什麼是單片機?單片機的工作方式!單片機學習準備知識

一.單片機的概念

在一片集成電路芯片上集成微處理器、存儲器、I/O接口電路,從而構成了單芯片微型計算機,即單片機。

二.單片機的用途

工業自動化:數據採集,測控技術;

智能儀器儀表:數字示波器、數字信號源、數字萬用表、感應電流表等;

消費類電子產品:洗衣機、電冰箱、空調機、手機等;

凡是與控製或簡單計算有關的電子設備都可以用單片機來實現,再根據具體實際情況選擇不同性能的單片機,如:愛特梅爾,STC,PIC,四月,凌陽,80C51,arm等。

三.怎麼學單片機

實踐第一;補充必要的理論知識,即缺什麼補什麼;做工程項目積累經驗。(可在網絡上搜索些題目,也可自己有什麼想法大膽的去試驗。)。

四.為什麼選擇51單片機作為單片機學習的入門:

學51單片機成本低,而且51單片機技術最成熟、資料最豐富、學習難度相對比較低。

四.電平特性

數字電路中只有兩種電平:高和低(本課程中)定義單片機為TTL電平:高+5V、低0V。RS232電平:計算機的串口,高-12V、低+12V。

所以單片機與計算機之間進行通訊時需要加電平轉換芯片max232。

五.與、或、非及異或的基本運算:

邏輯“與”:

0*0= 0 1 * 0 = 0

0*1= 0 1 * 1 = 1

“必須都有,否則就沒有”

邏輯“或”:

0+0= 0 1 + 0 = 1

0+1= 1 1 + 1 = 1

“只要其中之一有,就有”

邏輯“非” :

非0 = 1的非1 = 0

“求反”

邏輯“異或”:

0⊕0= 01⊕0= 1

0⊕1= 11⊕1= 0

“必須不同,否則就沒有”

六.二進制、十進制、十六進制的表示及相互轉換

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 ð

2 0010 2 6 0110 6 10 1010 一個 14 1110 Ë

3 0011 3 7 0111 7 11 1011 乙 15 1111 F

七.80c51單片機簡介

Inter公司推出了MCS-51系列單片機:集成8位CPU、4K字節ROM、128字節RAM、4個八位並口、一個全雙工串行口、2個16位定時/計數器。尋址範圍64K,並有控制功能較強的布爾處理器。單板機—單片機。

80C51是MCS-51系列中的典型品種;其它廠商以80C51為基核開發出的CMOS(場效應管)工藝單片機產品統稱為80C51系列。

51單片機是對目前所有兼容Intel 8031指令系統的單片機的統稱。該系列單片機的始祖是Intel的8031單片機,後來隨著Flash rom技術的發展,8031單片機取得了長足的進展,成為目前應用最廣泛的8位單片機之一,其代表型號是ATMEL公司的AT89系列,它廣泛應用於工業測控系統之中。目前很多公司都有51系列的兼容機型推出,在目前乃至今後很長的一段時間內將佔有大量市場。51單片機是基礎入門的一個單片機,還是應用最廣泛的一種。需要注意的是52系列的單片機一般不具備自編程能力。

當前常用的51系列單片機主要產品有:

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

*ATMEL的:89C51、89C52、89C2051等;

*飛利浦、華邦、達拉斯、西門子(英飛凌)等公司的許多產品

[警告]
目前,國產宏晶STC單片機以其低功耗、廉價、穩定性能,佔據著國內51單片機較大市場。
[/警告]

八.單片機的工作方式

我們大概的了解了單片機的結構、特點,下面我們主要講解單片機如何工作,有那些工作方式。

單片機共有復位、程序執行、低功耗和編程與加密四種工作方式,下面分別加以介紹。

1.復位方式

(1)為什麼要復位

大家知道,單片機執行程序時總是從地址0000H 開始的,所以在進入系統時必須對CPU 進行複位,也叫初始化;另外由於程序運行中的錯誤或操作失誤使系統處於死鎖狀態時,為了擺脫這種狀態,也需要進行複位,就像電腦死機了要重新啟動一樣。

(2)復位的原理

單片機復位的方法其實很簡單,只要在RST 引腳(9 腳)上加一個持續時間為24 個振盪週期(即兩個機器週期)的高電平就可以了。如果晶振為12M,計算一下這個持續脈衝需要多長時間?

(3)如何進行複位

復位操作有上電自動復位、按鍵復位和外部脈衝復位3 種方法,上電自動復位是通過外部復位電路的電容充電來實現的,當電源剛接通時電容C 對下拉電阻開始充電,由於電容兩邊的電壓不能突變,所以RTS 端維持高電平,只要這個充電時間不超過1ms,就可以實現對單片機的自動上電複位,即接通電源就完成了系統的初始化,在實際的工程應用中,如果沒有特殊要求,一般都採用這種複位方式;按鍵復位的電路如圖2 所示,它其實就是在上電複位的基礎上加了R2 和SA,這種電路一般用在需要經常復位的系統中;外部脈衝復位的電路如圖3 所示,外部復位通常用於要求比較高的系統,比如希望系統死鎖後能自動復位。外部復位是由專門的集成電路來實現的,也就是我們通常俗稱的“看門狗”電路,這種電路有很多,它們不但能完成對單片機的自動復位功能,而且還有管理電源、用作外部存儲器等功能,比如X25045,MAX813L 等等就是比較常用的此類芯片。

2.程序執行方式

程序執行是單片機的基本工作方式,由於復位後PC=0000 ,所以程序就從地址0000H 開始執行,此時單片機就根據指令的要求完成一系列的操作控制,比如前面講的讓LED 燈閃爍起來,不過在實際使用中,程序並不會從0000H 開始執行,而總是安排一條跳轉指令,比如LJMP START ,為什麼要這樣安排,我們講到中斷時再來解釋。

3. 低功耗操作方式

在以電池供電的系統中,有時為了降低電池的功耗,在程序不運行時就要採用低功耗方式,低功耗方式有兩種—待機方式和掉電方式。

低功耗方式是由電源控制寄存器PCON (上一課我們提到過的)來控制的。電源控制寄存器是一個逐位定義的8 位寄存器,其格式如下,

其中:SMOD 為波特率倍增位,在串行通訊時用;GF1 為通用標誌位1;GF0 為通用標誌位0;PD 為掉電方式位,PD = 1,進入掉電方式;IDL 為待機方式位,IDL = 1 ,進入待機方式。也就是說只要執行一條指令讓PD 位或IDL 位為1 就可以了。那麼單片機是如何進入或退出掉電工作方式和待機工作方式的。

1 .待機方式

2 .進入待機方式

當使用指令使PCON 寄存器的IDL=1 ,則進入待機工作方式。此時CPU 停止工作,但時鐘信號仍提供給RAM,定時器,中斷系統和串行口;同時堆棧指針SP,程序計數器PC,程序狀態字PSW,累加器ACC 以及全部的通用寄存器都被凍結起來;單片機的消耗電流從24mA 降為3.7mA,這樣就可以節省電源的消耗。

② 退出待機方式

退出待機方式可以採用引入中斷的方法,在中斷程序中安排一條RETI 的指令就可以了,什麼是中斷,我們現在還不知道,當然這沒關係。其實待機方式和我們使用電腦時的睡眠方式有異曲同工之妙。

(2)掉電方式

①進入待機方式

當使用指令使PCON 寄存器的PD=1 ,則進入掉電工作方式,此時單片機的一切工作都停止,只有內部RAM 的數據被保持下來;掉電方式下電源可以降到2V,耗電僅50uA 。此時就相當於把顯示器和硬盤也關閉了。

② 退出待機方式

退出掉電工作方式的唯一方法是複位,不過應在電源電壓恢復到正常值後再進行複位,復位時間要大於10mS ,在進入掉電方式前,電源電壓是不能降下來的,因此可靠的單片機電路最好要有電源檢測電路。顯然掉電方式和待機方式是兩種不同的低功耗工作方式,前者可以在無外部事件觸發時降低電源的消耗,而後者則在程序停止運行時才使用。關於單片機的低功耗的方式就簡單的講這些,更詳細的內容也留到下冊再講解,因為那都是大蝦們的作品。

4. 編程和加密方式

單片機的編程與加密是由專門的設備來完成的,這種設備稱為編程器或燒錄器,類似的產品有很多,功能也不盡相同。

本文由 落格博客 原創撰寫:落格博客 » 什麼是單片機?單片機的工作方式!單片機學習準備知識

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