單片機基礎(chǔ)課件第15章

單片機基礎(chǔ)課件第15章單片機概述與基礎(chǔ)單片機內(nèi)部結(jié)構(gòu)與工作原理指令系統(tǒng)與匯編語言程序設(shè)計C語言在單片機開發(fā)中應(yīng)用單片機開發(fā)工具與調(diào)試技巧單片機應(yīng)用實例分析與設(shè)計實踐contents目錄01單片機概述與基礎(chǔ)VS單片機（MicrocontrollerUnit，MCU）是一種集成電路芯片，采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理能力的中央處理器CPU、隨機存儲器RAM、只讀存儲器ROM、多種I/O口和中斷系統(tǒng)、定時器/計數(shù)器等功能（可能還包括顯示驅(qū)動電路、脈寬調(diào)制電路、模擬多路轉(zhuǎn)換器、A/D轉(zhuǎn)換器等電路）集成到一塊硅片上構(gòu)成的一個小而完善的微型計算機系統(tǒng)。發(fā)展歷程從1970年代初期誕生至今，經(jīng)歷了從4位、8位到16位、32位甚至64位的發(fā)展歷程，功能越來越強大，應(yīng)用領(lǐng)域也越來越廣泛。定義單片機定義及發(fā)展歷程智能儀器儀表、實時工控、通訊設(shè)備、導(dǎo)航系統(tǒng)、家用電器、汽車電子、醫(yī)療器械以及軍事裝備等各個領(lǐng)域。應(yīng)用領(lǐng)域體積小、功耗低、控制功能強、擴展靈活、微型化和使用方便等。特點單片機應(yīng)用領(lǐng)域與特點8051系列、PIC系列、AVR系列、ARM系列等。類型以MHz為單位，表示單片機每秒鐘可以執(zhí)行的指令數(shù)。CPU處理速度包括程序存儲器（ROM或Flash）和數(shù)據(jù)存儲器（RAM）的容量，以字節(jié)（Byte）或位（Bit）為單位。存儲器容量常見單片機類型及性能指標(biāo)

常見單片機類型及性能指標(biāo)I/O口數(shù)量及類型表示單片機可以與外部設(shè)備連接的接口數(shù)量和類型，如GPIO、ADC、DAC等。中斷系統(tǒng)支持的中斷源數(shù)量及優(yōu)先級處理能力。定時器/計數(shù)器內(nèi)置的定時器/計數(shù)器數(shù)量及功能，可用于實現(xiàn)定時、計數(shù)等操作。表示單片機正常工作所需的電壓范圍和功耗大小。表示單片機的封裝形式和引腳數(shù)量，方便在電路板上進行布局和焊接。常見單片機類型及性能指標(biāo)封裝形式及引腳數(shù)量工作電壓及功耗02單片機內(nèi)部結(jié)構(gòu)與工作原理執(zhí)行算術(shù)運算和邏輯運算，包括加法、減法、乘法、除法、比較等。運算器控制器寄存器組負責(zé)指令的取指、譯碼和執(zhí)行，控制程序流程。包括通用寄存器、專用寄存器和程序計數(shù)器，用于暫存數(shù)據(jù)和地址。030201中央處理器CPU存放程序和常數(shù)，通常是只讀存儲器（ROM）或閃存（Flash）。程序存儲器存放變量和中間結(jié)果，通常是隨機存取存儲器（RAM）。數(shù)據(jù)存儲器用于控制單片機的特定功能，如定時器、中斷等。特殊功能寄存器存儲器組織串行I/O接口用于與外部設(shè)備或電路進行串行數(shù)據(jù)傳輸，如UART、SPI、I2C等。并行I/O接口用于與外部設(shè)備或電路進行并行數(shù)據(jù)傳輸。模擬I/O接口用于模擬信號的輸入和輸出，如ADC和DAC。輸入/輸出接口電路時鐘電路提供單片機運行所需的時鐘信號，通常由晶振和振蕩器組成。復(fù)位電路用于將單片機恢復(fù)到初始狀態(tài)，通常包括上電復(fù)位和手動復(fù)位兩種方式。在復(fù)位時，單片機的寄存器、存儲器和特殊功能寄存器都會被初始化為默認值。時鐘電路與復(fù)位電路03指令系統(tǒng)與匯編語言程序設(shè)計通常由操作碼和操作數(shù)組成，操作碼指明操作性質(zhì)，操作數(shù)表示操作對象。指令格式包括立即尋址、直接尋址、間接尋址、寄存器尋址等，用于確定操作數(shù)的地址或值。尋址方式指令格式及尋址方式MOV指令用于將數(shù)據(jù)從一個位置傳送到另一個位置，如MOVA,R1（將R1的內(nèi)容傳送到累加器A）。PUSH和POP指令用于將數(shù)據(jù)壓入或彈出堆棧，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的暫存和恢復(fù)。數(shù)據(jù)傳送類指令算術(shù)運算類指令A(yù)DD和SUB指令用于執(zhí)行加法和減法運算，可處理字節(jié)或字數(shù)據(jù)。MUL和DIV指令用于執(zhí)行乘法和除法運算，通常需配合其他指令完成整個運算過程。用于執(zhí)行邏輯與、邏輯或和邏輯非運算，可處理位或字節(jié)數(shù)據(jù)。AND、OR和NOT指令用于執(zhí)行異或運算，常用于加密、解密或數(shù)據(jù)校驗等場合。XOR指令邏輯運算類指令04C語言在單片機開發(fā)中應(yīng)用03可維護性C語言程序結(jié)構(gòu)清晰，易于維護和修改；而匯編語言程序結(jié)構(gòu)復(fù)雜，維護困難。01高級語言與低級語言C語言是一種高級語言，具有較強的可讀性和可移植性；而匯編語言是低級語言，與硬件緊密相關(guān)，可讀性較差。02開發(fā)效率C語言編程效率高，易于編寫和調(diào)試；而匯編語言編程效率低，需要花費大量時間進行代碼編寫和調(diào)試。C語言與匯編語言比較C語言程序由函數(shù)組成，包括主函數(shù)和子函數(shù)。程序執(zhí)行從主函數(shù)開始，通過調(diào)用子函數(shù)實現(xiàn)各種功能。程序結(jié)構(gòu)C語言具有豐富的數(shù)據(jù)類型，如整型、浮點型、字符型等，方便進行各種數(shù)據(jù)處理。數(shù)據(jù)類型C語言提供了多種控制結(jié)構(gòu)，如順序結(jié)構(gòu)、選擇結(jié)構(gòu)和循環(huán)結(jié)構(gòu)，用于實現(xiàn)復(fù)雜的程序邏輯?？刂平Y(jié)構(gòu)C語言支持模塊化設(shè)計，可以將程序劃分為多個模塊，每個模塊實現(xiàn)特定的功能，提高程序的可讀性和可維護性。模塊化設(shè)計C語言程序結(jié)構(gòu)與設(shè)計方法易于擴展和維護C語言支持模塊化設(shè)計，可以將程序劃分為多個模塊。這種設(shè)計方式使得單片機程序易于擴展和維護，提高了程序的靈活性和可維護性?？梢浦残詮奀語言是一種通用的編程語言，具有良好的可移植性。使用C語言編寫的單片機程序可以方便地移植到其他類型的單片機上。開發(fā)效率高C語言編程效率高，可以大大縮短單片機的開發(fā)周期。同時，C語言具有豐富的庫函數(shù)和強大的數(shù)據(jù)處理能力，可以簡化單片機的編程工作。程序結(jié)構(gòu)清晰C語言程序結(jié)構(gòu)清晰，易于閱讀和理解。使用C語言編寫的單片機程序具有良好的可讀性，方便后續(xù)的維護和修改。C語言在單片機開發(fā)中的優(yōu)勢05單片機開發(fā)工具與調(diào)試技巧常見單片機開發(fā)工具Keil、IAR、STM32CubeIDE等工具選擇建議根據(jù)目標(biāo)單片機型號、開發(fā)需求和個人習(xí)慣選擇合適的開發(fā)工具工具使用入門指南安裝、配置和基本使用方法開發(fā)工具介紹及選擇建議123通用編程器和專用編程器編程器類型連接目標(biāo)單片機、選擇芯片型號、燒寫程序等使用方法確保電源穩(wěn)定、正確連接芯片、避免靜電影響等注意事項編程器使用方法和注意事項斷點設(shè)置、變量觀察、單步執(zhí)行等調(diào)試技巧檢查硬件連接、查看錯誤提示、分析代碼邏輯等問題解決思路通過具體案例講解調(diào)試過程和問題解決方法實例分析調(diào)試技巧分享和問題解決思路06單片機應(yīng)用實例分析與設(shè)計實踐根據(jù)實際需求，明確交通燈控制系統(tǒng)的基本功能和擴展功能。交通燈控制需求與功能分析設(shè)計交通燈的驅(qū)動電路、單片機最小系統(tǒng)電路等，實現(xiàn)硬件平臺的搭建。硬件電路設(shè)計編寫交通燈控制程序，實現(xiàn)定時控制、車流量檢測、緊急控制等功能。軟件程序設(shè)計對交通燈控制系統(tǒng)進行調(diào)試，優(yōu)化控制算法，提高系統(tǒng)性能。系統(tǒng)調(diào)試與優(yōu)化交通燈控制系統(tǒng)設(shè)計案例剖析ABCD溫度檢測報警系統(tǒng)設(shè)計案例剖析溫度檢測報警需求與功能分析明確溫度檢測報警系統(tǒng)的應(yīng)用場景和需求，確定系統(tǒng)應(yīng)具備的功能。軟件程序設(shè)計編寫溫度檢測報警程序，實現(xiàn)溫度數(shù)據(jù)的采集、處理、顯示和報警功能。硬件電路設(shè)計設(shè)計溫度傳感器的接口電路、報警電路等，搭建硬件平臺。系統(tǒng)調(diào)試與優(yōu)化對溫度檢測報警系統(tǒng)進行調(diào)試，優(yōu)化算法，提高系統(tǒng)準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。明確簡易計算器的應(yīng)用場景和需求，確定計算器應(yīng)具備的基本功能和擴展功能。