SoC型單片機原理及應用-1

SoC型單片機原理及應用

課時量和講義48學時的課程32學時的實驗關于講義和參考資料我們課程的一些特點:1.加強單片機的專業(yè)英語(口語)2.C語言的反芻,編程語言:C語言3.放棄匯編語言4.面向實驗,面向工程的教學,不最求全面和系統(tǒng)的知識(傳統(tǒng)是怎么教的，我是怎么教的？)5.傳統(tǒng)的AT89C51僅作為核,學習最新型SoC單片機C8051F3206.注重與ARM的銜接7.加強實驗,加強動手能力,以工程師為目標,以進一步的ARM學習為目標.-這樣做法的依據:就業(yè)形勢和我校師生的特點哈佛大學校園我們要做的實驗〔暫定〕LED數(shù)碼管PWM,〔PulseWidthModulation〕,舵機控制UART(RS232串口),TSP〔觸摸屏〕字符液晶,16鍵盤,IC卡,電機正反轉控制，電機轉速調節(jié)中斷,ADC(模數(shù)轉換),USB(中斷型,批處理型)通信,1.概述1.1單片機根本概念,開展,MCS-51MCU(MicroControllerUnit)-單片機單片機在嵌入式系統(tǒng)中的地位MCU8-bitARM32-bitASM,CASM,C/C++,OS什么是嵌入式系統(tǒng)?根據IEEE〔國際電氣電子工程師協(xié)會〕的定義，嵌入式系統(tǒng)是“用于控制,監(jiān)視或者輔助其它設備,機器和工廠運行的裝置”〔devicesusedtocontrol,monitor,orassisttheoperationofequipment,machineryorplants.〕

單片機是不是嵌入式系統(tǒng)?Yes/no?Yes,but它是低端嵌入式系統(tǒng).MCU-ARM關系1.概述(續(xù))MCS-51系列單片機-Atmel公司的AT89C51(15年歷史)-Silabs公司的C8051F320(5年歷史)51單片機開展過程8048=>8031=>8051=>8751=>89C51=>89C52=>89CxxxIntel,Atmel,SST,Philips,SiLab,..我們簡單學習AT89C51,重點學習C8051F320單片機的今后開展參看講義第1章“緒論”1.2學習單片機的目的和方法應用性:就業(yè),工程師,工程經理(MCU命還長著)深造的根底:為32位嵌入式系統(tǒng)學習考研:單片機知識為理工本科生必須具備的就業(yè)：硬件很“硬”，軟硬兼施支持：幫助理解計算機有關知識有關課程:C語言,IT電子技術,及線路板設計,VB6.0,VC++….我們的單片機學習方法從內核到芯片充分應用SoC芯片的功能,補充一些外設通過詳細講解實驗程序學習芯片的sfr同學的實驗要求在樣板的根底上，自己局部編程1.3開發(fā)工具,環(huán)境,開發(fā)過程-硬件:Protel99,原理圖,PCB〔馬慧敏老師〕-編程:工程的建立，C51編程，編譯，鏈接，下載，在線調試C51編譯器(uKeil),IDE,EC5+JTAG+目標板-文件:xx.wsp:工程，xx.asm:匯編程序,xx.c,xx.lst,xx.obj,xx.hex,xx.bin-工程開發(fā)流程可行性分析=>立項=>需求分析=>硬件方案(框圖)和設計(原理圖,PCB圖)=>制板=>軟件方案(流程框圖)=>編程=>調試=>定型=>性能測試=>文檔

-學習內容：單片機結構,C51編程,十幾個實驗〔馬慧敏老師〕

EC5-JTAG-Kit(Kit-EH200)連接PCUSBEC5適配器JTAGKit(開發(fā)機)5VDCEH200AboutJTAGJTAG:JointTestActionGroup〔聯(lián)合測試行動組織〕JTAG于1990年被IEEE批準為IEEE1149.1-1990.JTAG是一種國際標準測試協(xié)議〔IEEE1149.1兼容〕，主要用于芯片內部測試。現(xiàn)在多數(shù)的高級器件都支持JTAG協(xié)議,如DSP、FPGA,ARM器件等。標準的JTAG接口是4線：TMS、TCK、TDI、TDO,分別為模式選擇、時鐘、數(shù)據輸入和數(shù)據輸出線。U-EC5+Kit-EH200IDE界面

(IntegratedDevelopmentEnvironment)1.4單片機的實際應用1.工控(IndustrialControl):數(shù)據采集(DataAcquisition),數(shù)控(NumericalControl),….2.儀器&儀表(Apparatus&Instruments)3.家電(HouseholdItems)4.PC外設(PeripheralsofPC)5.商用設備(CommercialApparatus)6.下位機〔Host->Slave〕7.軍事2傳統(tǒng)型單片機AT89C51很老的型號：8031,8051,8751,80C31,80C51,87C51,(/52)2.151系列單片機簡介老型號：AT89C51,AT89C52,AT89C2051現(xiàn)代型號：C8051F320,C8051F340,

2.2.151單片機的內部結構內部結構(BlockDiagram)1.2.1結構框圖(AT89C51)CPU(CentralProcessingUnit)CPU到底包含哪些模塊(module)?ALU+指令存放器IR+指令譯碼器+DPTR+PC+SP=CPUArithmeticLogicUnit+InstructionRegister+DataPointer+ProgramCounter+StackPointer2.1.2AT89C51的引腳

(PinAssignments)三-2hC8051F320引腳引腳說明(PinDefinitions)AT89C51有多種封裝形式，最常使用的封裝形式是雙列直插(DIP:DualIn-linePackage)40引腳形式。PinNumber逆時針。電源引腳Vcc,GND(20,40)：Vcc是供電電壓，GND為地線。供電電壓為5伏，變化范圍允許為2.7V~6V。5V工作電壓下正常工作電流約為20mA，休眠方式維持電流為5mA，掉電方式維持電流〔電壓為3V時〕為40μA。振蕩器引腳XTAL1，XTAL2〔19，18〕：芯片工作需要時鐘脈沖。AT89C51單片機的時鐘振蕩有兩種接法。一種為外接振蕩器信號輸入，一種為外接石英晶體和電容。石英晶體振蕩線路用得較多。AT89C51允許的最高時鐘頻率為24MHz，最低允許時鐘頻率為4MHz。石英晶體可用4MHz~24MHz，電容C1，C2可用20Pf的電容。時鐘脈沖周期在單片機內部組成機器周期，每12個時鐘脈沖形成一個機器周期。機器周期是單片機的根本計時單位。如果使用12MHz晶體的時鐘脈沖，那么單片機的機器周期為1μs。復位引腳RST〔9〕：復位引腳能使單片機系統(tǒng)復位。所謂復位就是使程序從第一句開始執(zhí)行。如何通過復位引腳使系統(tǒng)復位？只要使RST引腳為高電位并保持2個機器周期以上。平時正常工作時，復位引腳RST應處于低電位。何時需要復位？接通電源一瞬間，希望程序從頭開始執(zhí)行，這個復位稱為上電復位。在單片機上電一瞬間電容C1有一個充電過程，瞬間電容對RST引腳仿佛是通路，RST引腳得到高電位，系統(tǒng)復位。電容充電后C1對RST引腳仿佛是斷路，RST引腳通過R1電阻接地，使RST為低電位，系統(tǒng)能正常工作。當單片機程序處于混亂狀態(tài)或死機，需要人工復位，可采用圖b〕線路。按鍵K接通時使RST接高電位，系統(tǒng)復位。為保證單片機系統(tǒng)不死機，很多情況下外接看門狗線路。在系統(tǒng)死機時，系統(tǒng)不能定時地給看門狗線路一個響應信號，看門狗經過一段小延時后會給復位引腳RST發(fā)一個高電位信號，使系統(tǒng)從頭開始執(zhí)行程序，從死機狀態(tài)中跳出來。

地址鎖存/編程引腳ALE/PROG〔30〕：在正常工作時ALE引腳輸出穩(wěn)定的正脈沖，用于在訪問外部程序存儲器時鎖存地址的。ALE輸出的脈沖頻率為時鐘的1/6。由于AT89C51程序存儲器在芯片內部，ALE一般不用于它本來的用途，只是作為一個振蕩器供外部線路使用。這個引腳另一個用途是在給芯片下載程序〔編程〕時，用于輸入編程脈沖。外部程序存儲器選通引腳PSEN〔29〕：芯片在訪問外部程序時PSEN引腳會發(fā)出外部存儲器芯片的選通信號〔低電位〕。在從外部存儲器取程序指令時，每個機器周期PSEN信號出現(xiàn)兩次。訪問外部數(shù)據存儲器時PSEN信號不出現(xiàn)。如果AT89C51使用內部程序存儲器，所以PSEN引腳已失去其原有的用途。外部訪問允許引腳EA/VPP〔31〕：當EA引腳接地時AT89C51只能訪問外部程序存儲器，內部程序存儲器被隔離了。所以正常運行時EA引腳應接高電位，一般串接一個幾KΩ電阻接到電源正極。在給芯片編程時，EA引腳要接編程電壓12V。I/O口P0〔39~32〕：P0口是8位漏極開路(OpenDrain)雙向I/O口。作為輸出口，輸出數(shù)據為0時它的驅動能力可吸收8個TTL門電路的電流。由于是漏極開路作為輸出口輸出1時實際P0口的引腳為高阻態(tài)〔相當于與內部斷開狀態(tài)〕。這時應在P0口外部加上拉電阻，信號1由上拉電阻提供，驅動能力也決定于上拉電阻的電阻值。一般由于上拉電阻為幾KΩ，所以驅動能力很弱。作為輸入引腳時應給P0口內部先寫1，使其為高阻態(tài)，讀P0口的指令會使P0口的引腳直接接到內部總線上，反映了加在P0口引腳上的外部信號的真實值。這一點很重要，如果疏忽了這一點，在P0口上剛輸出過0，P0口線與地線接通，再作為輸入時，加在引腳上的高電位會被短路掉，內部總線讀到的輸入是0，發(fā)生了一個很難查獲的錯誤。P0口在我們的應用中經常作為外部數(shù)據總線口使用，通過指令MOVX讀取外部的數(shù)據，或將數(shù)據輸出到外部總線上。在輸出數(shù)據時，內部控制線路將口線的一個上拉場效應管接通，使具有上拉電阻作用，所以不需外接上拉電阻。在輸入數(shù)據使仍應先給P0口輸一高電位，使其與地線斷開。AT89C51也可以外掛程序，此時EA引腳應接地，P0口將輸出指令的地址，并讀入程序指令。這個過程是硬件自動完成的，軟件無法干預，也不需要對P0口寫1。當AT89C51編程時，P0口作為代碼的輸入口。編程后校驗時P0作為代碼的輸出口，此時外部要有上拉電阻。I/O口P1〔1~8〕：P1口是一個帶內部上拉電阻的雙向I/O口。它能接收或輸出4個TTL門電路的電流。P1口的上拉電阻是固定的，〔20KΩ〕，因此作為輸出時一般無需外接上拉電阻。其它局部的內部電路兩者類似，所以P1口作為輸入時也必須事先在P1口寫1。輸入為0時電流經內部上拉電阻，引腳流經外部電路通地，電流值為50μA。I/O口P2〔21~28〕：P2口是一個帶內部上拉電阻的雙向I/O口。它的一局部根本結構類同P1口。它也可以接收和輸出4個TTL門的電流。內部寫1以后使引腳與地線斷開，內部上拉電阻起作用，可用作輸入引腳，輸入0時，電流經過上拉電阻，引腳流經外部電路通地，電流值為50μA。此外P2口的另一個作用是在訪問外部程序存儲器或用MOVX指令訪問外部數(shù)據時作為高8位地址的輸出。所以P2口除了作I/O口以外，通過MOVX指令也能作為輸出。這種輸出常作為外部設備選通信號，使得外部設備被選通的同時由MOVX指令直接訪問被選通的這個外部設備。P2口在AT89C51芯片編程和校驗時作為高8位地址輸入口。I/O口P3〔10~17〕：P3口也是帶內部上拉電阻的8位雙向I/O口?？山邮蘸洼敵?個TTL門電流。內部寫1以后，內部上拉電阻起作用，可用作輸入。當輸入為0時，電流經內部上拉電阻通過引腳流經外部電路通地。這個輸出的電流值為50μA。P3口除了作通用的I/O口以外，它的每一個引腳都還分別可作專門的特殊功能口。

英文閱讀:aboutP3P0結構AT89C51最小系統(tǒng)振蕩電路復位電路EA腳上拉電源2.1.3存儲器配置馮.諾依曼(von.Neumann)結構/哈佛(Harvard)結構?程序存儲器(ROM,EROM,EPROM,EEPROM,Flash)數(shù)據存儲器(RAM)片內存儲器(MemoryonChip)AT89C51:EEPROM4kBRAM256BC8051F320:Flash(ROM)16kBRAM256BRAM1kB+1kBFIFO(USB)RAM(Data)和Flash(程序代碼)

-AT89C51-最重要的局部RAMFlash00h7Fh80hFFhSFR自由RAM代碼0000h0FFFh128Byte128Byte4096Byte(AT89C51)Homework(1)畫最小系統(tǒng)自由RAM〔00h–7Fh〕R0–R7的映射:00–1Fh(map:映射的概念〕位尋址的(允許)區(qū)域:20–2FhStack(堆棧):全部自由區(qū):00–7Fh課堂提問：Whatis“SFR”?2011.09.02.五-4h特殊功能存放器(SFR)RAM

(80h-FFh)SpecialFunctionRegistersP0,P1,P2,P3,PSW,TCON,SCON,IE,A,B,SP,DPH,DPL,TMOD,TH0,TL0,TH1,TL1,SBUF,PCON,IP,共21字節(jié)(51系列)SFR(特殊功能存放器)SFR(特殊功能存放器)2.1.4定時器/計數(shù)器T0,T1硬件上有T0,T1(16bit),配置了2套相關存放器C/T:Counter/TimerSFR:TMOD(高4位:C/T1,低4位:C/T0)(89h)(GATEC/TM1M0GATEC/TM1M0)GATE=0(測INTx的脈寬)C/T=0:內部定時器,=1:外部計數(shù)器M1M0=00:0模式(棄用),01:1模式(16位),10:2模式(8位自動重裝),11:3模式(C/T0:2個獨立8位,C/T1:不用,停止記時)對應的TH1,TL1,TH0,TL0注:自動重裝,TH1裝入TL1中，TH0裝入TL0中要強調的一點T0,T1模塊的工作和運行是脫離CPU的,一旦運行后就與程序的運行無關了.就好象你的鬧鐘一樣,溢出前它不干預你的正常日程.它是并行工作的.二-6hSFRTCON(88h)(TF1TR1TF0TR0IE1IT1IE0IT0),低4位只與外部中斷有關(混合了)TF1:溢出標志(硬件自動置1,如果中斷,自動清0)TR1:1:啟動,0:停止(軟件設置)——————————————————————————IT1:外部中斷(INT1)類型設置,1:下降沿,0:低電平IE1:外部中斷檢測到下降沿自動置1,

進中斷后自動復0

TF0,TR0,IE0,IT0同上

注:對于TF1,TF0,IE1,IE0,一般不太關心SFRTH1,TL1,TH0,TL0

(8Dh,8Bh,8Ch,8Ah)TH1,TL1用于C/T1,TH0,TL0用于C/T016位模式(1模式):TH1高字節(jié),TL1低字節(jié)8位自動重裝(2模式):TH1向TL1充值,初始化:TH1=TL1啟動后,TL1以機器周期加1,溢出后進位到高字節(jié)(1模式)或中斷如果設置成外部計數(shù):計數(shù)信號由引腳T1,T0輸入(Pin15,Pin14)關于T0模式31)T1沒有模式3,T0為模式3時,T1可以為模式0,1,2,但不能使用中斷.2)T0模式3:TL0,TH0為2個獨立8位計數(shù)器,TL0可記數(shù),也可定時.TH0只能定時,TH0的啟動用TR1,溢出和中斷申請用TF1.3)T1到底能干什么?可以用于波特率發(fā)生器,T1的停止將用怪招:將其設置為模式3提問：8位自動重裝是什么意思？2.7串行I/O1.關于RXD,TXD引腳的工作方式(51系列):a)工作在“移位”串行通信方式時,RXD為發(fā)送和接收.TXD為移位脈沖.低位在前(LSB:littlesignificantbit).8位數(shù)據.傳送靠移位脈沖,所以頻率的精度不重要.半雙工(HalfDuplex).同步方式。b)異步通信時,RXD為接收,TXD為發(fā)送.LSB,常用8位數(shù)據,雙方設為相同波特率(BaudRate).全雙工(FullDuplex).UART(UniversalAsynchronousReceiver/Transmitter)1.可以滿足RS232通信協(xié)議的信號時序(與PC兼容)2.無信號時,發(fā)送端拉高電平3.常用的波特率:9600,115204.起始位:0,8數(shù)據位,1:停止位,SFRSCON(98h)

串行控制存放器

SM0SM1S工作模式通信協(xié)議波特率0008位數(shù)據同步移位晶振1/12（同步）**0118位數(shù)據異步由定時器1溢出率確定**1029位數(shù)據異步晶振1/32或1/641139位數(shù)據異步由定時器1溢出率確定SM0SM1SM2RENTB8RB8TIRIS工作模式模式0:RXD為發(fā)送和接收.TXD為移位脈沖.低位在前(LSB).8位數(shù)據.傳送靠移位脈沖,頻率固定為機器周期.半雙工(HalfDuplex).晶體的1/12.模式1:異步通信,RXD為接收,TXD為發(fā)送.LSB.全雙工(FullDuplex).1位起始+8位數(shù)據+1位停止.波特率為T1的溢出率/32(或1/16).模式2:異步通信,RXD為接收,TXD為發(fā)送.LSB.全雙工.1位起始+8位數(shù)據+1位特數(shù)據+1位停止.波特率晶體的1/32或1/64.適用多機通信.模式3:異步通信,RXD為接收,TXD為發(fā)送.LSB.全雙工.1位起始+8位數(shù)據+1位特數(shù)據+1位停止.波特率為T1的溢出率/32(或1/16).適用多機通信.SCONSM2是接收中斷請求的控制位。在模式2和模式3的多機通信中，如果SM2設置成1，接收到的第