第10章单片机经典课件

第十章其它单片机简介第十章其它单片机简介10.1单片机发展的新特点10.251系列单片机10.3MCS-96/98系列单片机10.4PIC16C5X系列单片机简介10.5AVR系列单片机简介10.6基于ARM架构的微处理器10.7数字信号处理器(DSP)简介思考练习题第十章其它单片机简介10.1单片机发展的新特点单片机发展已经逐步走向成熟。一方面，性能更高、功能更多的16位、32位单片机在发展；另一方面，由于8位单片机使用最多，因此8位单片机也在不断地采用新的技术，以追求更高的性能价格比。单片机的总体发展呈现如下特点：(1)价格更低。随着微电子技术的不断进步，各公司陆续推出了价格更低的8位单片机，带内部存储器的单片机芯片已降至10元以内。(2)使用更加方便。单片机内部含有EEPROM或ROM，在一般应用中，不需要外部扩展总线或外部存储器，这使得其电路结构简单，体积减小，稳定性提高，应用面更宽。第十章其它单片机简介(3)功耗更低。单片机使用CMOS低功耗电路，有省电工作状态，如等待状态、睡眠状态、关闭状态等，在这些状态下，所耗电流仅为微安级，可以满足便携式、手持式、电池供电等仪器仪表的应用需求。(4) OTP型。OTP是OneTimeProgrammable的缩写，即一次性编程的意思，也就是这种存储器只能编程(固化)一次，不能用紫外线擦除再次编程。OTP型单片机适用于中、小批量生产中，其易改型，转向快，减小了成本，免去了做掩膜的风险。现在许多型号的单片机产品均带有内部OTPEPROM。(5)低电压型，即L型，其工作电压只有2.7 V。第十章其它单片机简介(6) Flash型。近年来，闪速存储器(FlashMemory)的半导体技术应用于单片机的制造中。闪速存储器具有非易失性，在断电时也能保留存储内容，这使它优于需要持续供电来存储信息的易失性存储器，如静态RAM和动态RAM。闪速存储器可实现大规模电擦除，这使它优于只能通过紫外线慢速擦除的EPROM。基于闪速存储器的特点，它既可作为程序存储器，又可作为数据存储器。(7)基于应用系统的复杂度增加，嵌入式操作系统、C语言的开发应用越来越普遍，大大加快了单片机系统的开发速度，增加了可靠性。第十章其它单片机简介10.251系列单片机51系列单片机指的是MCS-51系列和其它公司的8051衍生产品。20世纪80年代中期，Intel公司将8051内核使用权以专利互换或出售形式转给世界许多著名IC制造厂商，如Philips、西门子、AMD、OKI、NEC、ATMEL等，这样8051就变成有众多制造厂商支撑的、发展出上百个品种的大家族。到目前为止，其它任何一个单片机系列均未发展到如此大的规模。第十章其它单片机简介这些衍生产品是在基本型基础上增强了各种功能的产品，如高级语言型、Flash型、EPROM型、A/D型、DMA型、多并行口型、专用接口型、双控制器串行通信型等。这些增强型的MCS-51系列产品给8位单片机注入了新的活力，为它的开发应用开拓了更广泛的前景。第十章其它单片机简介10.2.180C52单片机80C52是80C51的增强型产品，与80C51功能向上兼容，其结构方框图如图10-1所示。与80C51相比较，80C52所增加的功能如下：(1)片内数据RAM增加到256个字节。(2)具有3个16位定时器/计数器。(3)中断源增加到6个。(4)内部程序存储器增加到8 KB。第十章其它单片机简介图10-180C52结构方框图第十章其它单片机简介80C52中有一个功能较强的定时器/计数器T2。它是一个16位的、具有自动重装载和捕获能力的定时器/计数器，可以对内部机器周期或由T2(P1.0)输入的外部计数脉冲计数。在定时器/计数器T2的内部，除了两个8位计数器TL2、TH2和控制寄存器T2CON及T2MOD之外，还设置有捕获寄存器RCAP2L(低字节)和RCAP2H(高字节)。第十章其它单片机简介10.2.28xC552单片机Philips的80C51系列单片机与Intel的MCS-51系列代码完全兼容，具有相同的指令系统、地址空间和寻址方式，采用模块化的系统结构，该系列中许多新的高性能单片机都是以80C51为内核增加一定的功能部件构成的。常见的功能部件有A/D转换器、捕捉输入、定时输出、脉冲宽度调制输出(PWM)、I²C串行总线接口、液晶显示控制器、监视定时器(WatchdogTimer)、EEPROM等。8xC552是80C51系列中功能最强、用途最广、最富有代表性的单片机之一，它已被成功地应用在仪器仪表、工业控制以及汽车发动机和传送控制等广阔的领域中。第十章其它单片机简介8xC552具有：(1) 80C51中央处理单元内核，使用MCS-51指令系统。(2) 8 KB程序存储器，并可外扩至64 KB。(3)新增了一个16位定时器/计数器，与4个捕捉锁存器及3个比较寄存器配合使用。(4)两个标准的定时器/计数器。(5) 256BRAM，可外扩至64 KB。(6)可产生8路同步定时输出。(7)一个8路模拟输入的10位A/D转换器。(8)两路8位分辨率的脉冲宽度调制输出。第十章其它单片机简介(9)五个8位I/O口和一个与模拟输入共用的输入口。(10) I²C总线串行口，具有针对字节的主从功能。(11)全双工UART，与80C51的UART兼容。(12)片内监视定时器。(13)有OTP(一次性编程)封装形式。(14)扩展了的温度范围。(15)三个速率档次，分别为16 MHz、24 MHz和30 MHz。图10-2所示为8xC552的片内结构，其中左边实框内的四个部件是80C51的内核，只是没有把RAM和ROM包括进去。第十章其它单片机简介图10-28xC552内部结构第十章其它单片机简介从图10-2可以看到，8xC552内含8 KB程序存储器，256 B数据存储器，五个8位I/O口和一个8位输入口。两个和80C51完全相同的16位定时/计数器，新增的一个配有捕捉及比较锁存器的16位定时器，一个具有15个中断源、两优先级别的可嵌套中断结构，一个8输入的A/D转换器，一个两通道的D/A脉冲宽度调制接口，两路串行接口(UART和I²C总线)，一个监视定时器以及片内振荡器和时序电路等部件。第十章其它单片机简介1．定时器T2定时器T2可以记录外部事件发生的时间，或用来设定时间，届时硬件自动对外输出预定的信号。记录外部事件发生的时间时为高速输入，称为捕捉操作；输出预定信号时为高速输出，称为比较输出。1)内部结构及工作原理T2是一个16位定时器，由图10-3可以看到，它主要由定标器与高字节TMH2和低字节TML2(高低字节有时合称TM2)两个寄存器构成。其三位开关可以把定标器接至两时钟源之一：fosc/12或外来时钟信号，也可以切断时钟源，即关闭定时器T2。定标器实际是一个3位分频器，其分频因子可编程为1、2、4和8。第十章其它单片机简介图10-3定时器T2结构框图第十章其它单片机简介2)输入捕捉逻辑输入捕捉功能用于测量脉冲宽度、周期、占空比及相位差等参数。图10-3中CT0I～CT3I为4条独立的信号输入线，这4条信号线是与P1口的低4位共用的。每条输入线均与一个专门的16位捕捉寄存器CT0～CT3相连接。输入线上信号的正跳变、负跳变或两者都可认为是一次事件。这样，某输入线CTnI上一旦有规定的事件发生，则相应寄存器CTn立即捕捉住定时器T2的内容，也就是记录下事件发生的时间。同时也可以通过中断标志CT0I～CT3I去请求中断。若捕捉功能不需要，这些输入线亦可作为附加的外部中断输入用。第十章其它单片机简介3)输出比较逻辑图10-3右下方为输出比较逻辑部分，它的CM0～CM2是三个16位比较寄存器。它们可被用来在某些预定的时刻使P4口各输出引脚置位、复位或翻转。这些由软件设置而届时由硬件自动执行的输出叫做高速输出。P4口8条引脚的第二功能便是高速输出。P4口低6位为置位/复位高速输出，此时P4.0～P4.5依次被标作CMSR0～CMSR5；高2位作翻转高速输出，P4.6和P4.7相应记作CMT0和CMTl。第十章其它单片机简介4)定时器2的应用在弄清了定时器2结构和原理的基础上，可以总结出它有下列用途：(1)可对外来脉冲计数，计满82n或162n个脉冲时请求一次中断(n为分频因子)。(2)可用来定时，每过82n或162n个机器周期请求一次中断。(3)可对四条输入线进行监视，一旦发生事件，立即记录下事件发生的时间。第十章其它单片机简介(4)若忽略事件发生的时间，则可将此四输入线作为附加外部中断输入。(5)可使P4.0～P4.5在预定时间输出高或低电平。(6)可使P4.6和P4.7在预定时间输出电平反相。(7)若不管P4口的输出，则可用CM0～CM2实现软件定时功能。第十章其它单片机简介2．定时器T3除了定时器T0、T1、T2外，8xC552还有一个监视定时器T3，有时又称之为看门狗(Watchdog)，它的作用是强迫单片机(微控制器)进入复位状态，使之从硬件或软件故障中解脱出来，即当单片机的程序进入了错误状态后，在一个指定的时间内，用户程序没有重装定时器T3，将产生一个系统复位。在8xC552中，定时器T3由一个11位的分频器和8位定时器T3组成，由外部引脚和电源控制寄存器中的PCON.4(WLE)和PCON.1(PD)控制，如图10-4所示。第十章其它单片机简介图10-4看门狗(定时器T3)第十章其它单片机简介EW：低电平有效，EW=0时，允许看门狗定时器工作，禁止掉电方式；EW=1时，禁止看门狗定时器工作，允许掉电方式。WLE(PCON.4)：看门狗定时器允许重装标志，若WLE置位，则定时器T3可以被软件装入，装入后WLE中的内容自动清除。在T3溢出时，复位8xC552，并产生复位脉冲输出至复位引脚RST。为防止系统复位，必须在定时器T3溢出前通过软件对其进行重装。如果发生软件或硬件故障，将使软件对定时器T3重装失败，从而T3溢出导致复位信号的产生。用这样的方法可以在软件失控时，恢复程序的正常运行。第十章其它单片机简介例如，Watchdog使用如下一段程序：T3EQU0FF；定时器T3的地址PCONEQU87H；PCON的地址WATCH_INTVEQU156；看门狗的时间间隔第十章其它单片机简介监视定时器的服务子程序如下：WATCHDOG：ORLPCON，#010H；允许定时器T3重装MOVT3.0，#WATCH_INTV；装载定时器T3RET在用户程序中需要对监视定时器再装入的地方插入语句：LCALLWATCHDOG第十章其它单片机简介3．脉冲宽度调制输出8xC552含有两个脉冲宽度调制输出通道(见图10-5)。它们能产生宽度和周期均可编程的输出脉冲。8位定标器PWMP确定输出脉冲的重复频率，为其后级的计数器提供时钟信号。由图10-5可以看出，定标器和计数器为两PWM通道所共用。此8位计数器以模255进行计数，即254加1后又变成0，故计数值在0～254之间周而复始地循环。此计数值与PWM0和PWM1两寄存器的内容不断进行比较。如果此二寄存器之一其内容大于计数值，那么相应的0PWM和1PWM输出即被置为低电平；若它们的内容等于或小于计数值，则输出将为高电平。因此，脉冲占空比取决于寄存器PWM0和PWM1的内容。此占空比介于0～100%之间，且可编程。第十章其它单片机简介图10-5脉冲宽度调制输出功能框图第十章其它单片机简介经缓冲的PWM输出可用来驱动直流电动机，电动机之转速将正比于PWMn(n=0,1)寄存器的内容。这些PWM输出也可配置作双通道的D/A转换器。在这种应用场合，PWM输出需与常规运算放大电路相结合，计算如下：PWMn低电平时段/高电平时段=PWMn255PWMn例如，欲使PWMn输出脉冲的占空比为50%，即高低电平持续时间相等，则PWMn应赋值80H。第十章其它单片机简介欲改变PWMn输出脉冲周期，应修改PWMP寄存器的内容；而欲改变输出脉冲占空比，则应给PWMn寄存器