【大学课件】单片机原理与应用 绪论.pptVIP

单片机原理与应用-绪论欢迎学习单片机原理与应用课程。本课程将深入探讨单片机的基本概念、工作原理和实际应用。让我们开始这段激动人心的学习之旅吧！

计算机系统概述硬件包括中央处理器、存储器、输入输出设备等物理组件。软件操作系统、应用程序等指令集合，控制硬件运行。数据计算机处理和存储的信息，是系统运行的基础。

单片机的发展历史11971年英特尔推出首款单片机4004，开启了单片机时代。21980年代8位单片机广泛应用，如MCS-51系列。31990年代16位和32位单片机出现，性能大幅提升。421世纪ARM架构单片机兴起，低功耗高性能成为主流。

单片机的组成部分中央处理器（CPU）执行指令，控制整个系统运行。存储器包括ROM和RAM，存储程序和数据。输入/输出接口与外部设备交互的通道。定时器/计数器提供精确的时间控制和计数功能。

单片机的分类按位数分类4位单片机8位单片机16位单片机32位单片机按架构分类CISC架构RISC架构ARM架构

单片机系统的基本结构1应用程序2操作系统/驱动程序3单片机硬件4外围设备单片机系统由上至下形成一个紧密集成的整体，每一层都有其特定功能。

单片机的主要特点集成度高将CPU、存储器、I/O接口等集成在一个芯片上。功耗低采用CMOS工艺，适合便携式和电池供电设备。可靠性高结构简单，抗干扰能力强，适合恶劣环境。成本低大规模生产，单价低，适合消费电子产品。

单片机的应用领域单片机广泛应用于智能家居、汽车电子、工业控制、医疗设备和消费电子等领域。

微处理器和单片机的比较特性微处理器单片机集成度低高功耗高低成本高低应用范围通用计算专用控制

单片机系统设计的一般步骤需求分析明确系统功能和性能要求。方案设计选择合适的单片机和外围电路。硬件设计绘制电路图和PCB布局。软件设计编写和调试程序代码。系统测试进行功能和可靠性测试。

单片机系统硬件设计的基本原则1选择合适的单片机根据系统需求选择适当的单片机型号。2合理的电路设计确保电源、时钟和复位电路的稳定性。3良好的PCB布局注意信号完整性和电磁兼容性。4可靠的接口设计考虑抗干扰和保护措施。

单片机系统软件设计的基本原则模块化设计将程序分成功能独立的模块，便于维护和调试。高效性优化算法和代码结构，提高执行效率。可靠性考虑异常情况处理，提高系统稳定性。可读性使用清晰的注释和命名规范，提高代码可维护性。

单片机硬件设计中的电源电路稳压器选择根据单片机工作电压和功耗选择合适的稳压器。常用LDO稳压器或开关电源。滤波电路使用电容滤除电源噪声，提高系统稳定性。通常使用10μF电解电容和0.1μF陶瓷电容并联。

单片机硬件设计中的时钟电路晶振选择根据系统要求选择合适频率的晶振，常用4MHz、8MHz、12MHz等。负载电容选择与晶振匹配的负载电容，通常为15-33pF。布局考虑晶振电路应尽量靠近单片机，减少干扰。备用时钟某些应用可能需要考虑备用时钟源，如RTC晶振。

单片机硬件设计中的复位电路1上电复位确保单片机在电源稳定后开始工作。2手动复位通过按键实现人为复位功能。3看门狗复位防止程序跑飞，自动恢复系统。4外部复位通过外部信号触发系统复位。

单片机硬件设计中的输入输出接口常见的单片机接口包括GPIO、UART、SPI、I2C和ADC等，需根据应用需求选择合适的接口类型。

单片机软件设计中的程序编写1选择开发环境如Keil、IAR或ArduinoIDE等。2确定程序框架设计主程序结构和功能模块。3编写代码实现各功能模块，注意代码规范。4代码优化提高程序执行效率和可读性。

单片机软件设计中的程序调试断点调试在关键位置设置断点，逐步执行程序。变量监视观察关键变量的值变化。日志输出通过串口或其他方式输出调试信息。仿真器使用硬件仿真器进行实时调试。

单片机软件设计中的程序下载下载方式串口下载JTAG下载ISP下载注意事项确保下载器与单片机兼容检查连接是否正确选择合适的下载速度

单片机软件设计中的输入输出程序GPIO配置设置端口方向和初始状态。输入检测实现按键扫描和去抖动算法。输出控制控制LED、继电器等输出设备。中断处理响应外部中断，实现快速响应。

单片机软件设计中的定时器程序初始化配置定时器模式和中断。启动开始定时器计数。中断处理在中断中执行定时任务。更新根据需要调整定时参数。

单片机软件设计中的中断程序1中断服务程序2中断优先级设置3中断向量表配置4中断使能/禁止控制中断程序是单片机实现快速响应的关键，需要合理设计以提高系统实时性。

单片机软件设计中的串行通信程序UART配置设置波特率、数据位、停止位等参数。发送程序实现数据发送功能，可使用中断或轮询方式。接收程序实现数据接收功能，通常采用中断方式。数据处理对接收到的数据进行解析和处理。

单片机软件设计中的A/D转换程序1ADC