單片機原理及應用課件第8章

單片機原理及應用課件第8章目錄單片機概述單片機內(nèi)部結構單片機指令系統(tǒng)與匯編語言單片機C語言程序設計基礎目錄單片機中斷系統(tǒng)與定時/計數(shù)器應用單片機串行通信原理及應用單片機擴展技術與應用實例分析01單片機概述單片機是一種集成電路芯片，它將微處理器、存儲器、輸入輸出接口等計算機主要部件集成在一塊芯片上，構成一個完整的微型計算機系統(tǒng)。從20世紀70年代的第一代4位單片機，到80年代的8位單片機，再到90年代的高性能16位、32位單片機，單片機的性能不斷提高，應用領域也不斷擴展。單片機定義與發(fā)展發(fā)展歷程定義單片機應用領域單片機在工業(yè)控制領域應用廣泛，如電機控制、溫度控制、壓力控制等。智能家居系統(tǒng)中大量使用單片機，如智能門鎖、智能照明、智能家電等。醫(yī)療設備中常常使用單片機進行數(shù)據(jù)采集、處理和控制，如血壓計、血糖儀等。汽車電子系統(tǒng)中大量使用單片機，如發(fā)動機控制、車身控制、安全系統(tǒng)等。工業(yè)控制智能家居醫(yī)療設備汽車電子常見單片機類型及特點8051系列8051系列是Intel公司推出的8位單片機，具有高性能、低功耗、易于擴展等特點。PIC系列PIC系列是Microchip公司推出的8位單片機，具有高性能、低功耗、豐富的外設接口等特點。AVR系列AVR系列是Atmel公司推出的8位和32位單片機，具有高性能、低功耗、易于編程等特點。ARM系列ARM系列是AdvancedRISCMachines公司推出的32位單片機，具有高性能、低功耗、豐富的外設接口和強大的擴展能力等特點。02單片機內(nèi)部結構執(zhí)行算術運算和邏輯運算運算器負責指令的取指、譯碼和執(zhí)行，控制單片機的各個部件協(xié)調(diào)工作控制器包括通用寄存器、專用寄存器等，用于暫存數(shù)據(jù)和地址寄存器組中央處理器CPU用于存放程序代碼和一些固定常數(shù)程序存儲器用于存放程序中用到的變量、中間結果等數(shù)據(jù)存儲器用于存放單片機的控制信息和狀態(tài)信息特殊功能寄存器存儲器結構用于實現(xiàn)單片機與外部設備之間的數(shù)據(jù)交換I/O端口用于控制I/O端口的輸入/輸出模式和數(shù)據(jù)傳輸方向等端口控制寄存器輸入/輸出接口電路提供單片機運行所需的時鐘信號，通常由晶振和振蕩器構成時鐘電路用于在單片機上電或異常情況下對單片機進行復位操作，使其恢復到初始狀態(tài)復位電路時鐘電路與復位電路03單片機指令系統(tǒng)與匯編語言

指令系統(tǒng)概述指令系統(tǒng)的基本概念指令是計算機執(zhí)行某種操作的命令，指令系統(tǒng)是計算機所能執(zhí)行的全部指令的集合。指令格式指令通常由操作碼和操作數(shù)兩部分組成，操作碼指明操作的性質(zhì)，操作數(shù)表示操作的對象。指令的分類根據(jù)指令的功能和性質(zhì)，可以將指令分為數(shù)據(jù)傳送指令、算術運算指令、邏輯運算指令、控制轉移指令等。尋址方式是指確定操作數(shù)有效地址的方法，包括立即尋址、直接尋址、間接尋址、寄存器尋址等。尋址方式數(shù)據(jù)傳送指令堆棧操作數(shù)據(jù)傳送指令用于在存儲器、寄存器和I/O端口之間傳送數(shù)據(jù)，如MOV指令。堆棧是一種數(shù)據(jù)結構，遵循后進先出（LIFO）的原則，堆棧操作包括入棧和出棧兩種。030201尋址方式與數(shù)據(jù)傳送指令算術運算指令用于執(zhí)行加、減、乘、除等基本的算術運算，如ADD、SUB等。算術運算指令邏輯運算指令用于執(zhí)行與、或、非等邏輯運算，如AND、OR、NOT等。邏輯運算指令位操作指令用于對二進制位進行操作，如位清零、位求反、位測試等。位操作指令算術運算和邏輯運算指令條件轉移指令條件轉移指令根據(jù)某個條件的結果來決定是否轉移，如JZ（結果為0則轉移）、JNZ（結果不為0則轉移）等。無條件轉移指令無條件轉移指令用于將程序的控制權直接轉移到指定的地址，如JMP指令。子程序調(diào)用與返回子程序調(diào)用指令用于調(diào)用子程序，返回指令用于從子程序返回主程序，如CALL和RET指令。控制轉移類指令04單片機C語言程序設計基礎高級語言接近底層高效性豐富的庫函數(shù)C語言概述及特點01020304C語言是一種結構化、模塊化、可移植性強的高級程序設計語言。C語言具有直接操作硬件的能力，適合單片機等嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)。C語言編寫的程序執(zhí)行效率高，適合對性能要求較高的場合。C語言提供了豐富的庫函數(shù)，方便開發(fā)者進行各種復雜的數(shù)據(jù)處理和控制操作。03表達式由運算符和操作數(shù)組成的式子稱為表達式，用于表示數(shù)據(jù)的運算和處理過程。01數(shù)據(jù)類型C語言提供了多種數(shù)據(jù)類型，包括整型、浮點型、字符型等，以滿足不同的數(shù)據(jù)處理需求。02運算符C語言支持多種運算符，包括算術運算符、關系運算符、邏輯運算符等，用于實現(xiàn)各種復雜的運算操作。數(shù)據(jù)類型、運算符與表達式選擇結構根據(jù)條件判斷的結果選擇不同的執(zhí)行路徑，包括if語句和switch語句等。循環(huán)結構根據(jù)條件判斷的結果重復執(zhí)行某段代碼，包括while循環(huán)、do-while循環(huán)和for循環(huán)等。順序結構程序按照代碼的先后順序逐行執(zhí)行，是最基本的程序流程控制結構。程序流程控制結構函數(shù)是一段具有特定功能的代碼塊，通過函數(shù)名進行標識和調(diào)用。函數(shù)定義包括函數(shù)名、參數(shù)列表和函數(shù)體等部分。函數(shù)定義在程序中通過函數(shù)名調(diào)用函數(shù)，實現(xiàn)特定的功能操作。函數(shù)調(diào)用時需要提供必要的參數(shù)，并獲取函數(shù)的返回值（如果有的話）。函數(shù)調(diào)用C語言支持多種函數(shù)參數(shù)傳遞方式，包括值傳遞、指針傳遞和引用傳遞等。不同的傳遞方式會對函數(shù)的執(zhí)行效率和結果產(chǎn)生不同的影響。函數(shù)參數(shù)傳遞函數(shù)定義與調(diào)用方法05單片機中斷系統(tǒng)與定時/計數(shù)器應用中斷的基本概念中斷是指在CPU正常運行程序時，由于某種內(nèi)部或外部事件（中斷請求）的發(fā)生，使得CPU暫停正在執(zhí)行的程序，轉而去執(zhí)行處理該事件的程序（中斷服務程序），處理完中斷服務程序后，再返回原程序被中斷處繼續(xù)執(zhí)行的過程。中斷系統(tǒng)的組成中斷系統(tǒng)由中斷源、中斷控制器、中斷優(yōu)先級判別器、中斷向量表等組成。中斷的工作過程中斷請求、中斷響應、中斷處理和中斷返回。中斷系統(tǒng)基本概念及工作原理利用定時器/計數(shù)器擴展外部中斷源01通過將定時器/計數(shù)器配置為外部計數(shù)模式，可以實現(xiàn)對外部事件的計數(shù)，從而擴展外部中斷源。利用串行通信接口擴展外部中斷源02通過串行通信接口接收外部設備的中斷請求信號，并將其轉換為內(nèi)部中斷請求，從而擴展外部中斷源。利用并行I/O口擴展外部中斷源03通過將并行I/O口配置為輸入模式，并檢測其輸入信號的變化，可以實現(xiàn)對外部事件的響應，從而擴展外部中斷源。外部中斷源擴展方法定時/計數(shù)器的工作原理定時/計數(shù)器是單片機內(nèi)部的一個重要功能模塊，它可以對內(nèi)部時鐘信號或外部輸入信號進行計數(shù)，當計數(shù)達到設定值時，會產(chǎn)生一個定時/計數(shù)中斷請求。定時/計數(shù)器的編程方法首先需要對定時/計數(shù)器進行初始化配置，包括工作模式選擇、計數(shù)初值設置等；然后在主程序中啟動定時/計數(shù)器，并編寫相應的中斷服務程序來處理定時/計數(shù)事件。在編程時需要注意定時/計數(shù)器的溢出處理、中斷優(yōu)先級設置等問題。定時/計數(shù)器工作原理及編程方法06單片機串行通信原理及應用串行通信定義串行通信是一種異步或同步的數(shù)據(jù)傳輸方式，數(shù)據(jù)在一條傳輸線上按位進行傳送，每一位數(shù)據(jù)占據(jù)一個固定的時間長度。串行通信工作原理在串行通信中，發(fā)送端將并行數(shù)據(jù)轉換為串行數(shù)據(jù)，通過傳輸線逐位發(fā)送給接收端，接收端再將接收到的串行數(shù)據(jù)轉換為并行數(shù)據(jù)。通信雙方需要約定相同的波特率、數(shù)據(jù)位、停止位和奇偶校驗等參數(shù)。串行通信特點串行通信具有傳輸線少、成本低、適用于遠距離通信等優(yōu)點，但也存在傳輸速度較慢的缺點。串行通信基本概念及工作原理串行通信接口標準與協(xié)議串行通信協(xié)議串行通信協(xié)議規(guī)定了數(shù)據(jù)傳輸?shù)母袷胶鸵?guī)則，包括起始位、數(shù)據(jù)位、奇偶校驗位、停止位等。常見的串行通信協(xié)議有ASCII碼、MODBUS、PROFIBUS等。串行通信接口標準常見的串行通信接口標準有RS-232、RS-422、RS-485等。其中，RS-232是計算機與外設之間常用的接口標準，采用負邏輯電平；RS-422和RS-485則采用差分信號傳輸方式，具有更高的抗干擾能力和傳輸距離。串行通信接口電路為實現(xiàn)單片機與外設之間的串行通信，需要設計相應的接口電路。接口電路的主要功能是實現(xiàn)電平轉換、數(shù)據(jù)緩沖和隔離等。初始化設置在編寫串行通信程序之前，需要對單片機的串行口進行初始化設置，包括選擇工作方式、設置波特率、選擇數(shù)據(jù)位和停止位等。中斷處理為提高串行通信的效率，可以采用中斷方式進行數(shù)據(jù)處理。當中斷發(fā)生時，CPU暫停當前任務轉而執(zhí)行中斷服務程序，處理完中斷后再返回原任務繼續(xù)執(zhí)行。錯誤處理在串行通信過程中可能會出現(xiàn)各種錯誤，如奇偶校驗錯誤、幀錯誤等。為保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?，需要在程序中添加錯誤處理機制，對出現(xiàn)的錯誤進行及時的處理和恢復。數(shù)據(jù)發(fā)送與接收單片機的串行口可以通過編程實現(xiàn)數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收。發(fā)送數(shù)據(jù)時，將數(shù)據(jù)寫入發(fā)送緩沖區(qū)并啟動發(fā)送；接收數(shù)據(jù)時，從接收緩沖區(qū)讀取數(shù)據(jù)并處理。串行通信編程實現(xiàn)方法07單片機擴展技術與應用實例分析并行擴展技術原理：通過并行接口與外設進行數(shù)據(jù)傳輸，提高數(shù)據(jù)傳輸速率。并行接口通常包括數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線。并行擴展實現(xiàn)方法選擇合適的并行接口芯片，如8255、6820等。設計并行接口電路，連接單片機與外設。編寫相應的控制程序，實現(xiàn)單片機與外設的并行通信。并行擴展技術原理及實現(xiàn)方法編寫相應的控制程序，實現(xiàn)單片機與外設的串行通信。設計串行接口電路，連接單片機與外設。選擇合適的串行接口芯片，如MAX232、SP3232等。串行擴展技術原理：通過串行接口與外設進行數(shù)據(jù)傳輸，節(jié)省I/O端口資源。串行通信協(xié)議包括異步通信和同步通信兩種。串行擴展實現(xiàn)方法串行擴展技術原理及實現(xiàn)方法實例一基于并行接口的LED點陣顯示屏設計設計要求使用單片機控制LED點陣顯示屏，實現(xiàn)文字或圖形的顯示。典型應用實例分析設計步驟1.選擇合適的LED點陣模塊和并行接口芯片。