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个人资料整理,仅供个人学习使用单片机教程第一课:单片机概述1、 何谓单片机一台能够工作的计算机要有这样几个部份构成:CPU (进行运算、控制)、RAM (数据存储)、ROM (程序存储) 、输入 /输出设备(例如:串行口、并行输出口等)。在个人计算机上这些部份被分成若干块芯片,安装一个称之为主板的印刷线路板上。而在单片机中,这些部份,全部被做到一块集成电路芯片中了,所以 就称为单片(单芯片)机,而且有一些单片机中除了上述部份外,还集成了其它部份如A/D ,D/A 等。天! PC 中的 CPU 一块就要卖几千块钱,这么多东西做在一起,还不得买个天价!再说这块芯片也得非常大了。 不,价格并不高,从几元人民币到几十元人民币,体积也不大,一般用40 脚封装,当然功能多一些单片机也有引脚比较多的,如 68 引脚,功能少的只有 10多个或 20多个引脚,有的甚至只 8 只引脚。为什么会这样呢? 功 能有强弱,打个比方,市场上面有的组合音响一套才卖几百块钱,可是有的一台功放机就要卖好几千。另外这种 芯片的生产量很大,技术也很成熟, 51 系列的单片机已经做了十几年,所以价格就低了。 既然如此,单片机的 功能肯定不强,干吗要学它呢? 话不能这样说,实际工作中并不是任何需要计算机的场合都要求计算机有很高 的性能,一个控制电冰箱温度的计算机难道要用 PIII ?应用的关键是看是否够用,是否有很好的性能价格比。所 以 8051 出来十多年,依然没有被淘汰,还在不断的发展中。 矚慫润厲钐瘗睞枥庑赖賃軔。2、 MCS51单片机和8051、8031、89C51等的关系我们平常老是讲 8051,又有什么8031,现在又有89C51,它 们之间究竟是什么关系 ? MCS51 是指由美国 INTEL 公司(对了,就是大名鼎鼎的 INTEL )生产的一系列单片机 的总称,这一系列单片机包括了好些品种,如 8031, 8051, 8751, 8032, 8052, 8752等,其中 8051 是最早最典 型的产品,该系列其它单片机都是在 8051 的基础上进行功能的增、减、改变而来的,所以人们习惯于用8051来称呼 MCS51 系列单片机, 而 8031 是前些年在我国最流行的单片机, 所以很多场合会看到 8031 的名称。 INTEL 公司将 MCS51 的核心技术授权给了很多其它公司,所以有很多公司在做以8051 为核心的单片机,当然,功能或多或少有些改变,以满足不同的需求,其中 89C51 就是这几年在我国非常流行的单片机,它是由美国 ATMEL 公司开发生产的。以后我们将用 89C51 来完成一系列的实验。 聞創沟燴鐺險爱氇谴净祸測。 单片机教程第二课:单片机的内部、外部结构(一)一、单片机的外部结构 拿到一块芯片,想要使用它,首先必须要知道怎样连线,我们用的一块称之为89C51 的芯片,下面我们就看一下如何给它连线。 1、 电源:这当然是必不可少的了。 单片机使用的是 5V 电源, 其中正极接 40引脚, 负极(地) 接 20 引脚。 2、 振蒎电路:单片机是一种时序电路,必须提供脉冲信号才能正常工作,在单片机内部已集成了 振荡器,使用晶体振荡器,接18、 19脚。只要买来晶振,电容,连上就可以了,按图 1接上即可。 3、 复位引脚:按图 1 中画法连好,至于复位是何含义及为何需要复要复位,在单片机功能中介绍。4、 EA 引脚: EA 引脚接到正电源端。 至此,一个单片机就接好,通上电,单片机就开始工作了。 残骛楼諍锩瀨濟溆塹籟婭骒。 我们的第一个任务是要用单片机点亮一只发光二极管 LED ,显然,这个 LED 必须要和单片机的某个引脚相连, 否则单片机就没法控制它了,那么和哪个引脚相连呢?单片机上除了刚才用掉的5 个引脚,还有 35 个,我们将这个 LED 和 1 脚相连。(见图 1,其中 R1 是限流电阻) 酽锕极額閉镇桧猪訣锥顧荭。按照这个图的接法,当 1 脚是高电平时, LED 不亮,只有 1 脚是低电平时, LED 才发亮。因此要 1 脚我们要能 够控制,也就是说,我们要能够让 1 引脚按要求变为高或低电平。即然我们要控制 1 脚,就得给它起个名字,总 不能就叫它一脚吧?叫它什么名字呢?设计 51芯片的INTEL公司已经起好了,就叫它 P1.0,这是规定,不可以 由我们来更改。 彈贸摄尔霁毙攬砖卤庑诒尔。个人资料整理,仅供个人学习使用I NTSI NT 1T0T12470*81201234S67 IX IX IX- IX IX FPPPPPPP8631P0038373635343332212223242F;27281?1 01 1P97R0Hr0 0 _0 0 0 0 p p p p p P0123456722222222PPPPPPPP名字有了,我们又怎样让它变高或变低呢?叫人做事,说一声就可以,这叫发布命令,要计算机做事,也得要向计算机发命令,计算机能听得懂的命令称之为计算机的指令。让一个引脚输出高电平的指令是SETB,让一个引脚输出低电平的指令是CLR。因此,我们要 P1.0输出高电平,只要写 SETB P1.0,要P1.0输出低电平,只要写CLR P1.0就可以了。 謀荞抟箧飆鐸怼类蒋薔點鉍。现在我们已经有办法让计算机去将P10输出高或低电平了,但是我们怎样才能计算机执行这条指令呢?总不能也对计算机也说一声了事吧。要解决这个问题,还得有几步要走。第一,计算机看不懂SETB CLR之类的指令,我们得把指令翻译成计算机能懂的方式,再让计算机去读。计算机能懂什么呢?它只懂一样东西一一数字。因此我们得把SETB P1.0变为(D2H,90H ),把CLR P1.0变为 (C2H,90H ),至于为什么是这两个数字,这也是由 51芯片的设计者-INTEL规定的,我们不去研究。 第二步,在得到这两个数字后,怎样让这两个数字进入单片机 的内部呢?这要借助于一个硬件工具编程器”。厦礴恳蹒骈時盡继價骚卺癩。我们将编程器与电脑连好,运行编程器的软件,然后在编缉区内写入(D2H,90H )见图2,写入好,拿下片子,把片子插入做好的电路板,接通电源什么?灯不亮?这就对了,因为我们写进去的指令就是让HEXASCII00000000D290 FFFFFFFF0000001 0FFFFFFFFFFFF90090020FFFFFFFFFFFF90800030FFFFFFFFFFFFADDRESSFF FF-FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF-FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF-FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF-FF FF FF FF FF FF FF FF图2茕桢广鳓鯡选块网羈泪镀齐。P1.0输出高电平,灯当然不亮,要是亮就错了。现在我们再拨下这块芯片,重新放回到编程器上,将编缉区的内 容改为(C2H,90H ),也就是CLR P1.0,写片,拿下片子,把片子插进电路板,接电,好,灯亮了。因为我们写 入的()就是让 P1.0输出低电平的指令。这样我们看到,硬件电路的连线没有做任何改变,只要改变写入单片 机中的内容,就可以改变电路的输出效果。鹅娅尽損鹌惨歷茏鴛賴縈诘。三、单片机内部结构分析我们来思考一个问题,当我们在编程器中把一条指令写进单片要内部,然后取下单片机,单片机就可以执行这条指令,那么这条指令一定保存在单片机的某个地方,并且这个地方在单片机掉电后依然可以保持这条指令不会丢失,这是个什么地方呢?这个地方就是单片机内部的只读存储器即ROM ( READONLY MEMORY )。为什么称它为只读存储器呢?刚才我们不是明明把两个数字写进去了吗?原来在89C51中的ROM是一种电可擦除的 ROM ,称为FLASH ROM ,刚才我们是用的编程器, 在特殊的条件下由外部设备对ROM个人资料整理,仅供个人学习使用进行写的操作,在单片机正常工作条件下,只能从那面读,不能把数据写进去, 所以我们还是把它称为 ROM。籟丛妈羥为贍债蛏练淨槠挞。单片机教程第三课:几个基本概念数的本质和物理现象。我们知道,计算机可以进行数学运算,这可令我们非常的难以理解,计算机吗,我们虽不了解它的组成,但它总只是一些电子元器件,怎么可以进行数学运算呢?我们做数学题如37+45是这样做的,先在纸上写37,然后在下面写45,然后大脑运算,最后写出结果,运算的原材料:37、45和结果:82都是写在纸上的,计算机中又是放在什么地方呢?为了解决这个问题,先让我们做一个实验:这里有一盏灯,我们知道灯要么亮,要么不亮,就 有两种状态,我们可以用 (和来代替这两种状态,规定亮为,不亮为0现在放上两盏灯,一共有几种状态呢?我们列表来看一下:預頌圣鉉儐歲龈讶骅籴買闥。状态OOO*O表达0 00 11 01 1请大家自已写上 3盏灯的情况 000 001 010 011 100 101 110 111我们来看,这个 000, 001 , 101不就是我们学过的的二进制数吗?本来,灯的亮和灭只是一种物理现象,可当我们把它们按一按的顺序排更好后,灯的亮和灭就代表了数字了。让我们再抽象一步, 灯为什么会亮呢?看电路1,是因为输出电路输出高电平,给灯通了电。因此,灯亮和灭就可以用电路的输出是高电平还是低电平来替代了。这样,数字就和电平的高、低联系上了。(请想一下,我们还看到过什么样的类似的例子呢?(海军之)灯语、旗语,电报,甚至红、绿灯)渗釤呛俨匀谔鱉调硯錦鋇絨。位的含义:通过上面的实验我们已经知道:一盏灯亮或者说一根线的电平的高低,可以代表两种状态:0和1。实际上这就是一个二进制位,因此我们就把一根线称之为一位”用BIT表示。铙誅卧泻噦圣骋贶頂廡缝勵。字节的含义:一根线可以表于 0和1,两根线可以表达 00, 01, 10, 11四种状态,也就是可以表于0到3,而三根可以表达0-7,计算机中通常用 8根线放在一起,同时计数,就可以表过到0-255 共256种状态。这8根线或者8位就称之为一个字节(BYTE )。不要问我为什么是 8根而不是其它数,因为我也不知道。(计算机世界是一个人造的世界,不是自然界,很多事情你无法问为什么,只能说:它是一种规定,大家在以后的学习过程中也要注意这个 问题)擁締凤袜备訊顎轮烂蔷報赢。存储器的工作原理:1、存储器构造存储器就是用来存放数据的地方。它是利用电平的高低来存放数据的,也就是说,它存放的实际上是电平的高、 低,而不是我们所习惯认为的1234这样的数字,这样,我们的一个谜团就解开了,计算机也没什么神秘的吗。贓熱俣阃歲匱阊邺镓騷鯛汉。个人资料整理,仅供个人学习使用让我们看图 2。这是一个存储器的示意图:一个存储器就象一个个的小抽屉,一个小抽屉里有八个小格子,每个 小格子就是用来存放 “电荷 ”的,电荷通过与它相连的电线传进来或释放掉,至于电荷在小格子里是怎样存的,就 不用我们操心了,你可以把电线想象成水管,小格子里的电荷就象是水,那就好理解了。存储器中的每个小抽屉 就是一个放数据的地方,我们称之为一个 “单元 ”。坛摶乡囂忏蒌鍥铃氈淚跻馱。有了这么一个构造,我们就可以开始存放数据了,想要放进一个数据12,也就是 00001100,我们只要把第二号和第三号小格子里存满电荷,而其它小格子里的电荷给放掉就行了(看图3)。可是问题出来了,看图 2,一个存储器有好多单元,线是并联的,在放入电荷的时候,会将电荷放入所有的单元中,而释放电荷的时候,会把每个 单元中的电荷都放掉,这样的话,不管存储器有多少个单元,都只能放同一个数,这当然不是我们所希望的,因 此,要在结构上稍作变化,看图 2,在每个单元上有个控制线,我想要把数据放进哪个单元,就给一个信号这个 单元的控制线,这个控制线就把开关打开,这样电荷就可以自由流动了,而其它单元控制线上没有信号,所以开 关不打开,不会受到影响,这样,只要控制不同单元的控制线,就可以向各单元写入不同的数据了,同样,如果 要某个单元中取数据,也只要打开相应的控制开关就行了。 蜡變黲癟報伥铉锚鈰赘籜葦。2、存储器译码那么, 我们怎样来控制各个单元的控制线呢?这个还不简单,把每个单元元的控制线都引到集成电路的外面不就行了吗?事情可没那么简单,一片 27512存储器中有 65536 个单元,把每根线都引出来,这个集成电路就得有 6 万多个脚?不行,怎么办?要想法减少线的数量。我们有一种方法称这为译码,简单介绍一下:一根线可以代表2 种状态, 2 根线可以代表 4 种状态, 3 根线可以代表几种, 256 种状态又需要几根线代表? 8 种, 8 根线,所以 65536 种状态我们只需要 16 根线就可以代表了。 買鲷鴯譖昙膚遙闫撷凄届嬌。3、存储器的选片及总线的概念至此, 译码的问题解决了, 让我们再来关注另外一个问题。 送入每个单元的八根线是用从什么地方来的呢?它就 是从计算机上接过来的,一般地,这八根线除了接一个存储器之外,还要接其它的器件,如图4 所示。这样问题就出来了,这八根线既然不是存储器和计算机之间专用的,如果总是将某个单元接在这八根线上,就不好了,比 如这个存储器单元中的数值是 0FFH 另一个存储器的单元是 00H ,那么这根线到底是处于高电平,还是低电平? 岂非要打架看谁历害了?所以我们要让它们分离。 办法当然很简单, 当外面的线接到集成电路的引脚进来后, 不 直接接到各单元去,中间再加一组开关(参考图4)就行了。平时我们让开关打开着,如果确实是要向这个存储器中写入数据,或要从存储器中读出数据,再让开关接通就行了。这组开关由三根引线选择:读控制端、写控制 端和片选端。要将数据写入片中,先选中该片,然后发出写信号,开关就合上了,并将传过来的数据(电荷)写 入片中。如果要读,先选中该片,然后发出读信号,开关合上,数据就被送出去了。注意图 4,读和写信号同时 还接入到另一个存储器,但是由于片选端不同,所以虽有读或写信号,但没有片选信号,所以另一个存储器不会 “误会”而开门,造成冲突。 那么会不同时选中两片芯片呢?只要是设计好的系统就不会,因为它是由计算控制的,而不是我们人来控制的, 如果真的出现同时出现选中两片的情况, 那就是电路出了故障了, 这不在我们的讨论之 列。 綾镝鯛駕櫬鹕踪韦辚糴飙钪。从上面的介绍中我们已经看到, 用来传递数据的八根线并不是专用的, 而是很多器件大家共用的, 所以我们称之 为数据总线,总线英文名为BUS ,总即公交车道,谁者可以走。而十六根地址线也是连在一起的,称之为地址总线。 驅踬髏彦浃绥譎饴憂锦諑琼。半导体存储器的分类 按功能可以分为只读和随机存取存储器两大类。所谓只读,从字面上理解就是只可以从里面读,不能写进去,它 类似于我们的书本,发到我们手回之后,我们只能读里面的内容,不可以随意更改书本上的内容。只读存储器的 英文缩写为 ROM ( READ ONL Y MEMORY )猫虿驢绘燈鮒诛髅貺庑献鵬。所谓随机存取存储器, 即随时可以改写, 也可以读出里面的数据, 它类似于我们的黑板, 我可以随时写东西上去, 也可以用黑板擦擦掉重写。随机存储器的英文缩写为RAM (READ RANDOM MEMORY )这两种存储器的英文缩写一定要记牢。 锹籁饗迳琐筆襖鸥娅薔嗚訝。注意: 所谓的只读和随机存取都是指在正常工作情况下而言,也就是在使用这块存储器的时候, 而不是指制造这块芯片的时候。 否则, 只读存储器中的数据是怎么来的呢?其实这个道理也很好理解,书本拿到我们手里是不能改了,可以当它还是原材料 白纸的时候,当然可以由印刷厂印上去了。 構氽頑黉碩饨荠龈话骛門戲。 顺便解释一下其它几个常见的概念。
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