更多精彩文章 尽在 匠人的百 宝箱 网址 更多精彩文章 尽在 匠人的百 宝箱 网址 http cxjr 21ic org 如果你的 芯 是一座作坊 我愿做那不知疲倦的程序匠 匠人手记 之二十三 单片机入门知识与基本概念 单片机入门知识与基本概念 作者 程序匠人 出处 匠人的百宝箱 1 前言前言 此文是匠人为公司里的新人内部培训时的资料 当时是以幻灯片的形式 用作课程讲义 的 现略做整理并重新排版 仅供网友们参考 2 单片机系统简介单片机系统简介 一个单片机系统 就是一个微型化的计算机 个人计算机主要由以下几个部份构成 1 CPU 进行运算 控制 2 RAM 数据存储 3 ROM 程序存储 4 输入 输出设备 例如 串行口 并行输出口等 在个人计算机上 这些部份被分成若干个独立芯片模块 安装在主板上 而在单片机中 这些部份全部被集成到一颗芯片中了 所以就称为单片 单芯片 机 有一些单片机中除了 上述部份外 还集成了其它部份如 A D D A PWM 等 下面我们将分别介绍一下有关概念 3 存储器存储器 单片机的一个主要作用就是数据信息的处理 而在处理数据的过程中 需要一些 容器 来存放这些数据 存储器是用来存储单片机工作时使用的信息 程序和数据 的部件 常见存储类型 1 数据存储器 RAM 2 程序存储器 ROM 3 外部数据存储器 如 E2PROM 概念 1 累加器 ACC 4 I O 口口 I O 口是单片机与外界联系的通道 它可对各类外部信号 开关量 模拟量 频率信号 进行检测 判断 处理 并可去控制各类外部设备 现在的单片机 I O 口集成了更多的功能 更多精彩文章 尽在 匠人的百 宝箱 网址 更多精彩文章 尽在 匠人的百 宝箱 网址 http cxjr 21ic org 如果你的 芯 是一座作坊 我愿做那不知疲倦的程序匠 学习单片机需要了解 I O 口的以下特性 1 输入 输出概念及注意事项 输入门槛电平 输出电流和电压 2 上拉 下拉电阻 3 R OPTION 4 漏极开路的作用 线与 电平转化 5 IO 口功能的拓展与复用 中断 唤醒 ADC 检测 PWM 输出 5 堆栈堆栈 堆栈的概念 堆栈 Stack 是一种比较重要的线性数据 结构 如果对数据结构知识不是很了解的话 我 们可以把它简单的看作一维数组 对一维数组进行元素的插入 删除操作时 可以在任何位置进行 而对于栈来说 插入 删 除操作是固定在一端进行的 这一端称为栈顶 top 另一端称为栈底 bottom 向栈中插入数据的操作称为压入 Push 从 栈中删除数据称为弹出 Pop 堆栈的特性 先进后出 后进先出 堆栈指针 用于指示栈顶位置 堆栈应用的领域 1 调用子程序 2 中断 3 临时变量存取 注意事项 1 堆栈的大小 避免溢出 2 进栈和出栈的匹配 6 定时定时 计数器计数器 什么是定时 计数器 所谓的定时 计数器其实质都是计数器 只不过在定时时是对微机内部时钟脉冲进行计 数 而工作在计数器时是对微机外部输入的脉冲进行计数 如果输入的脉冲是周期相同的 更多精彩文章 尽在 匠人的百 宝箱 网址 更多精彩文章 尽在 匠人的百 宝箱 网址 http cxjr 21ic org 如果你的 芯 是一座作坊 我愿做那不知疲倦的程序匠 也可将计数器作为定时器来使用 视具体情况而定 定时 计数器的作用 1 计时 定时或延时控制 2 脉冲计数 3 测量脉冲宽度 3 种方法实现定时的方法 1 软件延时方法 编制一个循环程序段让 CPU 执行 这种方法通用性和灵活性好 但 占用系统的时间 2 不可编程的硬件方法 设计一个数字逻辑电路 例如 555 定时电路 这种方法不占 用 CPU 时间 但通用性 灵活性差 3 可编程定时器 计数器方法 可编程定时器 计数器方法 可由软件设定定时与计数功能 设定后与 CPU 并行工 作 不占用 CPU 时间 功能强 使用灵活 7 中断中断 什么是中断 优先级更高的事件发生 打断优先级低的事件进程时 称为中断 可以引起中断的事件 称之为中断源 中断的嵌套与优先级 当一个低级中断尚未执行完毕 又发生了一个高优先级的中断 系统转而执行高级中断 称为中断的嵌套 中断的响应过程 具体地说 中断响应可以分为以下几个步骤 1 现场保护 将当前地址 ACC 状态寄存器保存到堆栈中 2 切换 PC 指针 根据不同的中断源所产生的中断 切换到相应的入口地址 3 执行中断处理程序 4 现场恢复 将保存在堆栈中的主程序地址 ACC 状态寄存器恢复 5 中断返回 执行完中断指令后 就从中断处返回到主程序 继续执行 8 复位复位 什么是复位 复位是指通过外部电路给单片机的复位脚一个复位信号 让系统重新开始运行 复位时发生的动作 1 PC 指针从起始位置开始运行 更多精彩文章 尽在 匠人的百 宝箱 网址 更多精彩文章 尽在 匠人的百 宝箱 网址 http cxjr 21ic org 如果你的 芯 是一座作坊 我愿做那不知疲倦的程序匠 2 IO 口变成高阻态 3 部分控制寄存器恢复到缺省值状态 4 普通 RAM 不变 如果是上电复位 则是随机数据 几种不同的复位启动方式 1 冷启动 关机 断电 状态下 启动系统叫做冷启动 2 复位启动 在不断电状态下 通过复位口给各复位信号 重启系统叫热启动 3 热启动 软件复位 常见的复位电路 复位注意事项 1 复位电平的时间 对于 EMC 单片机 复位低电平要 18ms 2 避免复位不良 9 看门狗看门狗 何谓 看门狗 看门狗 又叫 watchdog timer 是一个定时器电路 一般有一个输入信号 用来让定时 器清零 俗称 喂狗 一个输出信号到 MCU 的 RST 端 其作用是防止程序发生死循环 或者说程序跑飞 看门狗的本质就是 可清零 的 独立 定时 复位 装置 更多精彩文章 尽在 匠人的百 宝箱 网址 更多精彩文章 尽在 匠人的百 宝箱 网址 http cxjr 21ic org 如果你的 芯 是一座作坊 我愿做那不知疲倦的程序匠 看门狗的原理 MCU 正常工作的时候 每隔一端时间输出一个信号到喂狗端 给 WDT 清零 如果超 过规定的时间不喂狗 一般在程序跑飞时 WDT 定时超过 就会给出一个复位信号到 MCU 让 MCU 复位 防止 MCU 死机 看门狗电路发展的 3 个阶段 1 片外分立器件电路 用 555 或 4060 等构成 2 专用 WDT 集成电路 如 MAX706 等等 3 CPU 片内集成 常见的看门狗电路 喂狗注意事项 1 喂狗间歇不得大于看门狗溢出时间 2 避免在中断中喂狗 3 避免多处喂狗 10 振荡源振荡源 单片机是一种时序电路 必须提供脉冲信号才能正常工作 三种常用的振荡源 1 晶振 2 陶振 3 RC 更多精彩文章 尽在 匠人的百 宝箱 网址 更多精彩文章 尽在 匠人的百 宝箱 网址 http cxjr 21ic org 如果你的 芯 是一座作坊 我愿做那不知疲倦的程序匠 锁相环 几个容易混淆的概念 1 振荡周期 2 机器周期 3 指令周期 11 脉宽调制 脉宽调制 PWM PWM 的全称是 Pulse Width Modulation 脉冲宽度调制 PWM 技术的基本原理 随着电子技术的发展 出现了多种 PWM 技术 其中包括 相电压控制 PWM 脉宽 PWM 法 随机 PWM SPWM 法 线电压控制 PWM 等 PWM 技术的具体应用 控制电机转速 控制充电电流 控制磁场力矩大小 PWM 软件法控制充电电流 本方法的基本思想就是利用单片机具有的 PWM 端口 在不改变 PWM 方波周期的前提 下 通过软件的方法调整单片机的 PWM 控制寄存器来调整 PWM 的占空比 从而控制充电 电流 本方法所要求的单片机必须具有 ADC 端口和 PWM 端口这两个必须条件 另外 ADC 的 位数尽量高 单片机的工作速度尽量快 在调整充电电流前 单片机先快速读取充电电流的大小 然后把设定的充电电流与实际 读取到的充电电流进行比较 若实际电流偏小则向增加充电电流的方向调整 PWM 的占空比 若实际电流偏大则向减小充电电流的方向调整 PWM 的占空比 在软件 PWM 的调整过程中要注意 ADC 的读数偏差和电源工作电压等引入的纹波干扰 合理采用算术平均法等数字滤波技术 软件 PWM 法具有以下优缺点 12 模拟模拟 数字转化 数字转化 ADC 更多精彩文章 尽在 匠人的百 宝箱 网址 更多精彩文章 尽在 匠人的百 宝箱 网址 http cxjr 21ic org 如果你的 芯 是一座作坊 我愿做那不知疲倦的程序匠 ADC 是指将模拟量转化成计算机可以识别的数字量 ADC 分类 1 闪速 ADC 2 逐次逼近逐次逼近 ADC 3 Sigma delta ADC 滤波处理 1 平均滤波 2 一阶滤波 3 程序判断滤波 13 串口通讯串口通讯 1 RS232 2 I2C 3 SPI 匠人手记 版权声明 匠人手记 系列文章都为匠人原创或精心整理 其中耗费了匠人的诸多心血 这些文 章推出以来 一直受到网友的欢迎 也有许多网站给予转载和推荐 匠人对此由衷感谢 但是 最近我们发现 有些网站故意将 匠人手记 的内容拆开来发表 不但隐去了作 者和出处等信息 而且还贴上他们自己网站原创的标签 匠人觉得这是一种不尊重原作者的 行为 在此 匠人特声明如下 匠人手记 的正式发布版本均为 PDF 格式 匠人欢迎各位收 藏或转载 但是 匠人要求转载者必须也以 PDF 格式提供 并且 转载者不得对 PDF 格式 的 匠人手记 文件内容进行修改 转载者不得利用 匠人手记 谋取经济利益 大伙能到 匠人的百宝箱 来做客 都是匠人的朋友 希望不要做伤害朋友的事情了