|
單片機簡介: 亦稱微控制器,顧名思義，這種計算機的最小系統只用了一片集成電路，即可進行簡單運算和控制。因為它體積小，通常都藏在被控機械的“肚子”里。它在整個裝置中，起著有如人類頭腦的作用，它出了毛病，整個裝置就癱瘓了。現在，這種單片機的使用領域已十分廣泛，如智能儀表、實時工控、通訊設備、導航系統、家用電器等。各種產品一旦用上了單片機，就能起到使產品升級換代的功效，常在產品名稱前冠以形容詞——“智能微電腦型”，如智能型熱水器等。
學習單片機是否很困難呢？應當說，對于已經具有電子電路，尤其是數字電路基本知識的讀者來說，不會有太大困難，如果你對PC機有一定基礎，學習單片機就更容易。為使絕大多數讀者能用上單片機。我們這里將盡量按深入淺出、理論聯系實際的原則把單片機的基本工作原理、使用方法交給讀者，以達到把大家領進單片機之“門”的目的。不過，單片機和PC機一樣，是實踐性很強的一門技術，有人說“計算機是玩出來的”，單片機亦一樣，只有多“玩”，也就是多練習、多實際操作，才能真正掌握它。因此，本講座會提供各種練習和實驗，并介紹一些適用于初學者且性價比較高的單片機和開發系統的貨源。你只有認真完成成這些實踐環節，才能為進一步深造，打好基礎。
只要你有恒心、有決心，跟隨我們的“連載”一步步走下去，將來就一定能在單片機世界里遨游。
單片機的組成:
單片機要自動完成計算，它應該具有哪些最重要的部分呢？
我們以打算盤為例計算一道算術題。例：111＋109×188－199÷32。現在要進行運算，首先需要一把算盤，其次是紙和筆。我們把要計算的問題記錄下來，然后第一步先算109×188，把它與111相加的結果記在紙上，然后計算199÷32，再把它從上一次結果中減去，就得到最后的結果。
現在，我們用單片機來完成上述過程，顯然，它首先要有代替算盤進行運算的部件，這就是“運算器”；其次，要有能起到紙和筆作用的器件，即能記憶原始題目、原始數據和中間結果，還要記住使單片機能自動進行運算而編制的各種命令。這類器件就稱為“存貯器”。此外，還需要有能代替人作用的控制器，它能根據事先給定的命令發出各種控制信號，使整個計算過程能一步步地進行。但是光有這三部分還不夠，原始的數據與命令要輸入，計算的結果要輸出，都需要按先后順序進行，有時還需等待。如上例中，當在計算109×188時，數字111就不能同時進入運算器。因此就需要在單片機上設置按控制器的命令進行動作的“門”，當運算器需要時，就讓新數據進入。或者，當運算器得到最后結果時，再將此結果輸出，而中間結果不能隨便“溜出”單片機。這種對輸入、輸出數據進行一定管理的“門”電路在單片機中稱為“口”（Port）。在單片機中，基本上有三類信息在流動，一類是數據，即各種原始數據（如上例中的111、109等）、中間結果（如199÷32所得的商6、余數7等）、程序（命令的集合）等。這樣要由外部設備通過“口”進入單片
機，再存放在存貯器中，在運算處理過程中，數據從存貯器讀入運算器進行運算，運算的中間結果要存入存貯器中，或最后由運算器經“出入口”輸出。用戶要單片機執行的各種命令（程序）也以數據的形式由存貯器送入控制器，由控制器解讀（譯碼）后變為各種控制信號，以便執行如加、減、乘、除等功能的各種命令。所以，這一類信息就稱為控制命令，即由控制器去控制運算器一步步地進行運算和處理，又控制存貯器的讀（取出數據）和寫（存入數據）等。第三類信息是地址信息，其作用是告訴運算器和控制器在何處去取命令取數據，將結果存放到什么地方，通過哪個口輸入和輸出信息等。
半導體存儲器的工作原理存貯器又分為只讀存貯器和讀寫存貯器兩種，前者存放調試好的固定程序和常數，后者存放一些隨時有可能變動的數據。顧名思義，只讀存貯器一旦將數據存入，就只能讀出，不能更改（EPROM、E2PROM等類型的ROM可通過一定的方法來更改、寫入數據——編者注）。而讀寫存貯器可隨時存入或讀出數據. 1 存儲器的內部構造看下面的圖這就是半導體存儲器的結構簡圖 (圖中有4個字節)
2 存儲器的工作原理存儲器就是用來存放數據的地方它其實是利用電平的高或低來存放數據的也就是說它實際上存放的是電平的高或低的狀態而不是我們所習慣上認為的 1234這樣的數字那它是如何工作的呢看上面的圖這就是存儲器的內部結構示意圖一個存儲器就象一個小抽屜一個小抽屜里有8個也就是單片機的8位小盒子每個小盒子用來存放1位電荷電荷通過與它相連的電線傳進來或釋放掉至于電荷在小盒子里是怎樣存放的這就不用我們操心了您可以把電線想象成水管小盒子里的電荷就象是水那就好理解了存儲器中的1個小抽屜我們把它稱之為1個單元相當于1個字節而1個小盒子就相當于1位 有了這么一個構造我們就可以開始存放數據了比如我們要放進一個數據 00011010我們只要把第2號第4號和第5號小盒子里存滿電荷而其它小盒子里的電荷給放掉就行了可是問題又出來了一個存儲器有好多相同的單元線是并聯著的看D7-D0在放入電荷的時候會將電荷放入所有的字節單元中而釋放電荷的時候會把每個單元中的電荷都放掉這樣的話不管存儲器有多少個字節單元都只能放同一個數這當然不是我們所希望的因此我們要在結構上稍作變化看上面的圖在每個單元上有根線與譯碼器相連我想要把數據放進哪個單元就通過譯碼器給哪個單元發一個信號由譯碼器通過這根線把相應的開關打開這樣電荷就可以自由地進出了那么這樣是不是就能隨意地向存儲器寫入或者讀出數據了呢其實還不能繼續看上面的圖與D7-D0相連的還有一個控制器它是用來干什么的呢這根線叫寫入/讀出控制線當我們向存儲器寫入數據時必須先把這個開關切換到寫入端而要讀出數據時就得先把開關切換到讀出端而片選端則是為了區分不同的存儲器設置的這里沒搞明白沒關系后面還有介紹先讓我們來看看譯碼器是如何工作的3 半導體存儲器的譯碼簡單介紹一下我們知道1根線可以代表2種狀態2根線可以代表4種狀態3根線可以代表8種256種狀態又需要幾根線代表自己想一下是不是8根線 4 存儲器的選片及總線的概念
至此譯碼的問題解決了讓我們再來關注另外一個問題送入每個字節的8根線又是從什么地方來的呢它就是從單片機的外部引腳上接過來的一般這8根線除了接一個存儲器之外還要接其它的器件這樣問題又來了這8根線既然不是存儲器和單片機之間專用的如果總是將某個單元接在這8根線上就不行了比如這個存儲器單元中的數值是11111111另一個存儲器的單元是00000000那么這根線到底是處于高電平還是低電平所以我們必須讓它們分離辦法當然也簡單當外面的線接到集成電路的引腳上來后不直接接到各單元去而是在中間加一組開關這組開關就是前面提到的控制器看前面的圖平時我們讓開關打開著如果確實是要向這個存儲器中寫入數據或要從存儲器中讀出數據再讓開關切換到相應的位置就行了這組開關由三根引線選擇讀控制端寫控制端和片選端要將數據寫入先由控制器選中該片然后發出相應的寫信號開關切換到相應的位置并將傳過來的數據電荷寫入片中如果要讀信號先選中該片然后發出讀信號開關也切換到相應的位置上數據就被送出去了另外讀和寫信號還同時受到譯碼器的控制由于片選端的不同所以雖有讀或寫信號但沒有片選信號所以另一個存儲器就不會誤會而開門造成沖突那么會不會同時選中兩個存儲器呢只要是設計好的系統就不會如果真的出現同時選中兩個存儲器的話那就是電路出故障了 如此看來存儲器要想寫入或者讀出數據還真是不容易不過好在這些都是由計算機自動完成的不需要我們去操心從上面的介紹中我們已經看到用來傳遞數據的8根線并不是專用的而是很多器件大家共用的所以我們把它們稱之為數據總線總線英文名為BUS即公交車道誰都可以走而16根地址線51單片機共有16根地址線這些以后會講解這里不必死記硬背也是連在一起的我們把它們稱之為地址總線看上面的圖 單片機的主要處理中心CPU
實際上，人們往往把運算器和控制器合并稱為中央處理單元——CPU。單片機除了進行運算外，還要完成控制功能。所以離不開計數和定時。因此，在單片機中就設置有定時器兼計數器。到這里為止，我們已經知道了單片機的基本組成，即單片機是由中央處理器（即CPU中的運算器和控制器）、只讀存貯器（通常表示為ROM）、讀寫存貯器（又稱隨機存貯器通常表示為RAM）、輸入/輸出口（又分為并行口和串行口，表示為I/O口）等等組成。實際上單片機里面還有一個時鐘電路，使單片機在進行運算和控制時，都能有節奏地進行。另外，還有所謂的“中斷系統”，這個系統有“傳達室”的作用，當單片機控制對象的參數到達某個需要加以干預的狀態時，就可經此“傳達室”通報給CPU，使CPU根據外部事態的輕重緩急來采取適當的應付措施。
現在，我們已經知道了單片機的組成，余下的問題是如何將它們的各部分連接成相互關聯的整體呢？實際上，單片機內部有一條將它們連接起來的“紐帶”，即所謂的“內部總線”。此總線有如大城市的“干道”，而CPU、ROM、RAM、I/O口、中斷系統等就分布在此“總線”的兩旁，并和它連通。從而，一切指令、數據都可經內部總線傳送，有如大城市內各種物品的傳送都經過干道進行。
單片機的指令系統和匯編語言程序:
前面已經講述了單片機的幾個主要組成部分，這些部分構成了單片機的硬件。所謂硬件（Hardware），就是看得到，摸得到的實體。但是，光有這樣的硬件，還只是有了實現計算和控制功能的可能性。單片機要真正地能進行計算和控制，還必須有軟件（Software）的配合。軟件主要指的是各種程序。只有將各種正確的程序“灌入”（存入）單片機，它才能有效地工作。單片機所以能自動地進行運算和控制，正是由于人把實現計算和控制的步驟一步步地用命令的形式，即一條條指令（Instruction）預先存入到存貯器中，單片機在CPU的控制下，將指令一條條地取出來，并加以翻譯和執行。就以兩個數相加這一簡單的運算來說，當需要運算的數已存入存貯器后，還需要進行以下幾步： 第一步：把第一個數從它的存貯單元（Location）中取出來，送至運算器。
第二步：把第二個數從它所在的存貯單元中取出來，送至運算器；
第三步：相加；
第四步：把相加完的結果，送至存貯器中指定的單元。
所有這些取數、送數、相加、存數等等都是一種操作（Operation），我們把要求計算機執行的各種操作用命令的形式寫下來，這就是指令。但是怎樣才能辨別和執行這些操作呢？這是在設計單片機時由設計人員賦予它的指令系統所決定的。一條指令，對應著一種基本操作；單片機所能執行的全部指令，就是該單片機的指令系統（Iustruction Set），不同種類的單片機，其指令系統亦不同。 下面重點講一下數據、地址、指令的區別初學時特不易區分： 數據、地址、指令：之所以將這三者放在一起，是因為這三者的本質都是一樣的──數字，或者說都是一串‘0’和‘1’組成的序列。換言之，地址、指令也都是數據。指令：由單片機芯片的設計者規定的一種數字，它與我們常用的指令助記符有著嚴格的一一對應關系，不可以由單片機的開發者更改。地址：是尋找單片機內部、外部的存儲單元、輸入輸出口的依據，內部單元的地址值已由芯片設計者規定好，不可更改，外部的單元可以由單片機開發者自行決定，但有一些地址單元是一定要有的（詳見程序的執行過程）。數據：這是由微處理機處理的對象，在各種不同的應用電路中各不相同，一般而言，被處理的數據可能有這么幾種情況： 1·地址（如MOV DPTR，#1000H），即地址1000H（相當于門牌號）送入DPTR。 2·方式字或控制字（如MOV TMOD，#03H），3即是控制字。 3·常數（如MOV TH0，#10H）10H即定時常數（16進制）。 4·實際輸出值（如P1口接彩燈，要燈全亮，則執行指令：MOV P1，#0FFH，要燈全暗，則執行指令：MOV P1，#00H）這里0FFH和00H都是實際輸出值。又如用于LED的字形碼，也是實際輸出的值。 理解了地址、指令的本質，就不難理解程序運行過程中為什么會跑飛，會把數據當成指令來執行了。 現在發現一些初學的朋友對寫指令的語句搞不清的，現在強調一下：就是如 MOV 空格再寫TH1然后是逗號“,"然后接著寫如#10H然后是";"(要半角的）后面就可以你寫中文注釋拉全角是這樣“；” 06/12 月底補充。
使用單片機時，事先應當把要解決的問題編成一系列指令。這些指令必須是選定的單片機能識別和執行的指令。單片機用戶為解決自己的問題所編的指令程序，稱為源程序（Source Program）。指令通常分為操作碼（Opcode）和操作數（Operand）兩大部分。操作碼表示計算機執行什么操作，即指令的功能；操作數表示參加操作的數或操作數所在的地址（即操作數所存放的地方編號）。因為單片機是一種可編程器件，只“認得”二進碼（0、1）。要單片機運作，單片機系統中的所有指令，都必須以二進制編碼的形式來表示。例如，在Intel公司的MCS－51系列單片機中，從存貯器中取出一數到CPU中的累加器（在運算器中，參與運算、存放運算結果的專用寄存器）的指令代碼為74H，累加器內容加立即數的代碼為24H，再加上立即數代碼，累加器送數到內部RAM存貯器的代碼為F6H～F7H等。這些指令是用十六進制表示二進制的機器碼。MCS－51單片機的字長為8位，有時，要完成某些操作用一個字節尚不能充分表達。所以，在指令系統中有單字節指令，也有多字節指令。機器碼是由一連串的0和1組成，沒有明顯的特征，不好記憶，不易理解，易出錯。所以，直接用它來編寫程序十分困難。因而，人們就用一些助記符（Mue monic）——通常是指令功能的英文縮寫來代替操作碼，如MCS－51中數的傳送常用MOV（Move的縮寫）、加法用Add(Addition的縮寫）來作為助記符。這樣，每條指令有明顯的動作特征，易于記憶和理解，也不容易出錯。用助記符來編寫的程序稱為匯編語言程序。但是，助記符編寫的程序便于人理解，可單片機卻只認識二進制機器代碼，因此，為了讓單片機能“讀懂”匯編語言程序必須再轉換成由二進制機器碼構成的程序，這種轉換過程，就稱為“匯編”。匯編可借助于人工查表法來實現，也可借助PC機通過所謂“交叉匯編程序”來完成。由機器碼構成的用戶程序一旦“進入”了單片機，再“啟動”單片機，就可讓它執行輸入程序所規定的任務。
要學好單片機，做到能開發產品要勤動手，編程器和實驗板是不能少的，這點銀子還是要化的，不懂的指令只要程序在實驗板上一走就可以理解了；站長為您推薦一本好書您可以結合本站的自學教程學習，此書在您入門后還可以提高您的單片機的實際使用和開發能力可以長期使用的書，http://shop.picavr.com/list.asp?id=500 多看別人的程序借鑒一下，思路要開闊，要有恒心和毅力眼堅持不渝，往往很多初學者入門還可以，就是沒恒心沒堅持下來，半途而廢。以上幾個方面只是簡單扼要地介紹一下單片機知識深入學習請看本站原創學習課程，希望對你有所幫助，如你是這方面高手也歡迎指正和幫助本人提高謝謝！ ！ ！
|
66821730(技術支持)
