單片機(jī)基礎(chǔ)課件第15章

單片機(jī)基礎(chǔ)課件第15章單片機(jī)概述與基礎(chǔ)單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)與工作原理指令系統(tǒng)與匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)C語(yǔ)言在單片機(jī)開(kāi)發(fā)中應(yīng)用單片機(jī)開(kāi)發(fā)工具與調(diào)試技巧單片機(jī)應(yīng)用實(shí)例分析與設(shè)計(jì)實(shí)踐contents目錄01單片機(jī)概述與基礎(chǔ)VS單片機(jī)（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(jī)存儲(chǔ)器RAM、只讀存儲(chǔ)器ROM、多種I/O口和中斷系統(tǒng)、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器等功能（可能還包括顯示驅(qū)動(dòng)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(gè)小而完善的微型計(jì)算機(jī)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(lái)越強(qiáng)大，應(yīng)用領(lǐng)域也越來(lái)越廣泛。定義單片機(jī)定義及發(fā)展歷程智能儀器儀表、實(shí)時(shí)工控、通訊設(shè)備、導(dǎo)航系統(tǒng)、家用電器、汽車(chē)電子、醫(yī)療器械以及軍事裝備等各個(gè)領(lǐng)域。應(yīng)用領(lǐng)域體積小、功耗低、控制功能強(qiáng)、擴(kuò)展靈活、微型化和使用方便等。特點(diǎn)單片機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域與特點(diǎn)8051系列、PIC系列、AVR系列、ARM系列等。類(lèi)型以MHz為單位，表示單片機(jī)每秒鐘可以執(zhí)行的指令數(shù)。CPU處理速度包括程序存儲(chǔ)器（ROM或Flash）和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM）的容量，以字節(jié)（Byte）或位（Bit）為單位。存儲(chǔ)器容量常見(jiàn)單片機(jī)類(lèi)型及性能指標(biāo)

常見(jiàn)單片機(jī)類(lèi)型及性能指標(biāo)I/O口數(shù)量及類(lèi)型表示單片機(jī)可以與外部設(shè)備連接的接口數(shù)量和類(lèi)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(jí)處理能力。定時(shí)器/計(jì)數(shù)器內(nèi)置的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器數(shù)量及功能，可用于實(shí)現(xiàn)定時(shí)、計(jì)數(shù)等操作。表示單片機(jī)正常工作所需的電壓范圍和功耗大小。表示單片機(jī)的封裝形式和引腳數(shù)量，方便在電路板上進(jìn)行布局和焊接。常見(jiàn)單片機(jī)類(lèi)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(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)與工作原理執(zhí)行算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算，包括加法、減法、乘法、除法、比較等。運(yùn)算器控制器寄存器組負(fù)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(zhuān)用寄存器和程序計(jì)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(chǔ)器（ROM）或閃存（Flash）。程序存儲(chǔ)器存放變量和中間結(jié)果，通常是隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（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)器組織串行I/O接口用于與外部設(shè)備或電路進(jìn)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(jìn)行并行數(shù)據(jù)傳輸。模擬I/O接口用于模擬信號(hào)的輸入和輸出，如ADC和DAC。輸入/輸出接口電路時(shí)鐘電路提供單片機(jī)運(yùn)行所需的時(shí)鐘信號(hào)，通常由晶振和振蕩器組成。復(fù)位電路用于將單片機(jī)恢復(fù)到初始狀態(tài)，通常包括上電復(fù)位和手動(dòng)復(fù)位兩種方式。在復(fù)位時(shí)，單片機(jī)的寄存器、存儲(chǔ)器和特殊功能寄存器都會(huì)被初始化為默認(rèn)值。時(shí)鐘電路與復(fù)位電路03指令系統(tǒng)與匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)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(duì)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(gè)位置傳送到另一個(gè)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(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的暫存和恢復(fù)。數(shù)據(jù)傳送類(lèi)指令算術(shù)運(yùn)算類(lèi)指令A(yù)DD和SUB指令用于執(zhí)行加法和減法運(yùn)算，可處理字節(jié)或字?jǐn)?shù)據(jù)。MUL和DIV指令用于執(zhí)行乘法和除法運(yùn)算，通常需配合其他指令完成整個(gè)運(yùn)算過(guò)程。用于執(zhí)行邏輯與、邏輯或和邏輯非運(yùn)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(yùn)算，常用于加密、解密或數(shù)據(jù)校驗(yàn)等場(chǎng)合。XOR指令邏輯運(yùn)算類(lèi)指令04C語(yǔ)言在單片機(jī)開(kāi)發(fā)中應(yīng)用03可維護(hù)性C語(yǔ)言程序結(jié)構(gòu)清晰，易于維護(hù)和修改；而匯編語(yǔ)言程序結(jié)構(gòu)復(fù)雜，維護(hù)困難。01高級(jí)語(yǔ)言與低級(jí)語(yǔ)言C語(yǔ)言是一種高級(jí)語(yǔ)言，具有較強(qiáng)的可讀性和可移植性；而匯編語(yǔ)言是低級(jí)語(yǔ)言，與硬件緊密相關(guān)，可讀性較差。02開(kāi)發(fā)效率C語(yǔ)言編程效率高，易于編寫(xiě)和調(diào)試；而匯編語(yǔ)言編程效率低，需要花費(fèi)大量時(shí)間進(jìn)行代碼編寫(xiě)和調(diào)試。C語(yǔ)言與匯編語(yǔ)言比較C語(yǔ)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(kāi)始，通過(guò)調(diào)用子函數(shù)實(shí)現(xiàn)各種功能。程序結(jié)構(gòu)C語(yǔ)言具有豐富的數(shù)據(jù)類(lèi)型，如整型、浮點(diǎn)型、字符型等，方便進(jìn)行各種數(shù)據(jù)處理。數(shù)據(jù)類(lèi)型C語(yǔ)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(shí)現(xiàn)復(fù)雜的程序邏輯?？刂平Y(jié)構(gòu)C語(yǔ)言支持模塊化設(shè)計(jì)，可以將程序劃分為多個(gè)模塊，每個(gè)模塊實(shí)現(xiàn)特定的功能，提高程序的可讀性和可維護(hù)性。模塊化設(shè)計(jì)C語(yǔ)言程序結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)方法易于擴(kuò)展和維護(hù)C語(yǔ)言支持模塊化設(shè)計(jì)，可以將程序劃分為多個(gè)模塊。這種設(shè)計(jì)方式使得單片機(jī)程序易于擴(kuò)展和維護(hù)，提高了程序的靈活性和可維護(hù)性?？梢浦残詮?qiáng)C語(yǔ)言是一種通用的編程語(yǔ)言，具有良好的可移植性。使用C語(yǔ)言編寫(xiě)的單片機(jī)程序可以方便地移植到其他類(lèi)型的單片機(jī)上。開(kāi)發(fā)效率高C語(yǔ)言編程效率高，可以大大縮短單片機(jī)的開(kāi)發(fā)周期。同時(shí)，C語(yǔ)言具有豐富的庫(kù)函數(shù)和強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力，可以簡(jiǎn)化單片機(jī)的編程工作。程序結(jié)構(gòu)清晰C語(yǔ)言程序結(jié)構(gòu)清晰，易于閱讀和理解。使用C語(yǔ)言編寫(xiě)的單片機(jī)程序具有良好的可讀性，方便后續(xù)的維護(hù)和修改。C語(yǔ)言在單片機(jī)開(kāi)發(fā)中的優(yōu)勢(shì)05單片機(jī)開(kāi)發(fā)工具與調(diào)試技巧常見(jiàn)單片機(jī)開(kāi)發(fā)工具Keil、IAR、STM32CubeIDE等工具選擇建議根據(jù)目標(biāo)單片機(jī)型號(hào)、開(kāi)發(fā)需求和個(gè)人習(xí)慣選擇合適的開(kāi)發(fā)工具工具使用入門(mén)指南安裝、配置和基本使用方法開(kāi)發(fā)工具介紹及選擇建議123通用編程器和專(zhuān)用編程器編程器類(lèi)型連接目標(biāo)單片機(jī)、選擇芯片型號(hào)、燒寫(xiě)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(xiàng)編程器使用方法和注意事項(xiàng)斷點(diǎn)設(shè)置、變量觀(guān)察、單步執(zhí)行等調(diào)試技巧檢查硬件連接、查看錯(cuò)誤提示、分析代碼邏輯等問(wèn)題解決思路通過(guò)具體案例講解調(diào)試過(guò)程和問(wèn)題解決方法實(shí)例分析調(diào)試技巧分享和問(wèn)題解決思路06單片機(jī)應(yīng)用實(shí)例分析與設(shè)計(jì)實(shí)踐根據(jù)實(shí)際需求，明確交通燈控制系統(tǒng)的基本功能和擴(kuò)展功能。交通燈控制需求與功能分析設(shè)計(jì)交通燈的驅(qū)動(dòng)電路、單片機(jī)最小系統(tǒng)電路等，實(shí)現(xiàn)硬件平臺(tái)的搭建。硬件電路設(shè)計(jì)編寫(xiě)交通燈控制程序，實(shí)現(xiàn)定時(shí)控制、車(chē)流量檢測(cè)、緊急控制等功能。軟件程序設(shè)計(jì)對(duì)交通燈控制系統(tǒng)進(jìn)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(jì)案例剖析ABCD溫度檢測(cè)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)案例剖析溫度檢測(cè)報(bào)警需求與功能分析明確溫度檢測(cè)報(bào)警系統(tǒng)的應(yīng)用場(chǎng)景和需求，確定系統(tǒng)應(yīng)具備的功能。軟件程序設(shè)計(jì)編寫(xiě)溫度檢測(cè)報(bào)警程序，實(shí)現(xiàn)溫度數(shù)據(jù)的采集、處理、顯示和報(bào)警功能。硬件電路設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)溫度傳感器的接口電路、報(bào)警電路等，搭建硬件平臺(tái)。系統(tǒng)調(diào)試與優(yōu)化對(duì)溫度檢測(cè)報(bào)警系統(tǒng)進(jìn)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(jiǎn)易計(jì)算器的應(yīng)用場(chǎng)景和需求，確定計(jì)算器應(yīng)具備的基本功能和擴(kuò)展功能。