單片機(jī)原理與接口技術(shù)第4章

單片機(jī)原理與接口技術(shù)第4章單片機(jī)概述單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)指令系統(tǒng)與匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)中斷系統(tǒng)與定時(shí)/計(jì)數(shù)器應(yīng)用并行擴(kuò)展接口技術(shù)串行通信接口技術(shù)單片機(jī)概述01定義單片機(jī)是一種集成電路芯片，它將微處理器、存儲(chǔ)器、輸入輸出接口等計(jì)算機(jī)主要部件集成在一塊芯片上，構(gòu)成一個(gè)完整的微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。發(fā)展歷程從20世紀(jì)70年代的第一代4位或8位單片機(jī)，到80年代的8位或16位單片機(jī)，再到90年代的高性能16位和32位單片機(jī)，單片機(jī)的性能和功能不斷提升，應(yīng)用領(lǐng)域也不斷擴(kuò)展。單片機(jī)定義與發(fā)展單片機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域智能家居通信設(shè)備如智能照明、智能安防、智能家電等。如手機(jī)、對(duì)講機(jī)、路由器等。工業(yè)控制醫(yī)療設(shè)備汽車(chē)電子如電機(jī)控制、溫度控制、過(guò)程控制等。如醫(yī)療監(jiān)護(hù)儀、便攜式醫(yī)療設(shè)備等。如發(fā)動(dòng)機(jī)控制、車(chē)身控制、車(chē)載娛樂(lè)系統(tǒng)等。常見(jiàn)單片機(jī)類(lèi)型及特點(diǎn)8051系列由Intel公司推出，具有高性能、低功耗、易于擴(kuò)展等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制、通信等領(lǐng)域。PIC系列由Microchip公司推出，具有高性能、低功耗、豐富的外設(shè)接口等特點(diǎn)，適用于各種嵌入式應(yīng)用。AVR系列由Atmel公司推出，具有高性能、低功耗、先進(jìn)的指令集等特點(diǎn)，適用于對(duì)性能要求較高的應(yīng)用。ARM系列由ARM公司推出，具有高性能、低功耗、豐富的外設(shè)接口和強(qiáng)大的軟件支持等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于高端嵌入式系統(tǒng)和移動(dòng)設(shè)備等領(lǐng)域。單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)02執(zhí)行算術(shù)和邏輯運(yùn)算，處理數(shù)據(jù)。運(yùn)算器控制指令的執(zhí)行，包括取指、譯碼和執(zhí)行等操作?？刂破鲿捍鏀?shù)據(jù)和地址，加速CPU的運(yùn)算速度。寄存器組中央處理器CPU存放程序和常數(shù)，通常是ROM或Flash。程序存儲(chǔ)器存放變量和中間結(jié)果，通常是RAM。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器用于控制單片機(jī)的特定功能，如定時(shí)器、中斷等。特殊功能寄存器存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)123實(shí)現(xiàn)與外部設(shè)備的通信，包括并行和串行兩種方式。I/O端口用于控制I/O端口的操作，如設(shè)置端口模式、讀取端口狀態(tài)等。特殊功能寄存器處理外部事件的中斷請(qǐng)求，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)響應(yīng)和處理。中斷系統(tǒng)I/O端口及特殊功能寄存器指令系統(tǒng)與匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)03指令系統(tǒng)的基本概念指令是計(jì)算機(jī)執(zhí)行某種操作的命令，指令系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)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(duì)象。指令的分類(lèi)根據(jù)指令的功能和性質(zhì)，可以將指令分為數(shù)據(jù)傳送類(lèi)指令、算術(shù)運(yùn)算類(lèi)指令、邏輯運(yùn)算類(lèi)指令、控制轉(zhuǎn)移類(lèi)指令等。指令系統(tǒng)概述尋址方式與數(shù)據(jù)傳送類(lèi)指令尋址方式尋址方式是指確定操作數(shù)有效地址的方式，包括立即尋址、直接尋址、間接尋址、寄存器尋址等。數(shù)據(jù)傳送類(lèi)指令數(shù)據(jù)傳送類(lèi)指令用于在存儲(chǔ)器、寄存器和I/O端口之間傳送數(shù)據(jù)，如MOV指令。算術(shù)運(yùn)算類(lèi)指令用于執(zhí)行加、減、乘、除等基本的算術(shù)運(yùn)算。算術(shù)運(yùn)算類(lèi)指令的功能ADD（加法）、SUB（減法）、MUL（乘法）、DIV（除法）等。常見(jiàn)的算術(shù)運(yùn)算類(lèi)指令算術(shù)運(yùn)算類(lèi)指令邏輯運(yùn)算類(lèi)指令的功能邏輯運(yùn)算類(lèi)指令用于執(zhí)行與、或、非等邏輯運(yùn)算。常見(jiàn)的邏輯運(yùn)算類(lèi)指令A(yù)ND（與）、OR（或）、NOT（非）等。邏輯運(yùn)算類(lèi)指令控制轉(zhuǎn)移類(lèi)指令用于改變程序的執(zhí)行流程，實(shí)現(xiàn)條件分支、循環(huán)等控制結(jié)構(gòu)。JMP（無(wú)條件轉(zhuǎn)移）、JZ/JNZ（結(jié)果為0/非0時(shí)轉(zhuǎn)移）、CALL/RET（子程序調(diào)用/返回）等?？刂妻D(zhuǎn)移類(lèi)指令常見(jiàn)的控制轉(zhuǎn)移類(lèi)指令控制轉(zhuǎn)移類(lèi)指令的功能中斷系統(tǒng)與定時(shí)/計(jì)數(shù)器應(yīng)用04中斷概念中斷是指CPU在執(zhí)行程序過(guò)程中，由于外部或內(nèi)部事件（如外設(shè)請(qǐng)求、定時(shí)器溢出等）的發(fā)生，需要暫時(shí)停止當(dāng)前程序的執(zhí)行，轉(zhuǎn)而處理該事件，處理完畢后再返回原程序繼續(xù)執(zhí)行的過(guò)程。中斷源引起中斷的各種事件或原因，如外部輸入、定時(shí)器溢出、串行通信等。中斷向量中斷服務(wù)程序的入口地址，即中斷服務(wù)程序的首地址。中斷優(yōu)先級(jí)當(dāng)有多個(gè)中斷源同時(shí)請(qǐng)求中斷時(shí)，CPU根據(jù)中斷優(yōu)先級(jí)的高低來(lái)決定先響應(yīng)哪個(gè)中斷。01020304中斷系統(tǒng)基本概念及工作原理定時(shí)/計(jì)數(shù)器概念定時(shí)/計(jì)數(shù)器是單片機(jī)內(nèi)部的一個(gè)重要功能部件，可用于實(shí)現(xiàn)定時(shí)、計(jì)數(shù)、產(chǎn)生波形等功能。工作原理定時(shí)/計(jì)數(shù)器通過(guò)對(duì)內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)或外部輸入信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)值達(dá)到設(shè)定值時(shí)，觸發(fā)中斷或產(chǎn)生輸出信號(hào)。編程方法通過(guò)設(shè)定定時(shí)/計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)模式、計(jì)數(shù)值、中斷方式等參數(shù)，以及編寫(xiě)相應(yīng)的初始化程序和控制程序，實(shí)現(xiàn)定時(shí)/計(jì)數(shù)器的各種功能。定時(shí)/計(jì)數(shù)器工作原理及編程方法010405060302中斷服務(wù)程序概念：中斷服務(wù)程序是處理中斷事件的程序，當(dāng)中斷發(fā)生時(shí)，CPU自動(dòng)跳轉(zhuǎn)到中斷服務(wù)程序執(zhí)行。編寫(xiě)方法確定中斷源和中斷向量；編寫(xiě)中斷服務(wù)程序，包括保存現(xiàn)場(chǎng)、處理中斷事件、恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)等步驟；將中斷服務(wù)程序的首地址寫(xiě)入中斷向量表；在主程序中開(kāi)啟中斷，允許CPU響應(yīng)中斷請(qǐng)求。中斷服務(wù)程序編寫(xiě)方法并行擴(kuò)展接口技術(shù)05定義并行擴(kuò)展總線是一種用于連接微處理器與外部設(shè)備或存儲(chǔ)器之間的并行傳輸通道，具有傳輸速度快、數(shù)據(jù)寬度大等特點(diǎn)。分類(lèi)根據(jù)數(shù)據(jù)傳輸方式的不同，并行擴(kuò)展總線可分為單向總線和雙向總線；根據(jù)總線控制方式的不同，可分為同步總線和異步總線。應(yīng)用領(lǐng)域并行擴(kuò)展總線廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)、通信、工業(yè)自動(dòng)化等領(lǐng)域，用于實(shí)現(xiàn)微處理器與外部設(shè)備或存儲(chǔ)器之間的高速數(shù)據(jù)傳輸。并行擴(kuò)展總線概述芯片功能018255A是一種可編程的并行接口芯片，具有3個(gè)8位并行I/O端口，可通過(guò)編程實(shí)現(xiàn)多種數(shù)據(jù)傳輸和控制功能。應(yīng)用實(shí)例02以8255A芯片為例，介紹其在并行擴(kuò)展接口技術(shù)中的應(yīng)用。例如，將8255A芯片連接至單片機(jī)的數(shù)據(jù)總線和地址總線上，通過(guò)編程實(shí)現(xiàn)對(duì)外部設(shè)備的控制和數(shù)據(jù)傳輸。編程方法03介紹8255A芯片的編程方法，包括控制字格式、端口地址分配、數(shù)據(jù)傳輸方式等?？删幊滩⑿薪涌谛酒?255A應(yīng)用舉例03其他芯片簡(jiǎn)要介紹其他常用的并行擴(kuò)展接口芯片，如8251、8257等，概述它們的功能和應(yīng)用領(lǐng)域。018155芯片介紹8155芯片的功能特點(diǎn)和應(yīng)用范圍，與8255A芯片進(jìn)行比較分析。028253芯片介紹8253芯片的功能特點(diǎn)和應(yīng)用范圍，闡述其在定時(shí)/計(jì)數(shù)方面的應(yīng)用。其他并行擴(kuò)展接口芯片簡(jiǎn)介串行通信接口技術(shù)06串行通信基本概念及工作原理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(jìn)行傳送，每一位數(shù)據(jù)都占據(jù)一個(gè)固定的時(shí)間長(zhǎng)度。串行通信工作原理串行通信通過(guò)數(shù)據(jù)線將數(shù)據(jù)按位傳送，同時(shí)需要同步時(shí)鐘信號(hào)或起始/停止位來(lái)確保數(shù)據(jù)的正確傳輸。串行通信與并行通信比較相對(duì)于并行通信，串行通信具有使用線路少、成本低、適用于遠(yuǎn)距離通信等優(yōu)點(diǎn)。串行通信定義01020304ASCII碼ASCII碼是計(jì)算機(jī)中常用的字符編碼標(biāo)準(zhǔn)，用于將字符轉(zhuǎn)換為數(shù)字進(jìn)行傳輸。波特率與數(shù)據(jù)位波特率表示每秒傳送的位數(shù)，數(shù)據(jù)位表示每個(gè)字符中的位數(shù)，常見(jiàn)的標(biāo)準(zhǔn)有7位和8位。奇偶校驗(yàn)位用于檢測(cè)數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中的錯(cuò)誤，通過(guò)在數(shù)據(jù)中添加一個(gè)額外的校驗(yàn)位來(lái)實(shí)現(xiàn)。起始位與停止位起始位表示字符的開(kāi)始，停止位表示字符的結(jié)束，用于同步接收端和發(fā)送端的數(shù)據(jù)傳輸。串行通信協(xié)議及標(biāo)準(zhǔn)硬件電路設(shè)計(jì)包括單片機(jī)的選型、電源電路、晶振電路、復(fù)位電路等設(shè)計(jì)。軟件編程實(shí)現(xiàn)通過(guò)編程語(yǔ)言（如C語(yǔ)言）編寫(xiě)程序，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送功能。調(diào)試與測(cè)試使用仿真器或?qū)嶋H硬件進(jìn)行調(diào)試和測(cè)試，確保串行通信接口電路的正確性和穩(wěn)定性。單片機(jī)串行通信接口電路設(shè)計(jì)方法VS定義了數(shù)據(jù)終端設(shè)備（DTE）和