江苏大学单片机复习资料.doc

第一章 概述
1、 什么是SOC型的单片机？
在传统的单片机的基础上再集成了很多外部设备到芯片里，形成的片上系统（System On Chip）就是SOC型的单片机。
2、单片机分为：
• ROM型：内容不可改
• EPROM型：擦写不方便
• 无ROM型：需外接ROM
• OTP ROM型：低成本，一次可编程
• E2PROM型：擦写较方便，不能ISP
• Flash ROM（MTP ROM型）型：使用最方便，可以ISP

2、 单片机的发展概况：
初级阶段、低性能阶段、高性能阶段、新一代阶段
3、 单片机在哪些领域有应用？举例说出10种含有单片机的产品或设备。
智能仪表、机电一体化、实时控制、分布式多机系统、家用电器等消费类领域
空调、冰箱、洗衣机、微波炉、彩电、音响、家庭报警器、电子宠物、手机、MP3
第2章 C8051F单片机的结构与原理
1、CIP-51有哪些存储空间？各个存储空间的功能及寻址范围是什么？
v 物理结构上可分为:
• 片内程序存储器
• 片外程序存储器
• 片内数据存储器
• 片外数据存储器
v 按功能和寻址可分为:
• 程序存储器（64KB的flash，以512字节为一个扇区，通常是只读，但可用MOVX写入）
• 内部数据存储器（256字节的RAM，0x00-0x1F通用寄存器4*8 0x20-0x2F可位寻址空间）
• 外部数据存储器（64KB的外部数据空间，MOVX、DPTR、R0或R1用间接寻址方式访问；默认情况下MOVX指令访问XRAM，还可用于写Flash）
• 特殊功能寄存器（0x80-0xFF直接寻址存储器空间，一般在内部RAM的0x30-0xFF单元中开辟堆栈）
• 位地址空间（内部RAM中0x20-0x2F单元以及特殊功能寄存器中地址为8的倍数的特殊功能寄存器可以位寻址）
2、中断
22个，分外部中断、串口（UART0、UART1、SPI、SMBus等）、定时/计数器、电压比较器、A/D转换中断
中断使能控制（受中断允许寄存器IE、EIE1、EIE2控制）

中断优先级别的设定（每个中断源都可以设置为高优先级1和低优先级0，由中断优先级寄存器IP、EIP1、EIP2统一管理）
中断响应时间
v 最快为5个时钟周期：
• 1个周期用于检测中断；
• 4个周期完成对ISR的长调用（LCALL）。
v 如果申请中断时CPU正在执行RETI指令，则需要再执行一条指令才能进入中断服务程序。
v 最长为18个时钟周期 ：
• 1个时钟周期检测中断；
• 5个时钟周期执行RETI；
• 8个时钟周期完成DIV指令；
4个时钟周期执行对ISR的长调用（LCALL）
中断响应过程硬件动作
置位优先级状态触发器、断点入栈、执行LCALL转中断入口、清除中断请求标志、对RI、TI而言
相同优先级的硬件查询顺序
中断源 同级时的优先顺序
外部中断0
定时器0中断 高
外部中断1
定时器1中断
串行口0中断
定时器2中断
……
串行口1中断
外部晶振准备好 低

3、端口输入/输出（并行口）
C8051F020有8个8位I/O端口、64个数字I/O引脚；
低端端口（P0～P3）既可以按位寻址也可以按字节寻址
高端端口（P4～P7）只能按字节寻址
所有引脚都耐5V 电压，都可以被配置为漏极开路或推挽输出方式和弱上拉
4、 优先权交叉开关译码器
C8051F020 内有大量的数字资源需要通过P0～P3才能使用（本身没有对外的引脚）。
引脚的分配通过优先权交叉开关译码实现的。UART0优先权最高，而CNVSTR优先权最低
通过3个特殊功能寄存器XBR0、XBR1、XBR2实现
另外，牢记如果P0撤销勾选，P0后面的跟着缩进（看图，意会）
5、 电源管理方式
CIP-51 有两种可编程的电源管理方式（节电方式）：
a) 空闲方式（等待方式）
i. CPU停止运行，而外设和时钟处于活动状态（10μA～5mA） 。内部寄存器和存储器内容保持不变。
ii. 通过置位IDLE（PCON.0）进入
iii. 中断和复位可结束空闲方式
b) 停机方式（掉电方式）
i. CPU停止运行，所有的中断和定时器（除时钟丢失检测器）等外设都处于非活动状态，系统时钟停止。（0.2μW）
ii. 通过置位STOP（PCON.1）进入
iii. 只有系统复位可退出停机方式
6、 复位源（看图能说得出来）
总共7个（上电/掉电复位、外部/RST引脚复位、外部CNVSTR信号复位、软件命令复位比较器0复位、时钟丢失检测器、看门狗定时器超市复位）
第3章 51单片机编程语言
1、C51存储器类型
如果在变量声明时未声明变量的存储器类型，则该变量的存储器类型，由程序的存储模式来决定。
• 小模式（small model）：默认data区，缺省模式。
• 紧凑模式（compact model）：默认pdata区
• 大模式（large model）：默认xdata区
2、C51特殊数据类型
• bit：位类型（直接声明），如：bit flag;
• sbit：可位寻址的对象（在bdata中声明的变量）如：
int bdata ibase; sbit mybit15=ibase^15;
• sfr：8位特殊功能寄存器，如：sfr ACC=0xE0; sbit signbit=ACC^7;
• sfr16：16位特殊功能寄存器，如：sfr16 T2=0xCC;

第4章 C8051F单片机的片内功能部件
v 定时/计数器

定时器工作方式
定时器0和定时器1
定时器2
定时器3
定时器4
方式0
13位定时器/计数器
自动重装载的16位定时器/计数器
自动重装载的16位计数器/定时器
自动重装载的16位定时器/计数器
方式1
16位定时器/计数器
带捕捉的16位定时器/计数器

带捕捉的16位定时器/计数器
方式2
8位自动重装载的定时器/计数器
UART0的波特率发生器

UART1的波特率发生器
方式3
两个8位定时器/计数器(只限于定时器0)

能用公式求出定时器初值

例4.1 若fOSC=12MHz，用系统时钟的十二分频作为计数源，请计算定时2ms所需的初值，并给出初始化程序。
解：∵ fOSC= 12MHz，用系统时钟的十二分频作为计数源时，方式2、3的最大定时时间只有0.256ms，因此要想获得2ms的定时时间，必须用方式0或方式1。
方式0
• TC=213－2ms/1us=6192=1830H
• 即：TH0=0C1H；TL0=10H（高三位为0）
方式1
• TC=216－2ms/1us=63536=F830H
• 即：TH0=0F8H；TL0=30H
void T0_mode1_2ms_init()
{
CKCON &= 0xf7; //T0计数源选择系统脉冲的12分频
TMOD=0x01; //T0方式1定时
TH0=0xf8; //初值
TL0=0x30;
TCON |= 0x10; //启动T0，可用TR0=1代替
}
v 给定时器赋初值的语句也可以采用如下方法：
TH0=(65536-2000)/256;
TL0=(65536-2000)%256;
或
TH0=-2000/256;
TL0=-2000%256;
例4.2 若fOSC=12MHz，T1工作于方式1，产生50ms的定时中断，TF1为高级中断源。试编写主程序和中断服务程序，使P1.0产生周期为1s的方波。
解：让P1.0每500ms取反一次即可实现。定时器的单次定时时间不可能达到500ms，但可通过多次定时产生500ms的定时时间，如让T1工作在方式1，单次定时时间为50ms，那么T1中断10次就是500ms的时间。
（1）确定定时常数
• 假设使用fOSC的12分频作为计数源，则T计数＝12/fOSC ＝12/（12×106）＝1μs
• 由公式TC=M－T/T计数，可知TC=216-50×103＝15536=3CB0H
• ∴TH1=0x3c，TL0=0xb0。
程序清单如下（中断方式）
#include <c8051f020.h>
sbit P1_0 = P1^0;
int count=10; //10次T1中断为500ms
void main( void )
{ CKCON&=0xef; //T1的计数源选择系统脉冲的12分频
TMOD=0x10; //T1方式1
XBR2=0x40; //并行端口输出使能
P1_0=0;
TH1=0x3c; //初值
TL1=0xb0;
IE|=0x88; //允许T1中断
IP|=0x08; //TF1中断为高级中断
TCON|=0x40; //启动T1
While(1); //死循环，等待中断，产生方波
}
void Timer1_ISR (void) interrupt 3
{
TH1=0x3c; //重装初值
TL1|=0xb0; //提高计数精度
count--; //中断计数
if (count==0) //500ms到，重赋计数初值，P1.0取反
{
count=10; P1_0=!P1_0;
}
}
程序清单如下（查询式程序）
v #include <c8051f020.h>
sbit P1_0= P1^0;
void main( )
{
int count=10; //10次T1中断为500ms
CKCON&=0xef; //T1的计数源选择系统脉冲的12分频
XBR2=0x40;
TMOD=0x10; //T1方式1
P1_0=0;
TR1=1; //启动T1
For(; ;) //死循环，产生方波
{
TH1=-50000/256; //T1初值
TL1=-50000%256;
Do {} while(!TF1); //查询等待TF1置位，
TF1=0; count--;
If (count==0)
{count=10;P1_0=!P1_0;}
}
}
2、并行通信和串行通信
并行通信是指数据的各位同时进行传送（发送或接收）的通信方式。
串行通信指数据是一位一位按顺序传送的通信方式
3、串行通信的传送方向
单工（或单向）配置，只允许数据向一个方向进行传送；
半双工（或半双向）配置，允许数据向两个方向中的任何一个方向传送，但一次只能有一个发送，一个接收；
全双工（或全双向）配置，允许同时双向传送数据
4、异步通信和同步通信
异步通信以字符为单位，每个字符用起始位0开始，然后从低位到高位逐位传送数据，最后用停止位1表示字符结束
同步通信以数据块为单位，每一数据块开头时发送一个或两个同步字符，使发送与接收双方取得同步。数据块的各个字符间取消了起始位和停止位。
5、UART
发送电路+接收电路+波特率发生器、错误校验电路、多机通信控制电路和交叉开关
TI0：发送中断标志位，该位必须由软件清0
RI0：接收中断标志位，该位必须由软件清0
6、波特率设计和初值X

例4.6 已知C8051F单片机时钟振荡频率为11.0592MHz，选用定时器T1工作方式2作波特率发生器，波特率为2400bit/S，求初值X。
解：设波特率控制位SMOD0=0，定时器T1计数脉冲控制位T1M=0，则有：

查询方式接收程序
#include <c8051f020.h>
void main(void)
{ char data *p; //接收缓冲区地址指针
unsigned char i;
TMOD=0x20; //初始化并启动T1
TH1=0xfd;
TL1=0xfd;
TR1=1;
SCON0=0x50; //UART0初始化，方式1 、允许接收
p=0x20; //地址指针初始化
for(i=0;i<32;i++)
{
while(!RI0); //等待UART0接收一个字符
RI0=0;
*p=SBUF0; //放入接收缓冲区
p++;
}
}
中断方式发送主程序
#include <c8051f020.h>
char data *p; //发送数据块地址指针
void main(void)
{
TMOD=0x20; //初始化并启动T1
TH1=0xfd;
TL1=0xfd;
TR1=1;
SCON0=0x40; //UART0初始化，方式1
p=0x20; //地址指针初始化
EA=1; //开中断
ES0=1;
SBUF0=*p; //发送第一个字符
while(1); //等待发送中断
}
void interrupt_UART0(void) interrupt 4
{
TI0=0; //清发送中断标志
p++;
if(p<0x40)
SBUF0=*P; //发送下一字节
else
ES0=0; //关串口中断,和查询不一样的另一个地方
}
例4.8 试编写一个UART0带奇偶校验的发送程序。
设SYSCLK=11.0592MHz,波特率=9600，UART0工作于方式1，发送字符的ASCII码最高位作校验位，用T2作波特率发生器，T2的时间常数计算如下：

#include <c8051f020.h>
#include <string.h>
char s[]=“C8051F020 Serial Communication”;
char bdata c; sbit c7=c^7;
void main(void)
{
char a,b=0;
T2CON=0x14; //T2作发送波特率发生器,TCLK0=1,TR2=1
SCON0=0x40; //SM20=SM00=0,SM10=1,REN0=0;
RCAP2H=0xff; RCAP2L=0xdc;
a=strlen(s); // 包含在string.h中
for(;b<a;b++)
{
c=s[b];
ACC=c; //形成校验位
c7=P; //最高位作校验位
SBUF0=c;
while(!TI0);
TI0=0;
}
}
接收端的核心代码：
  RI=0;       
  ACC=SBUF;   //执行此指令，P是接收8位数据的奇偶信息  
  if(c7==P)   //c7是发送端数据的奇偶消息，P是实际收到8位数据的奇偶消息
    {
   dat=SBUF;    
    }
方式2、3中也可以使用TB8、RB8作校验位
发送端：TB8=P;    //以上2句将dat的奇偶信息放入TB8，随数据发送
接收端：if(RB8==P)//RB8是发送端数据的奇偶消息，P是实际收到8位数据的奇偶消息

第5章 模数和数模转换器
1、模数转换原理及性能指标
A/D转换器的种类很多，根据转换原理可以分计数式、并行式、双积分式、逐次逼近式等
衡量A/D性能的主要参数：
分辨率（resolution）指输出的数字量变化一个相邻的值所对应的输入模拟量的变化值
转换精度（conversion accuracy）由模拟误差和数字误差组成
C8051F020的ADC0功能结构：包括一个9通道的可编程模拟多路选择器（AMUX0），一个可编程增益放大器（PGA0）和一个100ksps、12 位分辨率的逐次逼近型ADC，ADC中集成了跟踪保持电路和可编程窗口检测器（看图说话）
C8051F020的ADC0有4种转换启动方式，由ADC0CN 中的ADC0 启动转换方式位（AD0CM1，AD0CM0）的状态决定。
• 00：向AD0BUSY 写1时启动
• 01：定时器3 溢出时启动
• 10：CNVSTR上升沿启动
• 11：定时器2 溢出时启动
2、查询方式编程步骤
（1） 写0到AD0INT；
（2） 向AD0BUSY 写1，启动转换；
（3） 查询并等待AD0INT 变1；
（4） 处理ADC0 数据
AD0INT=0;
AD0BUSY=1;
while(!AD0INT);
result=ADC0;

3、 跟踪方式（每次ADC转换之前必须有一段最小的跟踪时间，以保证得到精确的转换结果）
连续跟踪（默认）
当AD0TM=1，ADC0工作在低功耗跟踪保持方式。每次转换之前都有3个SAR时钟的跟踪周期（在启动转换信号有效之后）。
当CNVSTR信号用于在低功耗跟踪保持方式启动转换时，ADC0 只在CNVSTR为低电平时跟踪；在CNVSTR的上升沿开始转换。
当整个芯片处于低功耗待机或休眠方式时，跟踪可以被禁止（关断）
4、转换结果格式
12位转换结果存放在ADC0H、ADC0L中
AD0LJST＝0：数据右对齐，ADC0H的位7-4为位3的符号扩展位、位3-0是12位ADC0数据字的高4位。ADC0L的位7-0为12位ADC0数据字的低8位。
AD0LJST＝1：数据左对齐，ADC0H位7-0为12位ADC0 数据字的高8位。ADC0L的位7-4为12位ADC0数据字的低4位，ADC0L的位3-0恒为0。
4、 可编程窗口检测器（提供一个中断）
下限值<上限值时，检测值位于极限值内时有效，可引起中断。
下限值 >上限值时，检测值位于极限值以外时有效，可引起中断。
5、 程序应用举例（片内温度传感器数据采集）
（1）查询法程序
void main (void) {
long temperature; // 温度
int temp_int, temp_frac; // 温度的整数和小数部分
WDTCN = 0xde; // 禁止看门狗定时器
WDTCN = 0xad;
SYSCLK_Init ( ); // 初始化振荡器
PORT_Init ( ); // 初始化数据交叉开关和通用IO口
UART0_Init ( ); // 初始化UART0
ADC0_Init ( ); // 初始化和使能ADC
while (1) {
AD0INT = 0; 　//清除转换结束标记，见P208步骤
AD0BUSY = 1; 　// 启动转换
while (AD0INT ==0); // 等待转换结束
temperature = ADC0; // 读ADC0数据
temperature = temperature - 41857; 　 // 减去偏移量，对应0℃的值。
temperature = (temperature * 100L) / 154; // 计算出对应的温度值
temp_int = temperature / 100; // 得到温度值的整数部分
temp_frac = temperature - (temp_int * 100); // 得到温度值的小数部分
printf (“Temperature is %+02d.%02d\n”, temp_int, temp_frac);// 串口输出
}
}
问题： temperature为什么要定义成long类型？
因为要乘以100,2个字节不够存放，先放大100倍，再除以100，商为整数
（2）中断方式
主程序
Timer3_Init (SYSCLK/SAMPLERATE0); // 初始化定时器3溢出为采样速率
ADC0_Init (); // 初始化ADC
AD0EN = 1; // 使能ADC
EA = 1; // 使能所有中断
while (1) {
EA = 0; // 禁止中断
temperature = result;
EA = 1; // 重新使能中断
temperature = temperature - 41857; // 计算温度（百分之一精度）
temperature = (temperature * 100L) / 154;
temp_int = temperature / 100;
temp_frac = temperature - (temp_int * 100);
printf (“Temperature is %+02d.%02d\n”, temp_int, temp_frac);
}
中断服务程序
//得到ADC0采样值, 将它加到运行总数accumulator中,
//当int_dec为0时, 在全局变量result放置数字滤波后的结果
void ADC0_ISR (void) interrupt 15
{ static unsigned int_dec=INT_DEC; //数字滤波计数器，
// int_dec = 0时重设新值
static long accumulator=0L;
AD0INT = 0; // 清除ADC转换结束标志
accumulator += ADC0; // 读ADC值并加到运行总数中
int_dec--; // 更新数字滤波计数器
if (int_dec == 0) { // 如果为0，计算结果
int_dec = INT_DEC; 　　　　　 　// 重设计数器
result = accumulator >> 8;　　　　 // 除以256，求平均值（数字滤波）
accumulator = 0L; 　　　　　　 // 复位accumulator
}
}
6、多通道数据采集
while (1) {
for (i = 0; i < 9; i++) {
EA = 0; // 禁止中断
voltage = result[i]; // 从全局变量取得ADC值
EA = 1; // 重新使能中断
// 计算电压（mV）
voltage = voltage * VREF0;
voltage = voltage >>4; //右移4位,得到实际大小
printf (“Channel ‘%d’ voltage is %ldmV\n”, i, voltage);
}
}
中断服务程序
// ADC0转换结束中断服务程序
// 得当ADC0采样值并存储在全局数组 <result>.
// 同时选择下一个通道转换
void ADC0_ISR (void) interrupt 15
{
static unsigned char channel = 0; // ADC多路模拟通道(0-8)
AD0INT = 0; // 清除ADC转换结束标志
result[channel] = ADC0; // 读ADC值
channel++; // 改变通道
if (channel == 9) {
channel = 0;
}
AMX0SL = channel; // 设置多路模拟转换器到下一个通道
}
6、 D/A转换原理
a) D/A转换器的原理很简单，可以总结为“按权展开，然后相加”几个字。
b) D/A转换器内部必须有一个解码网络，以实现按权值分别进行D/A转换。
c) 解码网络通常有两种：
i. 二进制加权电阻网络
ii. T型电阻网络
7、 D/A转换性能指标
（1）分辨率（resolution） 指D/A转换器能分辨的最小输出模拟增量，为满量程值的2-n倍。例如，满量程为10V的8位D/A芯片的分辨率为10V×2-8＝39mV；而16位的D/A是10V×2-16＝153µV。
（2） 转换精度（conversion accuracy） 转换精度是指满量程时D/A的实际模拟输出值和理论值的接近程度。例如，满量程时理论输出值为10V，实际输出值是在9.99～10.01之间，则其转换精度为±10mV
8、DAC输出更新
位4-3（DAC0MD1～DAC0MD10）：DAC0 更新方式位。
• 00：写DAC0H 时更新。
• 01：定时器3 溢出时更新。
• 10：定时器4 溢出时更新。
• 11：定时器2 溢出时更新
9、电压基准电路
电压基准电路为控制ADC 和DAC 模块工作提供了灵活性。
有三个电压基准输入引脚，允许每个ADC 和两个DAC 使用外部电压基准或片内电压基准输出。
通过配置VREF 模拟开关，ADC0 还可以使用DAC0 的输出作为内部基准，ADC1 可以使用模拟电源电压作为基准。