哈工大智能车二区单片机培训剖析

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1、主讲人：刘添豪,电气工程及其自动化专业 英才学院，11级 QQ：344281828 电磁组，创意组 存在主义者,单片机培训,哈工大智能车,大一科创项目,俱乐部,讲 座 目 的,一、单片机是什么？ 明白单片机的基本结构，包括其历史，理论，特点！ 二、我们用单片机做什么？ 明白单片机的功能，以及在该项目中单片机的作用。 三、怎么学单片机？ 明白接下来如何自主学习单片机，如何在没有指导的情况下自主学习单片机！,哈工大智能车单片机培训,1 单片机简介,1.1 单片机概括,将计算机的CPU、RAM、ROM、定时/数器和多种I/O（输入输出）接口集成在一片芯片上，形成芯片级的计算机，因此单片机早期的含义称

2、为单片微型计算机（Single Chip Microcomputer），直译为单片机，又称为微控制器（Microcontroller）或嵌入式控制器（Embedded Controller）。,不懂？一句话来说：通过输入控制输出的机器,还不懂？上道具！,1.1 单片机概括,姓名：单片机 雅号：微控制器、嵌入式控制器 英文名：Single Chip Microcomputer 年龄：42岁,（1971年Intel） 特点：短小精悍，人格分裂， 忠心耿耿 器官：CPU,RAM,ROM,I/O,T/C, 发展：单片机，DSP，ARM，,凡是与控制或简单计算有关的电子设备都可以用单片机来实现,工业自动

3、化：数据采集、测控技术。 智能仪器仪表：数字示波器、数字信号源、数字万用表、感应电流表等。 消费类电子产品：洗衣机、电冰箱、空调机、电视机、微波炉、手机、IC卡、汽车电子设备等。 通讯方面：调制解调器、程控交换技术、手机、小灵通等。 武器装备：飞机、军舰、坦克、导弹、航天飞机、鱼雷制导、智能武器等。 等等,人是如何绕圈跑的？,心脏,大脑,眼睛,双腿,电源模块,传感器,单片机,电机,专题一：智能车是如何运行的,单片机和它的小伙伴们,电源器件 发光二级管 按键以及键盘矩阵 各种传感器 液晶屏及数码管等显示器件 红外编码器件 串口通讯器件 动作执行器件 信号产生器件,1.1 单片机概括,1.2 单片

4、机最小系统,所谓单片机最小系统，是指在单片机外部增加尽可能少的元件电路，组成一个让单片机可独立工作的系统。以MCS-51系列单片机为例，下图所示的是使用单片机内部程序存储器的最小系统，也有一些最小系统还包含外部程序存储器。,1.电源 2.晶振 3.复位电路,单片机最小系统构成,CPU：由运算和控制逻辑组成，同时还包括中断系统和部分外部特殊功能寄存器； RAM：用以存放可以读写的数据，如运算的中间结果、最终结果以及欲显示的数据； ROM：用以存放程序、一些原始数据和表格； I/O口：四个8位并行I/O口，既可用作输入，也可用作输出； T/C：两个定时/记数器，既可以工作在定时模式，也可以工作在记

5、数模式；,1.3 单片机基本模块,锁相环模块 定时器模块 I/O口模块 中断模块 ATD模块 通信模块 PWM模块 计数器模块,1.3 单片机基本功能,128单片机： 16MHz,锁相环模块（PLL）,提高总线频率，加快单片机运行速度，俗称超频,1.3 单片机基本功能,锁相环(phase-locked loop)是指一种电路或者模块，它用于在通信的接收机中，其作用是对接收到的信号进行处理，并从其中提取某个时钟的相位信息。或者说，对于接收到的信号，仿制一个时钟信号，使得这两个信号从某种角度来看是同步的（或者说，相干的）。由于锁定情形下（即完成捕捉后），该仿制的时钟信号相对于接收到的信号中的时钟信

6、号具有一定的相差，所以很形象地称其为锁相器。,80MHz,升频,周期性中断定时器（Periodic Interrupt Timer，PIT）模块是一组24位的定时器，由8位微定时器和16位定时器共同组成，该模块一般用来触发外围模块或者唤醒周期性中断。,定时器模块（PIT）,1.3 单片机基本功能,单片机能定时，从1微秒到1恒河沙秒 都可以！ 不同的单片机有不同的定时器以及不同的用法！,在单片机中，当CPU在执行程序时，由单片机内部或外部的原因引起的随机事件要求CPU暂时停止正在执行的程序，而转向执行一个用于处理该随机事件的程序，处理完后又返回被中止的程序断点处继续执行，这一过程就称为中断。 单

7、片机处理中断的4个步骤：中断请求、中断响应、中断处理和中断返回。 向CPU发出中断请求的来源，或引起中断的原因称为中断源。中断源要求服务的请求称为中断请求。中断源可分为两大类：一类来自单片机内部，称之为内部中断源；另一类来自单片机外部，称之为外部中断源。,中断模块（PIT）,1.4 单片机基本功能,单片机能打断自己，同时做不同事情！,请看技术手册,I/0模块（GPIO）,I/O （Input/Output)是指 单片机通过引脚从外界读入或者输出信息。,1.4 单片机基本功能,1、通用I/O接口模块 2、模数转换A/D模块 3、脉冲宽度调制PWM模块 4、计数器模块 5、通信接口模块,I/O口作

8、为输入使用 复位、按钮、干簧管、判断电平高低 I/O口作为外部中断接收使用 I/O口作为输出使用 控制灯、蜂鸣器、数码管 纯粹输出电平,1.3 单片机基本功能,1、通用I/O接口模块（GPIO),PORTA 连接按键 PORTB 连接发光二极管 PORTE 特殊功能 PORTJ 中断输入，没有PJ0-PJ5 PORTP 中断输入，没有PP6 PORTM 没有PM6-PM7 PORTT PORTS 没有PS4-PS7 PORTAD 只能输入,MC9S12DG128B单片机I/O口,2、AD模块,模数转换(Analog To Digital)亦称模拟数字转换，是将连续的模拟量（如象元的灰阶、电压、

9、电流等）通过取样转换成离散的数字量。,1.3 单片机基本功能,单片机不但能采集离散固定的信息，还能采集连续的信息,PWM（Pulse Width Modulate）即脉宽调制，脉宽调制波是一种可用程序来控制波形占空比、周期、相位的波形。它在电动机驱动、D/A 变换等场合有着广泛的应用。,3、脉冲宽度调制PWM模块,PWM就是一个线性可控直流电压源 单片机不但能输出离散固定的信息，还能输出连续的信息,1.3 单片机基本功能,周期指上图中的，占空比为t/ ，相位指高低电平。,计数器可对外部的脉冲信号进行计数得到计数数值，根据数值可以计算出脉冲信号的宽度或周期或个数。,4、计数器,1.4 单片机基本

10、功能,主要用于测速计，超声波，常用，我们用不到！作,所谓串行通信是指设备与设备之间使用一根数据信号线一位一位地传输数据。 通信线路少，在远距离通信时可以极大地降低成本，所以适合于远距离数据传送，也常用于速度要求不高的近距离数据传送。,异步串行通信SCI（通用异步收发UART） 同步串行外设接口SPI IIC（Inter-Integrated Circuit）总线 USB,5、串行通信,1.3 单片机基本功能,主要种类,MC9S12DG128单片机有两个SCI 模块。SCI 模块仅仅复用了PS 口的4 个I/O 引脚（0-3 位）作为RXD0、TXD0、RXD1、TXD1。 SCI的发送器与接收

11、器都是双缓冲的。各自有工作使能和中断控制。可工作于全双工模式。,串行通信接口SCI（serial communication interface）由Motorola公司推出。它是一种通用异步通信接口UART.,1.3 单片机基本功能,I2C总线工作原理,I2C总线只需要两根信号线，一根是串行数据线SDA，另一根是串行时钟线SCL。在系统中，I2C总线的典型结构如下图所示。,1.3 单片机基本功能,I2C总线几个基本概念： 发送器（Transmitter）：发送数据到总线的器件； 接收器（Receiver）：从总线接收数据的器件； 主机（Master）：初始化发送、产生时钟信号和终止信号发送的器

12、件； 从机（Slave）：被主机寻址的器件。,目前世界上的单片机或者微控制器的种类繁多，单片机供应商也有很多，例如Freescale、ATMEL、NXP、ST、Microchip、Infineon、TI、NEC等，其中Freescale（飞思卡尔）公司的8位、16位和32位单片机性能稳定、品种齐全，针对不同的应用领域可以选择不同性能、型号的单片机。 咱们项目则主要使用Freescale公司的HCS12系列单片机。,1.4 飞思卡尔单片机介绍,MC9S12XS128只是S12X家族中的一个成员。该器件包括大量的片上存储器和外部I/O。MC9S12XS128是一个16位器件，由16位中央处理单元（

13、CPU12X）、128 KB 程序Flash（P-Flash）、8 KB RAM、8 KB 数据Flash（D-Flash）组成片内存储器。同时还包括2个异步串行通信接口（SCI）、1个串行外设接口（SPI）、1个8通道输入捕捉/输出比较（IC/OC）定时器模块（TIM）、16通道12位A/D转换器（ADC）和一个8通道脉冲宽度调制模块（PWM）。 MC9S12XS128具有91个独立的数字I/O口，其中某些数字I/O口具有中断和唤醒功能。另外还具有1个CAN 2.0A/B标准兼容模块（MSCAN）。,1.4 飞思卡尔单片机介绍,MC9S12XS128主要特性包括： 内部存储器： 128 KB

14、 程序Flash； 8 KB RAM； 8 KB 数据Flash。 内部PLL模块 时钟和复位发生器（CRG） 模/数转换器（ATD） 定时器模块（TIM） 周期中断定时器（PIT） 脉冲宽度调制器（PWM） MSCAN模块 串行外设接口模块（SPI） 串行通讯接口（SCI） 输入/输出端口特性,1.4 飞思卡尔单片机介绍,HCS12系列单片机的命名规则, 表示质量认定状态。MC表示完全合格产品，XC表示初始产品，PC表示预测试产品。 表示存储器类型。无表示片内带ROM或者片内没有程序存储器，7表示片内带EPROM或一次可编程ROM（OTP ROM），8表示片内带EEPROM，9表示片内带Fl

15、ash存储器。 表示内核类型。S12表示16位单片机，S08表示8位单片机。 表示系列。DG表示为D系列产品。 表示存储空间大小及版本。128表示128 KB的Flash存储空间，B为Flash版本。 表示工作温度范围。无表示工作温度范围是070，C表示工作温度范围是4085，V表示工作温度范围是40105，M表示工作温度范围是40125。 表示封装形式。FU表示80引脚QFP封装，PV表示112引脚LQFP封装。 表示无铅标志。E表示芯片生产过程无铅。,1.4 飞思卡尔单片机介绍,MC9S12XS128封装引脚图,1.4 飞思卡尔单片机介绍,2 单片机基础知识,基础能力,模拟电子技术基础,数

16、字电子技术基础,C语言基础,CodeWarrior的使用,兴趣,勤奋,师兄,熟练掌握单片机,你们若学不会 那是我们的问题,骚年们，燥起来吧！,计算机完成不同的工作，就要运行不同的程序。 程序就是为完成某项任务而由若干条计算机指令组成的有序集合，编制程序称为程序设计。 程序设计就是将解决某个问题的过程用程序设计语言描述出来。 1、程序设计语言 人与计算机交流的语言，称为计算机语言。 计算机语言分为： 机器语言、汇编语言和高级语言。 前两种语言又称为低级语言。,一、程序设计的基本概念,2.1 C语言基础,机器语言 机器可以直接识别并执行,汇编语言 符号语言要汇编成机器语言,面向机器,高级语言,低级语言,面向过程,面向对象,关心求解过程,着眼点：解决“什么”问题,关心一个对象能干什么,例如：FORTRAN、 BASIC,结构化分析方法和设计方法,例：C+、VC+、VB,面向对象的分析方法和设计方法,“