东北大学自动化仪表研究所单片机C语言编程基本方法

东北大学自动化仪表研究所主讲:王玉涛主讲:王玉涛第一章C51与单片机课程的目的系统介绍单片机C语言编程基本方法;应用技术。

汇编语言:用一些简单、形象的符号来表示操作码或地址码编写的指令。 源程序:用汇编语言编写的程序称为汇编语言源程序,简称源程序。 目标程序:将用汇编语言编写的源程序“翻译”成机器语言的程序。 这个翻译后的机器语言程序称为目标程序。 编译器:将所有用高级语言编写的源程序翻译成机器语言程序,称为编译器。 第 1 章 C51C51 和 MCU 和 MCU 第 1 章 C51 和 MCU 机器的低级编程语言。 以助记符的形式表示每条计算机指令。 主要特点:汇编语言程序与处理器指令系统密切相关; 程序员可以直接有效地控制系统硬件; 形成的可执行文件运行速度快,占用主存容量少。 汇编语言源程序需要使用编译器进行“翻译”。 汇编语言源程序和编译器是两个概念。 汇编语言。 汇编语言。 第1章C51与MCU。 汇编语言使用助记符。 汇编语言使用助记符。 助记符(mnemonic)易于人们记忆,能够描述指令的功能和作用。 指令操作数的符号。 助记符一般是表示指令功能的英文单词或其缩写。 助记符所代表的指令是汇编格式的指令。 汇编格式指令以及使用它们编写程序的规则形成汇编语言(AssemblyLanguage)。 用汇编语言编写的程序称为汇编语言程序,或称汇编语言源程序。

编译器将汇编语言程序“汇编”成机器代码目标模型第1章C51和微控制器10标签:操作码操作数; 评论如:MOVA,#20H; 立即数 标签:指令符号地址,以便可以在源程序中查找对应的语句。 标签后面必须有一个冒号; 操作码:用内存符号表示; 操作数:用符号地址表示,如A或#20H; 注释:分号后面是注释部分,解释语句的作用,方便阅读和交流。 注意: 1. 并非所有说明都需要标签。 仅当被其他语句访问时才添加标签。 2. 标签由 1 至 8 个 ASCII 字符组成,但第一个字符必须是字母,其他字符可以是字母、数字或其他特定字符。 3. 该汇编语言中定义的符号不能用作标签,例如指令助记符、伪指令助记符、寄存器符号名称。 4. 并非每个陈述都需要注释。 第一章 C51 与单片机 11 汇编语言 汇编语言与高级语言 高级语言比较 1 比较 1 汇编语言与处理器密切相关 汇编语言程序通用性和可移植性较差 高级语言与具体无关计算机高级语言程序可以在各种计算机上编译和执行汇编语言: 汇编语言: 高级语言: 高级语言: 第一章 C51 和单片机 12 汇编语言 汇编语言和高级语言 高级语言比较2 比较2 汇编语言功能有限,涉及硬件细节,编写程序比较繁琐,调试也比较困难。 高级语言提供了强大的功能,你不用担心琐碎的问题。 类似于自然语言的语法易于掌握和应用。 汇编语言: 汇编语言: 高级语言: 高级语言: 第一章 C51 与单片机 13 汇编语言 汇编语言与高级语言 高级语言比较 3 比较 3 汇编语言本质上是机器语言。 它可以直接有效地控制计算机硬件。 易于制作高速、小容量、高效率的目标程序。 高级语言不针对特定的计算机系统,不易使用。 直接控制计算机的各种操作产生的目标程序相对较大且运行缓慢。 汇编语言: 汇编语言: 高级语言: 高级语言: 第1章 C51与单片机 14 汇编语言 汇编语言与高级语言 高级语言 比较总结 比较总结 汇编语言的优点:直接控制计算机硬件部件能够编写在“时间”和“空间”上都最高效的程序。 汇编语言的缺点:与处理器关系密切,需要熟悉计算机硬件系统并考虑很多细节。 编程很麻烦。 调试、维护、通信和移植困难汇编语言:? 汇编语言:? 高级语言:? 高级语言:? 第一章 C51 与微控制器 15 汇编语言 汇编语言与高级语言 高级语言比较 结论 比较结论 汇编语言的优点使其在编程中占有重要的地位,且不可替代。

汇编语言的缺点使得人们主要使用高级语言进行程序开发。 有时需要采用高级语言和汇编语言的混合编程方法,取长补短,更好地解决实际问题。 混合编程 混合编程取长补短 第一章 C51 与单片机 16 汇编语言 汇编语言的主要应用场景 程序必须有更快的执行时间,或者只能占用更小的存储容量。 大型软件需要提高性能和优化处理部分。 当没有合适的高级语言或汇编语言时只能使用。 分析具体的系统,特别是系统的底层软件,加解密软件,分析和防范计算机病毒等,汇编语言真的很有用! 第一章C51 与单片机 171.21.2 单片机的结构特点 单片机的结构特点 微型计算机是将CPU、RAM/ROM、定时器/计数器和各种I/O 接口电路集成在一块硅片上的微型计算机。 计算机和单片机有不同的应用对象: 计算机:数值计算、海量高速数值计算 微型计算机:工业应用、数字逻辑运算、推理、实际控制能力 1.2.11.2.1 单片机的发展 单片机的发展 第一代:单片机探索阶段(单片机,1974-1978):探索计算机单片机集成,以应对工业领域嵌入式应用的要求。 第二代:单片机改进阶段(1978-1983):计算机单片机集成探索,典型代表是Intel从MCS48系列向MCS-51系列过渡。

第三代:微控制器形成(MCU-MicroControllerUnit1983-2000):增强型外围接口电路,如ADC、DAC、高速I/O接口、计数器捕获与比较、WDT、DMA等; 串行扩展总线和接口,如I2C; 满足分布式系统要求和突出控制功能的现场总线,如CAN-BUS; 在程序存储器中引入OTP和ISP。 第四代:单片机快速发展(2001年-):产品种类繁多,满足各种要求,大力发展专用单片机,提高单片机的整体质量。 第一章 C51 与 MCU 18 1.2 1.2 MCU 结构特点 MCU 结构特点 单片机技术发展方向: (1)主流机型发展趋势:8 位仍是主流,满足高速数字处理、32 位机、比如ARM,16位机被8位机和32位机挤占。 (2)整体CMOS趋势,低功耗运行:双时钟技术; 外围电路电源管理; 电压低,一般3.3-5.5V运行,有的可以2.2-6V (3)RISC架构(CISC-RISC)的大发展:单周期、单地址单元存储简化的指令系统,实现并行流水线操作(4 )大力发展专用单片机:专为某类产品设计,简化系统结构(5)OTP ROM和Flash ROM已成为主流供应现状(6)ISP和基于ISP的开发环境(7)软件嵌入在单片机中:RTOS根据任务分配实现标准化编程; 平台软件提供子程序和函数库; 系统诊断(8)促进串行化扩展总线(9)ASMIC技术(专用微控制器集成电路)的启动和发展:以MCU为核心的专用集成电路(ASIC),基于MCU的系统集成,灵活,微控制器系统集成。

(10)其他:音频解码与合成、图片视频解码电路等。 第一章 C51 与 MCU 19 1.2 1.2 MCU 结构特点 MCU 结构特点 MCU 结构特点 EFT(Electrical Fast Transient)技术:抗干扰技术,当振荡电路的正弦信号受到外界干扰时,就会叠加各种毛刺信号。 如果采用施密特电路进行整形,毛刺就会成为触发信号,干扰正常时钟。 交替使用施密特电路和RC滤波电路可以消除毛刺,保证时钟信号的正常工作,提高单片机的可靠性; 低噪声布线技术和驱动技术:传统单片机的电源和地线都在集成电路外壳的对称引脚上,通常在左上和右下或右上和右上两个对称点。左下,导致电源噪声穿过整个芯片,对内部电路造成干扰; 现在接地和电源引脚排列在两个相邻的引脚上,这样就减少了流经整个芯片的电流。 另外,很容易在印刷电路板上布置去耦电容,以降低系统噪声; 采用“跳边软化技术”,即多个小管等效为大管,在每个小管输出端串联不同等效阻值的电阻,降低di/dt,消除电流瞬变带来的噪声; 使用低频时钟:采用内部锁相环技术,可以产生更高的内部总线速度,同时在外部时钟较低时降低噪声。 (11)可靠性技术开发:第1章C51和MCU 20注8051和80C51:MCS-51系列MCU有两种半导体生产工艺: HMOS:高密度短沟道半导体工艺,功耗630mW; CHMOS:互补高密度氧化物半导体工艺,具有CMOS高速、高密度、低功耗的特点,功耗为120mW。

采用CHMOS技术的MCS-51系列微控制器带有字母“C”,其余均为HMOS技术。 (十二)生产工艺 目前,MCS51基本采用CHMOS工艺,大多采用0.6um光刻工艺,有的采用0.35um甚至0.25um工艺,以提高单片机的内部密度和可靠性。 第一章C51 与MCU 21 80C51 MCU 是指MCS-51 系列及其他公司的8051 衍生产品。 这些衍生产品是在基本类型的基础上增强了各种功能的产品,如高级语言型、Flash型、EEPROM型、A/D型、DMA型、多并行端口型、专用接口型和双通道型等。控制器串行类型。 Atmel的AT89系统微控制器将8051内核与其Flash专利存储技术相结合,具有很高的性价比。 飞利浦拥有丰富的外围元件,是8051系列微控制器品种最多的制造商。 达拉斯公司和英飞凌公司的微控制器增加了数据指针和计算能力。 Analog Devices 和 TI 将 ADC、DAC 和 8051 内核结合起来推出微转换器系统芯片。 Cypress将8051内核与USB接口相结合,推出了USB控制器芯片。 Cygnal的片上系统微控制器C8051F系列改进了8051内核,具有JTAG接口,可以实现在线下载和调试程序。 它是8051最重要的体现。

MCS51及其衍生品 MCS51及其衍生品主流单片机:虽然单片机的品种很多,各有特点,但8051仍然是核心。 以8051为核心的微控制器占据半壁江山。 第一章 C51与MCU 22 ALU(算术逻辑单元)对数据进行算术运算:+、-、*、/、+1、-1; 逻辑运算:与、或、异或; 位运算操作:循环移位、补位、清零。 1.2.2 1.2.2 8 位CPUCPU 1.2.3 1.2.3 片内振荡器和时钟电路 片内振荡器和时钟电路 1. 8051 外部控制总线由输出控制线和输入控制信号线组成。 如/PSEN、ALE、/EA、/RD、/WR); 输入控制信号线(如/INT0、/INT1、/T0、/T1)。 1.2 1.2 单片机结构特点 单片机结构特点

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