摘 要：单片机多机通讯一般采用串行总线方式，但在通讯距离短，通讯数据量大，通讯速率高的场合也会用到多机并行通讯。本文介绍一种采用简单逻辑电路实现单片机多机并行通讯的方法。关键词：并行通讯，三态缓冲寄存器，双端口存储器，总线隔离1、 简介本文介绍的单片机多机并行通讯系统，使用89C51作为主机，多片89C2051作为从机。（89C2051为20脚300MIL封装，带有2K FLASH E2PROM的单片机，除了少了两个并口外，具备MCS-51系列单片机所有功能。因为其体积小，功能强，必将在单片机应用领域内广泛使用）。这种并行通讯方法适用于在多站点，多层次的检测和控制系统中充当通信控制器的角色；也适合于用作单片机串行口扩充电路。
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AVR高速嵌入式单片机原理与应用(修订版)详细介绍ATMEL公司开发的AVR高速嵌入式单片机的结构；讲述AVR单片机的开发工具和集成开发环境（IDE）,包括Studio调试工具、AVR单片机汇编器和单片机串行下载编程；学习指令系统时,每条指令均有实例,边学习边调试,使学习者看得见指令流向及操作结果,真正理解每条指令的功能及使用注意事项；介绍AVR系列多种单片机功能特点、实用程序设计及应用实例；作为提高篇,讲述简单易学、适用AVR单片机的高级语言BASCOMAVR及ICC AVR C编译器。 AVR高速嵌入式单片机原理与应用(修订版) 目录 第一章ATMEL单片机简介1.1ATMEL公司产品的特点11.2AT90系列单片机简介21.3AT91M系列单片机简介2第二章AVR单片机系统结构2.1AVR单片机总体结构42.2AVR单片机中央处理器CPU62.2.1结构概述72.2.2通用寄存器堆92.2.3X、Y、Z寄存器92.2.4ALU运算逻辑单元92.3AVR单片机存储器组织102.3.1可下载的Flash程序存储器102.3.2内部和外部的SRAM数据存储器102.3.3EEPROM数据存储器112.3.4存储器访问和指令执行时序112.3.5I/O存储器132.4AVR单片机系统复位162.4.1复位源172.4.2加电复位182.4.3外部复位192.4.4看门狗复位192.5AVR单片机中断系统202.5.1中断处理202.5.2外部中断232.5.3中断应答时间232.5.4MCU控制寄存器 MCUCR232.6AVR单片机的省电方式242.6.1休眠状态242.6.2空闲模式242.6.3掉电模式252.7AVR单片机定时器／计数器252.7.1定时器／计数器预定比例器252.7.28位定时器／计数器0252.7.316位定时器／计数器1272.7.4看门狗定时器332.8AVR单片机EEPROM读／写访问342.9AVR单片机串行接口352.9.1同步串行接口 SPI352.9.2通用串行接口 UART402.10AVR单片机模拟比较器452.10.1模拟比较器452.10.2模拟比较器控制和状态寄存器ACSR462．11AVR单片机I/O端口472.11.1端口A472.11.2端口 B482.11.3端口 C542.11.4端口 D552.12AVR单片机存储器编程612.12.1编程存储器锁定位612.12.2熔断位612.12.3芯片代码612.12.4编程 Flash和 EEPROM612.12.5并行编程622.12．6串行下载662.12.7可编程特性67第三章AVR单片机开发工具3.1AVR实时在线仿真器ICE200693.2JTAG ICE仿真器693.3AVR嵌入式单片机开发下载实验器SL?AVR703.4AVR集成开发环境(IDE)753.4.1AVR Assembler编译器753.4.2AVR Studio773.4.3AVR Prog783.5SL?AVR系列组态开发实验系统793.6SL?AVR*.ASM源文件说明81第四章AVR单片机指令系统4.1指令格式844.1.1汇编指令844.1.2汇编器伪指令844.1.3表达式874.2寻址方式894.3数据操作和指令类型924.3.1数据操作924.3.2指令类型924.3.3指令集名词924.4算术和逻辑指令934.4.1加法指令934.4.2减法指令974.4.3乘法指令1014.4.4取反码指令1014.4.5取补指令1024.4.6比较指令1034.4.7逻辑与指令1054.4.8逻辑或指令1074.4.9逻辑异或指令1104.5转移指令1114.5.1无条件转移指令1114.5.2条件转移指令1144.6数据传送指令1354.6.1直接数据传送指令1354.6.2间接数据传送指令1374.6.3从程序存储器直接取数据指令1444.6.4I／O口数据传送指令1454.6.5堆栈操作指令1464.7位指令和位测试指令1474.7.1带进位逻辑操作指令1474.7.2位变量传送指令1514.7.3位变量修改指令1524.7.4其它指令1614.8新增指令（新器件）1624.8.1EICALL-- 延长间接调用子程序1624.8.2EIJMP--扩展间接跳转1634.8.3ELPM--扩展装载程序存储器1644.8.4ESPM--扩展存储程序存储器1644.8.5FMUL--小数乘法1664.8.6FMULS--有符号数乘法1664.8.7FMULSU--有符号小数和无符号小数乘法1674.8.8MOVW--拷贝寄存器字1684.8.9MULS--有符号数乘法1694.8.10MULSU--有符号数与无符号数乘法1694.8.11SPM--存储程序存储器170 第五章AVR单片机AT90系列5.1AT90S12001725.1.1特点1725.1.2描述1735.1.3引脚配置1745.1.4结构纵览1755.2AT90S23131835.2.1特点1835.2.2描述1845.2.3引脚配置1855.3ATmega8/8L1855.3.1特点1865.3.2描述1875.3.3引脚配置1895.3.4开发实验工具1905.4AT90S2333/44331915.4.1特点1915.4.2描述1925.4.3引脚配置1945.5AT90S4414/85151955.5.1特点1955.5.2AT90S4414和AT90S8515的比较1965.5.3引脚配置1965.6AT90S4434/85351975.6.1特点1975.6.2描述1985.6.3AT90S4434和AT90S8535的比较1985.6.4引脚配置2005.6.5AVR RISC结构2015.6.6定时器/计数器2125.6.7看门狗定时器 2175.6.8EEPROM读/写2175.6.9串行外设接口SPI2175.6.10通用串行接口UART2175.6.11模拟比较器 2175.6.12模数转换器2185.6.13I/O端口2235.7ATmega83/1632285.7.1特点2285.7.2描述2295.7.3ATmega83与ATmega163的比较2315.7.4引脚配置2315.8ATtiny10/11/122325.8.1特点2325.8.2描述2335.8.3引脚配置2355.9ATtiny15/L2375.9.1特点2375.9.2描述2375.9.3引脚配置2395 .10ATmega128/128L2395.10.1特点2405.10.2描述2415.10.3引脚配置2435.10.4开发实验工具2455.11ATmega1612465.11.1特点2465.11.2描述2475.11.3引脚配置2475.12AVR单片机替代MCS51单片机249第六章实用程序设计6．1程序设计方法2506.1.1程序设计步骤2506．1．2程序设计技术2506.2应用程序举例2516.2.1内部寄存器和位定义文件2516.2.2访问内部 EEPROM2546.2.3数据块传送2546.2.4乘法和除法运算应用一2556.2.5乘法和除法运算应用二2556.2.616位运算2556.2.7BCD运算2556.2.8冒泡分类算法2556.2.9设置和使用模拟比较器2556.2.10半双工中断方式UART应用一2556.2.11半双工中断方式UART应用二2566.2.128位精度A／D转换器2566.2.13装载程序存储器2566.2.14安装和使用相同模拟比较器2566.2.15CRC程序存储的检查2566.2.164×4键区休眠触发方式2576.2.17多工法驱动LED和4×4键区扫描2576.2.18I2C总线2576.2.19I2C工作2586.2.20SPI软件2586.2.21验证SLAVR实验器及AT90S1200的口功能12596.2.22验证SLAVR实验器及AT90S1200的口功能22596.2.23验证SLAVR实验器及具有DIP40封装的口功能第七章AVR单片机的应用7.1通用延时子程序2607.2简单I/O口输出实验2667.2.1SLAVR721.ASM 2667.2.2SLAVR722.ASM2677.2.3SLAVR723.ASM2687.2.4SLAVR724.ASM2707.2.5SLAVR725.ASM2717.2.6SLAVR726.ASM2727.2.7SLAVR727.ASM2737.3综合程序2747.3.1LED/LCD/键盘扫描综合程序2747.3.2LED键盘扫描综合程序2757.3.3在LED上实现字符8的循环移位显示程序2757.3.4电脑放音机2777.3.5键盘扫描程序2857.3.6十进制计数显示2867.3.7廉价的A/D转换器2897.3.8高精度廉价的A/D转换器2947.3.9星星灯2977.3.10按钮猜数程序2987.3.11汉字的输入3047.4复杂实用程序3067.4.110位A/D转换3067.4.2步进电机控制程序3097.4.3测脉冲宽度3127.4.4LCD显示8字循环3187.4.5LED电脑时钟3247.4.6测频率3307.4.7测转速3327.4.8AT90S8535的A/D转换334第八章BASCOMAVR的应用8.1基于高级语言BASCOMAVR的单片机开发平台3408.2BASCOMAVR软件平台的安装与使用3418.3AVR I/O口的应用3458.3.1LED发光二极管的控制3458.3.2简易手控广告灯3468.3.3简易电脑音乐放音机3478.4LCD显示器3498.4.1标准LCD显示器的应用3498.4.2简单游戏机--按钮猜数3518.5串口通信UART3528.5.1AVR系统与PC的简易通信3538.5.2PC控制的简易广告灯3548.6单总线接口和温度计3568.7I2C总线接口和简易IC卡读写器359第九章ICC AVR C编译器的使用9.1ICC AVR的概述3659.1.1介绍ImageCraft的ICC AVR3659.1.2ICC AVR中的文件类型及其扩展名3659.1.3附注和扩充3669.2ImageCraft的ICC AVR编译器安装3679.2.1安装SETUP.EXE程序3679.2.2对安装完成的软件进行注册3679.3ICC AVR导游3689.3.1起步3689.3.2C程序的剖析3699.4ICC AVR的IDE环境3709.4.1编译一个单独的文件3709.4.2创建一个新的工程3709.4.3工程管理3719.4.4编辑窗口3719.4.5应用构筑向导3719.4.6状态窗口3719.4.7终端仿真3719.5C库函数与启动文件3729.5.1启动文件3729.5.2常用库函数3729.5.3字符类型库3739.5.4浮点运算库3749.5.5标准输入/输出库3759.5.6标准库和内存分配函数3769.5.7字符串函数3779.5.8变量参数函数3799.5.9堆栈检查函数3799.6AVR硬件访问的编程3809.6.1访问AVR的底层硬件3809.6.2位操作3809.6.3程序存储器和常量数据3819.6.4字符串3829.6.5堆栈3839.6.6在线汇编3839.6.7I/O寄存器3849.6.8绝对内存地址3849.6.9C任务3859.6.10中断操作3869.6.11访问UART3879.6.12访问EEPROM3879.6.13访问SPI3889.6.14相对转移/调用的地址范围3889.6.15C的运行结构3889.6.16汇编界面和调用规则3899.6.17函数返回非整型值3909.6.18程序和数据区的使用3909.6.19编程区域3919.6.20调试3919.7应用举例*3929.7.1读/写口3929.7.2延时函数3929.7.3读/写EEPROM3929.7.4AVR的PB口变速移位3939.7.5音符声程序3939.7.68字循环移位显示程序3949.7.7锯齿波程序3959.7.8正三角波程序3969.7.9梯形波程序396附录1AT89系列单片机简介398附录2AT94K系列现场可编程系统标准集成电路401附录3指令集综合404附录4AVR单片机选型表408参 考 文 献412
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PLC 以 其 可靠性高、抗干扰能力强、配套齐全、功能完善、适应性强等特点，广泛应用于各种控制领域。PLC作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备，使用梯形图符号进行编程，与继电器电路相当接近，被广大工程技术人员接受。但是在实际应用中，如何编程能够提高PLC程序运行速度是一个值得我们思考研究的问题。1 PLC工作原理PLC 与 计 算机的工作原理基本相同，即在系统程序的管理下，通过运行应用程序完成用户任务。但两者的工作方式有所不同。计算机一般采用等待命令的工作方式，而PLC在确定了工作任务并装人了专用程序后成为一种专用机，它采用循环扫描工作方式，系统工作任务管理及应用程序执行都是用循环扫描方式完成的。PLC 有 两 种基本的工作状态，即运行(RUN)与停止(STOP)状态。在这两种状态下，PLC的扫描过程及所要完成的任务是不尽相同的，如图1所示。 PLC在RUN工作状态时，执行一次扫描操作所的时间称为扫描周期，其典型值通常为1一100nis，不同PLC厂家的产品则略有不同。扫描周期由内部处理时间、输A/ 输出处理执行时间、指令执行时间等三部分组成。通常在一个扫描过程中，执行指令的时间占了绝大部分，而执行指令的时间与用户程序的长短有关。用户 程 序 是根据控制要求由用户编制，由许多条PLC指令所组成。不同的指令所对应的程序步不同，以三菱FX2N系列的PLC为例，PLC对每一个程序步操作处理时间为:基本指令占0.741s/步，功能指令占几百微米/步。完成一个控制任务可以有多种编制程序的方法，因此，选择合理、巧妙的编程方法既可以大大提高程序运行速度，又可以保证可靠性。 提高PLC程序运行速度的几种编程方法2.1 用数据传送给位元件组合的方法来控制输出在 PL C应 用编程中，最后都会有一段输出控制程序，一般都是用逻辑取及输出指令来编写，如图2所示。在图2所示的程序中，逻辑取的程序步为1，输出的程序步为2，执行上述程序共需3个程序步。通常情况下，PLC要控制的输出都不会是少量的，比如，有8个输出，在条件满足时要同时输出。此时，执行图2所示的程序共需17个程序步。若我们通过位元件的组合并采用数据传送的方法来完成图2所示的程序，就会大大减少程序步骤。在三 菱 PLC中，只处理ON/OFF状态的元件(如X,Y,M和S)，称为位元件。但将位元件组合起来也可以处理数据。位元件组合由Kn加首元件号来表示。位元件每4bit为一组组合成单元。如K YO中的n是组数，当n=1时，K,Yo 对应的是Y3一Yo。当n二2时，KZYo对应的是Y7一Yo。通过位元件组合，就可以用处理数据的方式来处理位元件，图2程序所示的功能可用图3所示的传送数据的方式来完成。
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三種方法讀取鍵值 使用者設計行列鍵盤介面，一般常採用三種方法讀取鍵值。 中斷式 在鍵盤按下時產生一個外部中斷通知CPU，並由中斷處理程式通過不同位址讀資料線上的狀態判斷哪個按鍵被按下。 本實驗採用中斷式實現使用者鍵盤介面。 掃描法 對鍵盤上的某一行送低電位，其他為高電位，然後讀取列值，若列值中有一位是低，表明該行與低電位對應列的鍵被按下。否則掃描下一行。 反轉法 先將所有行掃描線輸出低電位，讀列值，若列值有一位是低表明有鍵按下；接著所有列掃描線輸出低電位，再讀行值。 根據讀到的值組合就可以查表得到鍵碼。4x4鍵盤按4行4列組成如圖電路結構。按鍵按下將會使行列連成通路，這也是見的使用者鍵盤設計電路。 //-----------4X4键盘程序--------------// uchar keboard(void) { uchar xxa,yyb,i,key; if((PINC&0x0f)!=0x0f) //是否有按键按下 {delayms(1); //延时去抖动 if((PINC&0x0f)!=0x0f) //有按下则判断 { xxa=~(PINC|0xf0); //0000xxxx DDRC=0x0f; PORTC=0xf0; delay_1ms(); yyb=~(PINC|0x0f); //xxxx0000 DDRC=0xf0; //复位 PORTC=0x0f; while((PINC&0x0f)!=0x0f) //按键是否放开 { display(data); } i=4; //计算返回码 while(xxa!=0) { xxa=xxa>>1; i--; } if(yyb==0x80) key=i; else if(yyb==0x40) key=4+i; else if(yyb==0x20) key=8+i; else if(yyb==0x10) key=12+i; return key; //返回按下的键盘码 } } else return 17; //没有按键按下 }
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微处理器及微型计算机的发展概况 第一代微处理器是以Intel公司1971年推出的4004，4040为代表的四位微处理机。 第二代微处理机（1973年~1977年），典型代表有：Intel 公司的8080、8085；Motorola公司的M6800以及Zlog公司的Z80。 第三代微处理机 第三代微机是以16位机为代表，基本上是在第二代微机的基础上发展起来的。其中Intel公司的8088。8086是在8085的基础发展起来的；M68000是Motorola公司在M6800 的基础发展起来的； 第四代微处理机 以Intel公司1984年10月推出的80386CPU和1989年4月推出的80486CPU为代表， 第五代微处理机的发展更加迅猛，1993年3月被命名为PENTIUM的微处理机面世，98年PENTIUM 2又被推向市场。 INTEL CPU 发展历史Intel第一块CPU 4004,4位主理器,主频108kHz,运算速度0.06MIPs(Million Instructions Per Second, 每秒百万条指令),集成晶体管2,300个,10微米制造工艺,最大寻址内存640 bytes,生产曰期1971年11月. 8085,8位主理器,主频5M,运算速度0.37MIPs,集成晶体管6,500个,3微米制造工艺,最大寻址内存64KB,生产曰期1976年 8086,16位主理器,主频4.77/8/10MHZ,运算速度0.75MIPs,集成晶体管29,000个,3微米制造工艺,最大寻址内存1MB,生产曰期1978年6月. 80486DX,DX2,DX4,32位主理器,主频25/33/50/66/75/100MHZ,总线频率33/50/66MHZ,运算速度20~60MIPs,集成晶体管1.2M个,1微米制造工艺,168针PGA,最大寻址内存4GB,缓存8/16/32/64KB,生产曰期1989年4月 Celeron一代, 主频266/300MHZ(266/300MHz w/o L2 cache, Covington芯心 (Klamath based),300A/333/366/400/433/466/500/533MHz w/128kB L2 cache, Mendocino核心 (Deschutes-based), 总线频率66MHz,0.25微米制造工艺,生产曰期1998年4月) Pentium 4 (478针),至今分为三种核心:Willamette核心(主频1.5G起,FSB400MHZ,0.18微米制造工艺),Northwood核心(主频1.6G~3.0G,FSB533MHZ,0.13微米制造工艺, 二级缓存512K),Prescott核心(主频2.8G起,FSB800MHZ,0.09微米制造工艺,1M二级缓存,13条全新指令集SSE3),生产曰期2001年7月. 更大的缓存、更高的频率、 超级流水线、分支预测、乱序执行超线程技术 微型计算机组成结构单片机简介单片机即单片机微型计算机，是将计算机主机(CPU、 内存和I/O接口)集成在一小块硅片上的微型机。 三、计算机编程语言的发展概况 机器语言 机器语言就是0，1码语言，是计算机唯一能理解并直接执行的语言。汇编语言 用一些助记符号代替用0，1码描述的某种机器的指令系统，汇编语言就是在此基础上完善起来的。高级语言 BASIC，PASCAL，C语言等等。用高级语言编写的程序称源程序，它们必须通过编译或解释，连接等步骤才能被计算机处理。 面向对象语言 C++，Java等编程语言是面向对象的语言。 1.3 微型计算机中信息的表示及运算基础（一） 十进制ND有十个数码：0～9，逢十进一。 例 1234.5=1×103 +2×102 +3×101 +4×100 +5×10-1加权展开式以10称为基数，各位系数为0～9，10i为权。 一般表达式：ND= dn-1×10n-1+dn-2×10n-2 +…+d0×100 +d-1×10-1+… （二） 二进制NB两个数码：0、1, 逢二进一。 例 1101.101=1×23+1×22+0×21+1×20+1×2-1+1×2-3 加权展开式以2为基数，各位系数为0、1， 2i为权。 一般表达式： NB = bn-1×2n-1 + bn-2×2n-2 +…+b0×20 +b-1×2-1+… （三）十六进制NH十六个数码0～9、A～F，逢十六进一。 例：DFC.8=13×162 +15×161 +12×160 +8×16-1 展开式以十六为基数，各位系数为0～9，A～F，16i为权。 一般表达式： NH= hn-1×16n-1+ hn-2×16n-2+…+ h0×160+ h-1×16-1+… 二、不同进位计数制之间的转换 （二）二进制与十六进制数之间的转换 24=16 ，四位二进制数对应一位十六进制数。举例：（三）十进制数转换成二、十六进制数整数、小数分别转换 1.整数转换法“除基取余”：十进制整数不断除以转换进制基数，直至商为0。每除一次取一个余数，从低位排向高位。举例： 2. 小数转换法“乘基取整”：用转换进制的基数乘以小数部分，直至小数为0或达到转换精度要求的位数。每乘一次取一次整数，从最高位排到最低位。举例： 三、带符号数的表示方法 机器数：机器中数的表示形式。真值： 机器数所代表的实际数值。举例:一个8位机器数与它的真值对应关系如下： 真值： X1=+84=+1010100B X2=-84= -1010100B 机器数：[X1]机= 01010100 [X2]机= 11010100(二)原码、反码、补码最高位为符号位，0表示 “+”，1表示“－”。 数值位与真值数值位相同。 例 8位原码机器数： 真值： x1 = +1010100B x2 =－ 1010100B 机器数： [x1]原 = 01010100 [x2]原 = 11010100原码表示简单直观,但0的表示不唯一，加减运算复杂。 正数的反码与原码表示相同。 负数反码符号位为 1，数值位为原码数值各位取反。 例 8位反码机器数： x= +4： [x]原= 00000100 [x]反= 00000100 x= -4： [x]原= 10000100 [x]反= 111110113、补码（Two’s Complement）正数的补码表示与原码相同。 负数补码等于2n－abs（x）8位机器数表示的真值四、 二进制编码例：求十进制数876的BCD码 876= 1000 0111 0110 BCD 876= 36CH = 1101101100B 2、字符编码 美国标准信息交换码ASCII码，用于计算 机与计算机、计算机与外设之间传递信息。 3、汉字编码 “国家标准信息交换用汉字编码”（GB2312-80标准），简称国标码。 用两个七位二进制数编码表示一个汉字 例如“巧”字的代码是39H、41H汉字内码例如“巧”字的代码是0B9H、0C1H1·4 运算基础 一、二进制数的运算加法规则：“逢2进1” 减法规则：“借1当2” 乘法规则：“逢0出0，全1出1”二、二—十进制数的加、减运算 BCD数的运算规则 循十进制数的运算规则“逢10进1”。但计算机在进行这种运算时会出现潜在的错误。为了解决BCD数的运算问题，采取调整运算结果的措施：即“加六修正”和“减六修正”例：10001000(BCD)+01101001(BCD) =000101010111(BCD) 1 0 0 0 1 0 0 0 ＋ 0 1 1 0 1 0 0 1 1 1 1 1 0 0 0 1 ＋ 0 1 1 0 0 1 1 0 ……调整 1 0 1 0 1 0 1 1 1 进位 例： 10001000(BCD)－ 01101001(BCD)= 00011001(BCD) 1 0 0 0 1 0 0 0 － 0 1 1 0 1 0 0 1 0 0 0 1 1 1 1 1 － 0 1 1 0 ……调整 0 0 0 1 1 0 0 1 三、 带符号二进制数的运算 1.5 几个重要的数字逻辑电路编码器译码器计数器微机自动工作的条件程序指令顺序存放自动跟踪指令执行1.6 微机基本结构微机结构各部分组成连接方式1、以CPU为中心的双总线结构；2、以内存为中心的双总线结构；3、单总线结构CPU结构管脚特点 1、多功能；2、分时复用内部结构 1、控制; 2、运算; 3、寄存器; 4、地址程序计数器堆栈定义 1、定义；2、管理；3、堆栈形式
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