单片机传感器基础-1

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1、物理学院小学期课程 2015.9 I 共三个星期共三个星期 星期一星期一 星期二星期二 星期三星期三 星期四星期四 星期五星期五 第第1、2、3周周 上午上午3,4节节 上午上午3,4节节 上午上午3,4节节 下午下午5,6,7节节 下午下午5,6,7节节 下午下午5,6,7节节 2 3 开拓视野，学习、了解和应用一些现代电子技术， 尤其是单片机和传感器技术； 对于实验设计、科研、就业都有益处； 学习、了解计算机硬件的基本结构及对硬件的编程； 进一步学习和应用电子线路知识及电子元器件； “学以致用，用以致学”； “靡不有初，鲜克有终” 4 是单片微型计算机的简称。 Single Chip Mu

2、lti-chip CPU，程序存储器，内存， E2ROM，I/O口（串口， USB），定时器，A/D等 “南桥南桥” “北桥”“北桥” “单片” “微型” “计算机” Microcontroller 5 从社会学角度看： 从物理和技术角度看： 二极管，三极管，逻辑门电路，二极管，三极管，逻辑门电路， 触发器触发器，时序电路时序电路运算放大器运算放大器， 加法器，减法器，算数逻辑加法器，减法器，算数逻辑单元单元。 DSP, FPGA, CPLD, DLP 6 渗透生产、生活、科研、军事等方方面面 7 1971年 4004 1973年8080 1976年MCS-48 80年MCS-51 8位16位

3、32位 94年年89C51 8 51系列是应用最广泛的单片机； PIC单片机是Microchip公司产品，历史悠久，种类繁多； STM32，ARM内核，功能复杂，不适合初学者; AVR：高性能、高速度、低功耗，高性价比，用户群大。 1：在相同的系统时钟下AVR运行速度最快； 2：芯片内部的Flash、EEPROM、SRAM容量较大； 3：Flash、EEPROM都可以反复烧写，支持在线编程 (ISP)； 4：内部RC振荡器，上电自动复位，看门狗，零外围电路工作； 5：真正的双向I/O口，驱动能力强； 6：内部资源丰富，AD/DA，PWM，SPI、USART、I2C等； 7： 易学，适合C语言编

4、程。 常用单片机：51系列，AVR, PIC, STM32 9 学习硬件； 学习软件 （结合硬件）； 学习平台： ICC AVR IAR AVR Code Vision AVR GCCAVR(WinAVR) 图片 10 AVR单片机是ATMEL公司的产品； 交换：EEROMEEROM技术技术 5151内内核核技术技术 Flash memory + 51 = 89C5189C51 PROM/EPROM/EEROM 11 CPU 程序存储器 数据存储器 地址 数据 CPU 程序存储器 地址地址/数据数据 数据存储器 地址地址/数据数据 AVR：哈佛结构；51：冯.诺依曼结构 AVR：RISC； 5

5、1：CISC 单时钟周期指令； 支持在线编程（ISPIn System Program）； 增加了看门狗电路，去除了累加器Acc； 片内资源丰富。 X86计算机：CISC 苹果电脑： RISC AVR单片机博采众长，精心设计，又具独特技术，为8位机中的佼佼者。 12 ATtiny系列：主要有Tiny1/12/13/15/26/28等； AT90系列： 已停产； ATmega：ATmega8/16/32/64/128 存储容量:8/16/32/64/128 KB； ATXmega系列：8位CPU，支持16位和32位运算， 具有16位和24位内存指针； AVR32：32位单片机。 13 ATmeg

6、a8 14 高性能、低功耗的 8 位AVR 微处理器 先进的RISC结构 130 条指令大多数指令执行时间为单个时钟周期； 32个8 位通用工作寄存器； 可全静态工作； 工作于16 MHz 时性能高达16 MIPS； 只需两个时钟周期的硬件乘法器（51需4个机器周期）； 高持久性、非易失性存储区段 8K字节可在线自编程Flash程序存储器； 1K字节的片内SRAM； 512 字节的EEPROM； 15 擦写寿命: Flash，1万次； EEPROM，10万次； 数据保持：20 年/85 ；100 年/25 ； 具有独立锁定位的可选Boot 代码区； 通过片上Boot 程序实现在线编程； 真正的

7、同时读写操作； 对锁定位编程以实现软件加密； 外设特点 1个8位定时/计数器，独立预分频； 一个16 位定时/计数器，预分频器，带比较和捕捉功能； 具有独立振荡器的实时计数器； 三路PWM通道； 10位ADC：8 路TQFP与MLF 封装，6路DIP封装； 16 面向字节的两线串行接口； 可编程的串行USART； 主机/从机模式的SPI 串行接口； 可编程看门狗定时器，具有独立片内振荡器； 片内模拟比较器； 特殊的微控制器特性 上电复位及可编程的掉电检测； 片内经过标定的RC 振荡器； 片内/片外中断源； 5种休眠模式: 空闲模式、ADC 噪声抑制模式、省电模式、 掉电模式及Standby 模

8、式。 17 I/O 和封装 23个可编程的I/O 口； 28引脚PDIP 封装，32 引脚TQFP 与MLF 封装； 工作电压 2.7 - 5.5V (ATmega8L)/4.5 - 5.5V (ATmega8) 2.7 - 5.5V （ATmega8A） 速度等级 0 - 16 MHz (ATmega8A) 4 Mhz 时功耗, 3V, 25 工作模式: 3.6 mA 空闲模式: 1.0 mA 掉电模式: 0.5 A 18 PDIP TQFP 19 识别1脚，逆时针排序； TQFP封装：多2个ADC引脚； 数字电路的电源； 地； 端口B为8位双向I/O口，具有可编程的 内部上拉电阻。其输出缓

9、冲器具有对称 的驱动特性，可以输出和吸收大电流。 作为输入使用时，若内部上拉电阻使能， 端口被外部电路拉低时将输出电流。复 位时，端口B 处于高阻状态（即使系统 时钟还未起振）。通过时钟选择熔丝位 的设置， PB6 可作为反向振荡器或时钟 电路的输入端，而PB7 可作为反向振荡 放大器的输出端。若将片内标定RC振荡 器作为芯片时钟源，且ASSR 寄存器的 AS2 位设置，PB76 作为异步 T/C2 的 TOSC21 输入端。第二功能见后； 20 VCC GND 端口B(PB7PB0) XTAL1/XTAL2/ TOSC1/TOSC2 端口C为7位双向I/O 口，具有可编程的 内部上拉电阻。其

10、输出缓冲器具有对称 的驱动特性，可以输出和吸收大电流。 作为输入使用时，若内部上拉电阻使能， 端口被外部电路拉低时将输出电流。复 位时，端口 C处于高阻状态（即使系统 时钟还未起振）； 若RSTDISBL熔丝位编程，PC6作为I/O 引脚使用。注意PC6 的电气特性与端口C 的其他引脚不同。若RSTDISBL熔丝位未 编程，PC6 作为复位输入引脚。持续时 间超过最小门限时间的低电平将引起系 统复位。持续时间小于门限时间的脉冲 不能保证可靠复位。其他功能见后； 21 端口C(PC5PC0) PC6/RESET 端口D为8 位双向I/O 口，具有可编程的 内部上拉电阻。其输出缓冲器具有对称 的驱

11、动特性，可以输出和吸收大电流。 作为输入使用时，若内部上拉电阻使能， 则端口被外部电路拉低时将输出电流。 复位时，端口 D处于高阻状态（即使系 统时钟还未起振） ； AVCC 是A/D转换器、端口C (30) 及 ADC (76) 的电源。该引脚应直接与VCC 连接，即便不使用ADC。使用ADC 时应 通过一个低通滤波器与VCC 连接。注意， 端口C (54) 使用数字电源 VCC； A/D转换器的模拟电压基准引脚； ADC76 ，仅限TQFP与MLF封装； 22 端口D(PD7PD0) AVCC AREF ADC76(TQFP封装) 哈佛结构 ALU 32个工作寄存器 SRAM EEPROM

12、 Flash Memory Status and Control Interrupt Unit SPI / TWI /USART Unit Watchdog Timer ADC / Analog comparator I/O Modules 23 24 核心：ALU-Arithmetic and Logical Unit； 算数、逻辑、关系运算及移位操作； 与32个通用工作寄存器直接相连； ALU-两个寄存器：访问，运算，存回，1个时钟； 25 包含了最近执行指令的结果信息； 所有ALU运算都将影响状态寄存器的内容； 进入中断时不自动保存，返回时也不自动恢复； AVR 状态寄存器 SREG 定

13、义如下： 26 Bit Bit 7 7 I : : 全局中断使能 I I 置位时打开全局中断允许总开关。单独的中断允许各自控制。如 果 I I 清零，则不论单独中断标志置位与否，都不会产生中断。任一 个中断发生并响应后 I I 清零，而执行RETI指令后 I I 恢复置位。可通 过SEI 和CLI 指令来置位和清零。 Bit 6 T：位拷贝存储 位拷贝指令BLD 和BST利用T作为目的或源地址。BST 把 寄存器某一位拷 贝到T，而BLD 把T拷贝到寄存器某一位。 Bit 5 H: 半进位标志 表示算术操作发生了半进位。此标志对于BCD 运算非常有用。 Bit 4 S：符号位, S = N V

14、 S 为负数标志N与补码溢出标志V 的异或。 Bit 3 V：2 的补码溢出标志 支持2 进制补码运算。 Bit 2 N：负数标志 表明算术或逻辑操作结果为负。 Bit 1 Z：零标志 表明算术或逻辑操作结果为零。 Bit 0 C：进位标志 表明算术或逻辑操作发生了进位。 27 32个灵活的工作寄存器 - （Acc） 每个寄存器都有一个内存地址，直接映射到用户 数据空间的前32个地址； R0，R1R30，R31； R26,R27,R28,R29,R30,R31六个8位寄存器组合成 3个16位寄存器X,Y,Z，用于地址指针或数据返回 等。 28 堆栈是SRAM一段内存，用来保存临时数据、局 部变

15、量以及中断和子程序调用的返回地址； 堆栈指针总是指向堆栈的顶部； AVR 的堆栈是向下生长； 必须先定义堆栈空间，初值必须大于0x60； PUSH指令压栈，POP指令出栈； 由I/O空间中的两个8位寄存器SPL，SPH实现； 29 AVR CPU由系统时钟clkCPU 驱动，此时钟来自 选定的时钟源，芯片内部不对此时钟进行分频； 并行取指与指令执行，1 MIPS/MHz； 单周期指令； 30 程序存储器空间： 8K byte 指令16位（32位） 8K = 4K 16位 重复擦写10,000 次 常数 31 数据存储器空间： 1120个单元 32个通用寄存器 64个I/O寄存器 1024字节RAM 5种寻址方式 EEPROM 512 字节 重复擦写10万次 独立数据空间 通过寄存器访问 32 I/O 存储器： 所有的I/O及外设(对应的寄存器)都被置于I/O空间； IN/OUT指令与32个工作寄存器交换数据； 0x00 0x1F，可用SBI和CBI指令位操作； (0x20 0x5F)； IN/OUT指令对应地址范围 0x00