单片机原理及应用系统设计
电路中的单片机工作原理及应用
电路中的单片机工作原理及应用单片机（Microcontroller），又称微控制器，是一种集成电路芯片，集成了中央处理器（CPU）、存储器（RAM、ROM）、输入输出端口（I/O）、定时器计数器（Timer/Counter）等功能模块，能够完成数字信号的输入、输出、处理和控制等任务。
在电路设计与嵌入式系统开发中，单片机广泛应用于各种控制系统、自动化设备以及智能家居等领域。
本文将详细介绍单片机的工作原理及其应用。
一、单片机的工作原理单片机的工作原理主要涉及到CPU、存储器、输入输出端口以及时钟系统等关键部件。
1. CPU单片机的核心部件是中央处理器（CPU），它负责执行程序指令、进行数据处理和控制操作。
CPU包括运算器、控制器和寄存器等功能单元。
运算器用于进行数据运算和逻辑运算，控制器用于解析和执行指令，寄存器则用于存储数据、地址和状态等信息。
2. 存储器单片机中的存储器主要包括随机存取存储器（RAM）和只读存储器（ROM）。
RAM用于存储程序指令和数据，可以读写操作；ROM则存储了单片机的固定程序，无法进行写操作。
存储器的容量决定了单片机可以处理的数据量和程序规模。
3. 输入输出端口单片机的输入输出端口（I/O）用于与外部设备进行数据交换和通信。
通过输入端口，单片机可以接收外部传感器的信号；通过输出端口，单片机可以控制外部执行器的动作。
输入输出端口的种类和数量取决于具体的单片机型号和应用需求。
4. 时钟系统时钟系统是单片机的基准，提供时序信号用于同步各个部件的工作。
单片机的时钟可以通过外部晶振或者内部振荡电路来提供，时钟频率决定了单片机的运行速度。
二、单片机的应用单片机广泛应用于各个领域，下面介绍几个常见的应用场景。
1. 控制系统单片机作为嵌入式控制器，可以用于各种控制系统，如温湿度控制、光照控制、电机控制等。
通过读取传感器信号、进行数据处理和输出控制信号，单片机能够实现系统的自动化和智能化。
2. 自动化设备在工业自动化领域，单片机也扮演着重要角色。
单片机原理及应用系统设计
单片机原理及应用系统设计单片机原理及应用系统设计单片机（Microcontroller，简称MCU）是集成了微处理器、存储器、输入/输出接口及其他功能模块的一种集成电路芯片，其内部包含了CPU、RAM、ROM、定时器/计数器、串口、ADC/DAC、中断控制器等多个功能模块，可用于控制系统、数据采集、嵌入式系统、家用电器、汽车电子等许多领域中。
单片机的组成结构主要包括中央处理器（CPU）、存储器（ROM、RAM、EEPROM）、输入/输出接口（I/O）、时钟/定时器、中断/外部中断、串口通信、模拟输入/输出等模块。
其中，中央处理器是单片机的“心脏”，它执行单片机内部各种指令，进行逻辑运算、算术运算等操作；存储器用来存储程序和数据，ROM主要存储程序代码，RAM用来存储程序运行时所需的数据和临时变量；输入/输出接口是单片机和外部设备（如LED、LCD、继电器等）的链接带，通过输入输出接口可以实现单片机对外部设备的控制和监测；时钟/定时器用来产生精确定时信号，对于实时控制、时间测量、定时定量控制等应用非常重要；中断/外部中断是单片机的一种高效机制，在单片机运行过程中，如碰到紧急事件需要优先处理，可以启用中断机制，优先处理中断程序；串口通信用来实现单片机与另一台设备之间的通信功能，是单片机进行通信应用中较常用的接口；模拟输入/输出可实现单片机对外部采集信号的转换。
单片机的应用系统设计是单片机在应用领域中所体现出来的具体项目，包括了硬件和软件两个方面的内容。
硬件设计主要包括单片机的选型、外设的选择、电源设计、信号输入/输出设计等；软件设计则主要是对单片机进行编程，构造出相应的应用程序，实现对硬件系统的控制。
单片机在嵌入式系统中应用非常广泛，包括家用电器、工业自动化、汽车电子、医疗器械、安防监控等多个领域。
在家用电器中，单片机能够实现家电的自动控制、显示、调节等多种功能，如洗衣机控制、空调控制、电磁灶控制、电子钟表控制等；在工业自动化中，单片机的功能应用更为广泛，应用于生产线的控制、物流系统的管理、环保系统的监测、电子银行等多个领域；在汽车电子中，单片机的功能主要体现在行车电子控制系统、车载音响、泊车雷达系统等方面，具有多种控制、监测、显示、操作等功能；在医疗器械领域中，单片机主要应用于病人监测、给药控制、设备控制等多个方面，通过单片机系统的运行，实现对病情的掌控；在安防监控领域中，单片机系统具备事件监测、报警输出、视频监视等多种功能，使得安防系统可以实现更加精确、高效、智能的控制。
单片机原理与应用课程设计
目录第1章总体方案设计 (1)1.1 设计任务与要求 (1)1.2 设计思路 (1)第2章硬件电路设计 (2)2.1 时钟电路 (2)2.2 复位电路 (2)2.3 共阴数码管显示电路 (2)2.4 键盘电路 (3)2.5 DHT11传感器电路 (3)第3章软件设计 (5)3.1 系统主程序设计 (5)3.2 显示程序设计 (5)3.3 按键程序设计 (5)3.4 中断服务程序 (6)3.5 DHT11温湿度测量程序 (7)第4章调试 (8)4.1 系统调试方法 (8)4.2 调试结果 (8)4.3 调试中遇到的问题及其解决方法 (8)第5章总结 (9)参考文献 (10)附录 (11)附录A 系统电路原理图 (11)附录B 系统程序清单 (11)第1章 总体方案设计1.1 设计任务与要求本课题要求以单片机为核心，采用温湿度传感器 DHT11设计一个对环境温度湿度的检测系统。
（1） 通过按键控制系统选择分别对温度或湿度的测试、复位、清除功能； （2） 用四位LED 数码管显示实时温度和温度；（3） 具有温度和湿度的上、下限，设计越限报警功能。
设计要求：（1）确定系统设计方案； （2）进行系统的硬件设计； （3）完成应用程序设计；(4）应用系统的硬件和软件的调试。
1.2 设计思路设计温湿度检测系统电路,根据设计所需的实现要求，采用单片机STC89C52为控制芯片。
将总电路分为键盘接口电路、单片机时钟电路、复位电路、LED 显示电路、DHT11传感器电路，总体设计框图如图1-1所示。
图1-1 总体设计框图STC89C52按键电路测温湿度电路驱动电路显示电路内部时钟电 路复位电 路第2章硬件电路设计2.1 时钟电路单片机工作的时间基准是由时钟电路所控制的。
在单片机的XTAL1和XTAL2两个管脚，接一只晶振及两只电容就构成了单片机的内部时钟电路。
本课题的时钟电路如图2-1所示，电路中，电容器C1和C2对振荡频率有微调作用,均选用22pF，石英晶体选择11.0592MHZ。
单片机原理与应用及c51程序设计(第3版)
【单片机原理与应用及C51程序设计(第3版)】文章内容内容包括：一、引言二、单片机原理1. 什么是单片机2. 单片机的基本组成3. 单片机的工作原理4. 单片机的应用领域三、C51程序设计1. C51程序设计的基本概念2. C51程序设计的语法和规则3. C51程序设计的应用示例四、单片机原理与C51程序设计的结合应用1. 如何将单片机原理与C51程序设计结合起来2. 结合应用的案例分析五、总结与展望【单片机原理与应用及C51程序设计(第3版)】文章主要介绍了单片机的基本原理、应用以及C51程序设计的相关知识。
在引言部分，我们可以简要介绍单片机在现代电子设备中的重要性以及C51程序设计在单片机应用中的作用。
接下来进入主题内容，首先详细讲解单片机的基本组成和工作原理，包括单片机的核心部件、指令集和数据存储等方面的内容，重点强调单片机在各个领域中的广泛应用。
然后深入介绍C51程序设计的基本概念、语法和规则，通过实际案例对C51程序设计进行深入分析，以便读者能够更加深入地理解和掌握相关知识。
在单片机原理与C51程序设计结合应用的部分，我们可以通过具体的案例分析，展示单片机原理与C51程序设计在实际项目中的应用，包括控制系统、嵌入式系统等方面。
通过这些案例，读者可以更加直观地了解单片机原理与C51程序设计的实际应用场景，有助于加深对相关知识的理解和掌握。
我们对整个主题进行总结与展望，通过对文章内容的回顾和归纳，强调单片机原理与C51程序设计的重要性，并展望未来单片机技术的发展方向和趋势。
我们可以共享自己对这个主题的个人观点和理解，以及对读者的建议和思考，为读者提供更多的思路和参考。
通过以上内容的深入探讨和详细解读，《单片机原理与应用及C51程序设计(第3版)》将会为读者带来全面、深刻和灵活的理解，帮助读者更好地掌握相关知识，为实际应用提供有力支持。
一、引言单片机在现代电子设备中扮演着非常重要的角色，它集成了处理器、存储器和各种输入输出接口，可以用来控制各种电子设备。
单片机的基本原理及应用
单片机的基本原理及应用单片机（Microcontroller）是一种集成电路，内部集成了处理器核心、存储器、输入/输出接口以及各种外设等功能模块，常用于嵌入式系统中。
它具有体积小、功耗低、成本较低、可编程性强等特点，被广泛应用于工业控制、家电、汽车电子、通信设备等领域。
本文将介绍单片机的基本原理及其在各个领域的应用。
一、单片机的基本原理单片机的基本原理是通过内部的处理器核心来执行指令，控制其他功能模块的工作。
其内部核心主要由运算器、控制器和时钟电路组成。
1. 运算器（ALU）运算器是单片机的核心部件，负责执行各种算术和逻辑运算。
它通常由逻辑门电路构成，能够进行加减乘除、与或非等运算。
2. 控制器控制器是单片机的指令执行单元，负责控制各个部件的工作。
它根据程序存储器中的指令，逐条执行并控制其他模块的工作。
3. 存储器存储器用于存储程序指令和数据。
单片机通常包含闪存（Flash）和随机存储器（RAM）。
闪存用于存储程序，RAM用于存储运行时数据。
4. 时钟电路时钟电路提供单片机的时钟信号，控制指令和数据的传输和处理速度。
它通常由晶体振荡器和分频器组成。
二、单片机的应用领域1. 工业控制单片机在工业控制领域应用广泛。
它可以控制工业生产中的各种设备，如温度控制、压力控制、自动化装置等。
通过编程，单片机能实现精确控制和监测，提高生产效率和产品质量。
2. 家电在家用电器中，单片机也有着广泛的应用。
例如，微波炉、洗衣机、空调等均采用单片机来实现控制功能。
通过编写程序，单片机可以根据用户的需求自动调节设备的工作状态，实现智能化控制。
3. 汽车电子单片机在汽车电子领域扮演着重要角色。
它被用于发动机控制、车载娱乐、安全系统等各个方面。
通过单片机的实时控制，汽车性能得到提升，驾驶安全得到保障。
4. 通信设备单片机广泛应用于通信设备中，如手机、调制解调器等。
它可以实现信号处理、数据存储和传输等功能，提升通信设备的性能和稳定性。
单片机原理及应用系统设计-基于STC可仿真的IAP15W4K58S4系列课件第8章
➢ 停止位至下一个起始位之间是不定长的空闲位，并且规定 起始位为低电平（逻辑值为0），停止位和空闲位都是高电 平（逻辑值为1），这样就保证了起始位开始处一定会有一 个下跳沿，由此就可以标志一个字符传输的起始。而根据 起始位和停止位也就很容易得实现了字符的界定和同步。
图8-3 异步通信数据格式
➢ 起始位：必须是持续一个比特时间的逻辑0电平，标志传输一个字符开 始，接收方可用起始位使自己的接收时钟与发送方数据同步。
➢ 停止位：停止位可以是是1位、1.5位或2位，可以由软件设定。它一定是 逻辑1电平，标志着传输一个字符的结束。
➢ 空闲位：空闲位是指从一个字符的停止位结束到下一个字符的起始位开 始，表示线路处于空闲状态，必须由高电平来填充。
2.串行通信的传输方式
➢ 串行通信根据数据传输的方向及时间关系可分为：单工、 半双工和全双工。
8.2.2 串口1的工作方式
(2) 接收：当软件置位接收允许标志位REN，即REN=1时， 接收器便以选定波特率的16分频的速率采样串行接收端口 RxD，当检测到RxD引脚输入电平发生负跳变时，则说明 起始位有效，将其移入移位寄存器，并开始接收这一帧信 息的其余位。
8.2.2 串口1的工作方式
3. 方式2和方式3 ➢ 串行口1工作在方式2和方式3时，其一帧的信息由11位组成：
8.2.1 串行口1的控制寄存器
➢ SM2：允许方式2或方式3多机通信控制位。 ➢ REN：允许/禁止串行接收控制位。由软件置位REN，即
REN=1为允许串行接收状态，可启动串行接收器RxD，开始 接收信息。软件复位REN，即REN=0，则禁止接收。 ➢ TB8：在方式2或方式3，它为要发送的第9位数据，按需要由 软件置位或清0。 ➢ RB8： 在方式2或方式3，是接收到的第9位数据，作为奇偶 校 验 位 或 地 址 帧 /数据帧的标志位 。方 式 0 中不用 RB8(置 SM2=0)。方式1中也不用RB8(置SM2=0, RB8是接收到的停止 位)。
单片机原理与应用及C51程序设计
单片机原理与应用及C51程序设计一、单片机原理与应用单片机（Microcontroller Unit，简称MCU）是一种集成电路芯片，拥有处理器核心、存储器、输入输出接口和外设等多种功能，可实现数据处理、控制和通信等任务。
单片机广泛应用于电子产品和自动化设备中，如家电、汽车、工控、通信等领域。
1.单片机原理单片机由五大部分组成：中央处理器（CPU）、存储器、输入输出（I/O）接口、定时/计数器和通信接口。
中央处理器是单片机的核心，负责执行指令和数据处理操作；存储器包括程序存储器和数据存储器，用于存储程序和数据；输入输出接口用于与外部设备进行数据交互；定时/计数器可以用于时间控制和频率测量等操作；通信接口可以实现与外部设备的数据通信和控制。
2.单片机应用单片机应用范围广泛，可以用于各种电子设备和自动化系统中。
以下是一些常见的单片机应用：（1）家电控制：单片机可以用于家电产品的控制和运行管理，如空调、洗衣机、电视等。
（2）汽车电子：单片机可用于汽车电子系统的控制，如发动机控制单元（ECU）、车身电子等。
（3）工控系统：单片机在工业自动化领域有广泛应用，如PLC（可编程逻辑控制器）等。
（4）通信设备：单片机可以用于通信设备的控制和数据处理，如手机、路由器、调制解调器等。
（5）医疗设备：单片机被应用于各种医疗设备，如血压计、体温计、电子血糖仪等。
C51是C语言在C51单片机上的移植，用于单片机的编程和开发。
C51程序设计可以通过Keil C51集成开发环境（IDE）进行。
以下是C51程序设计的主要内容和步骤：1.C语言编程：C语言是一种通用的高级编程语言，具有良好的可移植性和易学性。
在C51程序设计中，使用C语言编写程序代码，通过对变量、函数和数据结构的定义来实现单片机的功能和控制。
2. 程序开发环境：Keil C51是一套成熟的单片机开发软件，提供了丰富的编译、调试和仿真工具。
通过安装和配置Keil C51环境，可以方便地进行C51程序的开发和调试。
单片机原理及应用教程
10.3.2 开发系统简介 1. DICE系列仿真开发器 系列仿真开发器 DICE系列单片微机仿真开发器是一种高性能的单片机开 发装置。 DICE-5928型是属高档通用型单片微机仿真开发器。本机 采用三CPU一体式结构。这样，一机即为可开发Intel MCS-51系列、MCS-96系列以及PHILIPS-80C51系列单片 微机的多用型在线仿真、开发器。不同CPU的仿真、开发， 只需切换一只开关，而不需更换CPU。 2. DAIS系列仿真开发器 系列仿真开发器 DAIS系列仿真开发器是北京启东达爱思电子有限公司开 发生产的系列产品。 10.4 单片微机系统应用开发举例 10.4.1 系统简介 本项目中的实验、教学综合楼是这样设定的：建筑楼层共
/* T0工作方式2计数，T1工作方式1定 /* T0计数初始值 */ /* T1定时125ms的初始值 */ /* 启动定时器T0 */ /* 启动定时器T1 */
while(1) { for( n=4; n>0; n-- ) /* 0.5s到否？ */ { while( TF1==0 ); /* 125ms到否？ */ TF1=0; TH1 = 0x0B; /* T1重新设置125ms定时初始 值 */ TL1 = 0xDC; } TR0=0; /* 关闭定时器T0 */ nPulseCount = TL0; /* 读出当前计数值 */ TR0=1; /* 开启定时器T0 */ P1=~nPulseCount; /* 取反、显示当前计数值*/ } }
6层，每层分成试验室区和多媒体投影教室区。实验室区中 的实验室涉及仓库、办公区，化工类实验室，电子类实验室， 嵌入式计算机类实验室和软件实验室等。多媒体教室的设备 配置大体相同，具有投影、音响等基本教学设备等。我们欲 通过本系统的应用实现在完全保证教学活动的前提下，使整 个建筑成为一个节能、安全、高效、科学的教学单位。其各 个教室即可独立控制，又可以在总控室的统一控制下协调运 作。同时本楼的控制系统本身又可以作为高年级电子类学生 的实验实习、科技创新校内基地的一部分。 10.4.2 总体设计与模块功能分配 1. 需求分析与总体设计 由于本系统针对的建筑物各楼层之间甚至同一层之内的教学 科研功能各不相同，因此总体结构上已采用三层结构：总控 室，楼层控制器，教学单元控制器。根据现代化智能教学楼 的节能、舒适、安全、有序的要求，其中每个教室或实验室 具有一个功能可剪裁的“单元控制器”使教室/试验室可以 独立运转。实现对教学单位内的温度、湿度、光照度、空间 使用状态、设备使用状态、风机/空调器运行与否等等信息 进
单片机原理及应用系统设计-基于STC可仿真的IAP15W4K58S4系列课件第16章
16.2.3 指纹识别技术
指纹图像对比判断：获取到指纹图像之后，为了判别出 获取到的指纹到底是谁的指纹，就需要对指纹与指纹数据 库中的指纹进行对比判断。进行对比判断就需要一个算法， 这就是指纹识别算法。指纹识别算法是指纹识别技术的关 键，算法的好坏，直接影响到拒识率和误识率，以及系统 的运行速度等。
就是说那些用肉眼可以直接观察到的特点，这些特点比如有： 纹形、模式区、核心点、三角点和纹数等。指纹总体特征图如 图16-1所示。
图16-1 指纹总体特征图
16.2 指纹识别技术与整体设计方案
局部特征：手指指纹的有许多不能一眼看出来的小细节，这 些细节需要仔细看才能分辨出它的区别，这些特征就是局部 特征。手指指纹的纹线，不是一直连续的，会出先一些分叉 和中断，这些小的细节使得指纹进一步区别。相同的指纹在 总体特征上面可能一致，但在局部特征上面却是不同的，这 就为指纹的唯一性提供了确认信息。
鉴于指纹识别技术具有以上的优点，所以利用人的指 纹特征进行身份识别是十分优秀的，并且在各个领域都有 广阔的应用前景和无比巨大的市场潜力，值得去进行开发。
16.2 指纹识别技术与整体设计方案
16.2.1 指纹特征介绍 指纹是指的是在手指末端正面的皮肤上线条构成的纹路，
线条的方向不同，弯曲程度不同，就构成了不一样的指纹。 指纹图像分为两大类：总体特征和局部特征两大类。 总体特征：指的是指纹的宏观上面所体现出来的特征，也
另添加OLED显示屏、JQ6500语音芯片提示用户操作并返回 操作结果，并且配有GSM模块和用户手机进行通信，及时反映 异常状态并且报警，用户也可以通过短信打开门禁，进一步提 高了警戒级别。
16.3 系统硬件设计
系统总体结构框图如图16-3所示。
单片机原理及应用课程设计报告
课程设计为学生提供了一个实践平台，学生可以在实践中锻炼动手能力，培养解决实际问题的能力，同时通过创新思 维，设计出具有特色的单片机应用系统。
促进理论与实践相结合
单片机原理及应用课程设计将理论知识与实践操作相结合，使学生能够更好地理解单片机的实际应用场 景，加深对理论知识的理解。
时间安排
共计8周，每周5天， 每天8小时。
04
单片机应用实践
单片机外围电路设计
电源电路
为单片机提供稳定的电源，确 保单片机正常工作。
时钟电路
为单片机提供稳定的时钟信号 ，保证程序正常运行。
复位电路
在单片机出现异常时，能够实 现自动复位或手动复位。
输入输出接口
实现单片机与外部设备的通信 和控制。
单片机程序编写与调试
单片机的编程语言和开发环境
单片机的编程语言主要有汇编语言和C语言。汇编语言是一种低级语言，直接控制硬件操作，但编程 难度较大；C语言是一种高级语言，具有可读性强、易于编程和维护等优点。
单片机的开发环境是指用于编写、编译、调试和烧录程序的软件环境。常用的单片机开发环境有Keil 、IAR、SDCC等。这些开发环境都支持汇编语言和C语言编程，提供了丰富的库函数和调试工具，方 便开发者进行单片机应用开发。
• 解决方案
检查数码管的位选信号和段选信号是否正确连接。
对未来学习和实践的建议与展望
深入学习
进一步研究单片机的内部结构和工作原理，掌握 更多高级功能和应用。
实践应用
将所学知识应用到实际项目中，提高解决实际问 题的能力。
持续学习
关注单片机技术的最新发展动态，保持学习的持 续性。
THANKS
感谢观看
单片机原理及应用系统设计习题参考答案
答：STC 单片机有 89、90、10、11、12、15、8 这几个大系列，每个系列都有自己的 特点。89 系列是早期传统的单片机，可以和 AT89 系列完全兼容，是 12T 单片机。90 是基 于 89 系列的改进型系列。10 和 11 系列是有着便宜价格的 1T 单片机。12 是增强型功能的 1T 单片机，具有 ADC 功能。15、8 系列是 STC 公司新推出的产品，内部集成了高精度 R/C
嵌入式系统分为四个部分：嵌入式处理器、嵌入式外围设备、 嵌入式操作系统和嵌入式应用软件。其结构如图 1-2 所示。
实际应用中，嵌入式系统可以划分为两大应用类型： １）低端（应用）嵌入式系统：主要以传统的单片机为嵌入 式处理器，处理器以 8/16 位为主，无操作系统或带有较简单的操 作系统，完成功能较为单一的控制任务。 ２）高端（应用）嵌入式系统：以 ARM 或 SoC 为处理器， 处理器以 32 位以上处理器为主，采用功能更强的嵌入式操作系统 管理，能完成更多更复杂功能的嵌入式系统应用。
II
习题一
1.将下列十进制数分别转换转换成二进制数和压缩 BCD 码。 解：（1）（22）10=（00010110）2=（00100010）BCD
（2）(986.71) 10 = (1111011010.101101)2=(0000100110000110.01110001)BCD （3）(1234)10=(10011010010)2=(0001001000110100)BCD （4）(678.95)10=(1010100110.11110011)2=(0000011001111000.10010101)BCD
单片机原理及应用系统设计-基于STC可仿真的IAP15W4K58S4系列课件第1章
MFLT_2
P0.0 AD0 RxD3 P0.1 AD1 TxD3 P0.2 AD2 RxD4 P0.3 AD3 TxD4 P0.4 AD4
T3CLKO
P0.5 AD5
说明
标准I/O PORT0[0] 地址/数据总线
串口3数据接收端
标准I/O PORT0[1] 地址/数据总线 串口3数据发送端 标准I/O PORT0[2] 地址/数据总线 串口4数据接收端 标准I/O PORT0[3] 地址/数据总线
当8路D/A使用； • 比较器，可当1路ADC使用，并可作掉电检测，支持外部管脚
CMP+与外部管脚CMP-进行比较，可产生中断，也支持外部管 脚+与内部参考电压进行比较； • 6通道15位专门的高精度PWM（带死区控制），加上2路CCP， 可用来再实现D/A； • 共7个定时器/计数器，其中5个16位可重装定时器/计数器；
1.2 常用主流单片机
• 8051单片机 • STC单片机 • AVR单片机 • PIC单片机 • MSP430单片机 • 基于ARM核的单片机
1.3 IAP15系列单片机简述
• IAP15系列单片机是STC产品中STC15系列中的一个特殊 系列。采用STC-Y5超高速CPU内核，在相同的时钟频率 下，速度比 STC早期的1T系列单片机(如 STC12系列、 STC11系列、STC10系列)的速度快20%。
1.3.1 IAP15W4K58S4单片机
1.内部结构
• IAP15W4K58S4是属于STC15W4K32S4系列单片机中的一 种，其内部结构相同。内部结构框图如图1-6所示，主要包 括CPU、程序存储器（Flash）、数据存储器（SRAM）、 定时器/计数器、掉电唤醒专用定时器、I/O口、高速A/D转 换、比较器、看门狗、高速异步串行通信端口UART1-4、 CCP/PWM/PCA、高速同步串行端口SPI，片内高精度R/C 时钟及高可靠性复位等模块。
单片机原理及应用系统设计-基于STC可仿真的IAP15W4K58S4系列课件第12章
12.1 IAP15W4K58S4单片机PWM模块的结构
--IAP15W4K58S4单片机PWM模块的结构
图12-1 PWM波形发生器结构框图
12.2 IAP15W4K58S4单片机PWM模块的控制
2. PWM配置寄存器PWMCFG 该寄存器地址为F1H，复位值为00H。各位定义如表12-2所示。
表12-2 PWM配置寄存器PWMCFG各位定义
位号 B7 B6
B5
B4 B3
B2
B1
B0
位名称 - CBTADC C7INI C6INI C5INI C4INI C3INI C2INI
CBTADC ：PWM计数器归零时（CBIF=1 时）触发ADC转换 0：PWM计数器归零时不触发ADC转换。 1：PWM计数器归零时自动触发ADC转换。
ECBI ：PWM计数器归零中断使能位 0：关闭PWM计数器归零中断（CBIF依然会被硬件置位）。 1：使能PWM计数器归零中断。
ENCnO ：PWMn 输出使能位，n=2～7。 0：PWM通道n的端口为GPIO。 1：PWM通道n的端口为PWM输出口，受PWM波形发生器控制。
12.2 IAP15W4K58S4单片机PWM模块的控制
B5
B4
B3
B2
B1
B0
Reset Value
PWM 2T2H
FF02 H(XS FR)
name
-
PWM 2T2H[ 14:8]
x000,0 000B
PWM 2T2H
FF02 H(XS FR)
name
-
PWM 2T2H[ 14:8]
单片机原理与应用
单片机原理与应用一、引言单片机作为一种高度集成的微型计算机系统，具有体积小、成本低、功能强、可靠性高等优点，广泛应用于工业自动化、智能仪器、消费电子、家用电器等领域。
本文将详细介绍单片机的原理及其在各行各业中的应用。
二、单片机原理1.单片机概述单片机（MicrocontrollerUnit，MCU）是一种将微处理器、存储器、定时器/计数器、输入/输出接口等集成在一块芯片上的微型计算机系统。
它具有处理能力强、体积小、功耗低、成本低等特点，便于应用于各种嵌入式系统。
2.单片机结构单片机主要由中央处理器（CPU）、存储器（包括程序存储器和数据存储器）、输入/输出接口（I/O口）、定时器/计数器、中断系统等组成。
其中，CPU负责执行程序和数据处理，存储器用于存储程序和数据，I/O口负责与外部设备通信，定时器/计数器用于实现定时和计数功能，中断系统用于处理各种中断请求。
3.单片机工作原理单片机的工作原理可以分为取指令、译码、执行、存储等阶段。
在取指令阶段，CPU从程序存储器中读取指令；在译码阶段，CPU对指令进行解码，确定操作类型和操作数；在执行阶段，CPU根据指令执行相应的操作；在存储阶段，CPU将执行结果存储到数据存储器中。
三、单片机应用1.工业控制单片机在工业控制领域具有广泛的应用，如PLC（可编程逻辑控制器）、温度控制器、电机控制器等。
通过编程，单片机可以实现复杂的逻辑控制和运算功能，提高生产效率和产品质量。
2.智能仪器单片机在智能仪器领域中的应用包括数字电压表、数字频率计、示波器等。
利用单片机的处理能力和I/O口功能，可以实现对各种信号的采集、处理、显示和控制。
3.消费电子单片机在消费电子领域中的应用包括方式、电视、洗衣机、空调等。
通过编程，单片机可以实现各种功能，如用户界面控制、信号处理、通信等。
4.家用电器单片机在家用电器领域中的应用包括微波炉、电饭煲、豆浆机等。
利用单片机的控制功能，可以实现温度控制、定时控制、故障检测等功能。
单片机原理与应用系统设计 第09章 单片机应用系统设计实例
9.1.3 控制程序：总体设计
系统上电
中断服务程序入口 保护现场 清除中断标志 TF2
上电初始化
启动定时器
读取 AD转换的结果
读 P1口数据
CPU工作指示 启动 AD转换 计算控制量
根据 P1口数据查 表，得到 Kp,Kv,Ka Ki四个增益参数
N
停机？
更新 PWM脉宽 恢复现场 中断服务程序返回
率管GS极上导通电压14.3V，关断电压为-0.7V。关断负压的设计可以使得
功率管可靠地截止。此外，栅极驱动电阻取为20Ω。
9.1.2 电路设计：驱动与吸收保护电路
(1) 续流和吸收保护电路 电磁铁是感性元件，为此应使用快恢型二极管D1为电感L提供续流回 路，以防止MOSFET关断时漏极电位急剧上升而损坏功率管。图中，R、C、 D组成的吸收网络能够吸收MOSFET在开关时刻的电压和电流尖峰。其中，C 用于限制MOSFET的漏极-源极间电压突变，R用于限制MOSFET开通时C的放 电电流，D则便于在MOSFET关断时，C能迅速吸收MOSFET上的关断尖峰。
磁悬浮球演示系统是一个典型的嵌入式数字控制系统，由电磁铁、 铁磁性小球及控制部分组成，其电磁铁通电后产生磁场，吸引铁磁性小
球，动态调节电磁铁中的电流，可使其产生的电磁吸力等于小球的重量，
从而使小球悬浮在空中保持不动。这个动态调节的过程称为磁悬浮控制。 本例进行磁悬浮球演示系统的设计，首先介绍系统组成以及磁悬浮控制
9.1.1 组成及工作原理：悬浮控制原理
d0 , i0 线性化后，可得到系统的传递函数为：
G s d s Ki i s ms2 K d
设额定悬浮间隙为 d 0 ，额定电磁铁平均电流为i0 ，将上述模型在
单片机原理及应用课程设计
单片机原理及应用课程设计一、引言单片机（Microcontroller，MCU）是一种高度集成的微处理器系统，具有处理器核、存储器、输入输出接口和定时计数器等基本功能模块，并且这些模块都集成在一个芯片上。
单片机具有体积小、功耗低、可靠性高、成本低等优点，广泛应用于家用电器、汽车电子、工业自动化等领域。
本文将介绍单片机的原理及应用，并设计一个基于单片机的智能温控系统。
二、单片机原理1. 单片机结构单片机由CPU（Central Processing Unit）、存储器和外设组成。
其中CPU包括运算器（ALU）、控制器（CU）和寄存器组；存储器包括ROM（Read Only Memory）、RAM（Random Access Memory）和EEPROM（Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory）；外设包括输入输出接口、定时计数器和串行通信接口等。
2. 单片机工作原理当单片机上电后，CPU从ROM中读取程序指令，并将其存放在RAM 中执行。
程序指令由操作码和操作数两部分组成，操作码表示指令类型，操作数表示指令参数。
CPU根据程序指令逐条执行相应的操作，完成各种任务。
3. 单片机编程单片机编程是指将程序代码翻译成单片机能够识别的指令，然后通过编程器将指令下载到单片机中。
常用的单片机编程语言有汇编语言、C 语言和BASIC语言等。
三、智能温控系统设计1. 系统功能本系统旨在实现对室内温度的监测和控制。
当室内温度超过设定值时，系统会自动启动降温设备，直到温度降至设定值以下。
当室内温度低于设定值时，系统会自动启动加热设备，直到温度升至设定值以上。
2. 系统硬件设计本系统采用AT89S52单片机作为控制核心，DS18B20数字温度传感器作为温度检测模块，LCD1602液晶显示屏作为人机交互界面，继电器模块作为输出控制模块。
3. 系统软件设计(1) 初始化：设置IO口方向、液晶显示初始化、定时器初始化等。
12单片机原理与应用(同济出版社魏鸿磊)：第十二章 单片机应用系统设计
while(i--) //南北绿灯闪5秒
while(i--) //南北绿灯闪5秒
{
{
second = 0;
second = 0;
while(second < 1);
while(second < 1);
GREEN_E = !GREEN_E;
GREEN_W = !GREEN_W;
}
}
GREEN_E = 1;
uchar count=0;
uchar second=0;
DATE: 2019/6/25
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三、单片机应用系统设计举例
void init() {
TMOD = 0x01; //选择16位的定时器 EA=1; //开总中断和定时器0中断 ET0=1; //开定时器0中断 TL0 = (65536-46083)%256; TH0 = (65536-46083)/256; //定时器设定50ms溢出 RED_S = 0; //南方向的红灯 YELLOW_S = 1; //南方向的黄灯 GREEN_S = 1; //南方向的绿灯 RED_N = 0; //北方向的红灯 YELLOW_N =1; //北方向的黄灯 GREEN_N =1; //北方向的绿灯 RED_E = 0; //东方向的红灯 YELLOW_E = 1; //东方向的黄灯 GREEN_E = 1; //东方向的绿灯 RED_W = 0; //西方向的红灯 YELLOW_W = 1; //西方向的黄灯 GREEN_W = 1; //西方向的绿灯 }
GREEN_W = 1;
YELLOW_E = 0;
YELLOW_W = 0;
while(second < 5); //5秒延时
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单片机原理及应用系统设计
单片机（Microcontroller）是一种集成了中央处理器(CPU)、存储器、输入/输出 (I/O) 接口和各类外设功能于一体的微型计算机系统。
它广泛应用于工业自动化、家电控制、通信设备、汽车电子等领域。
本文将
介绍单片机的基本原理，以及在系统设计中的应用。
一、单片机的基本原理
单片机是由集成电路(IC)技术发展而来，常见的单片机有PIC、
STM32、Arduino等。
它通过内部的CPU来执行指令，实现各种功能。
单片机的核心是中央处理器，它包括运算器、控制器和寄存器。
运算
器负责数据的运算和处理，控制器负责指令的解码和执行，寄存器用
于存储临时数据和控制信息。
单片机的存储器分为两种：程序存储器（ROM）和数据存储器（RAM）。
程序存储器用于存储程序指令，数据存储器用于存储程序
运行时的数据。
此外，单片机还具有输入/输出接口，用于与外部设备
进行通信。
通过这些接口，单片机可以接收外部传感器的信号，控制
外部执行器的动作。
二、单片机应用系统设计
在实际应用中，单片机常常被用于设计各种系统，下面将以一个智
能家居控制系统为例，介绍单片机的应用。
智能家居控制系统是一种将家居设备与互联网进行连接，通过手机APP远程控制的系统。
在该系统中，单片机作为主控制器，负责接收
用户指令，并控制各个设备的运行。
1. 系统设计思路
首先，需要确定系统所需的功能，例如控制灯光、窗帘、温度等。
然后，选择适合的单片机型号和相应的开发板。
接下来，编写控制程序，并将程序下载到单片机中。
2. 硬件设计
硬件设计包括电路图设计和PCB设计。
电路图设计根据系统需求，连接单片机与其他外设模块，例如继电器模块、传感器模块等。
PCB
设计将电路图转化为真实的印刷电路板，通过布线和焊接完成电路的
搭建。
3. 软件设计
软件设计是编写控制程序的过程。
根据系统功能需求，使用相应的
开发工具和编程语言，编写程序代码。
程序中包括与外设的通信协议、用户界面设计等。
4. 系统调试与优化
在完成系统设计后，进行系统调试和优化是非常重要的。
通过连接
开发板和外设，验证程序的正确性。
如果出现问题，可以通过调试工
具进行故障排查，修改程序代码，直到系统正常运行。
5. 系统应用展示
在确认系统无误后，可以将系统进行应用展示。
通过手机APP或电脑端软件，可以随时随地远程控制家居设备，实现智能化管理。
三、单片机应用的挑战与发展
虽然单片机在嵌入式系统中有着广泛的应用，但是也面临一些挑战。
首先，单片机资源有限，存储容量和计算能力相对较低，限制了系统
的功能。
其次，单片机的开发门槛较高，需要具备一定的电子和编程
知识。
为了应对这些挑战，单片机技术不断发展。
新一代的单片机产品集
成度更高、功耗更低、性能更强。
同时，开发工具和开发者社区也更
加丰富，降低了开发门槛。
总结：
通过本文的介绍，我们了解了单片机的基本原理和应用系统设计。
单片机作为一种嵌入式系统的核心，可广泛应用于各个领域。
在系统
设计过程中，我们需要明确功能需求，进行硬件和软件设计，并进行
系统调试与优化。
随着单片机技术的不断发展，我们相信它的应用将
会越来越广泛，为各行各业带来更多的便利和创新。