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《单片机原理及应用》ppt课件

目录

单片机概述

单片机基本原理

指令系统与汇编语言程序设计

中断系统与定时/计数器应用

串行通信接口与扩展应用

单片机系统扩展与外围设备配置

单片机应用系统设计与实践

01

单片机概述

Chapter

单片机是一种集成电路芯片，将微处理器、存储器、输入输出接口等计算机主要部件集成在一块芯片上，构成一个完整的微型计算机。

从20世纪70年代的第一代4位单片机，到80年代的8位单片机，再到90年代的高性能16位、32位单片机，单片机的性能不断提高，应用领域也不断扩展。

定义

发展历程

如电机控制、温度控制、过程控制等。

如医疗监护仪、便携式医疗设备等。

作为物联网终端设备的核心控制器，实现数据采集、传输和控制等功能。

如智能照明、智能安防、智能家电等。

如车身控制、发动机控制、安全系统等。

工业控制

智能家居

医疗设备

汽车电子

物联网

具有高性能、低功耗、易于编程和调试等特点，广泛应用于工业控制和智能家居等领域。

8051系列

具有高性能、低功耗、丰富的外设接口和强大的中断处理能力等特点，适用于各种复杂的应用场景。

PIC系列

具有高性能、低功耗、先进的指令集和丰富的外设接口等特点，适用于对性能要求较高的应用场景。

AVR系列

具有高性能、低功耗、丰富的外设接口和强大的扩展能力等特点，适用于各种高端应用场景，如智能手机、平板电脑等。

ARM系列

02

单片机基本原理

Chapter

包括运算器、控制器和寄存器等部件，实现指令的取指、译码、执行等过程。

微处理器基本构成

工作原理

指令系统

基于时钟信号，按照指令周期、机器周期和时钟周期进行工作，完成数据的处理和控制任务。

包含数据传送、算术运算、逻辑运算、控制转移和位操作等指令，实现各种功能。

03

02

01

包括程序存储器和数据存储器，分别用于存放程序和数据。

存储器类型

采用直接寻址、间接寻址、寄存器寻址等方式，实现对存储器的读写操作。

访问方式

通过外部扩展存储器芯片，增加单片机的存储容量。

存储器扩展技术

提供单片机与外部设备的数据传输通道，实现数据的输入和输出。

输入输出端口

包括串行接口、并行接口、中断接口等，用于连接外部设备和实现数据传输控制。

外设接口

根据外设的特性和要求，设计合适的接口电路，实现单片机与外设的可靠连接和数据传输。

接口电路设计

03

指令系统与汇编语言程序设计

Chapter

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2

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指令、指令集、指令系统等定义及关系。

指令系统基本概念

立即寻址、直接寻址、间接寻址、寄存器寻址、相对寻址等寻址方式的原理及应用。

寻址方式

指令的组成、操作码与操作数的编码方式等。

指令格式与编码

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04

汇编语言基本概念

汇编语言、汇编器、链接器等定义及作用。

程序结构与设计

顺序结构、分支结构、循环结构等程序结构的设计方法。

伪指令与宏指令

伪指令的功能及使用，宏指令的定义、调用及参数传递等。

子程序设计与调用

子程序的定义、参数传递、局部变量与全局变量的使用等。

中断服务程序

中断的基本概念、中断向量表、中断服务程序的编写等。

控制转移程序

条件转移、无条件转移等控制转移的汇编实现。

数据传送程序

内存与寄存器之间、寄存器与寄存器之间数据传送的汇编实现。

算术运算程序

加法、减法、乘法、除法等基本算术运算的汇编实现。

逻辑运算程序

与、或、非等基本逻辑运算的汇编实现。

04

中断系统与定时/计数器应用

Chapter

中断定义

指单片机在执行程序过程中，由于内部或外部事件引起CPU暂时停止当前正在执行的程序，而转去执行处理该事件的中断服务程序，处理完后又返回原程序被中断处继续执行的过程。

中断优先级

当有多个中断源同时请求中断时，CPU根据中断源的轻重缓急进行处理的顺序。

中断响应过程

包括中断请求、中断响应、中断处理和中断返回四个阶段。

中断源

引起中断的原因或发出中断请求的来源，如定时器溢出、外部设备请求等。

定时/计数器工作原理

01

单片机内部集成的定时/计数器实质上是一个可编程计数器，通过对计数器的计数脉冲进行分频和计数，可以实现定时、延时、测量频率和产生波形等功能。

定时/计数器应用实例

02

如实现LED闪烁、蜂鸣器响铃、电机控制、数据传输的波特率发生器等。

定时/计数器模式设置

03

根据应用需求，可以设置定时/计数器的工作模式，如定时模式、计数模式、自动重装载模式等。

中断向量表是存放中断服务程序入口地址的表格，当发生中断时，CPU根据中断类型自动跳转到对应的中断服务程序入口地址。

中断服务程序一般由中断入口、现场保护、中断处理、现场恢复和中断返回等部分组成。

首先确定中断源和中断类型，然后编写对应的中断服务程序，并在主程序中开启中断和设置中断优先级。在编写中断服务程序时，需要注意现