【正文】 復(fù)習(xí)綱要 ——控制系 洪偉 ? 1 單片機(jī)組成結(jié)構(gòu) ? 2 數(shù)的表示 ? 3 S12XS單片機(jī) CPU ? 4 S12XS單片機(jī)存儲(chǔ)器 ? 5 S12XS單片機(jī)中斷 ? 6 S12XS單片機(jī)程序設(shè)計(jì) ? 7 S12XS單片機(jī)外設(shè) Page 1 1 單片機(jī)組成結(jié)構(gòu) 通用概念 ? 單片機(jī)：微處理器（ Microprocessor） +存儲(chǔ)器（ Memory)+輸入輸出部件 (Peripheral) ——一個(gè)芯片 ? 微處理器： CPU （運(yùn)算器 +控制器 +核心寄存器堆） ? 存儲(chǔ)器： ROM （程序 flash） +RAM+EEPROM ? 輸入輸出部件：并口（ A、 B）、 PIT、 A/D、 SCI、 SPI ? 總線結(jié)構(gòu)：上述部件之間通過三條總線連接：地址、數(shù)據(jù)和控制 總線 Page 2 Page 3 Numbering and coding systems 2 數(shù)的表示 ? 機(jī)器數(shù)：一個(gè)數(shù)在機(jī)器中的表示形式稱為機(jī)器數(shù) (實(shí)質(zhì)即編碼 ) ? 真值：機(jī)器數(shù)所代表的真實(shí)數(shù)值本身稱為真值。 ? 有符號(hào)數(shù)和無符號(hào)數(shù)： ?有些問題中沒有負(fù)數(shù)問題。此時(shí)全部編碼長度都只用來表達(dá)數(shù)值，此稱無符號(hào)數(shù)。 ?帶符號(hào)數(shù)的符號(hào)的表達(dá)方法：一個(gè)二進(jìn)位表示“符號(hào)位 ”。 “ 1”表示“ +”，用“ 0”表示“ ”； ?帶符號(hào)數(shù)的補(bǔ)碼表示：正數(shù)的補(bǔ)碼與其原碼相同；負(fù)數(shù)的補(bǔ)碼是其原碼除符號(hào)位外逐位取反，末位加 1 ?8位無符號(hào)數(shù)的范圍是 0~255； 8位有符號(hào)數(shù)的范圍是 128~+127 char 。 unsigned char。 16位無符號(hào)數(shù)的范圍是 0~65535； 16位有符號(hào)數(shù)的范圍是 32768~+32767 int。 unsigned int。 0000 0000—0000 0001—0111 1111—1000 0000—1000 0001—1111 1111 0 +1 +127 128 127 1 Page 4 Numbering and coding systems 2 數(shù)的表示 ? 數(shù)制（進(jìn)位制與非進(jìn)位制） ? J進(jìn)位制計(jì)數(shù)： ?有 J個(gè)數(shù)字符號(hào) 。 0、 … 、 J1。 J 稱為“基” ； ?數(shù)位 ： 自小數(shù)點(diǎn)開始向左各位稱為第 0位、第 1位、 … ；自小數(shù)點(diǎn)開始向右各位稱為第 1位、第 2位、 … 。 ?逢 J進(jìn)位，既在較高位增 1。 ?“權(quán)”：數(shù)字符號(hào)“ 1”在某位置所代表的數(shù)值稱為該位的權(quán)。顯然，在 J進(jìn)位計(jì)數(shù)制下，第 k位的權(quán)為 Jk。 ?小數(shù)點(diǎn)向左 /右移動(dòng)一位數(shù)值縮小 /擴(kuò)大 J倍。 ? 常用進(jìn)制： ?十進(jìn)制 ?二進(jìn)制 0b00010101。 %00010101 ?十六進(jìn)制 0x13 。 $13 ? 不同進(jìn)制數(shù)之間的轉(zhuǎn)換算法 Freescale單片機(jī)發(fā)展歷程 M C 68 00M C 68 09M C 68 00 0M C 68 01H C 11M C 68 05 H C 05 H C 08 H C S0 8 R S0 8H C 12 9 S1 2 9 S1 2XM C 68 02 0H C 16A RM Co reM . C o reP ow e rP C Co reC ol dF i reD ra g o nB al lM C 68 04 H C 04年份位數(shù)8163219 74 20 07 3 S12XS單片機(jī) CPU 位數(shù)指 CPU數(shù)據(jù)總線的位數(shù)。 位數(shù)的高低體現(xiàn)了 CPU處理能力的強(qiáng)弱。 S12XS單片機(jī) (MC9S12XS128):16位單片機(jī) MCS51系列單片機(jī)： 8位單片機(jī) ARM系列單片機(jī) :32位單片機(jī) Page 5 Page 6 ? 中央處理器 CPU： ?中央處理器包括算術(shù)邏輯單元 ALU、控制器 ?寄存器組： ① 16位累加器或 8位累加器 A和 B； ② 16位變址寄存器 X和 Y； ③ 16位程序計(jì)數(shù)器 PC； ④ 16位條件碼寄存器 CCR； ⑤ 16位堆棧指針 SP； 3 S12XS單片機(jī) CPU 0 0 0 0 0 I P L S X H I N Z V C Page 7 ? 16位程序計(jì)數(shù)器 PC： ?程序由指令序列構(gòu)成，保存在程序存儲(chǔ)器中 ； ?PC（ Program Counter，即程序計(jì)數(shù)器） ：保存 下一條待執(zhí)行的指令地址 ； ?單片機(jī)系統(tǒng)復(fù)位后，首先讀取中斷向量表中復(fù)位向量地址 0xFFFE和 0xFFFF單元中的內(nèi)容，將該內(nèi)容賦給 PC，即以該內(nèi)容為起始地址執(zhí)行程序； ?PC所指的指令每次被從 程序存儲(chǔ)器中 讀取出來以后， PC更新指向下一條指令 ?設(shè)指令長度為 n，所以程序順序執(zhí)行時(shí)， PC值更新為 PC+n。 S12XS單片機(jī)1=n=8 ?當(dāng)程序出現(xiàn)分支和循環(huán)結(jié)構(gòu)、調(diào)用子程序、中斷等情況時(shí)， PC將不再是按序遞增到相鄰的下一條指令。此時(shí) PC可以采用絕對(duì)尋址或者相對(duì)尋址的方式進(jìn)行更新： (PC = address)或 (PC = PC + offset)。程序控制指令用于實(shí)現(xiàn)上述 PC值的更新，即控制程序的跳轉(zhuǎn)。 ①轉(zhuǎn)移指令； BRA； BEQ ②循環(huán)控制指令； DBEQ ③跳轉(zhuǎn)與子程序調(diào)用； JSR； BSR； RTS； RTI 3 S12XS單片機(jī) CPU Page 8 ? 16位條件碼寄存器 CCR： ?C標(biāo)志 在運(yùn)算時(shí)，發(fā)生最高的 D7位向前進(jìn)位或借位的情況它將置位。對(duì)于無符號(hào)數(shù)加來說，說明和超過了 255。 對(duì)于無符號(hào)數(shù)減來說，說明被減數(shù)小于減數(shù)，這在比較二無符號(hào)數(shù)大小時(shí)很有意義 ； ?H標(biāo)志 在運(yùn)算時(shí)，發(fā)生 D3位向 D4的進(jìn)位或借位的情況它將置位。這種進(jìn)位或借位對(duì)于 BCD數(shù)運(yùn)算的 +6/6調(diào)整才有意義 ； ?V標(biāo)志 最高位向進(jìn)位位的進(jìn)位和次高位向最高位的進(jìn)位如果相同，未發(fā)生溢出；否則，產(chǎn)生溢出 。對(duì)于 有符號(hào)數(shù) 的運(yùn)算來講， 表示已經(jīng)發(fā)生了溢出，即超出了編碼長度所能表達(dá)的數(shù)值范圍。 此時(shí)雖結(jié)果已經(jīng)錯(cuò)誤，但其符號(hào)仍可按相反解釋代表結(jié)果的正負(fù)！對(duì)于 無符號(hào)數(shù) 的運(yùn)算來說，無任何特殊意義。不必關(guān)心； ?N標(biāo)志 反映運(yùn)算結(jié)果是否為負(fù)數(shù)（ D7） ； ?Z標(biāo)志 反映運(yùn)算結(jié)果是否為 0。 3 S12XS單片機(jī) CPU Page 9 ? 16位堆棧指針 SP： ?堆棧是一段連續(xù)的 RAM存儲(chǔ)器空間 ； ?堆棧按照后入先出的方式工作 (Last In First Out)； ?只能向 /從 棧頂加入或取出數(shù)據(jù)， sp寄存器用來指明棧頂； ?對(duì)于大多數(shù) CPU而言， “棧頂”是指低位的地址空間 ?堆棧有兩種基本的操作方式 : 推入 PUSH: （ sp） n?(sp),將內(nèi)容加入到堆頂 取出 PULL : 將棧頂?shù)膬?nèi)容取出 ，（ sp） +n?(sp) （字節(jié)操作， n=1；字操作， n=2） ?堆棧的作用 中斷時(shí)使用堆棧來保存返回地址和寄存器上下文 C語言程序使用堆棧來保存局部變量 C語言編譯器使用堆棧來完成函數(shù)調(diào)用時(shí)參數(shù)傳遞和返回值傳遞 匯編語言可以使用堆棧暫存數(shù)據(jù) 3 S12XS單片機(jī) CPU High addr Low addr TOP 0x10 0x11 0x12 0x13 0x10 is the first pushed item 0x13 is the last pushed item TOP 2100 21FC Page 10 ? 16位堆棧指針 SP（續(xù)）： ?堆棧指針的初始位置由程序代碼確定， 指向預(yù)先劃定的堆?？臻g的底部 自己編寫匯編指令，安排堆棧是一段連續(xù)的 RAM存儲(chǔ)器空間 ； CodeWarrior自動(dòng)生成的初始代 ?堆棧溢出： 堆?？臻g和變量空間是使用同一 RAM存 儲(chǔ)器空間， RAM空間總大小 終究是有 限的 …… ?估算應(yīng)用程序需要使用的堆棧空間的大小有時(shí)并不容易 函數(shù)的局部變量區(qū) 子程序嵌套 中斷及其嵌套 c庫函數(shù)的使用情況不好掌握 3 S12XS單片機(jī) CPU High addr Low addr Memory block Variables occupied stack occupy High addr Low addr Memory block Variables occupied stack occupy 匯編指令 CW 自動(dòng) 生成 Page 11 ? 存儲(chǔ)器分類： ?RAM: 讀寫存儲(chǔ)器?？梢宰x出，也可以寫入。 ?ROM:只讀存儲(chǔ)器 。 只能讀出，不能修改。 ?Flash:讀寫存儲(chǔ)器。高密度，不揮發(fā)，功耗低，可靠性高。 4 S12XS單片機(jī)存儲(chǔ)器 半導(dǎo)體 存儲(chǔ)器 RAM 雙極型 MOS 靜態(tài) 動(dòng)態(tài) ROM PROM EEPROM EPROM 掩模 ROM