單片機實用技術(shù)第二章

單片機實用技術(shù)第二章單片機概述單片機內(nèi)部結(jié)構(gòu)單片機指令系統(tǒng)與匯編語言單片機C語言編程基礎(chǔ)單片機開發(fā)工具及環(huán)境配置單片機實用技術(shù)案例解析單片機概述01單片機定義與發(fā)展定義單片機是一種集成電路芯片，它將中央處理器（CPU）、存儲器、輸入輸出接口等計算機主要部件集成在一塊芯片上，構(gòu)成一個完整的微型計算機。發(fā)展歷程從20世紀70年代的第一代4位或8位單片機，到80年代的8位或16位單片機，再到90年代的高性能、大容量的16位或32位單片機，單片機的性能不斷提高，應(yīng)用領(lǐng)域也不斷擴展。常見單片機類型及特點8051系列具有高性能、低功耗、易于擴展等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制、儀器儀表等領(lǐng)域。PIC系列采用精簡指令集（RISC）結(jié)構(gòu)，執(zhí)行效率高，適用于對實時性要求較高的場合。AVR系列具有豐富的外設(shè)接口和強大的中斷處理能力，適用于復雜控制系統(tǒng)設(shè)計。ARM系列采用先進的32位RISC處理器核，具有高性能、低功耗、易于擴展等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于嵌入式系統(tǒng)、智能終端等領(lǐng)域。單片機應(yīng)用領(lǐng)域儀器儀表汽車電子如智能儀表、測量儀器等。如發(fā)動機控制、車身控制、安全系統(tǒng)等。工業(yè)控制通信設(shè)備智能家居如電機控制、溫度控制、壓力控制等。如手機、對講機、無線數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備等。如智能照明、智能安防、智能家電等。單片機內(nèi)部結(jié)構(gòu)02執(zhí)行算術(shù)和邏輯運算，處理數(shù)據(jù)。運算器控制指令的執(zhí)行，包括取指、譯碼和執(zhí)行等操作?？刂破饔糜跁捍鏀?shù)據(jù)和地址，加速CPU的運算速度。寄存器組中央處理器CPUROM（只讀存儲器）存儲固定程序和數(shù)據(jù)，不可改寫。RAM（隨機存取存儲器）可讀可寫，用于存儲變量、中間結(jié)果等。EEPROM（電可擦除可編程只讀存儲器）可重復編程和擦除，用于存儲需要長期保存的數(shù)據(jù)。存儲器并行I/O接口數(shù)據(jù)的各位同時傳送，傳輸速度快，適用于近距離通信。串行I/O接口數(shù)據(jù)一位一位地順序傳送，傳輸距離遠，成本低。中斷系統(tǒng)處理異步事件，提高CPU的利用率。輸入/輸出接口提供單片機運行的基本時鐘信號，通常由晶振和電容組成。使單片機從特定的初始狀態(tài)開始運行，通常包括上電復位和按鍵復位兩種方式。時鐘電路與復位電路復位電路時鐘電路單片機指令系統(tǒng)與匯編語言03指令是計算機執(zhí)行某種操作的命令，指令系統(tǒng)是計算機所能執(zhí)行的全部指令的集合。指令系統(tǒng)的基本概念通常包括操作碼和操作數(shù)兩部分，操作碼指明操作的性質(zhì)，如加法、減法等，操作數(shù)指明操作的對象，如寄存器、內(nèi)存單元等。指令格式根據(jù)指令的功能可分為數(shù)據(jù)傳送指令、算術(shù)運算指令、邏輯運算指令、控制轉(zhuǎn)移指令等。指令的分類指令系統(tǒng)概述尋址方式尋址方式就是處理器根據(jù)指令中給出的地址信息來尋找有效地址的方式，是確定本條指令的數(shù)據(jù)地址以及下一條要執(zhí)行的指令地址的方法。數(shù)據(jù)傳送指令用于在存儲器和寄存器之間傳送數(shù)據(jù)，或把數(shù)據(jù)從寄存器中送入累加器進行運算。數(shù)據(jù)傳送指令包括MOV、PUSH、POP等。尋址方式與數(shù)據(jù)傳送指令VS用于執(zhí)行加、減、乘、除等算術(shù)運算，包括ADD、SUB、MUL、DIV等。邏輯運算指令用于執(zhí)行與、或、非等邏輯運算，包括AND、OR、NOT等。算術(shù)運算指令算術(shù)運算和邏輯運算指令01JMP，無條件地轉(zhuǎn)移到指定的內(nèi)存地址，并從該地址開始執(zhí)行。無條件轉(zhuǎn)移指令02根據(jù)某種條件（如比較結(jié)果）來決定是否轉(zhuǎn)移，如JZ（結(jié)果為0則轉(zhuǎn)移）、JNZ（結(jié)果不為0則轉(zhuǎn)移）等。條件轉(zhuǎn)移指令03CALL和RET，CALL用于調(diào)用子程序，RET用于從子程序返回。子程序調(diào)用與返回指令控制轉(zhuǎn)移類指令單片機C語言編程基礎(chǔ)0403豐富的庫函數(shù)C語言提供了豐富的庫函數(shù)，可簡化單片機編程過程，提高開發(fā)效率。01高效性C語言編寫的程序執(zhí)行效率高，適合對性能要求嚴格的單片機系統(tǒng)。02可移植性C語言具有良好的跨平臺特性，編寫的程序可方便地在不同型號的單片機上移植。C語言在單片機開發(fā)中應(yīng)用運算符C語言提供了豐富的運算符，包括算術(shù)運算符、關(guān)系運算符、邏輯運算符等，用于實現(xiàn)各種復雜的數(shù)據(jù)處理和邏輯判斷。表達式由運算符和操作數(shù)組成的表達式是C語言編程的基礎(chǔ)，可實現(xiàn)數(shù)據(jù)的計算、比較和邏輯判斷等功能。數(shù)據(jù)類型C語言支持多種數(shù)據(jù)類型，如整型、浮點型、字符型等，以滿足不同數(shù)據(jù)處理需求。數(shù)據(jù)類型、運算符與表達式條件語句通過if、else等關(guān)鍵字實現(xiàn)條件判斷，根據(jù)條件執(zhí)行不同的代碼塊。循環(huán)語句通過for、while等關(guān)鍵字實現(xiàn)循環(huán)結(jié)構(gòu)，用于重復執(zhí)行某段代碼。開關(guān)語句通過switch、case等關(guān)鍵字實現(xiàn)多路分支結(jié)構(gòu)，根據(jù)不同情況執(zhí)行不同的代碼塊。流程控制語句函數(shù)調(diào)用通過函數(shù)調(diào)用實現(xiàn)模塊間的交互和協(xié)同工作，簡化程序結(jié)構(gòu)。函數(shù)參數(shù)傳遞通過函數(shù)參數(shù)傳遞實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享和交換，增強程序的靈活性和可擴展性。函數(shù)定義通過函數(shù)定義實現(xiàn)代碼模塊化，提高程序的可讀性和可維護性。函數(shù)定義與調(diào)用單片機開發(fā)工具及環(huán)境配置05KeilC51KeilC51是美國KeilSoftware公司出品的51系列兼容單片機C語言軟件開發(fā)系統(tǒng)，提供了包括C編譯器、宏匯編、鏈接器、庫管理和一個功能強大的仿真調(diào)試器等在內(nèi)的完整開發(fā)方案。IAREmbeddedWorkbenchIAREmbeddedWorkbench是一款支持多種8位、16位、32位微控制器的嵌入式開發(fā)環(huán)境，提供編譯器、調(diào)試器、匯編器、鏈接器等工具，支持C/C語言開發(fā)。MPLABXIDEMPLABXIDE是Microchip公司推出的跨平臺集成開發(fā)環(huán)境，支持Microchip的8位、16位、32位微控制器和DSP芯片，提供編譯器、調(diào)試器、編程器等功能。開發(fā)工具介紹開發(fā)環(huán)境搭建與配置01安裝KeilC51或IAREmbeddedWorkbench等開發(fā)工具，根據(jù)安裝向?qū)瓿砂惭b過程。02配置開發(fā)工具的工程選項，包括選擇目標芯片型號、設(shè)置編程語言、配置編譯器選項等。03建立新的工程文件，編寫或?qū)朐创a文件，并進行編譯和鏈接操作。04配置調(diào)試器選項，連接目標芯片并設(shè)置斷點，進行在線仿真和調(diào)試。01將編程器/燒錄器與目標芯片連接，確保連接正確且穩(wěn)定。02打開編程器/燒錄器軟件，選擇目標芯片型號和相應(yīng)的操作模式（如編程模式、校驗?zāi)Ｊ降龋?3加載要燒錄的程序文件（如.hex或.bin文件），并進行編譯和鏈接操作。04點擊“開始”按鈕進行燒錄操作，等待燒錄完成后斷開編程器/燒錄器與目標芯片的連接。編程器/燒錄器使用方法單片機實用技術(shù)案例解析06LED閃爍實驗2.編寫程序使用單片機編程語言（如C語言或匯編語言）編寫程序，控制I/O口的電平變化，從而實現(xiàn)LED燈的閃爍。1.連接電路將LED燈的正極連接到單片機的某個I/O口，負極接地。實驗?zāi)康耐ㄟ^LED閃爍實驗，掌握單片機I/O口的基本操作，理解單片機如何控制外部設(shè)備。3.編譯并下載程序?qū)⒕帉懞玫某绦蚓幾g成機器碼，并下載到單片機中。4.觀察現(xiàn)象接通電源，觀察LED燈的閃爍情況。實驗?zāi)康耐ㄟ^按鍵輸入實驗，掌握單片機中斷處理機制，理解單片機如何響應(yīng)外部事件。將按鍵的一端連接到單片機的某個I/O口，另一端接地。同時連接一個上拉電阻，確保在無按鍵按下時I/O口處于高電平狀態(tài)。編寫程序檢測I/O口的電平變化，當檢測到按鍵按下時，執(zhí)行相應(yīng)的操作。將編寫好的程序編譯成機器碼，并下載到單片機中。按下按鍵，觀察單片機的響應(yīng)情況。1.連接電路3.編譯并下載程序4.觀察現(xiàn)象2.編寫程序按鍵輸入實驗串口通信實驗實驗?zāi)康耐ㄟ^串口通信實驗，掌握單片機與計算機或其他設(shè)備之間的通信原理和實現(xiàn)方法。1.連接電路將單片機的串口與計算機的串口或USB轉(zhuǎn)串口模塊連接。2.配置串口參數(shù)設(shè)置單片機的串口波特率、數(shù)據(jù)位、停止位和校驗位等參數(shù)，確保與計算機的串口參數(shù)一致。3.編寫程序編寫程序?qū)崿F(xiàn)單片機向計算機發(fā)送數(shù)據(jù)，并接收計算機發(fā)送的數(shù)據(jù)。4.編譯并下載程序?qū)⒕帉懞玫某绦蚓幾g成機器碼，并下載到單片機中。5.觀察現(xiàn)象運行程序，觀察單片機與計算機之間的通信情況。實驗?zāi)康耐ㄟ^A/D轉(zhuǎn)換實驗，掌握模擬信號與數(shù)字信號之間的轉(zhuǎn)換原理和實現(xiàn)方法。3.編寫程序編寫程序讀取A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果，并