【实验箱已收到】跟陈教授系统学习单片机

ari***

第17、18课 串行通信

1.基本概念
  并行通信：数据各位同时传送
  串行通信：数据一位一位的传送
(1)异步通信：7个数据位： 起始位0+7位数据+校验+停止位1（中间的空闲位是高电平）
                       8个数据位： 起始位0+8位数据          +停止位1（中间的空闲位是高电平）
    -从低位开始传输
    -字符格式：双方约定好
    -通信速率：波特率，双方约定
  (2)同步通信：通信效率高，线路复杂，适合短距离

按传送方向分类
  a）单工模式
  b）半双工模式：相当于对讲机，不能同时收发
  c)全双工：相当于手机，能同时收发

串行接口 UART：Universal Asynchronous Receiver/Transmitter 通用异步接收器/发送器

2.STC8H8K64U单片机
具有4个采用UART工作方式的全双工串行通信接口(串口1、串口2、串口3、串口4)。
每个串口由2个数据缓冲器、1个移位寄存器、1个串行控制寄存器和一个波特率发生器等组成。每个串口的数据缓冲器由接收缓冲器和发送缓冲器构成,它们在物理上是独立的,既可以接收数据也可以发送数据,还可以同时发送和接收数据。
接收缓冲器只能读出,不能写入,而发送缓冲器则只能写入,不能读出。它们共用个地址号,但在物理上是独立的。

串口1有4种工作模式，其中2种波特率可变，2种固定
串口2/3/4只有2种工作模式，波特率可变
通过设置相关寄存器，串口1、2、3、4的引脚可以进行切换：切换不仅使得布线合理，还可以将一个通信接口分时复用为多个通信接口
串口功能脚切换

符号	地址	B7	B6	B5	B4	B3	B2	B1	B0
P_SW1 P_SW2	A2H BAH	S1_S1 EAXFR	S1_S1 -	- I2C_S1	- I2C_S0	SPI_S1 CMPO_S	SPI_S0 S4_S	0 S3_S	- S2_S

S1_S1/S1_S0 : 串口1功能脚选择位
         RxD  TxD
0  0   P3.0    P3.1
0  1   P3.6    P3.7
1  0   P1.6    P1.7
1  1   P4.3    P4.4
Sn_S: 串口n(2/3/4)功能脚选择位
Sn_S RxD4 TxD4 RxD3 TxD3  RxD2 TxD2
  0     P0.2   P0.3  P0.0   P0.1  P1.0   P1.1
  1     P5.2   P5.3  P5.0   P5.1  P4.6   P4.7

3.STC8H8K64U的串行接口寄存器
与串口1相关的寄存器有: SCON、PCON、AUXR、SBUF、TMOD、TH1、TL1、TCON、IE、IP、 SADEN和 SADDR。
与串口2相关的寄存器有: S2CON、S2BUF、TH2、TL2、AUXR、IE2、IP2和AUXR1。
与串口3相关的寄存器有: S3CON、S3BUF。
与串口4相关的寄存器有: S4CON、S4BUF。
   其中, 寄存器TMOD、TH1TL1、TH2、TL2和TCON与定时器有关
           寄存器IE、IE2、IP和IP2与中断有关。

1)串口控制寄存器SCON

符号	地址	B7	B6	B5	B4	B3	B2	B1	B0
SCON	88H	SM0/FE	SM1	SM2	REN	TB8	RB8	TI	RI

SM0/SM1 : 串口1的工作模式。
TR1/0: 定时器T1/0的运行控制位。该位由软件置位和清零。

ari***

续第18课

SM0/SM1 : 串口1的工作模式

      UART_M0x6 = 1 波特率 SYSclk / 2   |  =0  波特率 SYSclk / 12
  0 1   方式1  可变波特率8位数据   用T1或T2作波特率发生器：（T1/2的溢出率）/4   多用于单机通信
  1 0   方式2  固定波特率9位数据   波特率 = （2^smod/64）* SYSclk
  1 1   方式3  可变波特率9位数据   与方式1波特率计算方法相同   多用于多机通信
SM2：多机通信控制位 主要用于方式2和方式3
  (1)主、从机均初始化为模式2或模式3，置SM2=1，允许中断。
  (2)主机置TB8=1，发送要寻址的从机地址。
  (3)所有从机均接收主机发送的地址，并进行地址比较。
  (4)被寻址的从机确认地址后，置本机SM2=0，此时可向主机返回地址，供主机核对。
  (5)核对无误后，主机向被寻址的从机发送命令，通知从机接收或发送数据。
  (6)通信只能在主、从机之间进行，两个从机之间的通信需通过主机作中介。
  (7)本次通信结東后，主、从机重置SM2=1，主机可再对其他从机寻址。


串口2控制寄存器S2CON

符号	地址	B7	B6	B5	B4	B3	B2	B1	B0
S2CON	9AH	S2SM0	-	S2SM2	S2REN	S2TB8	S2RB8	S2TI	S2RI

S2SM01 : 串口2的工作模式。

  0   模式0  可变波特率8位数据  波特率：（T2的溢出率）/4

  1   模式1  可变波特率9位数据  波特率：（T2的溢出率）/4


串口3/4控制寄存器S2CON

符号	地址	B7	B6	B5	B4	B3	B2	B1	B0
SnCON		SnSM0	-	SnSM2	SnREN	SnTB8	SnRB8	SnTI	SnRI

S2SM01 : 串口3/4的工作模式。

  0   模式0  可变波特率8位数据  波特率：（T2/Tn的溢出率）/4

  1   模式1  可变波特率9位数据  波特率：（T2/Tn的溢出率）/4

  如果串口2/3/4波特率一样，可以是使用T2共享波特率发生器
辅助寄存器AUXR
B5 UART_M0X6: 1--串口1模式0的波特率6倍速   0--不加倍
B0 S1ST2：  串口1波特率发生器选择位。0--T1 | 1--T2
数据缓冲器
串口1-4：SBUF/S2BUF/S3BUF/S4BUF
串口的工作模式
1）串口1的工作模式0：0 0  同步移位串行模式




注意：需要软件清零。
串口工作模式1：起始位+8位+停止位


串口工作模式3：起始位+9位+停止位

ari***

第19课 多机通信1

一般采用中断方式进行串行通信，也可以采用DMA方式
（1）串口1编程要点
1）设置串口1的工作模式：SCON的SM0和SM1，REN=1才具有接收功能
2）设置正确的波特率：
   --使用T1：设定工作模式和时间常数，启动T1（TR1=1）
   --使用T2：设置T2寄存器和相应的位，启动T2（TR2=1）
3）设置串行口1的优先级，设置相应的中断控制位（ES\EA）
4)如要串口1发送，将数据送入SBUF
5）中断服务程序，将TI和RI清零

（2）串口2编程要点
1）设置串口2的工作模式：S2CON的SM20，S2REN=1才具有接收功能
2）设置正确的波特率：设置T2寄存器和相应的位：TH2/TL2/T2_C/T2x12，启动T2（TR2=1）
3）设置串行口2的优先级，设置相应的中断控制位（ES2\EA）
4)如要串口2发送，将数据送入S2BUF
5）中断服务程序，将S2TI和S2RI清零

例：设有甲、乙两台单片机,编写程序,使两台单片机间实现如下串行通信功能。(假设系统时钟为11.0592MHz)。
  甲机发送:将首址为 ADDRI的128字节的外部RAM数据块顺序向乙机发送；
  乙机接收:将接收的128字节的数据。




乙机接收数据的流程

ari***

第19课 多机通信编程距离
主机：发送地址+10个数据信息
从机：接收地址信息，和自身比较，相等则SM2清零，开始接收10个数据




主机，初始化后步骤：
1）.通常设置指针发送一组数据
2）.开中断后，设置TB8确定发送地址，等待中断
3）.中断：发送发送中断标志，清TB8发送数据信息
4）.启动发送，通过修改指针连续发送




从机，初始化后步骤：
1）.通常设置指针发送一组数据
2）.开中断后，等待中断
3）.中断：清接收中断标志，从串口读取数据信息
4）.通过判断BR8的值，连续接收

串口2的使用实例，后期再做！

ari***

MODBUS协议
  应用层报文传输协议  一问一答协议 和硬件无关
  两种传输模式：ASCII模式和RTU模式，常用RTU模式
  RTU模式：16进制传输，连续传输，从低位开始
     1起始+8位数据+奇偶校验位(可有可无)+停止位
     一帧数据后 + 3.5个字符时间空闲 +下一帧
  RTU帧：通过波特率可以计算出空闲时间
写多寄存器：
  数据功能： 地址  功能码  寄存地址  寄存器个数  写入字节数  写入数据              校验
  偏移字节：  0      1           2    3        4      5           6               7~                  CRC16
  字节数量： 1byte 1byte    2byte         2byte         1byte        2*n byte               2byte
                    01      10       0100         0004           08           124564890ABCDEF CE12
偏移0:此字节为从机设备地址,用于指定本次接收处理的从机地址,取值为0x000xT。从机设备地址是唯一的。
         一般0x00用于广播(比如发送同步帧)，从机不返回信息。上例从机设备地址为0x01
偏移1:此字节为功能码，表明本次命令的操作功能，(这个可以查询 MODBUS支持的各种功能)，上例的功能码0x10就是“写多寄存器”。
偏移2:此2字节为要写入的寄存器首地址0x0100, MODBUS协议对数据的都是基于寄存器访问的，每个寄存器2个字节(一个WORD)。高字节在前，低字节在后。
偏移4:此2字节为要写入的寄存器个数,0x0004表示要写入4个寄存器。
偏移6:此字节为要写入的字节数，0x08表示要写入8个字节(4个寄存器)。
偏移7:此8个字节为要写入的数据。
最后两个字节:CRC16校验值0x12CE,低字节在前,高字节在后(算法与电脑通用,小端模式)。

各个从机接收到信息后,有多种方式去判断是否是自己的数据,一般习惯先校验,校验通过才做数据解析,然后做出应答。
如果校验通过,从机地址正确,则机一定要做应答(即使是错误的命令)。

上述命令从机返回：
  数据功能： 地址  功能码  寄存地址  寄存器个数  CRC16
  偏移字节：  0      1           2    3        4      5        6 7
  字节数量： 1byte 1byte    2byte         2byte        2byte
                    01      10       0100         0004         C033
偏移0:此字节为从机设备地址,同上述描述。
偏移1:此字节为功能码,同上述描述。
偏移2:此2字节为要写入的寄存器首地址,同上述描述。
偏移4:此2字节为已经写入的寄存器个数,0x0004表示已经写入4个寄存器。
最后两个字节:CRC16校验值0x33C0,低字节在前,高字节在后(算法与电脑通用,小端模式)。

如果命令解析错误，则从机返回错误帧：（自定义错误码）
数据功能： 地址 错误码   CRC16
  偏移字节：  0      1           6 7
  字节数量： 1byte 1byte    2byte
                    01     90       404D

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第20课 SPI接口结构

SPI：Serial Peripheral Interface 串行外设接口
       两种操作模式：主模式和从模式
SPI是一种高速的，全双工，同步的通信总线，由SCK（时钟）、MOSI（主机发送数据）、MISO（主机接收数据）、~SS（片选）4根信号线构成
  MOSI( Master Out Slave In,主出从入):主器件的输出和从器件的输入用于主器件到从器件的串行数据传输。
        多个从机共享一根MOSI信号线。
        在时钟边界的前半周期,主机将数据放在MOSI信号线上,从机在该边界处获取该数据
  MISO( Master In Slave Out,主入从出):从器件的输出和主器件的输入用于实现从器件到主器件的数据传输。
       一个主机可连接多个从机,主机的MS0信号线会连接到多个从机上,或者说,多个从机共享一根MISO信号线。
       当主机与个从机通信时,其他从机应将其MIS0引脚驱动置为高阻状态。

  SCLK串行时钟信号
  ~SS信号：主模式 低电平有效，从机由主机控制
                 从模式 始终低电平
SPI相关寄存器

符号	地址	B7	B6	B5	B4	B3	B2	B1	B0
SPSTAT状态 SPCTL控制 SPDAT数据	CDH CEH CFH	SPIF SSIG	WCOL SPEN	- DORD	- MSTR	- CPOL	- CPHA	- SPR1	- SPR0

SPI状态寄存器

符号	地址	B7	B6	B5	B4	B3	B2	B1	B0
SPSTAT状态	CDH	SPIF	WCOL	-	-	-	-	-	-

SPIF: SPI中断标志位 发送/完成1字节数据后置1
WCOL:SPI写冲突标志位





SPI接口的通信方式
（1）单主机-单从机方式
（2）互为主从方式

（3）单主机-多从机方式

配置SPI

ari***

ari*** 发表于 2023-10-27 12:49
第20课 SPI接口结构

SPI：Serial Peripheral Interface 串行外设接口

第21课

SPI接口的初始化：
①设置与SP接口有关的I/O线工作模式。
②通过SPI控制寄存器SPCTL设置:~SS引脚的控制、SPI使能、数据传送的位顺序、设置为主机或从机、SP时钟枚性、SP时钟相位、SP时钟选择。
③清0寄存器 SPSTAT中的标志位SPTF和WCOL(向这两个标志位写1即可清零)
④开放SPI中断(IE2中的ESPI=1,IE2寄存器不能位寻址)。
⑤并放总中断(E中的EA=1)
唯一需要注意的是,在中断服务程序中需要将标志位SPIF和WCOL清0。因为SPI中断标志不会自动清除。

例，SPI接口连接LCD显示模块

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第24-25课 ADC结构与应用

模数转换的性能指标
1.分辨率  如：8位A/D  分辨率1/256
2.通道
3.基准电压 内外基准和单、双基准
4.转换速率：从启动到转换结束的时间 的倒数
  STC8J 12位ADC为800K（12.5us/次）/ 10位ADC为500K
5.采样/保持器
  对于高频信号需要采用/保持
6.量程 所能转换的电压范围
7.满刻度误差
8.线性度
9.数字接口的方式，并行和串行
10.模拟信号类型
11.电源电压
12.功耗
模数转换器的结构


ADC控制寄存器 ADC_CONTR
      B7         |     B6        |     B5      |        B4       |    B3   |   B2   |   B1   |   B0   
ADC_POWER|ADC_START|ADC_FLAG|ADC_EPWMT|ADC_CHS[3:0]
ADC_POWER：建议进入空闲模式/掉电模式前将ADC电源关闭，降低功耗。
                     电源打开后，需要等约1ms，让ADC电源保持温度

ADC_START：写入1开始转换，完成后硬件自动清零

ADC_FLAG：  转换结束，硬件置1，软件清零（建议用查询进行）

ADC_EPWMT: 使能PWM实时触发ADC功能，需要等间隔时间的ADC转换要启动该功能
ADC_CHS[3:0]: 选择通道，I/O口设置为高阻输入模式 建议同时关闭数字输入通道




ADC转换结果寄存器 ADCCFG
B7 | B6 |   B5     |  B4| B3| B2|B1| B0   
             RESFMT| -   |  SPEED[3:0]

RESFMT：ADC结果格式控制位   0：左对齐    1：右对齐

SPEED[3:0]： 设置ADC工作始终频率


ADC时序控制寄存器 ADCTIM
      B7   |   B6  |   B5     |  B4| B3| B2|B1| B0  
CSSETUP|  CSHOLD[1:0]|   SMPDUTY[4:0]

CSSETUP : 通道选择(建立)时间,每次都会选择

                0：占用1个ADC工作时钟（默认值）
                1：占用2个ADC工作时钟

CSHOLD[1:0]：采用保持/结束时间

                00：专用1个ADC工作时钟
                01：专用2个ADC工作时钟（默认值）

                10：专用3个ADC工作时钟

                01：专用4个ADC工作时钟

SMPDUTY[4:0]：采样时间 （一定不能小于01010B）

             01010：专用11个ADC工作时钟（默认值）
             ~11111：专用32个ADC工作时钟      




ADC扩展配置寄存器 ADCEXCFG
B7 | B6  |   B5     |  B4  | B3|   B2 | B1 |  B0  
             |ADCETRS[1:0]|  - |CVTIMESEL[2:0]

CVTIMESEL[2:0]: ADC自动转换次数选择

      0xx： 转换1次
      100： 转换2次并取平均值

      101： 转换4次并取平均值

      110： 转换8次并取平均值

      111： 转换16次并取平均值


ADC速度计算公式



ADC编程步骤
1.设置I/O口的工作模式：高阻输入
2.设置ADC内部时序，ADC采样时间建议设置最大值：ADCTIM
3.设置ADC时钟:ADCCFG
4.使能ADC模块：ADC_CONTR
5.启动AD转换
6.取结果
7.清除标志位

实例：NTC测温并显示
测温时，使用12位ADC值，使用对分查找表格来计算，小说点后一位数是线性插补来计算

等待试验箱进行实例测试！

ari***

第26-27集
PWM模块
PWMA 可以配置成4组带死区控制的互补对称PWM输出 PWM1P/1N PWM2P/2N PWM3P/3N PWM4P/4N        
        也可以每个通道独立实现PWM输出 使能P端输出PWM1P/2P/3P/4P，使能N端输出NPWM1N/2N/3N/4N
PWMB 可以配置成4路PWM输出

PWM模块的性能
(1)16位向上、向下、向上/下自动装载计数器。 +1/-1的计数器
        先读/写高字节，再读/写低字节
(2)允许在指定数目的计数器周期之后更新定时器寄存器的重复计数器。
        可以设定重复计数N次
(3)16位可编程(可以实时修改)预分频器,计数器时钟频率的分频系数为1~65535之间的任意数值。
        16位寄存器（PWMA_PSCR）:频率计算公式  fCK_CNT = fCK_PSC/(PSCR[15:0]+1)
(4)同步电路,用于使用外部信号控制定时器以及定时器互联。
(5)多达4个独立通道可以配置成
        输入捕获
        输出比较
        PWM输出(边缘或中间对齐模式)

        六步PWM输出：控制三向无刷电机
        单脉冲模式输出
        PWMA支持4个死区时间可编程的通道上互补输出
(6)刹车输入信号( PWMFLT)可以将定时器输出信号置于复位状态或者个确定状态。
(7)外部触发输入引脚( PWMETI)。
(8) PWMA/PWMB各有8个中断请求源:
        刹车中断(刹车信号输入)
        触发事件(计数器启动、停止、初始化或者由内部/外部触发计数)
        COM事件中断？？？？
        输入捕捉/输出比较1~4中断
PWM时基单元


（1）自动预装载（PWMA_CR1寄存器的ARPE位为1）
（2）禁止自动预装载（PWMA_CR1寄存器的ARPE位为0）
产生更新事件的条件：
(1)计数器向上或向下溢出。
(2)软件置位了 PWMA EGR寄存器的UG位。
(3)时钟/触发控制器产生了触发事件


16位计数器的读写操作。
先读高字节，低字节会自动缓存。读完高字节可以立即读低字节也可以稍后读
16位自动装载寄存器PWMA_ARR寄存器写操作
必须先写高字节，后写低字节

预分频器
16位寄存器（PWMA_PSCR）可以将计数时钟频率按1到65536之间的任意值分频

PWMA计数方式
（1）向上计数模式，
（2）向下计数模式，

（3）向上/向下计数模式，


PWMA模块的结构框图

ari***

1、PWM输出模式的应用步骤
(1)设置与PWM复用的IO口的工作模式。(设置PiM1、PiM0寄存器，若电路设计中设置了上拉电阻，可设置为漏极开路模式)
(2)通道输出脚选择。(设置PWM1x_PS寄存器)
(3)关闭通道。(设置 PWMX CCER1和 PWMX_CCER2寄存器，清零其中的CCxE位。要设置PWM的相关参数，必须先关闭通道)
(4)配置通道模式。(设置 PWMX_CCMR1、PWMX_CCMR2、PWMx_CCMR3和 PWMx_CCMR4寄存器)
(5)配置通道输出使能和极性。(设置 PWMX_CCER1和 PWMX_CCER2寄存器）

(6)设置周期时间。ARRH/ARRL寄存器
(7)使能输出。(设置 PWMx_ENO寄存器)
(8)使能主输出。(设置 PWMx_BKR寄存器中的MOEx位=1)
(9)启动PwM计时器。(设置 PWM_CR1寄存器中的CENx=1)
(10)根据需要调整 PWMx_CCR寄存器的值便可以修改PWM输出的占空比

2.核心代码
P_SW2 |= 0x80;  //扩展寄存器(XFR)访问使能
PWMA_PS = 0x02;  //PWM 通道输出脚选择位