01560_《单片机原理与应用》ppt课件

8051系列
PIC系列
采用哈佛结构，具有高性能、低功耗、易 于扩展等优点，广泛应用于工业控制、智 能家居等领域。
采用精简指令集（RISC）结构，具有高速 度、低功耗、强抗干扰能力等特点，适用 于汽车电子、医疗设备等领域。
AVR系列
ARM系列
采用先进的RISC结构，具有高速度、低功 耗、丰富的外设接口等特点，适用于物联 网等领域。
使用位操作
位操作可以直接对内存中的位进行操作，提 高执行效率。
2024/1/26
循环优化
通过减少循环次数、使用循环展开等方法优 化循环结构，提高程序执行效率。
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单片机中断系统与定时 器/计数器应用
2024/1/26
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中断系统基本概念及工作原理
01
中断定义
中断是指CPU在执行程序过程 中，由于外部或内部事件（如 定时器溢出、按键输入等）的 请求，暂时停止当前程序的执 行，转而去处理该事件，处理 完后再返回原程序继续执行的 过程。
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03
指令系统与汇编语言程 序设计
2024/1/26
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指令系统概述
2024/1/26
指令系统的基本概念
01
指令是计算机执行某种操作的命令，指令系统是计算机所能执
行的全部指令的集合。
指令格式
02
指令通常由操作码和操作数两部分组成，操作码指明操作的性
质，操作数表示操作的对象。
指令的分类
03
根据指令的功能和性质，可以将指令分为数据传送类、算术运
子程序调用与返回
子程序是一段可以独立执行的程 序段，通过调用指令CALL实现子 程序的调用和返回。在调用子程 序时，需要将返回地址压入堆栈 ；在子程序返回时，再从堆栈中 弹出返回地址并执行返回操作。
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04
C语言程序设计在单片机 中的应用
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C语言与汇编语言比较
算类、逻辑运算类、控制转移类等。
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寻址方式与数据传送类指令
寻址方式
寻址方式是指确定操作数有效地 址的方式，包括立即寻址、直接 寻址、间接寻址、寄存器寻址等 。
数据传送类指令
数据传送类指令用于在存储器、 寄存器和I/O端口之间传送数据， 如MOV指令。
堆栈操作
堆栈是一种特殊的数据结构，用 于暂存数据和地址，堆栈操作包 括入栈和出栈两种。
I/O端口扩展
利用单片机的I/O端口与外部设备或电 路连接，通过编程控制实现输入/输出 功能的扩展。
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串行扩展技术（SPI、I2C等）
要点一
SPI（Serial Peripheral Inter…
要点二
I2C（Inter-Integrated Circui…
一种同步串行接口规范，用于连接微控制器和外围设备， 具有高速、全双工和简单易用的特点。
配置工程选项
根据目标单片机型号和开发需求，配 置编译器选项、链接器选项等。
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C语言程序结构与设计方法
01
02
03
04
程序结构
包括头文件包含、全局变 量定义、函数声明、主函 数实现等部分，要注意模 块化和结构化设计。
数据类型与变量
合理选择数据类型，定义 全局变量和局部变量，注 意变量的作用域和生命周 期。
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C语言程序开发环境搭建
选择合适的编译器
如Keil C51、IAR Embedded Workbench等，根据目标单片机型 号和开发需求选择合适的编译器。
安装编译器及相关工具
按照编译器安装指南进行安装，并配 置好相关工具链和库文件。
创建工程文件
在编译器中创建新的工程文件，并添 加源代码文件、头文件等。
定时器/计数器是单片机内部的一个计时器，可用于定时或 计数操作。
工作原理
定时器/计数器通过对内部时钟信号或外部输入信号进行计 数，当计数值达到设定值时，触发中断请求或执行相应操 作。
编程方法
设置定时器/计数器的工作模式、计数值、中断方式等参数 ，启动定时器/计数器开始计数，并在需要时读取计数值或 清除计数器。
用于控制单片机的特定功能ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ模块，如定时器、 计数器、串行通信等。
2024/1/26
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输入/输出接口电路
并行I/O接口
介绍并行输入/输出接口 电路的原理及实现方式 ，包括基本输入/输出端 口、可编程输入/输出端 口等。
2024/1/26
串行I/O接口
阐述串行通信的基本原 理、通信协议以及串行 输入/输出接口电路的实 现方式。
逻辑非指令
用于对一个操作数进行逻辑非运算， 如NOT指令。
2024/1/26
逻辑或指令
用于两个操作数按位进行逻辑或运算 ，如OR指令。
异或指令
用于两个操作数按位进行异或运算， 如XOR指令。
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控制转移类指令
无条件转移指令
无条件地将程序转移到指定的地 址执行，如JMP指令。
条件转移指令
根据某个条件判断的结果来决定 程序是否转移到指定的地址执行 ，如JZ（零转移）、JNZ（非零 转移）等。
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中断服务程序编写方法
2024/1/26
中断服务程序定义
中断服务程序是处理中断事件的程序，当中断发生时，CPU跳转到中断服务程序 执行。
编写方法
在中断服务程序中，首先保存现场信息，然后根据中断源进行相应的处理操作， 最后恢复现场信息并返回原程序继续执行。在编写中断服务程序时，需要注意中 断响应时间、现场信息的保存与恢复、中断嵌套等问题。
中断与异常处理
阐述中断的基本概念、中断源、中断优先级以及中断处理 流程，同时介绍异常处理机制。
8
存储器类型及作用
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程序存储器
用于存放单片机的程序代码，通常是只读存储器 （ROM）或闪存（Flash）。
数据存储器
用于存放单片机的数据，包括变量、数组、堆栈 等，通常是随机存取存储器（RAM）。
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特殊功能寄存器
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算术运算类指令
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加法指令
用于两个操作数相加，如ADD指令 。
乘法指令
用于两个操作数相乘，如MUL指令 。
03
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02
减法指令
用于两个操作数相减，如SUB指令。
除法指令
用于两个操作数相除，如DIV指令。
04
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逻辑运算类指令
逻辑与指令
用于两个操作数按位进行逻辑与运算， 如AND指令。
函数设计
将复杂功能划分为多个函 数实现，每个函数应具有 明确的功能和输入/输出 参数。
中断服务程序
根据单片机中断机制编写 中断服务程序，实现实时 响应和处理外部事件。
2024/1/26
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C语言程序优化技巧
选择合适的数据类型
使用合适大小的数据类型可以节省存储空间 并提高执行效率。
避免使用全局变量
全局变量会增加程序复杂度和内存消耗，应 尽量避免使用。
一种双向同步串行总线，用于连接微控制器和其他集成电 路，具有多主机、多从机和低功耗等优点。
2024/1/26
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人机交互设备（键盘、显示器等）接口设计
键盘接口设计
通过扫描键盘矩阵或接收键盘中断的方式，读取按键信息并 转换为相应的数据或命令。
2024/1/26
显示器接口设计
根据显示器的类型和通信协议，设计相应的接口电路和驱动 程序，实现单片机对显示器的控制和数据传输。
模拟I/O接口
介绍模拟量与数字量之 间的转换原理及实现方 式，包括模数转换器（ ADC）和数模转换器（ DAC）。
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时钟电路与复位电路
2024/1/26
时钟电路
阐述单片机的时钟源、时钟分频 器以及时钟信号的产生与分配方 式。同时介绍外部时钟源与内部 时钟源的选择与应用。
复位电路
介绍单片机的复位方式、复位源 以及复位电路的实现方式。同时 阐述复位对单片机状态的影响及 复位后的初始化操作。
2024/1/26
软件设计 分析系统的软件需求，设计相应 的程序结构和算法，实现系统的 各项功能，如数据采集、处理、 传输和控制等。
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THANKS FOR WATCHING
感谢您的观看
2024/1/26
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采用高性能的32位RISC结构，具有强大的 处理能力和丰富的外设接口，适用于高端 嵌入式系统等领域。
2024/1/26
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单片机基本原理
2024/1/26
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微处理器结构与工作原理
2024/1/26
微处理器内核结构
包括算术逻辑单元（ALU）、寄存器组、控制单元等。
指令集与寻址方式
介绍单片机的指令集，包括数据传送、算术运算、逻辑运 算、位操作等指令，以及不同的寻址方式如立即寻址、直 接寻址、寄存器寻址等。
2024/1/26
4
单片机应用领域
智能家居
如智能照明、智能安防、智能 家电等。
汽车电子
如车身控制、发动机控制、安 全系统等。
工业控制
如电机控制、温度控制、压力 控制等。
2024/1/26
医疗设备
如医疗监护仪、便携式医疗设 备等。
物联网
作为物联网终端节点，实现数 据采集、传输和控制等功能。
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常见单片机类型及特点
2024/1/26
高级语言与低级语言
C语言属于高级语言，具有易于理解、编写和维护的特点；而汇编 语言是低级语言，更接近硬件，但编写复杂且可读性较差。
可移植性
C语言具有良好的可移植性，可以在不同平台上运行；而汇编语言 与特定硬件平台紧密相关，可移植性差。
执行效率
汇编语言编写的程序执行效率高，但开发周期长；C语言编写的程 序执行效率相对较低，但开发周期短，易于调试和维护。
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中断优先级设置及嵌套处理
中断优先级定义
设置方法
当多个中断源同时请求中断时，CPU 根据中断优先级的设置来决定先响应 哪个中断请求。优先级高的中断请求 会优先得到响应。
通过设置单片机的特殊功能寄存器或 中断控制寄存器来设置各中断源的优 先级。
嵌套处理
当CPU正在处理一个低优先级的中断 时，如果发生了一个高优先级的中断 请求，CPU会暂停当前的处理，转而 响应高优先级的中断请求。在处理完 高优先级的中断后，再返回继续处理 低优先级的中断。这种处理方式称为 中断嵌套。在处理中断嵌套时，需要 注意现场信息的保存与恢复以及堆栈 的使用等问题。
02 中断源
引起中断的各种事件或原因， 如定时器溢出、外部中断请求 等。
03
中断向量
04
中断服务程序的入口地址，即中 断服务程序的首地址。
中断响应过程
CPU响应中断请求，保存现场信 息，跳转到中断服务程序执行。
2024/1/26
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定时器/计数器工作原理及编程方法
2024/1/26
定时器/计数器定义
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应用实例分析：智能家居控制系统设计
系统概述
介绍智能家居控制系统的功能、 组成和工作原理，包括中央控制 器、传感器、执行器等部分。
硬件设计
详细阐述系统的硬件设计方案， 包括单片机的选型、外围电路的 搭建、通信接口的选择等。
调试与测试 介绍系统的调试和测试方法，包 括硬件测试、软件测试和系统联 调等步骤，确保系统的稳定性和 可靠性。
《单片机原理与应用 》ppt课件
2024/1/26
1
目 录
2024/1/26
• 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 • C语言程序设计在单片机中的应用 • 单片机中断系统与定时器/计数器应用 • 单片机串行通信原理与应用 • 单片机扩展技术与应用实例分析
2
01
单片机概述
2024/1/26
27
06
单片机串行通信原理与 应用
2024/1/26
28
单片机串行通信原理与应用
• 请输入您的内容
2024/1/26
29
07
单片机扩展技术与应用 实例分析
2024/1/26
30
并行扩展技术（总线扩展、I/O端口扩展）
总线扩展
通过外部总线（如数据总线、地址总 线和控制总线）连接外部存储器或 I/O设备，实现数据的并行传输和处 理。
2024/1/26
3
单片机定义与发展
定义
单片机是一种集成电路芯片，它将中央处理器（CPU）、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系统。
发展历程
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。