单片机技术.docx
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单片机技术
“从单片机初学者迈向单片机工程师”之LED主题讨论周第一章----写在前面
学习单片机也已经有几年了,藉此机会和大家聊一下我学习过程中的一些经历和想法吧。
也感谢一线工人提供了这个机会。
希望大家有什么好的想法和建议都直接跟帖说出来。
毕竟只有交流才能够碰撞出火花来^_^。
。
“卖弄”也好,“吹嘘”也罢,我只是想认真的写写我这一路走来历经的总总,把其中值得注意,以及经验的地方写出来,权当是我对自己的一个总结吧。
而作为看官的你,如果看到了我的错误,还请一定指正,这样对我以及其它读者都有帮助,而至于你如果从中能够收获到些许,那便是我最大的欣慰了。
姑妄言之,姑妄听之。
如果有啥好的想法和建议一定要说出来。
几年前,和众多初学者一样,我接触到了单片机,立刻被其神奇的功能所吸引,从此不能自拔。
很多个日夜就这样陪伴着它度过了。
期间也遇到过非常多的问题,也一度被这些问题所困惑……等到回过头来,看到自己曾经走过的路,唏嘘不已。
经常混迹于论坛里,也看到了很多初学者发的求助帖子,看到他们走在自己曾走过的弯路上,忽然想到了自己的那段日子,心里竟然莫名的冲动,凡此总总,我总是尽自己所能去回帖。
很多时候,都想写一点什么东西出来,希望对广大的初学者有一点点帮助。
但总是不知从何处写起。
今天借一线工人的台,唱一唱我的戏
一路学习过来的过程中,帮助最大之一无疑来自于网络了。
很多时候,通过网络,我们都可以获取到所需要的学习资料。
但是,随着我们学习的深入,我们会慢慢发现,网络提供的东西是有限度的,好像大部分的资料都差不多,或者说是适合大部分的初学者所需,而当我们想更进一步提高时,却发现能够获取到的资料越来越少,相信各位也会有同感,铺天盖地的单片机资料中大部分不是流水灯就是LED,液晶,而且也只是仅仅作功能性的演示。
于是有些人选择了放弃,或者是转移到其他兴趣上面去了,而只有少部分人选择了继续摸索下去,结合市面上的书籍,然后在网络上锲而不舍的搜集资料,再从牛人的只言片语中去体会,不断动手实践,慢慢的,也摸索出来了自己的一条路子。
当然这个过程必然是艰辛的,而他学会了之后也不会在网络上轻易分享自己的学习成果。
如此恶性循环下去,也就不难理解为什么初级的学习资料满天飞,而深入一点的学习资料却很少的原因了。
相较于其他领域,单片机技术的封锁更加容易。
尽管已经问世了很多年了,有价值的资料还是相当的欠缺,大部分的资料都是止于入门阶段或者是简单的演示实验。
但是在实际工程应用中却是另外一回事。
有能力的高手无暇或者是不愿公开自己的学习经验。
很多时候,我也很困惑,看到国外爱好者毫不保留的在网络上发布自己的作品,我忽然感觉到一丝丝的悲哀。
也许,我们真的该转变一下思路了,帮助别人,其实也是在帮助自己。
啰啰嗦嗦的说了这么多,相信大家能够明白说的是什么意思。
在接下来的一段日子里,我将会结合电子工程师之家举办的主题周活动写一点自己的想法。
尽可能从实用的角度去讲述。
希望能够帮助更多的初学者更上一层楼。
而关于这个主题周的最大主题我想了这样的一个名字“从单片机初学者迈向单片机工程师”。
名字挺大挺响亮,给我的压力也挺大的,但我会努力,争取使这样的一系列文章能够带给大家一点帮助,而不是看后大跌眼镜。
这样的一系列文章主要的对象是初学者,以及想从初学者更进一步提高的读者。
而至于老手,以及那些牛XX的人,希望能够给我们这些初学者更多的一些指点哈~@_@~.
“从单片机初学者迈向单片机工程师”之LED主题讨论周第二章----学会释放CPU
从这一章开始,我们开始迈入单片机的世界。
在我们开始这一章具体的学习之前,有必要给大家先说明一下。
在以后的系列文章中,我们将以51内核的单片机为载体,C语言为编程语言,开发环境为KEILuv3。
至于为什么选用C语言开发,好处不言而喻,开发速度快,效率高,代码可复用率高,结构清晰,尤其是在大型的程序中,而且随着编译器的不断升级,其编译后的代码大小与汇编语言的差距越来越小。
而关于C语言和汇编之争,就像那个啥,每隔一段时间总会有人挑起这个话题,如果你感兴趣,可以到网上搜索相关的帖子自行阅读。
不是说汇编不重要,在很多对时序要求非常高的场合,需要利用汇编语言和C语言混合编程才能够满足系统的需求。
在我们学习掌握C语言的同时,也还需要利用闲余的时间去学习了解汇编语言。
1.从点亮LED(发光二极管)开始
在市面上众多的单片机学习资料中,最基础的实验无疑于点亮LED了,即控制单片机的I/O的电平的变化。
如同如下实例代码一般
voidmain(void)
{
LedInit();
While
(1)
{
LED=ON;
DelayMs(500);
LED=OFF;
DelayMs(500);
}
}
程序很简单,从它的结构可以看出,LED先点亮500MS,然后熄灭500MS,如此循环下去,形成的效果就是LED以1HZ的频率进行闪烁。
下面让我们分析上面的程序有没有什么问题。
看来看出,好像很正常的啊,能有什么问题呢?
这个时候我们应该换一个思路去想了。
试想,整个程序除了控制LED=ON;LED=OFF;这两条语句外,其余的时间,全消耗在了DelayMs(500)这两个函数上。
而在实际应用系统中是没有哪个系统只闪烁一只LED就其它什么事情都不做了的。
因此,在这里我们要想办法,把CPU解放出来,让它不要白白浪费500MS的延时等待时间。
宁可让它一遍又一遍的扫描看有哪些任务需要执行,也不要让它停留在某个地方空转消耗CPU时间。
从上面我们可以总结出
(1) 无论什么时候我们都要以实际应用的角度去考虑程序的编写。
(2) 无论什么时候都不要让CPU白白浪费等待,尤其是延时(超过1MS)这样的地方。
下面让我们从另外一个角度来考虑如何点亮一颗LED。
先看看我们的硬件结构是什么样子的。
我手上的单片机板子是电子工程师之家的开发的学习板。
就以它的实际硬件连接图来分析吧。
如下图所示
图片:
LED硬件电路图.jpg
一般的LED的正常发光电流为10~20MA而低电流LED的工作电流在2mA以下(亮度与普通发光管相同)。
在上图中我们可知,当Q1~Q8引脚上面的电平为低电平时,LED发光。
通过LED的电流约为(VCC-Vd)/RA2。
其中Vd为LED导通后的压降,约为1.7V左右。
这个导通压降根据LED颜色的不同,以及工作电流的大小的不同,会有一定的差别。
下面一些参数是网上有人测出来的,供大家参考。
红色的压降为1.82-1.88V,电流5-8mA,
绿色的压降为1.75-1.82V,电流3-5mA,
橙色的压降为1.7-1.8V,电流3-5mA
兰色的压降为3.1-3.3V,电流8-10mA,
白色的压降为3-3.2V,电流10-15mA,
(供电电压5V,LED直径为5mm)
74HC573真值表如下:
图片:
74HC573真值表.jpg
通过这个真值表我们可以看出。
当OutputEnable引脚接低电平的时候,并且LatchEnable引脚为高电平的时候,Q端电平与D端电平相同。
结合我们的LED硬件连接图可以知道LED_CS端为高电平时候,P0口电平的变化即Q端的电平的变化,进而引起LED的亮灭变化。
由于单片机的驱动能力有限,在此,74HC573的主要作用就是起一个输出驱动的作用。
需要注意的是,通过74HC573的最大电流是有限制的,否则可能会烧坏74HC573这个芯片。
图片:
74HC573最大电流.jpg
上面这个图是从74HC573的DATASHEET中截取出来的,从上可以看出,每个引脚允许通过的最大电流为35mA整个芯片允许通过的最大电流为75mA。
在我们设计相应的驱动电路时候,这些参数是相当重要的,而且是最容易被初学者所忽略的地方。
同时在设计的时候,要留出一定量的余量出来,不能说单个引脚允许通过的电流为35mA,你就设计为35mA,这个时候你应该把设计的上限值定在20mA左右才能保证能够稳定的工作。
(设计相应驱动电路时候,应该仔细阅读芯片的数据手册,了解每个引脚的驱动能力,以及整个芯片的驱动能力)
了解了相应的硬件后,我们再来编写驱动程序。
首先定义LED的接口
#defineLED P0
然后为亮灭常数定义一个宏,由硬件连接图可以,当P0输出为低电平时候LED亮,P0输出为高电平时,LED熄灭。
#defineLED_ON() LED=0x00; //所有LED亮
#defineLED_OFF() LED=0xff; //所有LED熄灭
下面到了重点了,究竟该如何释放CPU,避免其做延时空等待这样的事情呢。
很简单,我们为系统产生一个1MS的时标。
假定LED需要亮500MS,熄灭500MS,那么我们可以对这个1MS的时标进行计数,当这个计数值达到500时候,清零该计数值,同时把LED的状态改变。
unsignedintg_u16LedTimeCount=0; //LED计数器
unsignedcharg_u8LedState=0; //LED状态标志,0表示亮,1表示熄灭
voidLedProcess(void)
{
if(0==g_u8LedState) //如果LED的状态为亮,则点亮LED
{
LED_ON();
}
else //否则熄灭LED
{
LED_OFF();
}
}
voidLedStateChange(void)
{
if(g_bSystemTime1Ms) //系统1MS时标到
{
g_bSystemTime1Ms=0;
g_u16LedTimeCount++; //LED计数器加一
if(g_u16LedTimeCount>=500) //计数达到500,即500MS到了,改变LED的状态。
{
g_u16LedTimeCount=0;
g_u8LedState =!
g_u8LedState;
}
}
}
上面有一个变量没有提到,就是g_bSystemTime1Ms。
这个变量可以定义为位变量或者是其它变量,在我们的定时器中断函数中对其置位,其它函数使用该变量后,应该对其复位(清0)。
我们的主函数就可以写成如下形式(示意代码)
voidmain(void)
{
while
(1)
{
LedProcess();
LedStateChange();
}
}
因为LED的亮或者灭依赖于LED状态变量(g_u8LedState)的改变,而状态变量的改变,又依赖于LED计数器的计数值(g_u16LedTimeCount,只有计数值达到一定后,状态变量才改变)所以,两个函数都没有堵塞CPU的地方。
让我们来从头到尾分析一遍整个程序的流程。
程序首先执行LedProcess();函数
因为g_u8LedState的初始值为0(见定义,对于全局变量,在定义的时候最好给其一个确定的值)所以LED被点亮,然后退出LedStateChange()函数,执行下一个函数LedStateChange()
在函数LedStateChange()内部首先判断1MS的系统时标是否到了,如果没有到就直接退出函数,如果到了,就把时标清0以便下一个时标消息的到来,同时对LED计数器加一,然后再判断LED计数器是否到达我们预先想要的值500,如果没有,则退出函数,如果有,对计数器清0,以便下次重新计数,同时把LED状态变量取反,然后退出函数。
由上面整个流程可以知道,CPU所做的事情,就是对一些计数器加一,然后根据条件改变状态,再根据这个状态来决定是否点亮LED。
这些函数执行所花的时间都是相当短的,如果主程序中还有其它函数,则CPU会顺次往下执行下去。
对于其它的函数(如果有的话)也要采取同样的措施,保证其不堵塞CPU,如果全部基于这种方法设计,那么对于不是非常庞大的系统,我们的系统依旧可以保证多个任务(多个函数)同时执行。
系统的实时性得到了一定的保证,从宏观上看来,就是多个任务并发执行。
好了,这一章就到此为止,让我们总结一下,究竟有哪些需要注意的吧。
(1) 无论什么时候我们都要以实际应用的角度去考虑程序的编写。
(2) 无论什么时候都不要让CPU白白浪费等待,尤其是延时(超过1MS)这样的地方。
(3) 设计相应驱动电路时候,应该仔细阅读芯片的数据手册,了解每个引脚的驱动能力,
以及整个芯片的驱动能力
(4) 最重要的是,如何去释放CPU(参考本章的例子),这是写出合格程序的基础。
附完整程序代码(基于电子工程师之家的单片机开发板)
#include
sbitLED_SEG =P1^4; //数码管段选
sbitLED_DIG =P1^5; //数码管位选
sbitLED_CS11=P1^6; //led控制位
sbitir=P1^7;
#defineLEDP0 //定义LED接口
bit g_bSystemTime1Ms=0; //1MS系统时标
unsignedint g_u16LedTimeCount=0;//LED计数器
unsignedcharg_u8LedState=0; //LED状态标志,0表示亮,1表示熄灭
#defineLED_ON() LED=0x00; //所有LED亮
#defineLED_OFF() LED=0xff; //所有LED熄灭
voidTimer0Init(void)
{
TMOD&=0xf0;
TMOD|=0x01; //定时器0工作方式1
TH0 = 0xfc; //定时器初始值
TL0 = 0x66;
TR0 =1;
ET0 =1;
}
voidLedProcess(void)
{
if(0==g_u8LedState) //如果LED的状态为亮,则点亮LED
{
LED_ON();
}
else //否则熄灭LED
{
LED_OFF();
}
}
voidLedStateChange(void)
{
if(g_bSystemTime1Ms) //系统1MS时标到
{
g_bSystemTime1Ms=0;
g_u16LedTimeCount++; //LED计数器加一
if(g_u16LedTimeCount>=500) //计数达到500,即500MS到了,改变LED的状态。
{
g_u16LedTimeCount=0;
g_u8LedState =!
g_u8LedState ;
}
}
}
voidmain(void)
{
Timer0Init();
EA=1;
LED_CS11=1;//74HC595输出允许
LED_SEG=0; //数码管段选和位选禁止(因为它们和LED共用P0口)
LED_DIG=0;
while
(1)
{
LedProcess();
LedStateChange();
}
}
voidTime0Isr(void)interrupt1
{
TH0 = 0xfc; //定时器重新赋初值
TL0 = 0x66;
g_bSystemTime1Ms=1; //1MS时标标志位置位
}
实际效果图如下
点亮
图片:
LED点亮.jpg
熄灭
“从单片机初学者迈向单片机工程师”之LED主题讨论周第三章----模块化编程初识
图片:
工程模板建立_1.jpg
图片:
工程模板建立_2.jpg
图片:
工程模板建立_3.jpg
图片:
工程模板建立_4.jpg
图片:
工程模板建立_5.jpg
图片:
工程模板建立_6.jpg
图片:
工程模板建立_7.jpg
图片:
工程模板建立_8.jpg
图片:
工程模板建立_9.jpg
图片:
工程模板建立_10.jpg
图片:
工程模板建立_11.jpg
图片:
工程模板建立_12.jpg
图片:
工程模板建立_13.jpg
图片:
工程模板建立_14.jpg
图片:
工程模板建立_15.jpg
图片:
工程模板建立_16.jpg
图片:
工程模板建立_17.jpg
图片:
工程模板建立_18.jpg
图片:
工程模板建立_19.jpg
图片:
工程模板建立_20.jpg
图片:
工程模板建立_21.jpg
图片:
工程模板建立_22.jpg
图片:
工程模板建立_23.jpg
OK,到此一个简单的工程模板就建立起来了,以后我们再新建源文件和头文件的时候,就可以直接保存到src文件目录下面了。
下面我们开始编写各个模块文件。
首先编写Timer.c这个文件主要内容就是定时器初始化,以及定时器中断服务函数。
其内容如下。
#include
bitg_bSystemTime1Ms=0; //1MS系统时标
voidTimer0Init(void)
{
TMOD&=0xf0;
TMOD|=0x01; //定时器0工作方式1
TH0 = 0xfc; //定时器初始值
TL0 = 0x66;
TR0 =1;
ET0 =1;
}
voidTime0Isr(void)interrupt1
{
TH0 = 0xfc; //定时器重新赋初值
TL0 = 0x66;
g_bSystemTime1Ms=1; //1MS时标标志位置位
}
由于在Led.c文件中需要调用我们的g_bSystemTime1Ms变量。
同时主函数需要调用Timer0Init()初始化函数,所以应该对这个变量和函数在头文件里作外部声明。
以方便其它函数调用。
Timer.h内容如下。
#ifndef_TIMER_H_
#define_TIMER_H_
externvoidTimer0Init(void);
externbitg_bSystemTime1Ms;
#endif
完成了定时器模块后,我们开始编写LED驱动模块。
Led.c内容如下:
#include
#include"MacroAndConst.h"
#include"Led.h"
#include"Timer.h"
staticuint16 g_u16LedTimeCount=0;//LED计数器
staticuint8 g_u8LedState=0; //LED状态标志,0表示亮,1表示熄灭
#defineLEDP0 //定义LED接口
#defineLED_ON() LED=0x00; //所有LED亮
#defineLED_OFF() LED=0xff; //所有LED熄灭
voidLedProcess(void)
{
if(0==g_u8LedState) //如果LED的状态为亮,则点亮LED
{
LED_ON();
}
else //否则熄灭LED
{
LED_OFF();
}
}
voidLedStateChange(void)
{
if(g_bSystemTime1Ms) //系统1MS时标到
{
g_bSystemTime1Ms=0;
g_u16LedTimeCount++; //LED计数器加一
if(g_u16LedTimeCount>=500)//计数达到500,即500MS到了,改变LED的状态。
{
g_u16LedTimeCount=0;
g_u8LedState =!
g_u8LedState ;
}
}
}
这个模块对外的借口只有两个函数,因此在相应的Led.h中需要作相应的声明。
Led.h内容:
#ifndef_LED_H_
#define_LED_H_
externvoidLedProcess(void);
externvoidLedStateChange(void);
#endif
这两个模块完成后,我们将其C文件添加到工程中。
然后开始编写主函数里的代码。
如下所示:
#include
#include"MacroAndConst.h"
#include"Timer.h"
#include"Led.h"
sbitLED_SEG =P1^4; //数码管段选
sbitLED_DIG =P1^5; //数码管位选
sbitLED_CS11=P1^6; //led控制位
voidmain(void)
{
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