比如前面讲的让LED 灯闪烁起来,不过在实际使用中,程序并不会从0000H 开始执行,而总是安排一条跳转指令,比如LJMP START ,为什么要这样安排,我们讲到中断时再来解释。

3. 低功耗操作方式

在以电池供电的系统中,有时为了降低电池的功耗,在程序不运行时就要采用低功耗方式,低功耗方式有两种—待机方式和掉电方式。

低功耗方式是由电源控制寄存器PCON (上一课我们提到过的)来控制的。电源控制寄存器是一个逐位定义的8 位寄存器,其格式如下,

其中:SMOD 为波特率倍增位,在串行通讯时用;GF1 为通用标志位1;GF0 为通用标志位0;PD 为掉电方式位,PD=1,进入掉电方式;IDL 为待机方式位,IDL=1 ,进入待机方式。也就是说只要执行一条指令让PD 位或IDL 位为1 就可以了。那么单片机是如何进入或退出掉电工作方式和待机工作方式的。

1 .待机方式

2 .进入待机方式

当使用指令使PCON 寄存器的IDL=1 ,则进入待机工作方式。此时CPU 停止工作,但时钟信号仍提供给RAM,定时器,中断系统和串行口;同时堆栈指针SP,程序计数器PC,程序状态字PSW,累加器ACC 以及全部的通用寄存器都被冻结起来;单片机的消耗电流从24mA 降为3.7mA,这样就可以节省电源的消耗。

② 退出待机方式

退出待机方式可以采用引入中断的方法,在中断程序中安排一条RETI 的指令就可以了,什么是中断,我们现在还不知道,当然这没关系。其实待机方式和我们使用电脑时的睡眠方式有异曲同工之妙。

(2)掉电方式

①进入待机方式

当使用指令使PCON 寄存器的PD=1 ,则进入掉电工作方式,此时单片机的一切工作都停止,只有内部RAM 的数据被保持下来;掉电方式下电源可以降到2V,耗电仅50uA 。此时就相当于把显示器和硬盘也关闭了。

② 退出待机方式

退出掉电工作方式的唯一方法是复位,不过应在电源电压恢复到正常值后再进行复位,复位时间要大于10mS ,在进入掉电方式前,电源电压是不能降下来的,因此可靠的单片机电路最好要有电源检测电路。显然掉电方式和待机方式是两种不同的低功耗工作方式,前者可以在无外部事件触发时降低电源的消耗,而后者则在程序停止运行时才使用。关于单片机的低功耗的方式就简单的讲这些,更详细的内容也留到下册再讲解,因为那都是大虾们的作品。

4. 编程和加密方式

单片机的编程与加密是由专门的设备来完成的,这种设备称为编程器或烧录器,类似的产品有很多,功能也不尽相同。

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