51单片机

串口通信的基本认识

通信分为并行通信和串行通信,并行通信时的数据各个位同时传送,可以实现字节为单位通信,但通信线多占用资源,成本高。以前用到的的P1=0x55,一次给P1口的8个管脚分别赋值,同时进行信号输出,类似于8个车道可以过去8辆车,这样的形式是并行的,一般称P0,P1,P2,P3为51单片机的4组并行总线。

串行通信,就是一个车道,一个只能通过一辆车,如果一个0x55这样一个字节的数据要传输过去的话,假如低位在前,高位在后的话,那发送方式是:0-1-0-1-0-1-0-1,一位一位的进行传输,要发送8次才能发送完一个字节

STC89C52有两个引脚是专门用来做串口通信的,一个是P3.0(RXD),一个是P3.1(TXD),他们组成的通信接口就是串行接口,简称串口。用于两个单片机进行UART通信。两单片机通信接口连接方式:RXD——TXD,TXD——RXD。

单片机1的TXD发送通道接到单片机2的RXD接收通道,单片机的1的RXD接收通道接到单片机2的TXD发送通道,从而实现相互通信。

当单片机1想给单片机2发送数据,比如发送了0xCE,用二进制表示就是11001110,在串口通信过程中,是低位先发,高位后发的原则,那么就是让TXD首先拉低电平,持续一段时间,发送一位0,然后拉高电平,持续一段时间,发送一位1,继续拉高,在持续一段时间,发送一位1,一直把8位二进制数11001110全部发送完毕,这里涉及到一个问题,就是持续的一个时间段时间“到底是多少”。因而便引入通信中非常重要的一个概念波特率,也叫做比特率。

波特率

波特率就是发送二进制数据位的速率,习惯用baud表示,即我们发送一位二进制数据持续的时间=1/baud。在通信之前,单片机1和单片机2首先都要明确约定好他们之间的通信波特率,必须保持一致,收发双方才能正常通信。

约定好速度之后,我们还要考虑第二个问题,数据什么时候是起始,什么时候是结束?提前和延迟结束都会接收错误。在uart通信的时候,一个字节是8位,规定当没有通信信号发生时,通信线路保持高电平,当数据发送前,先发一位0表示起始位,然后发送8位数据位,数据位是先低再高,数位位发送完后才呢个后再发送一位1表示停止位,这样我们要发送的8位数据,实际上我们发送了10位,多出来两位其中一个是起始位,一个是停止位。而接受方一直保持的高电平,一旦检测到一位低电平,准备开始接受数据,接受8位数据后,然后检测停止位,再准备下一个数据接收。

串口数据发送示意图,实际上是一个时域示意图,就是信号随着时间变化的对应关系。比如在单片机的发送引脚上,左边的是先发生的,右边的是后发生的,数据位的切换时间就是波特率分之一秒,如果能够理解时域的概念,后边很多通信的时序图就很容易理解了。

RS232

在我们电脑上,一般都会有一个9针的串行接口,这个串行接口叫做RS232接口,它和UART通信有关联,但是由于现在笔记本电脑不带9针串口,所以和单片机通信越来越趋于使用USB虚拟串口。

九针串口分工头和母头

公头上5下4,上5从左到右为1.2.3.4.5;下4从左到右为6.7.8.9;

母头上5下4,上5从左到右为5.4.3.2.1;下4从左到右为9.8.7.6;

RS232接口一共有9个引脚,分别定义是:1、载波检测DCD;2、接收数据RXD;3、发送数据TXD;4、数据终端准备好DTR;5、信号地线SG;6、数据准备好DSR;7、请求发送RTS;8、清除发送CTS;9、振铃提示RI。我们要让这个串口和我们单片机进行通信,我们只需要关心其中的2脚RXD、3脚TXD和5脚GND即可。

虽然这三个引脚的名字和我们单片机上的串口名字一样,但是却不能直接和单片机对连通信,这是为什么呢?随着我们了解的内容越来越多,我们得慢慢知道,不是所有的电路都是5V代表高电平而0V代表低电平的。对于RS232标准来说,它是个反逻辑,也叫做负逻辑。为何叫负逻辑?它的TXD和RXD的电压,-3V~-15V电压代表是1,+3~+15V电压代表是0。低电平代表的是1,而高电平代表的是0,所以称之为负逻辑。因此电脑的9针RS232串口是不能和单片机直接连接的,需要用一个电平转换芯片MAX232来完成。

这个芯片就可以实现把标准RS232串口电平转换成我们单片机能够识别和承受的UART 0V/5V电平。从这里大家似乎慢慢有点明白了,其实RS232串口和UART串口,它们的协议类型是一样的,只是电平标准不同而已,而MAX232这个芯片起到的就是中间人的作用,它把UART电平转换成RS232电平,也把RS232电平转换成UART电平,从而实现标准RS232接口和单片机UART之间的通信连接。

USB转串口通信

随着技术的发展,工业上还有RS232串口通信的大量使用,但是商业技术的应用上,已经慢慢的使用USB转UART技术取代了RS232串口,绝大多数笔记本电脑已经没有串口这个东西了,那我们要实现单片机和电脑之间的通信该怎么办呢?

我们只需要在电路上添加一个USB转串口芯片,就可以成功实现USB通信协议和标准UART串行通信协议的转换,在我们的开发板上,我们使用的是CH340T这个芯片。

我们需要用跳线帽把中间和下边的针短接在一起。右侧的CH340T这个电路很简单,把电源、晶振接好后,6脚和7脚的DP和DM分别接USB口的2个数据引脚上去,3脚和4脚通过跳线接到了我们单片机的TXD和RXD上去。

CH340T的电路里3脚位置加了个4148的二极管,是一个小技巧。因为STC89C52这个单片机下载程序时需要冷启动,就是先点下载后上电,上电瞬间单片机会先检测需要不需要下载程序。虽然单片机的VCC是由开关来控制,但是由于CH340T的3脚是输出引脚,如果没有此二极管,开关后级单片机在断电的情况下,CH340T的3脚和单片机的P3.0(即RXD)引脚连在一起,有电流会通过这个引脚流入后级电路并且给后级的电容充电,造成后级有一定幅度的电压,这个电压值虽然只有两三伏左右,但是可能会影响到正常的冷启动。加了二极管后,一方面不影响通信,另外一个方面还可以消除这种不良影响。这个地方可以暂时作为了解,大家如果自己做这类电路,可以参考一下。

IO口模拟UART串口通信

UART串口波特率,常用的值是300、600、1200、2400、4800、9600、14400、19200、28800、38400、57600、115200等速率。IO口模拟UART串行通信程序是一个简单的演示程序,我们使用串口调试助手下发一个数据,数据加1后,再自动返回。

串口调试助手,这里我们直接使用STC-ISP软件自带的串口调试助手,先把串口调试助手的使用给大家说一下,如图11-6所示。第一步要选择串口助手菜单,第二步选择十六进制显示,第三步选择十六进制发送,第四步选择COM口,这个COM口要和自己电脑设备管理器里的那个COM口一致,波特率按我们程序设定好的选择,我们程序中让一个数据位持续时间是1/9600秒,那这个地方选择波特率就是选9600,校验位选N,数据位8,停止位1。

串口调试助手的实质就是利用电脑上的UART通信接口,发送数据给我们的单片机,也可以把我们的单片机发送的数据接收到这个调试助手界面上。

因为初次接触通信方面的技术,所以我把后面的IO模拟串口通信程序进行一下解释,大家可以边看我的解释边看程序,把底层原理先彻底弄懂。

变量定义部分就不用说了,直接看main主函数。首先是对通信的波特率的设定,在这里我们配置的波特率是9600,那么串口调试助手也得是9600。配置波特率的时候,我们用的是定时器T0的模式2。模式2中,不再是TH0代表高8位,TL0代表低8位了,而只有TL0在进行计数,当TL0溢出后,不仅仅会让TF0变1,而且还会将TH0中的内容重新自动装到TL0中。这样有一个好处,就是我们可以把想要的定时器初值提前存在TH0中,当TL0溢出后,TH0自动把初值就重新送入TL0了,全自动的,不需要程序中再给TL0重新赋值了,配置方式很简单,大家可以自己看下程序并且计算一下初值。

波特率设置好以后,打开中断,然后等待接收串口调试助手下发的数据。接收数据的时候,首先要进行低电平检测while (PIN_RXD),若没有低电平则说明没有数据,一旦检测到低电平,就进入启动接收函数StartRXD()。接收函数最开始启动半个波特率周期,初学可能这里不是很明白。大家回头看一下我们的图11-2里边的串口数据示意图,如果在数据位电平变化的时候去读取,因为时序上的误差以及信号稳定性的问题很容易读错数据,所以我们希望在信号最稳定的时候去读数据。除了信号变化的那个沿的位置外,其它位置都很稳定,那么我们现在就约定在信号中间位置去读取电平状态,这样能够保证我们读的一定是正确的。

一旦读到了起始信号,我们就把当前状态设定成接收状态,并且打开定时器中断,第一次是半个周期进入中断后,对起始位进行二次判断一下,确认一下起始位是低电平,而不是一个干扰信号。以后每经过1/9600秒进入一次中断,并且把这个引脚的状态读到RxdBuf里边。等待接收完毕之后,我们再把这个RxdBuf加1,再通过TXD引脚发送出去,同样需要先发一位起始位,然后发8个数据位,再发结束位,发送完毕后,程序运行到while (PIN_RXD),等待第二轮信号接收的开始。

串口通信基本应用

通信的三种基本类型

常见的通信传输方式可以分为单工通信、半双工通信、全双工通信。

单工通信就是只允许一个方向向另外一个方向传送信息,而另外一方不能回传消息。比如:电视遥控器、收音基等

半双工通信是指数据可以在双方之间相互传播,但是同一时刻只能呢个其中一方发给另一方,比如:对讲机

全双工通信是指发送数据同时也能接收数据,两者同步进行,就如同我们的电话一样,我们说的同时也可以听到对方的声音。

uart模块介绍

IO口模拟串口通信,让大家了解了串口通信的本质,但是我们的单片机程序却需要不停的检测扫描单片机IO口收到的数据,大量占用了单片机的运行时间。这时候就会有聪明人想了,其实我们并不是很关心通信的过程,我们只需要一个通信的结果,最终得到接收到的数据就行了。这样我们可以在单片机内部做一个硬件模块,让它自动接收数据,接收完了,通知我们一下就可以了,我们的51单片机内部就存在这样一个UART模块,要正确使用它,当然还得先把对应的特殊功能寄存器配置好。

51单片机的UART串口的结构由串行口控制寄存器SCON、发送和接收电路三部分构成,先来了解一下串口控制寄存器SCON。

SCON串行控制器的位分配(地址:0x98)

位:符号:复位值: 0:RI:0;1:TI:0;2:RB8:0;3:TB8:0;4:REN:0;5:SM2:0;6:SM1:0;7:SM0:0;

0位RI:接收中断标志位,当接收电路接收到停止位的中间位置时,RI由硬件置1,必须通过软件清零

1位TI:发送中断标志位,当发送电路发送到停止位的中间位置时,TI由硬件置1,必须通过软件清零。

2位RB8:模式2和3中接收到的第9位数据(很少用),模式1用来接收停止位。

3位TB8:模式2和3中要发送的第9位数据(很少用)。

4位REN:使能串行接收。由软件置位使能接收,软件清零则禁止接收。

5位SM2:多机通信控制位(极少用),模式1直接清零。

6位SM1和7位SM0:

这两位共同决定了串口通信的模式0~模式3共4种模式。我们最常用的就是模式1,也就是SM0=0,SM1=1,下边我们重点就讲模式1,其它模式从略。

对于串口的四种模式,模式1是最常用的,就是我们前边提到的1位起始位,8位数据位和1位停止位。下面我们就详细介绍模式1的工作细节和使用方法,至于其它3种模式与此也是大同小异,真正遇到需要使用的时候大家再去查阅相关资料就行了。

在我们使用IO口模拟串口通信的时候,串口的波特率是使用定时器T0的中断体现出来的。在硬件串口模块中,有一个专门的波特率发生器用来控制发送和接收数据的速度。对于STC89C52单片机来讲,这个波特率发生器只能由定时器T1或定时器T2产生,而不能由定时器T0产生,这和我们模拟的通信是完全不同的概念。

如果用定时器2,需要配置额外的寄存器,默认是使用定时器1的,我们本章内容主要就使用定时器T1作为波特率发生器来讲解,方式1下的波特率发生器必须使用定时器T1的模式2,也就是自动重装载模式,定时器的重载值计算公式为:

TH1 = TL1 = 256 - 晶振值/12 /2/16 /波特率

和波特率有关的还有一个寄存器,是一个电源管理寄存器PCON,他的最高位可以把波特率提高一倍,也就是如果写PCON |= 0x80以后,计算公式就成了:

TH1 = TL1 = 256 - 晶振值/12 /16 /波特率

公式中数字的含义这里解释一下,256是8位定时器的溢出值,也就是TL1的溢出值,晶振值在我们的开发板上就是11059200,12是说1个机器周期等于12个时钟周期,值得关注的是这个16,我们来重点说明。在IO口模拟串口通信接收数据的时候,采集的是这一位数据的中间位置,而实际上串口模块比我们模拟的要复杂和精确一些。他采取的方式是把一位信号采集16次,其中第7、8、9次取出来,这三次中其中两次如果是高电平,那么就认定这一位数据是1,如果两次是低电平,那么就认定这一位是0,这样一旦受到意外干扰读错一次数据,也依然可以保证最终数据的正确性。

串口通信的发送和接收电路在物理上有2个名字相同的SBUF寄存器,它们的地址也都是0x99,但是一个用来做发送缓冲,一个用来做接收缓冲。意思就是说,有2个房间,两个房间的门牌号是一样的,其中一个只出人不进人,另外一个只进人不出人,这样的话,我们就可以实现UART的全双工通信,相互之间不会产生干扰。但是在逻辑上呢,我们每次只操作SBUF,单片机会自动根据对它执行的是“读”还是“写”操作来选择是接收SBUF还是发送SBUF,后边通过程序,我们就会彻底了解这个问题。

##UART串口程序

一般情况下,我们编写串口通信程序的基本步骤如下所示:

1、配置串口为模式1。

2、配置定时器T1为模式2,即自动重装模式。

3、根据波特率计算TH1和TL1的初值,如果有需要可以使用PCON进行波特率加倍。

4、打开定时器控制寄存器TR1,让定时器跑起来。

这里还要特别注意一下,就是在使用T1做波特率发生器的时候,千万不要再使能T1的中断了。

我们先来看一下由IO口模拟串口通信直接改为使用硬件UART模块时的程序代码,看看程序是不是简单了很多,因为大部分的工作硬件模块都替我们做了。程序功能和IO口模拟的是完全一样的。

通信实例与ASCLL码

先抛开我们使用的汉字不谈,那么我们常用的字符就包含了0~9的数字、A~Z/a~z的字母、还有各种标点符号等。那么在单片机系统里面我们怎么来表示它们呢?ASCII码(American Standard Code for Information Interchange,即美国信息互换标准代码)可以完成这个使命:我们知道,在单片机中一个字节的数据可以有0~255共256个值,我们取其中的0~127共128个值赋予了它另外一层涵义

我们用字符格式发送一个小写的a,返回一个十六进制的0x61,数码管上显示的也是61,ASCII码表里字符a对应十进制是97,等于十六进制的0x61;我们再用字符格式发送一个数字1,返回一个十六进制的0x31,数码管上显示的也是31,ASCII表里字符1对应的十进制是49,等于十六进制的0x31。这下大家就该清楚了:所谓的十六进制发送和十六进制接收,都是按字节数据的真实值进行的;而字符格式发送和字符格式接收,是按ASCII码表中字符形式进行的,但它实际上最终传输的还是一个字节数据。这个表格,当然不需要大家去记住,理解它,用的时候过来查就行了。

来源:单片机精讲吴鉴鹰

围观 6

51单片机包含五个中断源,两级中断优先级,优先级可编程设置,通过IP进行设置。

● PX0(IP.0),外部中断0优先级设定位;
● PT0(IP.1),定时/计数器T0优先级设定位;
● PX1(IP.2),外部中断0优先级设定位;
● PT1(IP.3),定时/计数器T1优先级设定位;
● PS (IP.4),串行口优先级设定位;
● PT2 (IP.5) ,定时/计数器T2优先级设定位。

从上图里我们可以看出:

EA是中断控制位。EA=1,开放中断;EA=0,屏蔽所用中断(编程时人为设定)。

那EA是在哪里进行设置的呢?它就是在IE(中断允许寄存器)里进行设定的。

第七位就是EA,剩下的还有第四位的ES,第三位的ET1,第二位的EX1,第一位的ET0和第零位的EX0。

是不是在上图中都能看到他们的影子?没错,要不IE能称为中断允许寄存器嘛。它先设定总允许中断,然后再设定其它中断是否允许。

接下来我们再来看其它中断允许位。

ES是串行口中断开放控制位。ES=1,响应串行口中断;ES=0,禁止串行口中断。

ET1是T1溢出中断开放控制位。ET1=1,响应T1溢出产生的中断;ET1=0,禁止T1溢出产生的中断。

EX1是外部中断1开放控制位。EX1=1,响应外部中断;EX1=0,禁止外部中断。

ET0的功能同ET1,对应T0。

EX0的功能同EX1,对应外部中断0。

这样,中断是否开启就由你说了算了,你要用什么直接就可以控制对应的中断和总中断EA就可以了。

现在我们开启了中断,cpu就会检测对应的中断是否到来,那如何检测的呢?接下来我们就要用到另外几个有用的位了。

TCON的第七位TF1,第五位TF0,第三位IE1,第一位IE0。

SCON的第一位TI,第零位RI。

RI(SCON.0),串行口接收中断标志位。当允许串行口接收数据时,每接收完一个串行帧,由硬件置位RI。注意,RI必须由软件清除。

TI(SCON.1),串行口发送中断标志位。当CPU将一个发送数据写入串行口发送缓冲器时,就启动了发送过程。每发送完一个串行帧,由硬件置位TI。CPU响应中断时,不能自动清除TI,TI必须由软件清除。

TF1:T1当定时时间到或是当计数个数到的时候,会触发TF1位,然后CPU检测TF1位,执行对应的中断,响应中断后,硬件清零。

TF0:对应于TF1。

IE1:外部中断请求标志,外部中断执行,请求中断,对应IE1=1,CPU响应中断,硬件对IE1清零。

IE0:对应IE1。

但是对于外部中断,却有两种中断触发方式:

一种是低电平触发;

一种是下降沿触发。

对于不同情况要进行不同的控制,如何在两种方式间进行选择呢?

我们看TCON的第二位和第零位是没有用的,就是他们两个,第二位IT1对应外部中断1,第零位IT0对应外部中断0,给他们高电平就为下降沿触发,给他们低电平就为低电平触发。

文章到这里就结束啦~附上“中断优先权图”供大家参考。

*附 | 中断优先权图

来源:电子产品世界

围观 32

学习单片机,除了搞清单片机内部功能、存储空间分配及I/O接口外,还应掌握其指令系统。MCS-51共有111条指令,现介绍我们总结出的快速记忆MCS-51指令的方法,供大家参考。

大家都知道,汇编语言指令由操作码、操作数两部分组成。MCS-51使用汇编语言指令,它共有44个操作码助记符,33种功能,其操作数有#data、direct、Rn、@Ri等。这里先介绍指令助记符及其相关符号的记忆方法。

一、助记符号的记忆方法

1 表格列举法

把44个指令助记符按功能分为五类,每类列表记忆。此处从略,请读者自己总结。

2 英文还原法

单片机的操作码助记符是该指令功能的英文缩写,将缩写还原成英语原文,再对照汉语有助于理解其助记符含义,从而加强记忆。例如:
增量 INC-Incremect;减量 DNC-Decrement; 短转移 SJMP-Short jump; 长转移 LJMP-Long jump;比较转移 CJNE-Compare jump not equality;绝对转移 AJMP-Absolute jump;空操作 NOP-No operation ;交换 XCH-Exchange;加法 ADD-Addition;乘法 MUL-Multiplication;除法 DIV-Division; 左环移 RL-Rotate left;进位左环移 RLC-Rotate left carry; 右环移 RR-Rotate right;进位右环移RRC-Rotate right carry。

3 功能模块记忆法

单片机的44个指令助记符,按所属指令功能可分为五大类,每类又可以按功能相似原 则为2~3组。这样,化整为零,各个击破,实现快速记忆。

1)数据传送组。

2)加减运算组:MOV 内部数据传送 ADD 加法 MOVC 程序存储器传送 ADDC 带进位加法 MOVX 外部数据传送 SUBB 带进位减法。

3)逻辑运算组。

4)子程序调用组:ANL 逻辑与 LCALL 长调用 ORL 逻辑或 ALALL 绝对调用 XRL 逻辑异或 RET 子程序返回。

二、指令的记忆方法

1 指令操作数的有关符号

MCS-51的寻址方式共有六种:立即数寻址、直接寻址、寄存器寻址、寄存器间址、变 址寻址、相对寻址。我们必须掌握其表示的方法。

1)立即数与直接地址。ata表示八位立即数,#data16表示是十六位立即数,data或 direct表示直接地址。

2)Rn(n=0-7)、A、B、CY、DPTR寄存器寻址变量。

3)@R0、@R1、@DPTR、SP表示寄存器间址变量。

4)DPTR+A、PC+A表示变址寻址的变量。

5)PC+rel(相对量)表示相对寻址变量。
  
记住指令的助记符,掌握不同寻址方式的指令操作数的表示方法,为我们记忆汇编指 令打下了基础。MCS-51指令虽多,但按功能可分为五类, 其中数据传送类28条,算术运算类24条,逻辑操作类25条,控制转移类17条,布尔位操作 类17条。在每类指令里,根据其功能,抓住其源、 目的操作数的不同组合,再辅之以下方法,是完全能记住的。 我们约定,可能的目的操作数按(# data/direct/A/Rn/@Ri )顺序表示。
  
对于MOV指令,其目的操作数按A、Rn、direct、@Ri的顺序书写,则可以记住MOV的15 条指令。例如以累加器A为目的操作数,可写出如下4条指令。

MOV A,# data/direct/A/Rn/@Ri

以此类推,写出其它指令。

MOV Rn,#data/direct/A
MOV direct,# data/direct/A/Rn/@Ri
MOV @Ri,#data/direct/A

2 指令图示记忆法

图示记忆法是把操作功能相同或相似、但其操作数不同的指令,用图形和箭头将目 的、源操作数的关系表示出来的一种记忆方法。 例如:由助记符MOV、MOVX、MOVC组成的送数组指令,可以用图1、2帮助记忆。
  
由助记符CJNE形成的四条指令,也可以用图示法表示,如图3。 CJNE A,#data,rel   CJNE A,direct,rel CJNE @Rn,#data,rel CJNE @Ri,#data,rel
  
另外,对于由(ANL、ORL、ARL)形成的18条逻辑操作指令,有关A的四条环移指令, 也可以用图示法表示,请读者自行画出记忆。

3 相似功能归类法
  
在MCS-51指令中,我们发现部分指令其操作码不同,但功能相似,而操作数则完全一 样。相似功能归类法就是把具有这样特点的指令放在一起记忆, 只要记住其中的一条,其余的也就记住了。如加、减法的十二条指令,与、或、非的十八 条指令,现列举如下。   

ADD/ADDC/SUBB A,# data/direct/Rn/@Ri
ANL/ORL/XRL A,# data/direct/Rn/@Ri
ANL/ORL/XRL direct,#data/a
  
上述每一排指令,功能相似,其操作数都相同。其它的如加1(INC)、减1(DEC)指令也 可照此办理。

4 口诀记忆法

对于有些指令,我们可以把相关的功能用精练的语言编成一句话来记忆。如PUSH direct和POP direct这两条指令。 初学者常常分不清堆栈SP的变化情况,为此编成这样一句话:(SP的内容)加1(direct的内 容)再入栈,(SP的内容)弹出(到direct单元)SP才减1。 又如乘法指令中积的存放,除法指令中被除数和除数以及商的存放,都可以编成口诀记忆如下:

   MUL AB
   高位积(存于)B,低位积(存于)A。
   DIV AB
   A除以B,商(存于)A余(下)B。

上面介绍了几种快速记忆单片机指令的方法,希望能起到抛砖引玉的作用,相信读者在学习单片机的过程中能找到适合自己的方法来记忆。但是,有了好的方法还不够,还需要实践,即多读书上的例题和别人编写的程序,自己再结合实际编写一些程序。只有这样, 才能更好更快地掌握单片机指令系统。

来源:嵌入式ARM

围观 7
围观 22

第1种

在MCS-51单片机片内有一个高增益的反相放大器,反相放大器的输入端为XTAL1,输出端为XTAL2,由该放大器构成的振荡电路和时钟电路一起构成了单片机的时钟方式。根据硬件电路的不同,单片机的时钟连接方式可分为内部时钟方式和外部时钟方式,如下图所示。

时钟电路:(a)内部方式时钟电路,(b)外接时钟电路

在内部方式时钟电路中,必须在XTAL1和XTAL2引脚两端跨接石英晶体振荡器和两个微调电容构成振荡电路,通常C1和C2一般取30pF,晶振的频率取值在1.2MHz~12MHz之间。对于外接时钟电路,要求XTAL1接地,XTAL2脚接外部时钟,对于外部时钟信号并无特殊要求,只要保证一定的脉冲宽度,时钟频率低于12MHz即可。

晶体振荡器的振荡信号从XTAL2端送入内部时钟电路,它将该振荡信号二分频,产生一个两相时钟信号P1和P2供单片机使用。时钟信号的周期称为状态时间S,它是振荡周期的2倍,P1信号在每个状态的前半周期有效,在每个状态的后半周期P2信号有效。CPU就是以两相时钟P1和P2为基本节拍协调单片机各部分有效工作的。

第2种


MCS-51片内有一个高增益反相放大器,其输入端(XTAL1)和输出端(XTAL2)用于外接石英晶体和微调电容,构成振荡器,如图所示。电容C2和C3对频率有微调作用,电容容量的选择范围一般为30pF士10pF。振荡频率的选择范围为1.2~12MHz。

在使用外部时钟时,8051的XTAL2用来输入外时钟信号,而XTAL1则接地。

第3种


上图为时钟电路的原理图。分为最小单片机系统、单片机复位电路、按键电路、数码管位选电路、数码管段选电路、数码管显示电路、蜂鸣器电路、温度采集电路。

使用单片机的P2口进行数模的输出,P1^4、P1^5、P1^6与74HC138连接实现数码管位选,按键电路接入P1^0、P1^1、P1^2、P1^3四个I\O口,通过程序控制,扫描该四个引脚的信号实现时间的调节。蜂鸣器通过与三极管8550连接,最终接入P1^7,时间设定启动使其发声。温度传感器接入P3^7,将采集到的模拟信号转化为数字信号后传到单片机。

第4种

ATmega16单片机的时钟电路和输出I/O电路:


第5种

按键处理设置为:当有没键按下时,时钟正常运行;当按一次K1,时钟停止走动,按K2对秒进行调整;当K1按2次时,按K2对分进行调整;当K1按下3次时,按K2对小时进行调整,当按下4次K1时,校时完毕,时钟按设定的时间进行正常走时。

当按1次K3进入闹钟设置界面,时钟继续进行走时,按K2对秒进行设置;当按2次K3,按K2对分进行设置;当按3次K3,按K2对秒进行设置;当按下4次K3时,闹钟设置完毕进入时钟显示界面。电路图如下:

独立按键电路

第6种

单片机利用外部12MHZ晶振构成振荡电路作为时钟源,时钟电路的原理如下图。


第7种


P10控制调时分秒的哪一位,P11调时分秒的加,P12按下显示时间,P13按下显示闹铃,P14按下显示秒表,并且P14还是秒表的暂停和复位开关。

来源:网络,玩转单片机 ,转载此文目的在于传递更多信息,版权归原作者所有。

围观 307

(1)数据传送类指令(7种助记符)

MOV(英文为Move):对内部数据寄存器RAM和特殊功能寄存器SFR的数据进行传送;

MOVC(Move Code)读取程序存储器数据表格的数据传送;

MOVX (Move External RAM) 对外部RAM的数据传送;

XCH (Exchange) 字节交换;

XCHD (Exchange low-order Digit) 低半字节交换;

PUSH (Push onto Stack) 入栈;

POP  (Pop from Stack) 出栈;

(2)算术运算类指令(8种助记符)

ADD(Addition) 加法;

ADDC(Add with Carry) 带进位加法;

SUBB(Subtract with Borrow) 带借位减法;

DA(Decimal Adjust) 十进制调整;

INC(Increment) 加1;

DEC(Decrement) 减1;

MUL(Multiplication、Multiply) 乘法;

DIV(Division、Divide) 除法;

(3)逻辑运算类指令(10种助记符)

ANL(AND Logic) 逻辑与;

ORL(OR Logic) 逻辑或;

XRL(Exclusive-OR Logic) 逻辑异或;

CLR(Clear) 清零;

CPL(Complement) 取反;

RL(Rotate left) 循环左移;

RLC(Rotate Left throught the Carry flag) 带进位循环左移;

RR(Rotate Right) 循环右移;

RRC (Rotate Right throught the Carry flag) 带进位循环右移;

SWAP (Swap) 低4位与高4位交换;

(4)控制转移类指令(17种助记符)

ACALL(Absolute subroutine Call)子程序绝对调用;

LCALL(Long subroutine Call)子程序长调用;

RET(Return from subroutine)子程序返回;

RETI(Return from Interruption)中断返回;

SJMP(Short Jump)短转移;

AJMP(Absolute Jump)绝对转移;

LJMP(Long Jump)长转移;

CJNE (Compare Jump if Not Equal)比较不相等则转移;

DJNZ (Decrement Jump if Not Zero)减1后不为0则转移;

JZ (Jump if Zero)结果为0则转移;

JNZ (Jump if Not Zero) 结果不为0则转移;

JC (Jump if the Carry flag is set)有进位则转移;

JNC (Jump if Not Carry)无进位则转移;

JB (Jump if the Bit is set)位为1则转移;

JNB (Jump if the Bit is Not set) 位为0则转移;

JBC(Jump if the Bit is set and Clear the bit) 位为1则转移,并清除该位;

NOP (No Operation) 空操作;

(5)位操作指令(1种助记符)

SETB(Set Bit) 位 置1 。

来源:灵思致远IT学苑

围观 426

大家可能都知道破解51单片机是很容易的,但为什么容易,又是如何来破解的,可能很多人就不大清楚了,致芯解密专家结合网上一些前辈整理的资料和自己的经验,对MCU破解技术做个简单分析。

大家不要把解密想的很复杂,他不像研发一款产品那样,先确定客户需求或者新产品主要功能,然后立项确定技术指标,分配软硬件开发任务,基于硬件调试程序,然后验证功能,测试bug,还要做环境试验。行业里解密的方法有很多,每个人破解的思路也不一样。但是大致分为几种。

一、软件破解

利用软件破解目标单片机的方法,利用这种方法,不会对目标MCU元器件造成物理损伤。主要是对WINBONGD,SYNCMOS单片机和GAL门阵列,这种利用软件解密设备,按照一定的步骤操作,执行片内的程序送到片外的指令,然后用解密的设备进行截获,这样芯片内部的程序就被解密完成了(GAL采用逻辑猜测),就可以得到加密单片机中的程序。

二、硬件破解

流程如下:

1、测试

使用高档编程器等设备测试芯片是否正常,并把配置字保存。

2、开盖

采用手工或专用开盖设备进行开盖处理,这里说的开盖并不是说单片机或者其他MCU真有一个盖。简单解释一下,MCU其实是一个大规模集成电路,它是由N个电路组合而成的,而晶圆就是搭载集成电路的载体。将晶圆进行封装后,就形成了我们日常所用的IC芯片,封装形式可以有多种,比如TSSOP28、QFN28等。


3、做电路修改

对不同芯片,提供对应的图纸,让厂家做电路修改,目的是让MCU的存储区变得可读。有些MCU默认不允许读出Flash或者E2PROM中的数据,因为有硬件电路做保护,而一旦切断加密连线,程序就暴露可读了。如图2所示


4、读程序

取回修改过的MCU,直接用编程器读出程序,可以是HEX文件,或者BIN文件。

5、烧写样片给客户

按照读出的程序和配置,烧写到目标MCU中,这样就完成了MCU的破解。 至此,硬件破解法成功完成。

三、软硬兼施

采用软件和硬件结合的方法,需要对芯片的内部结构非常的熟悉。

另外还有其他一些破解技术,例如电子探测攻击、过错产生技术等等,但是最终目的只有一个,就是能够模仿出目标MCU的功能就可以了。

看到这里大家应该明白一个道理,破解MCU并不能做到把MCU中的程序原封不动的还原出来。目前的技术也做不到,至少国内应该做不到。针对以上情况,加密芯片应运而生,初期确实能很好的保护MCU的安全,但很快就被找到了漏洞。

来源:芯片解密

围观 382

直流电动机的PWM调压调速原理

直流电动机转速N的表达式为:N=U-IR/Kφ

由上式可得,直流电动机的转速控制方法可分为两类:调节励磁磁通的励磁控制方法和调节电枢电压的电枢控制方法。其中励磁控制方法在低速时受磁极饱和的限制,在高速时受换向火花和换向器结构强度的限制,并且励磁线圈电感较大,动态响应较差,所以这种控制方法用得很少。现在,大多数应用场合都使用电枢控制方法。

对电动机的驱动离不开半导体功率器件。在对直流电动机电枢电压的控制和驱动中,对半导体器件的使用上又可分为两种方式:线性放大驱动方式和开关驱动方式。

线性放大驱动方式是使半导体功率器件工作在线性区。这种方式的优点是:控制原理简单,输出波动小,线性好,对邻近电路干扰小;但是功率器件在线性区工作时由于产生热量会消耗大部分电功率,效率和散热问题严重,因此这种方式只用于微小功率直流电动机的驱动。绝大多数直流电动机采用开关驱动方式。开关驱动方式是使半导体器件工作在开关状态,通过脉宽调制PWM来控制电动机电枢电压,实现调速。

在PWM调速时,占空比α是一个重要参数。以下3种方法都可以改变占空比的值。

(1)定宽调频法

这种方法是保持t1不变,只改变t2,这样使周期T(或频率)也随之改变。

(2)调频调宽法

这种方法是保持t2不变,只改变t1,这样使周期T(或频率)也随之改变。

(3)定频调宽法

这种方法是使周期T(或频率)保持不变,而同时改变t1和t2。

前两种方法由于在调速时改变了控制脉冲的周期(或频率),当控制脉冲的频率与系统的固有频率接近时,将会引起振荡,因此这两种方法用得很少。目前,在直流电动机的控制中,主要使用定频调宽法。

直流电动机双极性驱动可逆PWM控制系统

双极性驱动则是指在一个PWM周期里,作为在电枢两端的脉冲电压是正负交替的。

双极性驱动电路有两种,一种称为T型,它由两个开关管组成,采用正负电源,相当于两个不可逆控制系统的组合。但由于T型双极性驱动中的开关管要承受较高的反向电压,因此只用在低压小功率直流电动机驱动。

另一种称为H型。

H型双极性驱动

1、电动机控制电路模块

H桥电动机驱动电路的工作原理:

A:当单片机的P0.0脚输出高电平,而P0.1脚输出低电平时,通过光电耦合器后仍然输出为高电平,使Q4管导通,此时Q1也处于导通状态,但Q2管的基极的电位被强行拉低,Q2管处于截止状态。由于单片机的P0.1脚输出低电平,

Q8处于截止状态,而此时Q7因为Q5的截止而处于导通状态,从而使电动机形成回路,电机正常工作。

B:同理可得,当P0.0脚输出低电平,而P0.1脚输出高电平时,三极管的状态与上述相反,电机同样处于正常工作状态。

C:当P0.0脚和P0.1同时为高电平或低电平,由于Q4与Q8和Q3与Q7的工作状态相同,同时处于导通或截止,使电机两断电位相同,无法使电机形成闭和回路,电机不工作,着就是所谓本设计所提及的刹车状态。

由于电路中在驱动功率管的发射极各添加了一个小电感,目的是为了使电机驱动电压更加稳定,得到较为平滑的驱动电压,从而增加了刹车时动作的准确性,减少电机的在起动和停止的瞬间产生过大的电压对功率管的冲击,导致功率管的损坏。同时也提高了电机的刹车控制可靠性和准确性,不至于因惯性而导致控制上产生较大的误差。

该桥的优点是电路的原理简单、易控制、功耗低带负载能力强、刹车的精度很高而且价格低廉。在驱动电路的控制信号输入断采用了光电隔离技术,减小H桥电机驱动电路对单片机的干扰,实现模拟电路与数字电路的隔离。在单片机的配合下,通过PWM调节脉宽的方法,实现了对驱动电机的轻松调速,通过键盘的配置可以对体的参数进行修改,可以使电机适应各种不同的工作状态,而实现智能控制的目的。正因为采取了PWM该技术,使我们完成基本要求的过程变得简单易行。

在电路中所采取的功率管为中功率管,其中将驱动功率管设计为灵活替换方式,可以根据实际驱动电路的需要,从而调整功率管的型号而不用另行更改电路,就可以满足电路控制的要求

2、软件模块部分

在速度控制方面,一般是能通过改变加在电机两端的电压来实现的,可以是连续改变(加直流电压),也可以是断续改变(加脉冲电压)。为了简单用,我们采用了脉宽调速,脉宽的变化可以通过硬件或软件来实现。

方案一 硬件实现是通过改变振荡电路中RC参数来调整充放电时间。若用硬件电路来实现,在稳定性方面得不到保证。

方案三 用软件的作法是通过设置高电平及低电平的保持时间来达到PWM的脉宽调制目的。

就比较而言,软件调整量化指标更高、调整更可靠、更方便、更准确。因此在设计时,常考虑方案二。

脉冲频率对电机转机也有影响,脉冲频率高连续性好,但带负载能力差,频率低则反之。经实验发现,脉冲频率在15━20HZ效果最佳。在本设计中采用了20HZ进行设计。

脉冲调速实质上是调节加在电机两端的平均功率,通过计算可发现电机的速度与脉宽成正比。

软件编程的考虑是设置脉宽这个变量。在P0.0,P0.1的输出控制信号来产生20HZ可调脉宽方波。

下面是51单片机的实验程序

#include < reg51.h >
#include < intrins.h >
sbit  K1 =P1^4 ;                    //增加键
sbit  K2 =P1^5 ;                    //减少键
sbit  P00 =P0^1;
sbit  BEEP =P3^7 ;                //蜂鸣器
unsigned char PWM=0xe7;   //赋初值
void Beep();
void delayms(unsigned char ms);
void delay(unsigned char t);
/*********************************************************/
void main()
{
     P1=0xff;
    TMOD=0x21 ;
    TH0=0xff ;             //50us延时常数
    TL0=0xce ;            //频率调节
    TH1=PWM ;            //脉宽调节
    TL1=0 ;
     EA=1;
     ET0=1;
     ET1=1;
     TR0=1 ;
   while(1)
   {
     do{
            if(PWM!=0xff)
           {PWM++ ;delayms(10);}
           else Beep() ;
         }
     while(K1==0);
     do{
           if(PWM!=0xce)
          {PWM-- ;delayms(10);}
           else Beep() ;
          }
     while(K2==0);
   }
}
void timer0() interrupt 1
{
    TR1=0 ;
    TH0=0xff ;
    TL0=0xce ;
    TH1=PWM ;
    TR1=1 ;
    P00=0 ;      //启动输出
}
void timer1() interrupt 3
{
    TR1=0 ;
    P00=1 ;     //结束输出
}
/*********************************************************/
//蜂鸣器子程序
/*********************************************************/
void Beep()   
  {
      unsigned char i  ;
      for (i=0  ;i<100  ;i++)
        {
          delay(100)  ;
          BEEP=!BEEP  ;                //Beep取反
        }
     BEEP=1  ;                            //关闭蜂鸣器
     delayms(100);
  } 
/*********************************************************/
// 延时子程序
/*********************************************************/
void delay(unsigned char t)
 {
    while(t--)   ;
 }
/*********************************************************/
// 延时子程序
/*********************************************************/
void delayms(unsigned char ms)
{
    unsigned char i ;
    while(ms--)
     {
        for(i = 0 ; i < 120 ; i++) ;
     }
}
/*********************************************************/

转自:博客园 - Aaronfay

围观 401

本文提出了基于51单片机两路温度控制器的设计方案,该设计方案采用两个DS18B20温度传感器,采集两个不同地方的温度,通过AT89C51处理进行,由四位LED数码管显示所测量温度,前两位为第一个温度传感器的温度,后两位为第二个温度传感器的温度。采用3个按键实现温度最高和最低的设定,采用蜂鸣器和电动机实现温度过高或过低报警。

1. 引言

目前,温度控制器存在的问题是如何缩减成本,减少功耗,温度测量的准确性和多路温度的同时显示。本方案设计的实现基于C51单片机的两路温度控制器,做到成本最低化,精确度高,两路温度的显示和控制,能在温度超出设定的最高温度时启动电风扇进行降温,在温度低于设定的最低温度时启动蜂鸣器报警,能够用户设定最高最低温。

2. 系统结构

温度控制器系统包括以下几个主要部分:温度传感器,报警电路,LED显示电路,键盘控制,89C51控制部分。如图所示:

基于51单片机对两路DS18B20温度传感器的设计

本系统设计实现:启动温度控制器后,绿灯亮起,四位LED数码显示器上前两位为温度传感器1所测的环境温度,后两位为温度传感器2所测的环境温度。

3. 硬件结构

3.1 温度传感器

本设计采用的是DS18B20作为温度传感器,DS18B20与传统的热敏电阻相比具有精确度高,测量误差小,方便实现多点测温等优点,因此用DS18B20作温度传感器。

3.2 报警电路

本设计采用蜂鸣器和电风扇报警电路。蜂鸣器报警电路由三极管和蜂鸣器组成。当温度低于设定的最低温度时,则蜂鸣器报警。电风扇报警电路由三极管和电风扇组成。当温度高于设定的最高温度时,则电风扇报警。

3.3 显示电路

本系统采用L E D数码显示管显示,LED亮度高,可视角度高。LCD的可视角度低,亮度较低,价格高。考虑到此温度传感器主要用于温室大棚等亮度不太高的环境,从经济与实用的角度来看选LED作为显示器。

3.4 键盘控制

本系统采用3个独立的按键作为键盘控制电路。键盘一般分为独立式和矩阵键盘两种。独立式键盘结构简单,但占用的资源较多;矩阵键盘结构比较复杂,但占用的口线少。考虑到本设计所需按键数不多,采用三个独立键盘完成两个温度传感器温度的设定。

3.5 89C51控制部分

本系统采用的是AT89C51,小电子产品用51,硬件设计电路如图1所示。

基于51单片机对两路DS18B20温度传感器的设计

4. 软件设计

本系统使用汇编语言编码实现的,比C语言编码的程序处理时间更快。

主程序中包含系统初始化,键盘扫描选择子程序,温度比较子程序,温度测量子程序,温度计算子程序,显示子程序。

4.1 主程序模块

主程序中先对数据进行初始化,然后调用键盘扫描子程序KEY_TEST,温度比较子程序C O M P A R E,温度采集子程序G E T _ T E M P,温度显示子程序D I S _ S E T和DISPLAY,再判断采集,显示第二个温度传感器的温度值。编写程序如下:

基于51单片机对两路DS18B20温度传感器的设计

4.2 LED显示模块

LED显示可以分为动态显示和静态显示两种,静态显示占用更多口线,为了减少硬件成本,本设计采用动态扫描显示的方法显示两个温度传感器的温度值。

DISPLAY和DISPLAY1函数分别读取第一个和第二个温度传感器的温度并根据暂存单元的数据显示两个温度传感器的温度。编程思路:根据SIGN标志来判断转入不同的显示,将查表所得的数据存入不同的单元并显示在LED上。

4.3 键盘控制模块

键盘通过设定SIGN标志来判断设定第一个或者第二个温度传感器的最高温或者最低温,编程思路为:将SIGN初始设定为0,当第一个按键按下时将其赋为1,再次按下时加一,直到按到第5次重新赋值为0,根据SIGN的值确定进行不同的设置。

4.4 温度传感器模块

根据温度传感器DS18B20完成温度转换所必须经过的3个步骤,程序:MOV A,#0CCH//跳过ROM MOV A,#44H / / 进行温度变换 MOV A,#0BEH//读暂存存储器内容。

4.5 报警模块

当实时温度高于设定的最高温度时或者实时温度低于设定的最低温度时,单片机会控制蜂鸣器或者电风扇工作,判断当前温度是否在正常范围的函数为COMPARE,高温部分程序如下:

基于51单片机对两路DS18B20温度传感器的设计

5. 仿真测试

我们对DS18B20写入程序之前,必须调试自己的程序。但我们不能看到程序是怎样运行的。因此我们可以用仿真机来仿真,通过仿真机我们可以看到DS18B20发送过来的数据,读出来的温度值,所利用寄存的值的变化。系统连接示意图如下图所示:

基于51单片机对两路DS18B20温度传感器的设计

我们现在能把DS18B20所采集到的温度在PC机上显示出来并且每一个温度值显示后换一行。试验证明了系统实用性强,达到了预定的功能。

6. 总结

本方案中所设计的温度控制器,采用AT89C51单片机作为内核,采用DS18B20作为温度传感器,通过四位LED显示,通过循环扫描实现了两路温度的采集与显示。然后又经过过仿真测试证实了改设计方案经济适用,实用性强,能够测量两个地方的温度,满足温室大棚,室内家居,工业控制等不同环境下的使用。

来源:电子发烧友

围观 385

页面

订阅 RSS - 51单片机