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单片机 自学
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2019-03-02
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本科单片机学习内容 在学习51之前,最先接接触到的是Arduino,这个东西上手确实十分的简单,可以做出来一些小玩意,但是它的性能终究是不够强大,对于一些比较厉害的作品,用Arduino就显得心有余而力不足了,所以现在开始学习51和stm32。51的学习在大学本科阶段,在学校课堂上学到的基本上是一些理论知识,这些东西也确实有一定的必要,毕竟掌握了都是自己的。所以说我准备对这些理论的知识进行一个整理。好,废话不多说,现在切入正题。 对于一般的大学教材,前面两章基本上都是对单片机的一些基本的介绍,主要就是一些对单片机硬件结构认识过程,这个主要是让我们有个总体的认识,开始适应单片机的学习。这些东西就忽略了吧。就从51系列单片机的指令系统开始吧。这里使用汇编语言编写程序的。
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在学习 之前,最先接接触到的是 ,这个东西上手确实十分的简单,可以做出来
一些小玩意,但是它的性能终究是不够强大,对于一些比较厉害的作品,用 就显
得心有余而力不足了,所以现在开始学习 和 。 的学习在大学本科阶段,在学校
课堂上学到的基本上是一些理论知识,这些东西也确实有一定的必要,毕竟掌握了都是自
己的。所以说我准备对这些理论的知识进行一个整理。好,废话不多说,现在切入正题。
对于一般的大学教材,前面两章基本上都是对单片机的一些基本的介绍,主要就是一些对
单片机硬件结构认识过程,这个主要是让我们有个总体的认识,开始适应单片机的学习。
这些东西就忽略了吧。就从 系列单片机的指令系统开始吧。这里使用汇编语言编写程序
的。(以上都是废话,自动忽略)
(补)第一章:概述
部分一:单片机及其相关概念
:按照功能结构划分概念
()微处理器:小型计算机或者微型计算机的控制和处理部分。又称作中央处理单元
,包含控制器和运算器两部分
()微型计算机:简称微机 ,具有完整运算及控制功能的计算机
包含:微处理器()、存储器、接口适配器、输入输出设备
()单片机:是将微处理器、一定容量的 、 以及 口、定时器等电路集成到一
块芯片上,构成的单片微型计算机
包含:微处理器()、存储器(、)、接口适配器、适时控制电路
:按照应用形态区分概念
()多板机:将 存储器 接口电路和总线接口将 、存储器、 接口电路和总
线接口等组装在一块主机板(即微机主板)内。各种适配板卡插在主机板的扩展槽上并与
电源、软硬盘驱动器及光驱等装在同一电源、软硬盘驱动器及光驱等装在同机箱内,再
配上系统软件,就构成了一台完整的微型计算机系统(简称系统机)完整的微型计
算机系统(简称系统机)
()单板机:将 芯片存储器芯片 接口芯片和将 芯片、存储器芯片、 接口
芯片和简单的 设备(小键盘、 显示器)等装配在块印刷电路板上再配上监控程
装配在一块印刷电路板上,再配上监控程序(固化在 中),就构成了一台单板微型计
算机(简称单板机)。
()单片机
比较:
()系统机(桌面应用)属于通用计算机系统机(桌面应用)属于通用计算机,主要应用
于数据处理、办公自动化及辅助设计。
()单板机的 设备简单软件资源少单板机的 设备简单,软件资源少,使用不方便
早期主要用于微型计算机原理的教学及简单的测控系统,现在已很少使用。
()单片机(嵌入式应用)属于专用计算机。单片机体积小、价格低、可靠性高,其非
单片机体积小、价格低、可靠性高,其非凡的应用形态对于满足嵌入式应用需求具有独特
的优势。有独特的优势
部分二:单片机以及 系列单片机发展历程简介
单片机( !)诞生于 "# 年,经历了 $、、$ 三大阶段,早期的
$ 单片机都是 % 位或 & 位的。其中最成功的是 ' 的 %,此后在 % 上发展出了
$ 系列 系统。基于这一系统的
单片机系统直到现在还在广泛使用。随着工业控制领域要求的提高,开始出现了 ( 位单片
机,但因为性价比不理想并未得到很广泛的应用。" 年代后随着消费电子产品大发展,单
片机技术得到了巨大提高。
随着 '"( 系列特别是后来的 系列的广泛应用, 位单片机迅速取代 ( 位单片
机的高端地位,并且进入主流市场。而传统的 % 位单片机的性能也得到了飞速提高,处理
能力比起 % 年代提高了数百倍。
高端的 位 $ 单片机主频已经超过 )*,性能直追 " 年代中期的专用处理器,而普
通的型号出厂价格跌落至 美元,最高端的型号也只有 美元。当代单片机系统已经不再
只在裸机环境下开发和使用,
大量专用的嵌入式操作系统被广泛应用在全系列的单片机上。而在作为掌上电脑和手机核
心处理的高端单片机甚至可以直接使用专用的 +, 和 - 操作系统。
()早期阶段:
$ 即单片微型计算机( !)阶段,主要是寻求最佳的单片形态嵌入式系统
的最佳体系结构。“创新模式”获得成功,奠定了 $ 与通用计算机完全不同的发展道路。
在开创嵌入式系统独立发展道路上,
! 公司功不可没。
()中期发展:
即微控制器( !)阶段,主要的技术发展方向是:不断扩展满足嵌
入式应用时,对象系统要求的各种外围电路与接口电路,突显其对象的智能化控制能力。
它所涉及的领域都与对象系统相关,
因此,发展 的重任不可避免地落在电气、电子技术厂家。从这一角度来看,! 逐渐
淡出 的发展也有其客观因素。在发展 方面,最著名的厂家当数 . 公司。
. 公司以其在嵌入式应用方面的巨大
优势,将 $/ 从单片微型计算机迅速发展到微控制器。因此,当我们回顾嵌入式系统
发展道路时,不要忘记 ! 和 . 的历史功绩。
()当前趋势:
$ 嵌入式系统0$1!.)式的独立发展之路,向 阶段发展的重要因素,就是
寻求应用系统在芯片上的最大化解决,因此,专用单片机的发展自然形成了 $ 化趋势。
随着微电子技术、 设计、 工具的
发展,基于 $ 的单片机应用系统设计会有较大的发展。因此,对单片机的理解可以从单
片微型计算机、单片微控制器延伸到单片应用系统。
早期发展时间历程
"# 年 ! 公司研制出世界上第一个 & 位的微处理器;! 公司的霍夫研制成功世界上第
一块 & 位微处理器芯片 ! &&,标志着第一代微处理器问世,微处理器和微机时代从此
开始。因发明微处理器,霍夫被
英国《经济学家》杂志列为“二战以来最有影响力的 # 位科学家”之一。
"# 年 月,! 推出 $/& 微型计算机系统(包括 & 芯片、& 芯片、
& 移位寄存器芯片和 && 微处理器)其中 &&(下图)包含 个晶体管,尺寸规格
为 2&,计算性能远远超过当年的 ,
最初售价为 美元。
"# 年 & 月,霍夫等人开发出第一个 % 位微处理器 ! %%。由于 %% 采用的是 沟道
$ 微处理器,因此仍属第一代微处理器。
"# 年 ! 公司研制出 % 位的微处理器 %%;"# 年 % 月,霍夫等人研制出 % 位微处理
器 ! %%,以 沟道 $ 电路取代了 沟道,第二代微处理器就此诞生。主频 )* 的
%% 芯片运算速度比 %% 快 倍,可存取 (&34
存 储 器 , 使 用 了 基 于 ( 微 米 技 术 的 ( 个 晶 体 管 , 处 理 速 度 为 5(&$ (
6!$!)。
"# 年 & 月,'$ 发布第一个通用型 7%%,售价 # 美元,带有 34 存储器。这是
世界上第一台微型计算机。
"#( 年 ! 公司研制出 $/&% 系列 % 位的单片机,这也是单片机的问世。8 9 公司于
"#( 年 开 发 的 8% 微 处 理 器 , 广 泛 用 于 微 型 计 算 机 和 工 业 自 动 控 制 设 备 。 当 时 ,
8 9、 7 和 ! 在微处理器领域三足鼎立。
世纪 % 年代初,! 公司在 $/&% 系列单片机的基础上,推出了 $/ 系列 % 位高
档单片机。$/ 系列单片机无论是片内 容量, 口功能,系统扩展方面都有了很
大的提高。
系列单片机主要产品:
! 0英特尔:的:%、%、%#,%、%、%# 等;
'0艾德梅尔:的:%"、%"、%",%"$(),%"$()等;
. 0飞利浦:、华邦、7 70达拉斯:、$!!0西门子:等公司的许多产品;
$'0国产宏晶:单片机:%"、%"、%"(、"( 等众多品牌。
部分三:单片机的技术特点及应用
()控制性能和可靠性高
实时控制功能强其 可对 端口直接进实时控制功能强,其 可对 端口直接进
行操作,位操作能力更是其它计算机无法比拟的。、存储器及 接口集成在同一芯片
内,
各部件间连接紧凑,数据传送不易受片内,各部件间连接紧凑,数据传送不易受环境条件
的影响,所以单片机工作可靠性高。
()集成度高,功能强大,尺寸小,便于应用
()易扩展,易构成各种规模的应用系统
(&)性价比高
部分四:单片机中数的表示及运算
()数制:基数、十进制数、二进制数、十六进制数
()数制间的转换:十转二、二与十六互换
()二进制数之间的运算(与、或、异或等逻辑运算)
(&)数据在单片机中的表示:无符号数的表示、有符号数的表示(原码、反码、补码)
(补码运算的溢出问题)
()单片机中常用的编码:%&4 码、$ 码
第二章:单片机结构和工作原理
第一部分:% 系列单片机结构
()一个 % 位微处理器
()内部数据存储器 (%4)和特殊功能寄存器 $;( 个)
()&<= 的内部程序存储器 (广义 ,包含 >; 7.> 等)
(&) 个定时、计数器,可对外部事件进行计数,也可以作为定时器
()& 个 % 位可编程的 并行端口,每个端口可以作为输入,也可以作为输出
(() 个串行端口,用于数据的串行通信
(#)功能较为完善的中断控制系统: 个中断源,具有两个中断优先级
(%)内部振荡器和时钟电路
第二部分:% 系列单片机的引脚功能
()电源及时钟引脚:?@?$$@A',A'
电源引脚:
()?(& 脚):B? 电源
()?$$( 脚):接地
时钟引脚:
()A'(" 脚):内部晶体震荡电路的反相输入端
()A'(% 脚):内部晶体震荡电路的反相输出端
()控制引脚:——————
$、?、C、$'?
控制引脚:
()$'?(" 脚):单片机上电复位、掉电保护端。在单片机振荡器工作后,该引脚
出现不少于两个机器周期的高电平,就可实现复位操作使单片机回到初始状态,当 ? 发
生故障,下降到低于规定值时,该引脚可接上备用电源0:为内部供电以保可接上备用电
源 ?0B?:为内部 供电,以保证 中的数据不丢失。
——
()C( 脚):地址锁存有效信号输出端,通常@ 在每个机器周期内输出两
个脉冲。在访问片外程序存储器期间,下降沿用于控制锁存 输出的低 % 位地址;在不访
问片外存储器期间,存 输出的低 % 位地址;在不访问片外存储器期间,可作为对外输
出的时钟脉冲或用于定时目的。在访问片外数据存储器期间 脉冲下降沿仍在访问片外
数据存储器期间, 脉冲下降沿仍用于锁存 输出的低 % 位地址,但会跳空一个 。
对于片内含有 的机型(如 %#),在编程期间,此引脚为编程脉冲输入端。
——
()$(" 脚):片外存储器读选通信号输出端,低电平有效。当外部数据存储器读
取指令或常数期间,每个机器周期该信号两次有效,
以通过数据总线 口读回指令或者常数。
——
(&)?D( 脚)片外程序存储选用端。该引脚低电平时有效,只选用片外程序存储
器;该引脚高电平时,选用片内程序存储器,但当程序计数器 值超过 ;;;) 时,将自动
转向外部程序存储器。对于片内含有 的机型,在编程期间,此引脚作为 ? 的编程
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