2022年单片机7(2).ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第,8,章,STC,系列单片机片上功能部件及使用,主讲：朱兆优,本章学习要点：,(1)STC,单片机与其它,8051,单片机的区别；,(2)STC,单片机内部新增功能部件的名称和功能作用；,(3)STC,单片机内部新增功能部件的编程使用以及,IAP,、,ISP,功能的应用。,8.1 STC,单片机性能特点,STC,系列单片机的主要性能如下：,(1),增强,80C51,内核，速度比普通,8051,快,8,12,倍,(2),宽工作电压,5.5 V,，,3.8 V),(3),工作频率,0,35 MHz,，相当,8051,的,0,420 MHz,(4),工作时钟：外部晶振或内部,RC,振荡器可选,(5),程序存储器：,1 k,62 kBFlash,(6),数据存储器：,512B,片内,RAM,(7),芯片内有,E,2,PROM,功能。,(8),有,ISP/IAP,功能,(9),有,8,路,10,位高速,A/D,转换和,4,路,PWM,(10),有,4,通道捕获,/,比较单元,(PWM/PCA/CCU),(11),有,6,个,16,位定时器,(12),有硬件看门狗、,SPI,和双,DPTR,数据指针,(13),全双工异步串行通信接口,12,个,(14),有通用,I/O,口,15,44,(15),内置复位功能,(16),加密性强，很难解密或破解,(17),低功耗设计,(18),内置一个掉电检测电路,STC12C5A60S2,系列单片机包含有,9,10,个中断源,，分,4,个优先级,，如下图：,8.2 STC,单片机,I/O,口的使用,1,、,STC,单片机引脚封装,(1)STC12C56xx,系列单片机主要封装形式有：,20,脚、,28,脚、,32,脚,SOP,/DIP/,SKDIP/,LQFP,包括：,P0,、,P1,、,P2,、,P3,(2)STC12C5A60S2,系列单片机主要封装形式：,PDIP40,/PLCC44/,QFP44/,LQFP48,包括：,P0,、,P1,、,P2,、,P3,、,P4,、,P5,口,2,、,I/O,口控制寄存器,STC12C5A60S2,系列单片机有,P0,、,P1,、,P2,、,P3,、,P4,、,P5,，使用,P4,口与,P4SW,、,AUXR1,寄存器有关。,(1)P4SW,寄存器,P4SW,的字节地址为,BBH,，可进行位寻址，,P4SW,的格式如下：,(2)AUXR1,寄存器,AUXR1,的字节地址为,A2H,，可进行位寻址，,AUXR1,的格式如下：,例如：,将、引脚设置为,I/O,口工作方式，指令如下：,MOVP4SW,#50H,;,将,NA,设为，,EX_LVD,设为,SETBP5.1,8.3 STC,单片机片内存储器的使用,STC12C5A60S2/AD/PWM,单片机的片内：,有,1280B,片内,RAM,数据存储器,有,8 k62 kB,不等的,Flash,程序存储器,有,E,2,PROM,或,IAP,功能,8.3.1 STC,系列单片机片内,RAM,的使用,STC12C5A60S2,单片机片内,RAM,有,1280B,（,比普通,8051,系外单片机增加了,768,字节,）,编址：,000H,2FFH,访问这,768,字节与,AUXR,辅助寄存器 有关。,AUXR,的字节地址为,8EH,，可进行位寻址，,AUXR,的格式如下：,EXTRAM=0,，访问内部,RAM,EXTRAM=1,，访问外部,RAM,例如：,把片内,RAM,地址,100H,单元的数据复制到片内,200H,单元中，程序指令如下：,AUXREQU8EH,ANLAUXR,#02H,MOV DPTR,#100H,MOVXA,DPTR,MOVX DPTR,A,8.3.2,单片机,IAP,技术,1,STC,单片机存储器结构,IAP,是在应用中可编程。,STC,系列单片机集成了用做装载应用程序的,Flash,和用做存放数据的,Data Flash,，两者地址重叠，但物理存储空间是分开的。,Data Flash,采用,IAP_ADDRH,和,IAP_ADDRL,寻址，最大寻址空间可达,64 kB,STC,单片机对,Data Flash,按扇区分区操作,把片内,Data Flash,区,地址分成若干个扇区,每个扇区,512,字节。,需要修改,1,各个字节，必须先把该扇区整个擦除，然后才能写入该字节。,2,STC,单片机,IAP,技术使用,IAP,功能时涉及的,6,个寄存器，具体名称和功能如表,8-4,所示。,1,IAP_DATA,数据寄存器：,用于存放,ISP/IAP,从,Data Flash,读出的数据或要待写入的数据。,2,IAP_ADDRH,、,IAP_ADDRL,用于读,/,写操作时存放指定存储器单元的地址,3,IAP_CMD,命令寄存器用于选择操作模式（低,2,位有效），命令格式如下：,4,IAP_TRIG,是命令触发寄存器（,5AH/A5H,）,5,IAP_CONTR,是,ISP/IAP,控制寄存器，有,7,位有效控制位，格式如下：,IAPEN,：,ISP/IAP,功能控制位,(2)SWBS,：启动方式选择位,(3)SWRST,：软件复位控制,(4)CMD_FAIL,：在发送,ISP/IAP,命令失败后被置,1,(5)WT2,、,WT1,、,WT0,是等待时间选择位，用于设置,CPU,等待多少个工作时钟。,Flash,操作等待时间设置如表,8-5,所示。,;,声明与,IAP/ISP/EEPROM,有关的特殊功能寄存器的地址,IAP_DATA EQU 0C2H,IAP_ADDRHEQU 0C3H,IAP_ADDRL EQU 0C4H,IAP_CMD EQU 0C5H,IAP_TRIG EQU 0C6H,IAP_CONTR EQU 0C7H,Byte_Read:;,读一字节,，,调用前需打开,IAP,功能,MOV IAP_CONTR,#82H,MOV IAP_CMD,#01,MOV IAP_ADDRH,#01,MOV IAP_ADDRL,#00,MOV IAP_TRIG,#5AH,MOV IAP_TRIG,#0A5H,NOP,MOV A,IAP_DATA,ACALL IAP_Disable;,关闭,IAP,功能,RET,Byte_Program:,MOV IAP_CONTR,#82H,MOV IAP_CMD,#02 ;,设置命令,MOV IAP_ADDRH,DPH,MOV IAP_ADDRL,DPL ;,低,8,位地址,MOV IAP_DATA,A,MOV IAP_TRIG,#5AH,MOV IAP_TRIG,#0A5H ;,触发启动编程操作,NOP,ACALL IAP_Disable;,关闭,IAP,功能,RET,Sector_Erase:,MOV IAP_CONTR,#82H ;,打开,IAP,功能,MOV IAP_CMD,#03H ;,设置命令扇区擦除模式,MOV IAP_ADDRH,DPH ;,高,8,位地址,MOV IAP_ADDRL,DPL ;,低,8,位地址,MOV IAP_TRIG,#5AH,MOV IAP_TRIG,#0A5H ;,触发启动扇区擦除操作,NOP,ACALL IAP_Disable;,关闭,IAP,功能,RET,8.4 STC,系列单片机片上,A/D,转换器的使用,STC,系列单片机片内,8,路,A/D,转换器，可作为温度检测、电池电压检测、频谱检测、按键扫描等用。,8.4.1,片上,A/D,转换器工作原理,与,A/D,转换有关的特殊功能寄存器如下表：,1,A/D,功能设置寄存器,P1ASF,P1ASF,是将,P1,口设置为,A/D,模拟功能的特殊功能寄存器，字节地址为,9DH,，不能进行位寻址，复位时为,00H,。,P1ASF,格式说明如下：,例如：,把用做,A/D,转换器使用时，,将,P1ASF.3=1,即可,2,A/D,转换控制寄存器,ADC_CONTR,ADC_CONTR,是选择通道和启动,A/D,转换的特殊功能寄存器，字节地址为,BCH,，不能进行位寻址。,ADC_ CONTR,格式说明如下：,(1)CHS2,、,CHS1,、,CHS0,是模拟输入通道选择位，,(2)ADC_START,是,A/D,转换启动控制位。,(3)ADC_FLAG,是,A/D,转换结束标志位。,(4)SPEED1,、,SPEED0,是,A/D,转换速度选择控制位，转换速度设置如下：,(5),ADC_POWER,是电源控制位。,1,时，,接通,A/D,转换器电源；,0,时，,关闭,A/D,转换器电源。,(6),AUXR1,是辅助控制寄存器。,ADRJ=0,，,10,位,A/D,高,8,位,放入,ADC_RES,，,低,2,位,存放在,ADC_RESL,。,A/D,计算公式如下：,取,10,位结果,理论计算值,=2,10,*(Vin/Vcc,）,取,8,位结果,理论计算值,=2,8,*(Vin/Vcc,）,ADRJ=1,，,10,位,A/D,高,2,位,放入,ADC_RES,，,低,8,位,存放在,ADC_RESL,。,A/D,计算公式如下：,取,10,位结果,理论计算值,=2,10,*(Vin/Vcc,）,8.4.2,片上,A/D,转换器的使用,例,1,用,STC12C5A60AD,单片机口作为模拟输入端，实现,A/D,转换。,程序设计方法：,1,、设置,ADRJ=0,2,、打开,A/D,转换电源,3,、选择口为模拟输入端,4,、设置转换周期，选择通道,5,、启动,A/D,转换，延时,1ms,6,、检测,A/D,转换是否结束,7,、如果转换结束，清除标志，停止,A/D,转换,8,、读取,A/D,转换结果,例,2,用,STC12C5A08AD,单片机的,A/D,转换通道,(P1.2),扩展,4,个按键，要求编程实现按键扫描。,程序段如下：,KEY_IN:ACALLGet_ADC;,读,A/D,转换值,(,键值,),CJNEA,#00,JK1;,键值比较判断识别,AJMPPK0;,跳转到处理,K0,键,JK1:CJNEA,#80H,JK2,AJMPPK1;,跳转到处理,K1,键,JK2:CJNEA,#0AAH,JK3,AJMPPK2;,跳转到处理,K2,键,JK3:CJNEA,#0C0H,EXT,AJMPPK3;,跳转到处理,K3,键,EXT:RET,8.5.1 PCA/PWM,功能部件工作原理,四种工作模式：,上升,/,下降沿捕捉模式,软件定时器模式,高速输出模式,脉宽调制,(PWM),模式,PCA,模块结构如下图：,PCA/PWM,部件有关的特殊功能寄存器如下表：,1,控制寄存器,CCON,CCON,是,PCA,计数溢出检测和中断控制寄存器。,CCON,字节地址为,D8H,，不能进行位寻址操作。,CCON,格式说明如下：,2,模式寄存器,CMOD,CMOD,是设置,PCA,工作模式的寄存器，字节地址为,D9H,，不能进行位寻址。第,4,、,5,、,6,位未用保留。,CMOD,格式说明如下：,(1)CIDL,是计数器阵列空闲工作模式控制位。,(2)ECF,是中断允许控制位。,软件定时器模式,1A/D功能设置寄存器P1ASF,当CL的值小于EPCnL和CCAPnL的值时，输出为低电平；,IAP_ADDRL EQU 0C4H,与A/D转换有关的特殊功能寄存器如下表：,IAP_ADDRHEQU 0C3H,上升/下降沿捕捉模式,2、打开A/D转换电源,IAP_ADDRL EQU 0C4H,IDLE_WDT：看门狗“IDLE”位。,1 PCA/PWM功能部件工作原理,用PWM可以很方便地实现低速D/A转换功能。,(15)内置复位功能,3PCA高速方波输出,(5)SMOD：波特率倍速位。,(3)CPS2,、,CPS1,、,CPS0,是,PCA,计数器时钟输入源选择控制位。选择配置如下：,3,比较,/,捕获模块工作方式寄存器,CCAPMn,CCAPMn(n=0,1),工作方式寄存器，每一模块对应一个,16,位比较,/,捕捉寄存器,(CCAPnH,和,CCAPnL),。,CCAPMn,格式说明如下：,(1)ECOMn,是比较器使能控制位。,(2)CAPPn,是正捕获功能控制位。,(3)CAPNn,是负捕获功能控制位。,(4)MATn,是匹配设置位。,4,计数寄存器器,PCA,模块还有三组计数值寄存器，其中：,CL,、,CH,是,16,位工作计数器,(,寄存器,),CCAP0L,、,CCAP0H,是模块,0,比较,/,捕捉寄存器,CCAP1L,、,CCAP1H,是模块,1,比较,/,捕捉寄存器,当工作计数器与比较,/,捕捉寄存器的值匹配相等时，将产生中断或改变输出信号。,5,PCA,中断控制,PCA,计数器溢出中断、,PCA/PWM,中断，,中断入口地址都是,003BH,（如下图）,由和位控制打开,PCA,中断和总中断。,(1)PCA,计数器溢出中断,若,PCA,计数器溢出的中断允许控制位,ECF=1,，且,EPCA_LVD=1,、,EA=1,，就会响应中断，进入,003BH,入口地址执行程序。,(2)PCA/PWM,中断,若对应的中断使能位,ECCFn=1,，且,EPCA_LVD=1,、,EA=1,，就会响应中断。,8.5.2 PCA/PWM,的工作模式,PCA,模块可以编程实现四种工作模式：,上升,/,下降沿捕获模式,软件定时器模式,高速输出模式,脉宽调制模式,(PWM),。,1,、,PCA,捕获模式,CCAPMn,寄存器中的,CAPNn,和,CAPPn,至少,1,位置,1,。,CAPNn=1,时，下降沿捕获有效；,CAPPn=1,时，上升沿捕获有效；,这,2,位都置,1,时，上升沿和下降沿都进行捕获。,2,、软件定时器模式,MATn=1,时，,PCA,模块在软件定时模式下工作，即对,CCAPMn,寄存器的,ECOMn,位和,MATn,位设置,1(,其它位清,0),。,3,高速输出模式,高速输出模式也是一种软件定时方式。,若,TOGn=1,，,PCA,在高速,PCA,输出模式下工作，模块的,CEXn,输出端将发生翻转。,4,PWM,脉宽调制输出模式,PWM,输出模式功能有,2,种用途：,(1),方波发生器,PWM,输出模式可输出周期和占空比均可调的方波，由软件实现方波的产生，不需要外围电路，成本低，输出方波范围大。,CCAPMn(n=1,0),的,PWMn=1,，,ECOMn=1,时，,PCA,模块用作,PWM,输出，输出频率取决于,PCA,定时器的时钟源。,输出方波的占空比与使用的捕获寄存器,(EPCnL,，,CCAPnL),有关。,由,EPCnL,与,CCAPnL,组合构成一个,9,位工作计数器,，,EPCnH,与,CCAPnH,组合构成一个,9,位备份计数器,。,当,CL,的值小于,EPCnL,和,CCAPnL,的值时，输出为低电平；,当,CL,的值大于,EPCnL,和,CCAPnL,的值时，输出为高电平；,PWM,的频率计算公式为：,PWM,脉宽调制输出模式结构图,(2)D/A,转换器。,用,PWM,可以很方便地实现低速,D/A,转换功能。,使用,PWM,输出模式做,D/A,转换器与直接采用标准,D/A,器件相比，在同样的输出分辨率的情况下，使用,PWM,输出模式时成本更低。,8.5.3 PCA/PWM,编程使用,1,用,PCA,扩展外部中断,例,1,在,CCP0,、,CCP1,引脚输入,2,个不同频率的方波使,2,个,PCA,模块工作于中断方式，模块,0,为下降沿中断，模块,1,为边沿触发中断。模块,0,发生中断后对取反，模块,1,发生中断后对取反。,2,用,PCA,作定时计数器使用,例,2,用,PCA,功能做定时器，实现在输出脉冲宽度为,500ms,的方波。,PCA,定时器每隔,5 ms,中断溢出一次,(T=5 ms),，如果选择时钟输入频率,f,osc=12 MHz,，则,PCA,计数值为：,如果定时,500 ms,则要中断,100,次。用,R2,记录,PCA,定时中断次数。,3,PCA,高速方波输出,例,3,用,STC12C5A08AD,单片机高速输出,f,out=125 kHz,的方波,(,假设晶振,f,osc=20 MHz),。,使用单片机,PCA,功能模块,1,的,CCP1,引脚输出,f,out=125 kHz,的方波，计算比较,/,捕获寄存器的初值,Value,：,4,PWM,输出,例,4,利用,PCA,模块的,PWM,功能输出占空比可变的脉冲信号。,假设,PWM,脉宽最大值为,0F0H,，则占空比为,93.75%,，脉宽最小值,10H,，占空比为,6.25%,；改变脉冲宽度步长为,38H,，输出占空比可变的脉冲波形。,8.6 STC,单片机看门狗部件与节电模式,设计一种用于监测单片机程序运行状态的看门狗部件，俗称“硬件看门狗”。,8.6.1,看门狗工作原理及应用,1,看门狗工作原理,硬件看门狗利用定时器监控主程序的运行。,在系统运行后启动看门狗的计数，每隔一段时间喂狗。,2,看门狗特殊功能寄存器,WDT_CONTR,WDT_CONTR,是控制看门狗的特殊功能寄存器，其字节地址为,0C1H,，复位值为,xx00 0000B,。各位格式定义如下：,WDT_FLAG,：看门狗计数器溢出标志位。,EN_WDT,：看门狗允许位。,CLR_WDT,：看门狗清零位。,IDLE_WDT,：看门狗“,IDLE”,位。,(5)PS2,、,PS1,、,PS0,：看门狗定时器预分频值,(,Pre_scal,),。,看门狗溢出周期,T,计算公式：,3,看门狗编程应用,例,1,设使用,STC,单片机实现键盘扫描和显示功能，采用看门狗监测系统的状态，要求看门狗溢出周期达,1,秒钟左右。如果,f,osc=12 MHz,，设置预分频值为,32,，则实现程序如下：,ORG0000H,LJMPMAIN,ORG0050H,MAIN:MOVWDT_CONTR,#3CH;,启动看门狗,设置预分频值为,32,;,程序初始化,LOOP:ACALLKEY_IN;,调用键盘扫描,ACALLDISP;,调用显示,MOVWDT_CONTR,#3CH;,看门狗清,0(,喂狗,),SJMPLOOP,KEY_IN:,RET,DIPS:,RET,END,例,2,WDT_FLAG,是,看门狗计数器溢出标志位，通过检测这个标志位，可以识别出是由系统复位还是由看门狗计数器溢出复位。程序如下：,ORG0000H,LJMPMAIN,ORG0050H,MAIN:MOVA,#WDT_CONTR;,检测是否为看门狗复位,ANLA,#1000 0000B,JNZWDT_RST;WDT_CONTR=1,，跳转,WDT_RST,MOVWDT_CONTR,#3DH;,启动看门狗,设置预分频值为,64,SETBPW_LED;,上电复位灯,PW_LED,亮,CLRWDT_LED;,看门狗灯灭,SJMP$,WDT_RST:SETBWDT_LED;,看门狗灯亮,CLRPW_LED;,上电复位灯灭,SJMP$,8.6.2 STC,单片机掉电模式与节电模式,1,空闲节电模式,空闲节电模式又称为待机模式，这种模式由软件产生。,2,掉电模式,当单片机进入掉电模式时，外部晶振停振，,CPU,、定时器和串行接口全部停止工作，此时只有外部中断继续工作。,3,PCON,寄存器,PCON,是,STC,单片机设置控制掉电、节电模式的特殊功能寄存器，字节地址为,87H,，复位值为,0011 0000B,。寄存器各位格式定义如下：,(1)POF,：上电复位标志位。,(2)PD,：掉电模式控制位。,(3)IDL,：节电模式控制位。,(4)GF1,、,GF0,：通用工作标志位,(5)SMOD,：波特率倍速位。,软件可设置系统进入掉电、节电模式。,例如：,MOVPCON,#0000 0010B;,置,PD=1,，进入掉电模式,MOVPCON,#0000 0001B;,置,IDL=1,，进入空闲模式,区别：,1,、掉电模式下定时器不工作，串行也不发数据。由外部中断或复位唤醒。,2,、空闲模式下定时器能够正常工作，串口也会将没发完的,1,字节数据继续发完。可由任意中断或复位唤醒。,掉电模式和节电模式由中断唤醒，所以在使用节电模式时，应该安排好中断功能。,8.7 STC,单片机,ISP,编程,ISP-,是在系统编程。,ISP,典型编程电路,用,ISP,下载程序方法：,（,1,）在,PC,机上运行一个下载软件，并通过,COM1,串口通信传输数据来进行改写单片机内部的,Flash,存储器。,（,2,）在单片机端，通过,SPI,或串行接口功能，接收上位机传送来的数据并写入存储器中。,STC,单片机的,ISP,功能,STC,单片机采用串行口经过,MAX232,电平转换后连接到,PC,机的,RS-232,串口（,COM1,）上，实现,ISP,在系统编程，电路 如下：,8.7.2 ISP,编程下载软件,STC12C,系统单片机程序下载方法如下：,(1),设计、连接好接口电路；在,PC,机端安装好,STC_ISP,软件,(,如，可从网站上下载,),。,(2),在,PC,机端执行,STC_ISP,软件出现操作界面；,(3),在,MCU Type,栏上选择单片机芯片；,(4),点击“,Open File”,选择需要下载的*,.hex,程序；,(5),选择串行接口、波特率以及其它选项；,(6),点击“,Download,下载”程序。,STC_ISP,软件操作界面,