96系列單片機簡介及應用實例

1、第三章 96系列單片機簡介及應用實例,主要內(nèi)容§3.1 硬件結(jié)構§3.2 MCS-96指令系統(tǒng)§3.3 80C196KB單片機應用實例目的：通過一種單片機的設計實例，掌握智能儀器儀表中CPU設計的一般方法。,§3.1 硬件結(jié)構,主要內(nèi)容3.1.1 內(nèi)部定時3.1.2 存儲空間3.1.3 芯片配置寄存器CCR3.1.4 狀態(tài)和控制寄存器3.1.5 中斷結(jié)構 (√）——重

2、點3.1.6 定時器,3.1.7 高速輸入單元 (√）3.1.8 高速輸出單元 (√）3.1.9 模擬接口3.1.10 串行口 (√）3.1.11 監(jiān)視定時器3.1.12 復位和掉電保護,3.1.1內(nèi)部定時,,內(nèi)部定時（續(xù)）,8098為3分頻結(jié)構，即每3個時鐘周期為1個狀態(tài)周期，在12M的晶振下：1個狀態(tài)周期=3個時鐘周期=1/12000000*3s=1/4μs (8T)80C196為

3、2分頻結(jié)構：1個狀態(tài)周期=2個時鐘周期=1/12000000*2s=1/6μs,3.1.2存儲空間,寄存器組合空間 （√）專用寄存器空間掉電保護空間ROM空間的尋址,存儲空間,3.1.3芯片配置寄存器CCR,CCR的內(nèi)容由用戶預先寫入018H單元（芯片配置字節(jié)），系統(tǒng)復位時，該芯片配置字節(jié)被自動送入CCR寄存器。（8位總線時一般為0BDH),3.1.4狀態(tài)和控制寄存器,8098有兩個I/O控制寄存器IOC0和IOC1IO

4、C0控制定時器2和高速輸入線。IOC1控制某些引腳功能、中斷源和兩個HSO引腳。,控制寄存器,狀態(tài)寄存器,3.1.5中斷結(jié)構 （詳細）,,設置中斷向量,;設置HSI,TIME,SPCON 的中斷向量ORG2000HDCWTYCINT ;T1溢出中斷ORG2004HDCWHSIINT ;HSIINT---高速輸入中斷ORG200AHDCWTIMEINT ;TIMEINT---軟件定時中

5、斷,3.1.6定時器,系統(tǒng)中有兩個16位定時器，定時器1和定時器2。定時器1作為實時時鐘用來同步其他事件。它自由運行，每8個狀態(tài)周期加1。（定時器+1時間為8T=?)該計數(shù)器在任何時刻均可讀出，但一般不可改寫，且除芯片復位之外也沒有其他手段使其停止計數(shù)并恢復為0。,定時器（續(xù)）,定時器1產(chǎn)生高速輸入單元HSI和高速輸出單元HSO的基準時間。定時器溢出時可用來產(chǎn)生中斷，溢出間隔時間（在12M晶振下）：0FFFFH*8*T=6553

6、5*8*1/4≈131ms （三分頻系列，如8098）0FFFFH*8*T=65535*8*1/6≈87ms （二分頻系列，如80C196）,T1溢出中斷服務子程序,TYCINT:PUSHF… POPF RET,3.1.7高速輸入單元,HSI運行方式HSI狀態(tài)寄存器（HSI_STATUS）HSI的控制和操作 (√）（詳細）,高速輸入概述,高速輸入單元HSI可用定時器1作實

7、時時鐘來記錄外部事件發(fā)生的時間?！案咚佟北硎臼录墨@取無需CPU的干預。該單元有四條高速輸入線(HSI.0-3)，其中HSI.2-3為雙向引線，和HSO.4-5共用同一引腳。由IOC0和IOC1確定。,一． HSI運行方式HSI_MODE,,,方式選擇位 事件定義008個正跳變?yōu)橐粋€事件01 每個正跳變?yōu)橐粋€事件10每個負跳變?yōu)橐粋€事件11每個跳變（正和負）均為事件,二．HSI狀態(tài)寄存器HSI_

8、STATUS）,各位的定義同圖3.9其中低位表示本引腳上是否有事件發(fā)生；高位表示本引腳的現(xiàn)行狀態(tài)。,三．HSI的控制和操作,有關控制見HSI_MODE、IOC0、IOC1、INT_MASK、INT_PENDING以及中斷向量。中斷發(fā)生后：先讀HSI的狀態(tài)，后讀其中斷時間。（兩者均得讀，且順序讀）,HSIINT 子程序(記錄脈沖),HSIINT: PUSHFLDBHSIBJ,HSISTAJBSHSIBJ,0,HI0

9、 ;判斷是否0口中斷JBSHSIBJ,2,HI1 ;判斷是否1口中斷JBSHSIBJ,4,HI2 ;2JBSHSIBJ,6,HI3 ;3SJMPHSIFHHI0:STHSITIM ,HI0T ;讀時間到HI0T中 … POPF RET,3.1.8高速輸出單元,HSO輸出控制 LDB HSO_COMMAND, #WHAT_TO

10、_DOADD HSO_TIME,TIMER1, #WHEN_TO_DO_IT,高速輸出單元（續(xù)）,軟件定時1ms中斷服務子程序,TIMEINT:PUSHFDILDBHSOCOM ,#38H ;重設TIMEINTADDHSOTIM ,TIMER1 ,#TIJG ;12M=#750 6M=#375EIINCZDCS ;中斷次數(shù)加1POPFRET,3.1.9模擬接口,模擬輸入

11、 AD_COMMAND AD_RESULT,脈沖寬度調(diào)制輸出（PWM）,數(shù)/模轉(zhuǎn)換可以通過脈沖寬度PWM輸出來實現(xiàn)，PWM輸出波形是一個重復周期為256個狀態(tài)周期，而占空比可變，占空比的變化通過向PWM寄存器寫入新值來實現(xiàn)。對此波形進行積分，那么，即可得到一個DC電平，通過改變占空比，可使該電平分256個階梯變化。,,,,,,,,,,,,,,,,,,AD變換子程序,ADBH:LDBTDHAO,ACHTDH;TDHAO標記

12、ACHTDHORBTDHAO,#00001000BLDBADCOM,TDHAO;立即啟動AD變換NOPNOPNOPADDD1:LDBBL,ADL;等待AD變換的完成JBSBL,3,ADDD1LDBBL,ADLLDBBH,ADHSHRBX,#6ADDADLJD,BX ;累計A/D變換值ADDCADLJG,#0INCADBHCS

13、 ;A/D變換次數(shù)+1RET,3.1.10串行口,方式0：同步方式，通常用在以移位寄存器為基礎的I/O擴展方面方式1：標準異步通訊方式。,串行口（續(xù)）,方式2和方式3：用于多機通訊,串行口（續(xù)）,串行口的控制,串行口波特率設置,1. 98：方式0= 方式1、2、3= 因為波特率寄存器的最高位用于對內(nèi)部時鐘源的選擇 ，當用XTAL1時，固定為“1

14、”,,,2. 96系列單片機的波特率設置,,方式0= 方式1、2、3=,基于串行口的多機通訊,串行口方式2和方式3是提供給多機通訊用的。在方式2下若所接收到的第9位數(shù)據(jù)非1，則不會發(fā)生串行口中斷，而方式3則均會中斷。在多機系統(tǒng)中，當主機欲向某從機發(fā)送數(shù)據(jù)時，它首先發(fā)出一幀地址以確定目的從機。地址幀和數(shù)據(jù)幀的不同點在于，前者之第9位數(shù)據(jù)位為1，后者之該位為0。,在方式2下，數(shù)據(jù)幀不會引起任何從機中斷。然而，地址幀卻將在所有從機

15、中激發(fā)中斷。這樣，各從機便在各自的中斷服務程序中檢查所收到的字節(jié)是否等于自己的地址。相等者即為被呼叫的從機，于是它便切換到方式3下運行，以接收此后主機發(fā)來的數(shù)據(jù)；并回送主機數(shù)據(jù)后恢復到方式2下等待。未被呼叫的多個從機則仍留在方式2下繼續(xù)自己的作業(yè)。,通訊舉例：主機和2號從機進行數(shù)據(jù)交換1、主機和全部從機工作于方式2；2、主機以第9位為1發(fā)送地址碼2；3、全部從機接收中斷，2號判定被呼叫轉(zhuǎn)入方式3；其它從機仍然工作與方式2；4、

16、主機發(fā)送數(shù)據(jù)，DB9=0，2號中斷接收；5、2號反送主機數(shù)據(jù)，主機接收；6、主機和2號從機再轉(zhuǎn)入方式2待命。,串口中斷服務程序,SERINT: PUSHFRDAGA:LDBSPTEMP,SPSTATORBTEMP,SPTEMPANDBSPTEMP,#60HJNERDAGAJBSTEMP,5,TRANSJBSTEMP,6,GETSJMPSEROUT …,3.1.11監(jiān)視定時器,在12M晶振

17、下：98：WATCHDOG溢出時間為：16ms96：WATCHDOG溢出時間為：10.67ms監(jiān)視定時器的驅(qū)動：(連續(xù)寫入） DI LDB WATCHD,#1EH LDB WATCHD,#0E1H EI,3.1.12復位和掉電保護,在電源處于正常范圍且振蕩器穩(wěn)定后，RESET引腳上至少保持兩個狀態(tài)周期的低電平就可使系統(tǒng)復位。RESET引腳電壓升高后，系統(tǒng)將執(zhí)行10個狀態(tài)周期的內(nèi)部復位序列。在此期間，芯片

18、配置字節(jié)CCR被從2018H單元讀出并進而寫入芯片CCR寄存器。,上電復位可用電容、單穩(wěn)或其他方法實現(xiàn)，條件是它們能夠提供一個寬度要比Vcc和振蕩器穩(wěn)定下來所需的時間至少長兩個狀態(tài)周期的負脈沖。對于96系列單片機，復位電平是低電平有效。,§3.2 MCS-96指令系統(tǒng),主要內(nèi)容3.2.1操作數(shù)類型 （√）3.2.2操作數(shù)的尋址 (√）3.2.3程序狀態(tài)字PSW3.2.4指令系統(tǒng),3.2.1操作數(shù)類型,字節(jié)型（B

19、YTE）字型（WORD）短整數(shù)型（SHORT_INTEGER）整數(shù)型（INTEGER）位型（BIT）雙字型（DOUBLE_WORD）長整數(shù)型（LONG_INTEGER）,3.2.2 操作數(shù)的尋址 （詳細）,寄存器直接尋址 (LD AX,BX)間接尋址 (LD AX,[BX])自動增量間接尋址 (LD AX,[BX]+)立即尋址 (LD AX,#1234

20、)短變址尋址 (LD AX,123[BX])長變址尋址 (LD AX,1234[BX])棧指針寄存器尋址 (LD AX,2[SP]),3.2.3程序狀態(tài)字PSW,,3.2.4指令系統(tǒng),8098單片機共有100條指令。80C196單片機共用112條指令，其中的100條與8098完全相同。專用指令如：CMPL/MOVB/JNZW等都是98所沒有的。（詳細）,1. 

21、60;   數(shù)據(jù)傳送指令,LD LDB ST STB LDBSE（短整數(shù)→整數(shù)） LDBZE（字節(jié)→字）LD AX,BX; LDB AL,BLST AX,BX; STB AL,BLLDBSE LDBZE不常用,2.     算術運算指令,ADD ADDB ADDC ADDCB SUB SUBB SUBC SUBCB CMP

22、 CMPB MULU MULUB MUL MULB DIVU DIVUB DIV DIVB CMPL（雙字比較80C196）注意有無符號和操作數(shù)類型MULU(16*16=32) MULUB(8*8=16) 無符號DIVU(32/16=16 低16=商 高16=余數(shù)）DIVUB(16/8=8 低8=商 高8=余數(shù)）課堂練習：將1234分解為BCD碼,BCD變換子程序BCSD為入口,AX BX

23、為轉(zhuǎn)換的壓縮BCD碼,BCDBH:CLRAXCLRBCSGDIVUBCSD,#1000ORAX,BCSDSHLAX,#4LDBCSD,BCSGCLRBCSGDIVUBCSD,#100ORAX,BCSDSHLAX,#4LDBCSD,BCSGCLRBCSG,DIVUBCSD,#10ORAX,BCSDSHLAX,#4ORAX,BCSGSTBAL,BL

24、STBAL,BHHSHRBBL,#4ANDBBHH,#00001111BSTBAH,ALSHRBAL,#4ANDBAH,#00001111BPMXYH:RET,3.     邏輯操作指令,AND ANDB OR ORB XOR XORBANDB AL,#11101111B ；指定位清0ORB AL,#00010000B ；

25、指定位置1XORB AL,#00010000B ；指定位取反,4.     棧操作指令,PUSH PUSHF POP POPF PUSHA POPA（雙字進棧80C196專用）PUSHFPUSH AX ；96的堆棧向下生成SP=SP-2PUSH BX ;若SP原為0F0H，BX壓棧后SP=0EEH …POP BX

26、 ;先入后出POP AX POPF,5.     轉(zhuǎn)移操作指令,LJMP SJMP BR LCALL SCALL RET TRAP（軟件中斷陷井，用戶不用）,6.     條件轉(zhuǎn)移指令,JC JNC JNH JE JH JNE JV JNV JGE JLT JVT JNVT JGT JLE

27、JST JNSTCMPBAL,BLJNHADDRESS0 ;當AL<=BL時跳轉(zhuǎn),7.     位為0或位為1的轉(zhuǎn)移指令,JBS（位為1跳轉(zhuǎn)） JBC（位為0跳轉(zhuǎn)）JBS AL,0,ADDRESS1 ;當AL的第0位=1時跳轉(zhuǎn)JBC AL,0,ADDRESS2 ;當AL的第0位=0時跳轉(zhuǎn),8.     循環(huán)控制指令

28、,DJNZ DJNZW（一個字的遞減，80C196所有） LDB AL,#8LOOP1: LDBBL,#0F0HLOOP0: NOP DJNZ BL,LOOP0 DJNZ AL,LOOP1,9.     單寄存器指令,DEC DECB NEG NEGB INC INCB EXT EXTB(符號擴展) NOT NOTB

29、 CLR CLRBNEG 求補=求反＋1 例如：-1=11111111B1=00000001,1求反=11111110B,求反+1=11111111B再例如DS1820輸出的溫度值為補碼，若收到00000001B則為＋1，若收到11111111B則為-1。,10.     移位指令,SHL SHLB SHLL SHR SHRB SHRL SHRA SHRAB SH

30、RAL注：SHRA 為帶符號右移，移位后左邊補1SHRAL AL(AL=#11000011B);AL結(jié)果=#11100001B,11.     專用指令,SETC CLRC CLRVT RST DI EI NOP SKIP NORMLRST 機器碼為0FFH ，軟件復位數(shù)據(jù)總線D0～D7接上拉排阻，若程序跑飛到無效地址，取回指令為0FFH使系統(tǒng)復位。,12. 

31、;    塊移動（80C196所有）,BMOV BMOVIBMOV LREG,WREG 其中LREG為源地址（低16位）指針和目的地址（高16位）指針的組合，WREG為移動的字數(shù)BMOV LREG(高16位=5000H 低16位=4000H),WREG(16位=100)上面語句的作用為將以4000H為首地址的100個字的數(shù)塊移到以5000H為首地址的存儲器中中,13. 

32、0;   偽指令,REG：定義寄存器地址ORG：定義程序代碼段地址DSB DSW：定義寄存器地址的代碼DCB DCW：在指定的存儲空間定義常數(shù)，即直接將常數(shù)存放于指定地址存儲空間EQU：定義常數(shù)代碼END：程序結(jié)束標記,§3.3 80C196KB單片機測控系統(tǒng)應用實例,主要內(nèi)容（機車隨車質(zhì)量狀態(tài)檢測診斷報警裝置）3.3.1 裝置研制背景3.3.2 系統(tǒng)總體結(jié)構、檢測參數(shù)及功能 （√）

33、3.3.3 系統(tǒng)軟硬件設計 （√）3.3.4 試驗及結(jié)論,3.3.1 裝置研制背景,目前，根據(jù)鐵道部規(guī)定，機車實行定期大修、段修，在段修中經(jīng)常存在某些部件尚可運行，而某些部件應早該更換的問題，這樣勢必存在浪費和事故。因此有必要設計一種隨車的儀器，隨車檢測重要參數(shù)，并隨車診斷報警、記錄機車隨車實時的動態(tài)信息，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲后，通過地面數(shù)據(jù)分析處理診斷出是否存在故障隱患，以保運輸安全。,3.3.2 系統(tǒng)總體結(jié)構、檢測參數(shù)及功能,,系統(tǒng)總體結(jié)構、

34、檢測參數(shù)及功能（續(xù)）,裝置檢測診斷的內(nèi)容語音報警和應急故障處理提示的部分內(nèi)容系統(tǒng)總體功能（詳細）,3.3.3 系統(tǒng)軟硬件設計,裝置關鍵硬件的設計單總線數(shù)字式DS18B20傳感器編碼與自動尋碼定位系統(tǒng)軟件設計系統(tǒng)軟硬件詳細功能描述系統(tǒng)主機硬件的研制系統(tǒng)傳感器的選取系統(tǒng)主機軟件的研制PC機軟件的研制,裝置硬件原理圖,CPU板信號采集和調(diào)理板,3.3.4 試驗及結(jié)論,裝置綜合應用計算機軟硬件技術、數(shù)據(jù)采集、記錄、顯示

35、及存儲技術，實現(xiàn)對機車主要的電參數(shù)、電氣線路狀態(tài)、油耗率、熱工參數(shù)、軸溫及火情等質(zhì)量參數(shù)的實時采集、記錄、顯示，并進行實時的機車故障診斷、語音定點定性報警提示，通過數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲地面分析處理，參數(shù)性能變化趨勢和機車故障先兆信息，及時發(fā)現(xiàn)機車故障隱患，從而提高機車質(zhì)量，確保運輸安全。,本章小結(jié),本章重點介紹了96系列單片機的硬件結(jié)構、軟件操作以及一個基于80C196KB的隨車智能儀表的設計實例。通過96系列單片機的實例，大家掌握智能儀表CP