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1、计算机测控技术 第三单元 主机及其接口,杨 波 检测与自动化工程系 新主楼 E302,1,2019/7/2,3.1 单片机简介 3.2 测控接口及程序 3.3 人-机接口及程序 3.4 通信接口,2,内 容 简 介,2019/7/2,3.1 单片机简介,3,什么叫单片机？ 如何学习单片机 单片机的开发思路 初学单片机几个不易掌握的概念 AT89S52单片机的组成结构,2019/7/2,Single Chip Microcomputer (Microcontroller) 计算机 单片机同一块芯片,3.1 单片机简介,什么叫单片机？,4,2019/7/2,3.1 单片机简介,5,2019/7/
2、2,组成： CPU(进行运算、控制) RAM(数据存储器) I/O口(串口、并口等) ROM(程序存储器) PC机： 上述部件以芯片形式安装在主板上。 单片机：上述部件被集成到单芯片中。,通用PC包括：键盘、显示器、鼠标、硬/软/光驱、音箱、打印机、扫描仪等外设。 单片机则只是一片集成电路。,单片机与计算机之异同（1）,3.1 单片机简介,6,2019/7/2,功能： PC机： 数据运算、采集、处理、存储、传输； 单片机：简单智能测控应用。,通用计算机擅长于数据运算、采集、处理、存储和传输； 单片机的专长则是测控，往往嵌入某个仪器/设备/系统中，使其达到智能化的效果。,单片机与计算机之异同（2
3、）,3.1 单片机简介,7,2019/7/2,应用特点： 个人计算机（微机）：,体积大，功耗大，价格高，用途较固定，属通用计算机。易于学习掌握和使用，但用于控制时必须制作或购买专用的接口卡，并编制专门的应用软件。,单片机：,体积小，功耗小，价格低，用途灵活，无处不在，属专用计算机。是一种特殊器件，需经过专门学习方能掌握应用，应用中要设计专业的硬件和软件。,单片机与计算机之异同（3）,3.1 单片机简介,8,2019/7/2,MCS-51单片机的硬件结构 片内结构如图所示:,3.1 单片机简介,9,2019/7/2,介绍图2-1中的各功能部件： 1.CPU（微处理器） 2.数据存储器（RAM）
4、片内为128个字节（52子系列的为256个字节） 3.程序存储器（ROM/EPROM） 8031:无此部件； 8051:4K字节ROM； 8751:4K字节EPROM ； 89C51/89C52/89C55:4K/8K/20K 字节闪存。 4.中断系统 5.定时器/计数器,3.1 单片机简介,10,2019/7/2,6. 串行口 1个全双工的异步串行口，具有四种工作方式。 7. P1口、P2口、P3口、P0口 为4个并行8位I/O口。 8. 特殊功能寄存器（SFR） 共有21个，是一个具有特殊功能的RAM区。,3.1 单片机简介,如何学习单片机,C语言（或其它基础语言）：打好编程基础 电子技术
5、：特别是数字电子技术，是必备的电路基础 微机原理：对计算机基础知识有较好的准备,熟悉和了解单片机的指令系统 坚持手、脑并用的原则 学好相关硬件电路知识，软件与硬设计结合，理论与实践结合 看、练、做结合，多参加工程实践,11,2019/7/2,确定任务、技术指标 选择机型、划分软硬件功能 设计硬件电路 软件结构设计 搭电路 确定算法、框图 加工组装样机 编写程序 样机静态测试 编译程序、软件调试 联机仿真调试 测试样机硬件 测试程序 测试系统性能 程序固化到EPROM,3.1 单片机简介,12,单片机的开发思路,2019/7/2,3.1 单片机简介,13,初学单片机几个不易掌握的概念,1) 总线
6、,计算机电路以微处理器为核心，各器件都要与微处理器相连，各器件之间的工作必须相互协调，所以需要连线很多，如仍同模拟电路一样，在各微处理器和各器件间单独连线，则线的数量将多得惊人，所以在微处理机中引入了总线概念，各个器件共同享用连线，所有器件的8根数据线全部接到8根公用的线上，即相当于各个器件并联起来。,2019/7/2,如果有两个器件同时送出数据，一个为0，一个为1，那么，接收方接收到什么呢？这种情况是不允许的，所以要通过控制线进行控制，使器件分时工作，任何时候只能有一个器件发送数据（可以有多个器件同时接收）。 数据总线：器件的数据线 控制总线：器件所有的控制线 地址总线：存储单元要被分配地址
7、，才能使用，用于地址分配的线被称为地址总线,3.1 单片机简介,14,2019/7/2,这三者都是一串0和1组成的序列。 指令：由单片机芯片的设计者规定的一种数字，它与我们常用的指令助记符有着严格的一一对应关系，不可以由单片机的开发者更改。 地址：是寻找单片机内部、外部的存储单元、输入输出口的依据，内部单元的地址值已由芯片设计者规定好，不可更改，外部的单元可以由单片机开发者自行决定。,3.1 单片机简介,15,2) 数据、地址、指令,2019/7/2,数据：这是由微处理机处理的对象，在各种不同的应用电路中各不相同，一般而言，被处理的数据可能有这么几种情况： a） 地址（如MOV DPTR，#1
8、000H），即地址1000H送入DPTR； b）方式字或控制字（如MOV TMOD，#3），3即是控制字； c）常数（如MOV TH0，#10H）10H即定时常数； d）实际输出值（如P1口接彩灯，要灯全亮，则执行指 令：MOV P1，#00H，要灯全暗，则执行指令：MOV P1，#0FFH）这里00H 和0FFH都是实际输出值。,3.1 单片机简介,16,2019/7/2,各端口的第二功能完全是自动的，不需要用指令来转换。如P3.6、P3.7分别是WR、RD信号，当微处理机外接RAM或有外部I/O口时，它们被用作第二功能，不能作为通用I/O口使用，只要一微处理机一执行到MOVX指令，就会有相
9、应的信号从P3.6或P3.7送出，不需要事先用指令说明。 事实上不能作为通用I/O口使用也并不是不能而是（使用者）不会将其作为通用I/O口使用。你完全可以在指令中按排一条SETB P3.7的指令，并且当单片机执行到这条指令时，也会使P3.7变为高电平，但使用者不会这么去做，因为这通常这会导致系统的崩溃（即死机）。,3.1 单片机简介,17,3) P0口、P2口和P3的第二功能用法,2019/7/2,单片机在通电复位后8051内的程序计数器（PC）中的值为0000，所以程序总是从0000单元开始执行，也就是说：在系统的ROM中一定要存在0000这个单元，并且在0000单元中存放的一定是一条指令。
10、,3.1 单片机简介,18,4) 程序的执行过程,2019/7/2,堆栈是一个用来存放数据的区域，这个区域就是内部RAM的一部份，特殊的是它存放和取用数据的方式，即所谓的先进后出，后进先出，并且堆栈有特殊的数据传输指令，即PUSH和POP，有一个特殊的专为其服务的单元，即堆栈指针SP，每当执一次PUSH指令时，SP就自动加1，每当执行一次POP指令，SP就自动减1。,3.1 单片机简介,19,5) 堆栈,2019/7/2,假设已设计并制作好硬件 首先要确定一些常数、地址，事实上这些常数、地址在设计阶段已被直接或间接地确定下来了。如当某器件的连线设计好后，其地址也就被确定了，当器件的功能被确定下
11、来后，其控制字也就被确定了 编写软件 用编译器对源程序文件编译，查错，直到没有语法错误。,3.1 单片机简介,20,6) 单片机的开发过程,2019/7/2,除了极简单的程序外，一般应用仿真机对软件进行调试，直到程序运行正确为止。 运行正确后，就可以写片（将程序固化在EPROM中）。在源程序被编译后，生成了扩展名为HEX的目标文件，一般编程器能够识别这种格式的文件，只要将此文件调入即可写片。,3.1 单片机简介,21,2019/7/2,22,AT89S52单片机的组成结构,3.1 单片机简介,MCS-51系列单片机有8051、8031、8751、80C51、80C31等型号。它们的结构基本相同
12、，其主要差别反映在寄存器的配置上有所不同。8051内部没有4K字节的掩膜ROM程序存储器，8031片内没有程序存储器，而8751是将8051片内的ROM换成EPROM。 ATMEL89系列单片机是ATMEL公司的以8031核构成的8位Flash单片机系列。这个系列单片机的最大特点就是在片内含有Flash存储器。,2019/7/2,23,3.1 单片机简介,AT89S52的主要特性如下： 兼容MCS51产品 8K字节可擦写1000次的在线可编程ISP 闪存 4.0V到5.5V的工作电源范围 全静态工作：0Hz 24MHz 3级程序存储器加密 256字节内部RAM 32条可编程I/O线 3个16位
13、定时器/计数器 8个中断源 UART串行通道 低功耗空闲方式和掉电方式 通过中断终止掉电方式 看门狗定时器 双数据指针 灵活的在线编程（字节和页模式）,2019/7/2,人机对话功能 操作人员命令、输入（键盘） 运行状态和运行结果显示（显示、记录、报警等）,3. 3.1 显示器接口及程序 LED显示器接口及程序 LCD显示器接口及程序 （自看教材） 3. 3.2 键盘接口及程序,3.3 人-机接口及程序,24,一、8279键盘显示器接口芯片介绍 二、打印机与测控计算机接口 三、液晶显示器与测控计算机接口 四、拨码盘与测控计算机接口,2019/7/2,2019/7/2,页面 25,一、利用通用键
14、盘/显示器接口芯片8279实现键盘/显示器接口,Intel 8279芯片：通用可编程键盘/显示器接口芯片。,对键盘部分提供扫描工作方式，能对64个键键盘阵 列不断扫描，自动消抖，自动识别出闭合的键并得到键 号，能对双键或N键同时按下进行处理。,提供扫描方式工作的显示接口，可显示多达16位的字符,实现对显示数据的管理和对数码显示器的控制。,3.3 人-机接口及程序,2019/7/2,页面 26,1. 8279的引脚及内部结构,3.3 人-机接口及程序,显示,扫描,键盘,CPU,2019/7/2,页面 27,3.3 人-机接口及程序,2019/7/2,页面 28,2. 引脚功能介绍,(1)与CPU
15、的接口引脚,DB0DB7：数据总线、双向、三态，与单片机数据 总线相连，在CPU和8279之间传送命令或数据。,CLK：系统时钟，用于8279内部定时，以产生其工作所需的时序。,RESET：高电平时8279被复位，复位后状态如下：,* 16个字符左边输入显示方式,* 编码扫描键盘、双键锁定方式,CS*：片选,3.3 人-机接口及程序,2019/7/2,页面 29,A0（C/D*）：=1，写入命令字节; 读出状态字节,=0，写入或读出的字节均为数据。,RD*、WR*：读、写控制引脚,IRQ：中断请求线。在键盘方式中，当键盘RAM（先 进先出）中存有按下键的数据时，IRQ为高电平，向 CPU提出中
16、断申请。,3.3 人-机接口及程序,CPU每次从键盘RAM中读出一个字节数据时，IRQ就变为低电平。如果键盘RAM中还有未读完的数据，IRQ将再次变为高电平，再次提出中断请求。,2019/7/2,页面 30,（2）扫描信号输出引脚,3.3 人-机接口及程序,SL0SL3,扫描输出，用来扫描键盘和显示器。 a）可编程设定为编码输出 即SL0SL2需外接3-8译码器，输出8取1的扫描信号（SL3在编码方式只用于显示器） b）可编程设定为译码输出 即由SL0SL3直接输出4取1的扫描信号,2019/7/2,页面 31,（3）与键盘连接的引脚,RL0RL7,键盘矩阵的行信号输入线,SHIFT,输入线，通常用作键盘上、下档功能的控制键,CNTL/STB,输入线，高电平有效。在键盘方式时，通常用来作为键盘控制功能键使用。,3.3 人-机接口及程序,2019/7/2,页面 32,（
