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超易單片機入門 （學單片機一定要看）
( 向作者致敬！)
一.
話說人間事物的學習，不外兩類：一類入門易精通難，比如礦石機，再比如練書法誰都會寫兩下，可寫好卻不是一朝一夕的事兒。另一類則入門難精通易，比如超外差收音機，學會需要各種放大、振蕩、反饋、混頻、中頻、統(tǒng)調等等，但是一旦你學會，做出一個高質量的收音機，確也不是難事。單片機屬于后者，所以無論如何，你得用些時間，學習一些新名詞并理解，甚至還得花一些小錢。但是，一旦你掌握，其樂趣也像收音機一樣，很有吸引力的。 單片機不同于收音機，收音機的任務最終就是聽好聲音一個，單片機可以做很多事情，要你來安排它的工作。安排它就先的認識它，熟悉它。大家自己查看一下單片機的外形，不妨將它看成是一個8條腿的小螃蟹，這個8條腿的小螃蟹就是我們的第一頓飯，只要把它吃下去，以后的大餐就好辦了。 第1、8條腿接電源 +5V和地線。頭兩條腿是螃蟹鉗子，好吃的很?，F(xiàn)在已經(jīng)剩下6條腿了。 第2、3條腿使用時外接一個叫作晶振的東西，我們接一個4MHz的晶振（這還不知道？還是看一下：單片機之路（www.）里面對晶振的介紹吧）。 第4條腿是復位腳，是一個信號輸入腳。單片機正常運行時接高電平。當有一個低電平脈沖輸入到這個腳時單片機就復位。所謂復位就是單片機內部所有的工作部件統(tǒng)統(tǒng)回到規(guī)定的狀態(tài)，程序也復位到頭一句上開始逐條運行。例如，你設計的一個報警鎖定的LED紅燈亮后，當需要解除報警時，用一個按鈕給這個腳瞬時接地一下，相當于給它一個夫脈沖，系統(tǒng)就復位了，led燈就熄滅了，程序從頭開始。 以上5個腳，幾乎所有單片機都有，包括世界上最復雜的，和世界比較簡單的單片機-PIC12CE519。 輪到底幾條腿啦？奧，是第5條腿，這條叫單片機的I/O腳。就是輸入輸出腳。你可通過程序動態(tài)地控制它作為輸入或輸出，作為輸出時可以程序控制它的輸出電平為高1或低0。所以，他的工作狀態(tài)有四種： 剩下的兩條腿和第5腳功能一個樣。 現(xiàn)在要控制使用這兩只腿了，這不得不首先要講一下軟件，要想講明白軟件又不得不涉及到單片機的內部結構?？赡苡信笥颜f啦，可別提這軟件和結構了，以前俺就是讓它們打敗的，現(xiàn)在聽到這個心里就打鼓。嘿嘿，不要緊，果真如你所說，那你就不妨跟著我再失敗一次，反正多一次失敗又不納稅嗎，嘿嘿。不過你也要有思想準備，徹底弄明白是個漸進的過程。 要說起這程序和單片機內部結構，還真是老大難，不過蟹黃蟹肉可都在里面。我現(xiàn)在要是給你說PIC單片機是哈佛結構的，51系列是馮-諾伊曼結構的話，恐怕你要立馬走人了。所以我得用點心思不讓你溜號。 好在PIC系列的制造商（microchip 微芯公司）理解我等苦衷，全部只有35條指令，而且有一些指令我們一般很少使用，常用的也就十幾句，用的時候查手冊，無需記憶。就算我們兩天學習一句，也就兩三個月時間，總比到老了還怕它們強啊。廢話少說先看下面的兩個例語： my_name006: movlw 02h '常數(shù)2進入w 每行只能寫一句話； 標號： 操作指令 操作數(shù) '程序注釋 下面我結合例子把這四部分解釋一下。 第一部分 my_name006: 叫做標號，它是由字母或數(shù)字組成，由冒號結束。標號可有可無，比如第二句就沒有標號。 第二個例句中，省略了標號，當然注釋也可以省略。他的指令是movwf，操作數(shù)是GPIO。操作數(shù)不一定是數(shù)字，也可能是一個由字母組成的字符串 這兩句話的作用是把 2 這個常數(shù)寫入到 GPIO 這個寄存器里。 每個寄存器可以儲存一個八位的二進制數(shù)。這八個位的每一位都有名稱，從左向右的名稱是： 而每一個位對應一個管腳的電平，例如當GPIO寄存器的D0位等于1時表示管腳GP0的電平是高電平。D0位等于0時表示管腳GP0的電平是低電平。常數(shù)2的八位二進制表示是“00000010” 所以，GPIO寄存器存放的8位2進制數(shù)的每個位的值以及管腳電平是： 截止到現(xiàn)在，你已經(jīng)學會如何控制管腳的電平高低了。盡管還有一些疑問，比如怎樣定義管腳為輸出腳（以后會說），我得說，如果事先GP1,GP0這兩個管腳處于輸入狀態(tài)，這兩個例句無效，因為在這種狀態(tài)下它們是控制不了電平的。 無論如何，這一會兒，你就學會了兩個指令，35條我看也沒啥難的。 下面再加深一下對寄存器的認識： 要把一個常數(shù)存儲到寄存器，或者說寫到一個寄存器中，僅用一條指令是辦不到的，必須通過一個特殊的寄存器W,把數(shù)據(jù)倒過去. 這就應該使用到下面兩個語句： movlw 02H 指令的意思是把一個常數(shù)存入特殊寄存器W, 這個常數(shù)是3,后面的H是表示十六進制 這里涉及到兩個概念,常數(shù)和寄存器： 常數(shù)好說,比如說十進制數(shù)35,26。但要注意,在單片機系統(tǒng)里我們一般不用十進制,而使用十六進制。有關數(shù)制轉換方面的知識，是計算機的基礎，必須會熟練地在二進制、十六進制、十進制之間轉換，此處不再羅索。 寄存器也叫單片機的內存，一個寄存器可以存儲的數(shù)值范圍是0--255,用十六進制表示就是0--FFH.用二進制表示就是00000000----11111111。“單片機之路”提醒您：以后要養(yǎng)成習慣用十六進制表示數(shù)。 那么,一個單片機里有多少個這樣的寄存器哩，pic12ce512里面有1024個這樣的寄存器可以供你使用,為了使用方便生產(chǎn)商已經(jīng)給它們編上了號碼,第一號碼是000H,往下依照次序為 001H,002H........3FFH.（怎么樣，開始用十六進制說事了吧，如果你不熟悉熟制轉換趕緊補課還來得及。）有了編號就像我們居住的房間有了房間號碼,使用就方便的多了.房間號碼在郵政行業(yè)叫地址,因此我們稱這些號碼叫做寄存器地址,或稱地址數(shù)。例如：名稱為GPIO的寄存器,它的地址或地址數(shù)是06H。所以我們的兩個例句完全等同于： my_name006： movlw 02h '常數(shù)2進入w 有兩個寄存器比較特殊,它們沒有地址,一個名字叫做W,另一個叫做TRIS.所以他們兩個在存儲數(shù)據(jù)的時候比較快,一個指令就可以解決問題，例如：movlw 03H 一條指令就把常數(shù)3寫入到W寄存器了。關于TRIS寄存器,我們以后用到它再說。除了他們兩個以外的其他所有寄存器，在寫入數(shù)據(jù)時一般都要用兩條指令進行。 本文雖然只有兩個指令，但主要目的是讓大家接觸一下指令，建立寄存器的概念以及他們同硬件部件的聯(lián)系。增強學習的信心。能有這些體會，這一節(jié)就算過關了。 隨著以后的深入，你會發(fā)現(xiàn)小小單片機里面是一個大世界，興趣也由此而生。 在PIC單片機系列中，改變I/O口的輸入輸出依靠寫入寄存器TRIS的值，相應位寫0，表示對應管腳被定義成了輸出，寫1，就是輸入。 現(xiàn)在假如預把GP1、GP2管腳定義成輸出，其他腳全是輸入。那就應該向TRIS寄存器寫入二進制數(shù) 11111001，換算成十六進制就是F9H. 依照以前我們學到的知識,在PIC系列單片機里，本來應該用下列的語句來完成我們的設定： movlw 0F9H '常數(shù)進W，以字母開頭的常數(shù)前面必須加0 實際上PIC系列的單片機也都是這么寫的,后面加的A,表示第一個8位的口(有的單片機不僅一個口,還有好幾個8位的I/O口如TRISB、TRISC、TRISD等等). 但是,記住了,PIC12系列的單片機必須改寫成為: 寫法不同,意思是一樣的.這樣你就又學了一個指令TRIS,不過這個指令的實質還是你曾經(jīng)學過的movwf 只是寫法不同罷了.在PIC12系列里TRIS作為指令, 在其他系列(PIC16\17\18)里把TRIS作為普通寄存器看待.因為我們現(xiàn)在講的就是PIC12CE519,所以我們暫時用tris GPIO 這個格式,等以后進入PIC16C877 我們再寫成 movwf TRISA,至于理解按照后者進行. 如果我們要控制GP1、GP2管腳的輸出電平, 其他管腳作為輸入.并且讓GP1輸出低電平,GP2輸出高電平．完整的程序如下： movlw 0F9H '常數(shù)進W 更多的情況是：某個口內的某一個管腳需要改變電平，其他腳電平不變．例如我們僅需要GPIO口上的GP1這個管腳的電平拉高，其他管腳電平不發(fā)生變化．這時候位操作指令為我們提供了方便，假如我們事先已經(jīng)把GP1管腳定義過輸出了（方法見前面講過的）： bcf GPIO,GP1 '注釋：GPIO口上GP1管腳電平拉低，我們行話叫清除。 怎么樣，這樣控制某一個管腳的電平就方便多了，你的編程效率將會大大提高． 記住：PIC所有單片機所有寄存器都是可以位操作的，這在51的單片機上是不能完全實現(xiàn)的．不僅如此，PIC所有單片機所有管腳的單腿驅動輸出電流可以高達25mA，所以如果你驅動一個5到10mA電流的LED發(fā)光二極管，根本不用加三極管，串個電阻直接掛在單片機上就得了，這在51的單片機上也是不能實現(xiàn)的，要加驅動三極管或驅動芯片． 怎么樣？學PIC有好處吧．別急，好處還有。。。。。。 一不小心，已經(jīng)學會 5 個指令了，還有30個，加油啊。 五. 寄存器的英文是RAM. PIC12CE519里面共有48個寄存器供我們操作使用，它們每一個都有固定的地址編碼。地址編碼并不是連續(xù)的號碼,而是分成了兩段: 第一段: 從00H 開始, 依次是01H, 02H, 03H ....0AH, 0BH......到1FH 結束. 計32個寄存器 這種地址不是連續(xù)編號,而是要跳過一段的做法, 對于我們新手來說很是不習慣.為了讓我們容易入門, 我們暫時先不管第二段RAM, 只當它不存在,所有程序我們只涉及到第一段連續(xù)的RAM地址.等我們熟練的掌握好了RAM的使用,再涉及第二段地址的RAM, 那時,你就會理解單片機設計者把它們分成兩段的苦心了. 為了規(guī)范,我們今后一律把RAM的分段, 叫做分頁.第一地址段叫00頁面,第二地址段叫01頁面.例如:我們學過的I/O口電平控制寄存器GPIO,它的地址編碼是06H,屬于00頁面. 所有這32+16=48個寄存器除了在地址上分成了兩個頁面以外,又把它們分成兩類： 一類專用寄存器,一類通用寄存器. 所謂專用,就是這個寄存器的功能已經(jīng)由系統(tǒng)分配好了.例如:地址為06H的名稱就做GPIO寄存器的功能,它的每個位都對應到一個I/O腳的電平.另一類是通用寄存器,你可以理解成它的功能系統(tǒng)沒有事先預定,而是由你在編程序的時候隨機使用. pic12ce519的專用寄存器有7個,位置在我們第00頁面的最前面.這7個專用寄存器的地址編碼是:00H，01H, 02H, ----06H,剩下的所有寄存器包括所有第01頁面,全部都是通用寄存器. 例子:在兩個通用寄存器09H、0AH內寫入常數(shù)FCH movlw 0FCH '常數(shù)進W 從00H到06H都已經(jīng)起好了名稱，它們是專用寄存器，用處各有不同。以后我們會逐個介紹它們.剩下的都是通用寄存器或者叫普通寄存器（General Purpose Registers），意思是一般用途的寄存器。 內存圖譜，不要求記下來，但是應該有個大體印象，用的時候會察看就可以了。等編程時間一長，就那么幾個字節(jié)，自然就記住了。 所謂字節(jié)是衡量二進制數(shù)據(jù)長度的一個單位。一個寄存器剛好能記住一個字節(jié)的數(shù)據(jù)。如果你要存儲的數(shù)據(jù)比較大超過了255，那就要占2個存儲器甚至更多。描述的時候通常我們不說這個數(shù)值占了多少個寄存器，而是說這個數(shù)據(jù)是幾個字節(jié)的。字節(jié)的英文是byte，一個二進制數(shù)的一位，叫比特，英文bit。1byte包含8bit。 六. nop '什么事情也不做，但執(zhí)行這個指令也要消耗掉一點時間。它沒有操作數(shù)。 如果你需要一個很短時間的延時，可以采用一連串的空操作。注意每個nop也是占一行，例如： movlw 0F9H '常數(shù)進W 運行的效果是接在管腳GP1上的LED燈先亮一段時間，再熄滅一段時間的閃爍。 七. movlw 02H '常數(shù)2進入W movlw 0FFH '常數(shù)255進入W 如果你事先定義好了地址為09H的這個寄存器里存儲的數(shù)字大小代表電視機節(jié)目頻道的話，你會很喜歡這兩個指令的。并且當節(jié)目頻道到達最大值255或最小值0的時候無需擔心,寄存器在0時減1會得255,255狀態(tài)下增1會得0。 至于為什么會這樣，學過環(huán)形計數(shù)器的人不會感到奇怪的。你要是沒有學過計數(shù)器電路也不要緊，記住一個寄存器的最大存儲數(shù)值是255=0FFH就可以了，加減法都會導致它“進位”。 當然控制音量時這個程序不能使用，因為它在0和255之間變化，音量忽大忽小怎們行。為解決這個問題，我們必須再學習兩條指令incfsz和decfsz。 它們與上兩個功能基本相同,不同的是:寄存器增1或減1操作以后,該指令會自動判定寄存器內的結果是否為零,如果不為零,繼續(xù)正常執(zhí)行該指令后面的語句.但如果結果為零的話,則程序會"跳一步".繞過緊挨著它下面的一條指令，繼續(xù)執(zhí)行更下面的語句,舉例子說明。 假定我們操作的寄存器還是09H: OK: nop '繼續(xù)運行 yanshi: movlw 5EH ' 常數(shù)5E進W 標號是延時 jixu: decfsz 0AH '0A寄存器內的數(shù)減1，如果結果為0跳步 先打個比方，如果你做一頓飯，要做湯，炒菜，燉魚，汆丸子，奧，忘了還有炒小螃蟹,期間有一個動作在我看來不斷的重復，這個動作就是放鹽,放鹽的過程描述是這樣的： 放鹽：用一把小勺子深入鹽罐 如果我們把做飯定義為主任務,那么放鹽這個動作就叫做子任務。 這樣定義的一個好處就是描述主任務的時候比較方便，當你用語言文字描述主任務的時候，無論哪一道菜，到了該加鹽的時候不必細說用一把小勺子深入鹽罐......,因為很多菜都有同樣的這個過程，所以，你用 “放鹽” 兩個字就可以了。但是在你使用 放鹽 這個詞之前或者之后，你應該解釋一下放鹽這個詞的具體過程是什么。 我們單片機的程序也是一樣的，如果你設計一個電視機的自動搜索頻道的程序，程序要求電視機每搜索成功一個頻道，它面板上的發(fā)光二極管就眨一次眼睛，也就說，先熄滅一段時間然后再點亮。這樣就會遇到很多這樣的眨眼動作，為了簡化主程序我們可以把眨眼這樣一個過程定義為一段子程序，以后每次遇到需要眨眼的時候就調用一次子程序就可以了。 子程序的定義是這樣的: 這樣，子程序就定義完了，如果想在程序的某個位置需要led燈熄滅以下（眨眼一次），只需在那個程序位置調用一下子程序就可以了。調用的方法是用 call 命令。 主程序：
疑問2 嗯，那繼續(xù)往下調用下去，有限制么？ 疑問3 在同一層程序空間里，例如在我的某個子程序之中，調用另一個子程序的次數(shù)有限制么？ 疑問4 我聽說單片機在調用子程序以前，好像需要程序“堆棧”訪問什么的，要進行一些程序計數(shù)器的保存保護，以保證子程序返回來得時候，程序能夠正確回到原來位置和環(huán)境。是這樣的么？ 九. 單片機的中斷，概念并不難以理解。只是要真正理解運用編程處理一些實際中斷的例子，卻也不是很容易，甚至是單片機學習、入門的攔路虎。要想學會實際的中斷處理編程，也還需要清楚一些程序存儲器，程序結構，程序計數(shù)器，硬件堆棧，現(xiàn)場保護等這些個另雜碎概念。因此，我們在學習中斷以前、以后和學習中斷過程中，都有必要介紹回顧復習一些有關上述關鍵詞的概念和知識，否則，盡管你學了中斷，用起來可還是不能得心應手，以至于茫然。 還是用比喻的方法介紹一下中斷的概念： 你的主程序任務是做一桌可口的飯菜，期間可能要多次調用子程序“撒鹽”。盡管子程序下邊還有更小的子任務，比如“計算食鹽的量”等過程，盡管這些子過程很復雜，但他們的出場時間和順序是可以預料的，是可以預先安排的。也就說你肯定知道在什么時候放鹽。 有一類子程序，他的出場時間是不確定的，突然的，處理他們的時間刻不容緩，必須趕緊的。我們稱這一類子程序為中斷子程序。也就是我們所說的“中斷”。 你正在做菜的過程中，隔壁鄰居小孩突然敲門說他的二大爺在他房間里摔倒了，請你幫忙把二大爺扶起來。這是急迫的，必須處理的事務。 你肯定關掉爐子一溜煙跑出去幫忙，等回來以后再點著爐子繼續(xù)做菜。 這個事件的特點就是發(fā)生的時間你無法預先知道，而這個任務必須得停下當前工作去處理，并且是刻不容緩。從開始關爐子到回來點著爐子的這段時間里以及你的救人行為，就叫做“中斷子程序”。 在單片機里，中斷的例子也是很多的。我舉一個你手里的手機的例子，你的GSM手機正工作在賦閑，屏幕上也就顯示個時間日期中國電信什么的，表面看沒有什么。其實它內部的cpu高速運行忙碌地工作在諸如聯(lián)絡無線網(wǎng)絡，查詢是否有短消息發(fā)來，計算當前信號強度，時間等任務。你突然按下數(shù)字鍵“8”，此時內部cpu必須停下它正在干的工作來應付你，也就是清屏,顯示你按下的數(shù)字8,然后再回到它原來的任務接著運行。（當然，這個例子不一恰當，現(xiàn)在有操作系統(tǒng)Windows-ce windows-mobile的手機的工作機制遠沒有如此的簡單）. |
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