单片机(Microcontroller, MCU)是一种集成了计算机功能的微型计算机,通常由一个微处理器(CPU)、存储器(ROM、RAM)、输入/输出接口、定时器/计数器等功能模块集成在同一芯片上。单片机是一种常用于嵌入式系统中的控制器,它被广泛应用于家电、汽车、工业自动化、医疗设备、消费电子、物联网(IoT)设备等多个领域。
单片机
作者:NK_test
通过采用C#语言实现的上位机控制单片机的步进电机模块、LED灯和蜂鸣器模块,使步进电机进行正、反转和停止并控制转速;LED灯模块进行有选择的呼吸式表达;蜂鸣器模块的开始和终止。
上位机通过串口和自定义的通信协议(8字节)控制单片机的步进电机、LED灯和蜂鸣器模块。其中在控制步进电机的过程中,为了使操作能够及时响应,使用了INT0中断来进行及时性速度响应;LED灯使用位运算控制灯的闪烁位置,合理利用了单片机的模块和操作。
注意:由于定时器个数的限制,没能控制更多的模块。
#include
sbit WEI=P2^7;
sbit DUAN=P2^6;
#define DataPort P0
unsigned char code dofly_DuanMa[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x77,0x7c,0x39,0x5e,0x79,0x71,0x40};// 显示段码值0~9
unsigned char code dofly_WeiMa[]={0xfe,0xfd,0xfb,0xf7,0xef,0xdf,0xbf,0x7f};//分别对应相应的数码管点亮,即位码
unsigned char TempData[8]; //存储显示值的全局变量
sbit SPK1=P1^4;
void delay(int t)
{
while(t--);
}
sbit A1=P1^0; //定义步进电机连接端口
sbit B1=P1^1;
sbit C1=P1^2;
sbit D1=P1^3;
#define Coil_AB1 {A1=1;B1=1;C1=0;D1=0;}//AB相通电,其他相断电
#define Coil_BC1 {A1=0;B1=1;C1=1;D1=0;}//BC相通电,其他相断电
#define Coil_CD1 {A1=0;B1=0;C1=1;D1=1;}//CD相通电,其他相断电
#define Coil_DA1 {A1=1;B1=0;C1=0;D1=1;}//D相通电,其他相断电
#define Coil_A1 {A1=1;B1=0;C1=0;D1=0;}//A相通电,其他相断电
#define Coil_B1 {A1=0;B1=1;C1=0;D1=0;}//B相通电,其他相断电
#define Coil_C1 {A1=0;B1=0;C1=1;D1=0;}//C相通电,其他相断电
#define Coil_D1 {A1=0;B1=0;C1=0;D1=1;}//D相通电,其他相断电
#define Coil_OFF {A1=0;B1=0;C1=0;D1=0;}//全部断电
unsigned char Speed;
unsigned char dir=0;
unsigned char code rst[]={0xe4,0xc0,0xe0,0xc0,0xe0,0x32}; // 复位代码
void Init_Timer0(void);
void DelayUs2x(unsigned char t)
{
while(--t);
}
void DelayMs(unsigned char t)
{
while(t--)
{
//大致延时1mS
DelayUs2x(245);
DelayUs2x(245);
}
}
void Display(unsigned char FirstBit,unsigned char Num)
{
static unsigned char i=0;
DataPort=0; //清空数据,防止有交替重影
DUAN=1; //段锁存
DUAN=0;
DataPort=dofly_WeiMa[i+FirstBit]; //取位码
WEI=1; //位锁存
WEI=0;
DataPort=TempData[i]; //取显示数据,段码
DUAN=1; //段锁存
DUAN=0;
i++;
if(i==Num)
i=0;
}
void Rorate()
{
unsigned int i=512;//旋转一周时间
Init_Timer0();
EA=1; //全局中断开
EX0=1; //外部中断0开
IT0=1; //1表示边沿触发
//Speed=speed;
TempData[0]=dofly_DuanMa[Speed/10];//分解显示信息,如要显示68,
TempData[1]=dofly_DuanMa[Speed%10];//则68/10=6 68%10=8
Coil_OFF
while(i--&&dir==0) //正向
{
Coil_A1
DelayMs(Speed);
P3=0xeb;
P3=0xff;
Coil_AB1 //遇到Coil_AB1 用{A1=1;B1=1;C1=0;D1=0;}代替
DelayMs(Speed); //改变这个参数可以调整电机转速 ,
P3=0xeb;
P3=0xff; //数字越小,转速越大,力矩越小
Coil_B1
DelayMs(Speed);
P3=0xeb;
P3=0xff;
Coil_BC1
DelayMs(Speed);
P3=0xeb;
P3=0xff;
Coil_C1
DelayMs(Speed);
P3=0xeb;
P3=0xff;
Coil_CD1
DelayMs(Speed);
P3=0xeb;
P3=0xff;
Coil_D1
DelayMs(Speed);
P3=0xeb;
P3=0xff;
Coil_DA1
DelayMs(Speed);
P3=0xeb;
P3=0xff;
}
Coil_OFF
i=512;
while((i--)&&dir)//反向
{
Coil_A1
DelayMs(Speed);
P3=0xeb;
P3=0xff;
Coil_DA1 //遇到Coil_AB1 用{A1=1;B1=1;C1=0;D1=0;}代替
DelayMs(Speed); //改变这个参数可以调整电机转速 ,
P3=0xeb;
P3=0xff; //数字越小,转速越大,力矩越小
Coil_D1
DelayMs(Speed);
P3=0xeb;
P3=0xff;
Coil_CD1
DelayMs(Speed);
P3=0xeb;
P3=0xff;
Coil_C1
DelayMs(Speed);
P3=0xeb;
P3=0xff;
Coil_BC1
DelayMs(Speed);
P3=0xeb;
P3=0xff;
Coil_B1
DelayMs(Speed);
P3=0xeb;
P3=0xff;
Coil_AB1
DelayMs(Speed);
P3=0xeb;
P3=0xff;
}
}
/*------------------------------------------------
串口初始化
------------------------------------------------*/
void InitUART (void)
{
SCON = 0x50; // SCON: 模式 1, 8-bit UART, 使能接收
TMOD |= 0x20; // TMOD: timer 1, mode 2, 8-bit 重装
TH1 = 0xFD; // TH1: 重装值 9600 波特率 晶振 11.0592MHz
TR1 = 1; // TR1: timer 1 打开
EA = 1; //打开总中断
ES = 1; //打开串口中断
}
/*------------------------------------------------
主函数
------------------------------------------------*/
unsigned int judge[8];
int cnt=0;
void main (void)
{
InitUART();
ES= 1;//打开串口中断
while (1)
{
if(judge[0]==0xFF&&judge[1]==0xFE&&judge[6]==0xFD&&judge[7]==0xFC)
{
//(*((void (*)())(rst)))(); // ,将rst数组当函数调用,进行复位
if(judge[2]==0x00)//指定步进电机
{
P3=0xeb;
P3=0xff;
if(judge[5]!=0)
Rorate();
}
else if(judge[2]==0x01)//指定LED
{
unsigned int CYCLE=600,PWM_LOW=0;//定义周期并赋值
while (1) //主循环
{
WEI=0; //位锁存置0电平,防止LED亮的时候数码管亮
DUAN=0; //段锁存置0电平,防止LED亮的时候数码管亮
P0=0xFF;
delay(60000); //特意加延时,可以看到熄灭的过程
for(PWM_LOW=1;PWM_LOW
P0=judge[3]; //点亮LED
delay(PWM_LOW);//延时长度,600次循环中从1加至599
P0=0xFF; //熄灭LED
delay(CYCLE-PWM_LOW);//延时长度,600次循环中从599减至1
}
P0=judge[3];
for(PWM_LOW=CYCLE-1;PWM_LOW>0;PWM_LOW--){ //与逐渐变亮相反的过程
P0=judge[3];
delay(PWM_LOW);
P0=0xFF;
delay(CYCLE-PWM_LOW);
}
}
}
else if(judge[2]==0x02)
{
while(1)
{
DelayMs(1); //发出大约500Hz的方波 频率越大声音越尖
SPK1=!SPK1;
}
}
}
}
}
/*------------------------------------------------
串口中断程序
------------------------------------------------*/
void UART_SER (void) interrupt 4 //串行中断服务程序
{
unsigned char Temp; //定义临时变量
if(RI) //判断是接收中断产生
{
RI=0; //标志位清零
Temp=SBUF; //读入缓冲区的值
judge[cnt++]=Temp;
if(cnt==8||judge[0]!=0xFF)
cnt=0;
SBUF=Temp; //把接收到的值再发回电脑端
}
if(TI) //如果是发送标志位,清零
TI=0;
}
/*------------------------------------------------
定时器初始化子程序
------------------------------------------------*/
void Init_Timer0(void)
{
TMOD |= 0x01; //使用模式1,16位定时器,使用"|"符号可以在使用多个定时器时不受影响
//TH0=0x00; //给定初值
//TL0=0x00;
EA=1; //总中断打开
ET0=1; //定时器中断打开
TR0=1; //定时器开关打开
PT0=1; //优先级打开
}
/*------------------------------------------------
定时器中断子程序
------------------------------------------------*/
void Timer0_isr(void) interrupt 1
{
TH0=(65536-2000)/256; //重新赋值 2ms
TL0=(65536-2000)%256;
Display(0,8);
}
//外部中断程序
void ISR_INT0(void) interrupt 0
{
Speed=judge[4];
dir=judge[3];
TempData[0]=dofly_DuanMa[Speed/10];//分解显示信息,如要显示68,
TempData[1]=dofly_DuanMa[Speed%10];//则68/10=6 68%10=8
}
C#端:
namespace 单片机
{
public partial class frm : Form
{
public frm()
{
InitializeComponent();
}
private SerialPort com;
//通信协议
///
/// FF FE 00(电机) 00(方向) 00(速度) 00(停止) FD FC
///
///
///
private void btn_LED_Click(object sender, EventArgs e)
{
com = new SerialPort();
com.BaudRate = 9600;
com.PortName = "COM4";
com.DataBits = 8;
com.Open();
Byte[] data = new Byte[8];
data[0] = 0xFF;
data[1] = 0xFE;
if(rb_R.Checked==true)
{
data[2] = 0x00;
if (rb_clock.Checked == true)
{
data[3] = 0x00;
}
else if (rb_anclock.Checked == true)
{
data[3] = 0x01;
}
if (cmb_speed.Text.ToString() == "停止")
{
data[4] = 0x00;
data[5] = 0x00;
}
else
{
data[4] = Byte.Parse(cmb_speed.Text);
data[5] = 0x01;
}
}
else if (rb_LED.Checked == true)
{
data[2] = 0x01;
uint num = 255;
if (checkBox1.Checked == true)
{
num = num & 254;
}
if (checkBox2.Checked == true)
{
num = num & 253;
}
if (checkBox3.Checked == true)
{
num = num & 251;
}
if (checkBox4.Checked == true)
{
num = num & 247;
}
if (checkBox5.Checked == true)
{
num = num & 239;
}
if (checkBox6.Checked == true)
{
num = num & 223;
}
if (checkBox7.Checked == true)
{
num = num & 191;
}
if (checkBox8.Checked == true)
{
num = num & 127;
}
byte[] c = System.BitConverter.GetBytes(num);
data[3] = c[0];
if (led_s.Text.ToString() == "启用")
data[2] = 0x02;
data[4] = 0x00;
data[5] = 0x00;
}
data[6] = 0xFD;
data[7] = 0xFC;
com.Write(data, 0, 8);
com.Close();
}
}
}
文章来源: CSDN
到现在为止,相信大家对单片机已经有了一个基本概念,但是我们为什么要学习单片机呢?我们需要找到爱上单片机的一万个理由。
单片机在实际中的应用
单片机在生活中应用非常广泛。各种家电,如洗衣机,电冰箱,电饭煲,电子称,等等,往往会称自己的产品是高科技、全自动、微电脑控制的智能产品……对于没有接触过单片机之类器件的人来说,会感觉真的是很难想象的高科技。而当你学会单片机之后,你的想法就完全不一样了。你可能只是淡淡一笑,然后暗暗的想,人家用的什么单片机?怎么写的程序?要不改天也来自制一个类似的玩玩?当然我并不否认单片机是高科技,我这里也不是有意要冒犯家电厂商,请大家理解o(╯□╰)o。
很多数码产品,像手机,单反,摄像机,一些MP3播放器,包括电脑中的硬盘等零部件往往都用到了单片机。极大丰富了我们的业余生活。
路边各种广告牌,尤其到了晚上的时候,总会发出耀眼的光芒,而那些广告牌,很多都是用单片机来控制的。
单片机在医用设备领域的用途也相当广泛,例如医用呼吸机,各种分析仪,监护仪,超声诊断设备及病床呼叫系统等等。这些单片机不分昼夜的辛苦工作着,帮助医生们创造一次又一次救死扶伤的奇迹。
汽车甚至飞机的很多部件,也使用了很多单片机来执行各种不同的艰巨任务。单片机为我们的出行保驾护航。
单片机在工业上的应用也相当广泛。流水线上装配各种产品,都离不开单片机的控制,各种数据采集、智能化控制、警报系统等,很多都是以单片机为核心的。
单片机在我们身边的应用
知道了很多单片机的应用,但是似乎和我们的生活并没有什么直接联系。但是事实并非如此。下面我就给大家举些例子。
我小的时候,和很多人一样,特别喜欢玩具车。看到商场上有卖遥控车的,特别想要,但是当时家里条件不好,所以最终还是没买成。我后来也想过自己做个遥控车,但是无奈感觉太难了,始终没有做出来。后来上大学,我接触到了单片机,发现单片机实在太强大了。也是因为兴趣,在几个星期的时间内,我就很轻松做成了一个遥控车。
宿舍常常有人不记得带钥匙,或者出去有事带钥匙不方便,比如说去打篮球。然后几个人一起回来,大眼瞪小眼,都没拿钥匙,门都开不了,只好求助楼管。于是我在宿舍门上装了一个电子密码锁,门外是按键和指示灯,门里面是单片机和电机,电机通过细线可以把门打开。你可能会担心安全问题,实际上完全不用担心。我们的密码锁,只有在单片机工作正常、且输入密码正确的情况下,才会启动电机开门。密码可以任意修改,只要你愿意,可以输入几百位的密码。当然也完全没这必要。连续三次输入密码错误,还会亮起红灯锁定,禁止再次尝试输入密码,要等几分钟才能解锁。所以想把密码试出来也是不太现实的。如果不幸单片机没电了,或者密码锁坏了,也不用担心。它的工作原理决定了,那种情况下,只是不能输入密码开门了,门完全不可能自己被电机打开。所以安全性是毋庸置疑的。
早上如果起得比较早,常常会起不来,参考网上的方案,我设计了一种闹钟,能模拟早晨太阳升起,室内逐渐变亮的过程,在闹铃之前半小时,会慢慢的点亮照明灯。然后由于光线的原因,人就会慢慢醒来。如果到了定时时间,人还没起来按开关确认已经起床,闹铃就开始响。并且可以把开关设置在离床比较远的地方,只有起来才能关闹铃,以免错过起床时间又睡过去了。
类似的小制作还有很多。比如有人制作的“表白神器”心型点阵,是送心仪女生的必备佳品。还有各种非常漂亮的时钟,数码相框,电子蜡烛,光立方等。也有国外牛人,用单片机制作出了各种有趣的小玩意,甚至有用单片机制作的简易电子书阅读器。爱好航模、机器人的读者也可以用单片机去制作这些东西,后期也会对单片机的机电控制进行一些初步讲解。在最后还会介绍几个项目实例,有兴趣的读者也可以试着做一做。
单片机就如同“小强”一样无处不在,给我们的生活带来了巨大的影响……
文章来源:Hainter
从本文开始进入单片机入门篇的学习。入门篇主要介绍各种单片机基础知识概念。
入门篇阅读建议:根据个人已经掌握的知识,有重点的去读。如果介绍到你已经学过的知识,你只需要简单阅读一下,或者直接跳过。如果看后面的文章感觉有些知识掌握的还不好,可以在回来看入门篇相关的介绍。
数字的发明
很久以前,人类发明了数字。自此,人类社会发生了巨大的变化。有了数字,人们解决了很多问题。在数字的帮助下,人们学会了度量和计算,人们发明了温度计,发明了钟表,发明了直尺,发明了算盘……生活中原本模糊的概念,变的不再模糊,而是十分精确。
电的广泛应用和各种电子器件的发明
1870年以后,科学技术的发展突飞猛进,各种新技术、新发明层出不穷,并被迅速应用于工业生产,大大促进了经济的发展。第二次工业革命爆发了。在这次工业革命中,电力得到了广泛的应用。
之后人们发明了各种电子元器件,特别是电子管、晶体管以及后来集成电路的发明对人类社会产生了巨大的影响。图中给大家展示了一些常见的集成电路芯片。
计算机的发明
有句话说,懒人推动社会进步。这句话是有一定道理的。在科技不断发展的过程中,一方面,人们希望制造出一种机器,能帮助我们完成处理现实世界中的各种问题,让我们从重复而繁重的脑力劳动中解放出来;另一方面,往往是在军事上,由于种种原因需要在较短的时间内,完成一些像炮弹轨道计算,密码破译之类的任务,而人类的数字运算能力往往远达不到要求。
最初人们发明了算盘之类的计算工具,又有人发明了一些机械式计算机,通过齿轮传动等原理进行运算。而后,在电子技术飞速发展的情况下,人们发明了电子计算机。早期电子计算机采用大量电子管,十分庞大,需要消耗很多电量,操作也非常复杂。如1946年发明的“埃尼阿克”电子计算机,占地面积170平方米,重达30吨,耗电量高达150千瓦,而运算能力却远不及今天智能手机的CPU,尽管如此,它已经比当时的继电器计算机快一千倍。而随着晶体管、集成电路的出现,计算机技术以惊人的速度发展着,到今天各种计算机设备随处可见,甚至我们很多人每天的生活和工作都已经离不开计算机。
帕斯卡和他的齿轮式加法器
数字计算机发明之前,电子计算机都是模拟计算机。模拟计算机通过内部电子器件的电压、电流大小等来表示一个数字或物理量,进行处理。这种计算机处理问题的精度差,而且结构复杂,也很容易受外界干扰。于是后来人们发明了数字计算机。数字计算机把外界的各种信息转换成数字,然后对数字进行运算,最终得到一个确定的结果。我们人类使用的数字一般为十进制,这是因为我们有十个手指。但是由于很多电子器件都只有两种确定的状态,比如开关的开和关,灯的亮和灭,于是数字计算机使用的是二进制的数字,通过控制器件的开和关来表示数字“1”和“0”,实现各种功能。由于它没有模拟计算机的那些缺陷,发展十分迅速,成为今天计算机的主流。
单片机的发明
在计算机发展的同时,另一种大家相对陌生的东西也在悄悄发展着。在1971年,全球第一个计算机微处理器4004由美国Intel公司推出的同时,一种称之为单片机的技术也逐渐发展并得到广泛应用。单片机全称单片微型计算机,又称为微型控制器,英文名MCU(Micro Control Unit),可以理解为精简版的计算机。单片机相当于将计算机中的各个主要部件,CPU、存储器、IO口、中断系统等封装在一个集成电路芯片中。初学者或许对这些名词很陌生,但是不需要担心,关于他们分别是什么,后面会给大家介绍。下面是一些现在常见的单片机。
从左往右,1、2为51单片机,3、4为AVR单片机,5、6、7为MSP430单片机
为什么要发明单片机呢?这个很好理解。俗话说,杀鸡焉用牛刀。生活中有很多事情不很复杂,并不需要计算机那么庞大的机器来处理,于是我们只需要用精简版的计算机——即单片机来完成任务就好了。
单片机的特点
比起大家熟悉的计算机,单片机的配置可就差多了,简直是低的难以想象。我们常用的笔记本电脑CPU处理速度可以达到2GHz以上,还是双核四核甚至更高级,但是拿一款常见的单片机(STC89C52RC,我们即将以这款单片机开始来进行学习)来对比,它的最高处理速度只有几十MHz(其中1GHz = 1000MHz);笔记本电脑硬盘动辄几百GB乃至几TB,而单片机中相当于硬盘的ROM只有几到几十KB(1TB = 1024GB,1GB = 1024MB,1MB = 1024KB,1KB = 1024B);主流笔记本的内存普遍都有几个GB,单片机中相当于内存的RAM只有可怜的几十字节(即单位B)。但是大家千万不要小瞧这么“低端”的单片机,只要给它写进程序,足以控制一台我们经常看到的所谓“智能洗衣机”之类的电器。而且学习了单片机,也会让你对计算机有更深入的了解。
文章来源: Hainter