單片機(jī)原理及應(yīng)用(胡乾斌)第十一章

單片機(jī)原理及應(yīng)用(胡乾斌)第十一章CATALOGUE目錄第十一章概述單片機(jī)系統(tǒng)擴(kuò)展技術(shù)并行I/O口擴(kuò)展技術(shù)串行通信及接口技術(shù)A/D和D/A轉(zhuǎn)換接口技術(shù)中斷與定時(shí)/計(jì)數(shù)器應(yīng)用人機(jī)交互設(shè)備接口技術(shù)第十一章概述CATALOGUE01掌握單片機(jī)的基本概念和原理，包括單片機(jī)的組成、工作原理、指令系統(tǒng)、中斷系統(tǒng)等。了解單片機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域和發(fā)展趨勢(shì)，如智能家居、工業(yè)自動(dòng)化、物聯(lián)網(wǎng)等。掌握單片機(jī)的編程語(yǔ)言和開(kāi)發(fā)工具，如匯編語(yǔ)言、C語(yǔ)言、Keil等。能夠進(jìn)行簡(jiǎn)單的單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì)，如LED閃爍、數(shù)碼管顯示等。01020304章節(jié)內(nèi)容與目標(biāo)一種集成在單個(gè)芯片上的微型計(jì)算機(jī)，具有微處理器、存儲(chǔ)器、輸入輸出接口等功能。單片機(jī)用于編寫(xiě)、調(diào)試和燒錄單片機(jī)程序的軟件工具，如Keil、IAR等。開(kāi)發(fā)工具單片機(jī)執(zhí)行各種操作的命令集合，包括數(shù)據(jù)傳送、算術(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算、控制轉(zhuǎn)移等指令。指令系統(tǒng)單片機(jī)處理外部或內(nèi)部異步事件的一種機(jī)制，用于實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)響應(yīng)和多任務(wù)處理。中斷系統(tǒng)用于編寫(xiě)單片機(jī)程序的語(yǔ)言，常用的有匯編語(yǔ)言和高級(jí)語(yǔ)言如C語(yǔ)言。編程語(yǔ)言0201030405關(guān)鍵概念與知識(shí)點(diǎn)單片機(jī)系統(tǒng)擴(kuò)展技術(shù)CATALOGUE02通過(guò)并行接口與單片機(jī)連接，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的高速傳輸和處理。并行擴(kuò)展法串行擴(kuò)展法中斷擴(kuò)展法利用串行通信協(xié)議，通過(guò)串行接口與單片機(jī)連接，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)傳輸。通過(guò)外部中斷方式，將外部設(shè)備或電路與單片機(jī)連接，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)響應(yīng)和處理。030201系統(tǒng)擴(kuò)展方法用于擴(kuò)展單片機(jī)的程序存儲(chǔ)器或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，如6264、62256等。RAM芯片用于擴(kuò)展單片機(jī)的程序存儲(chǔ)器，可實(shí)現(xiàn)程序的固化，如2764、27128等。EPROM芯片具有可擦寫(xiě)功能，用于擴(kuò)展單片機(jī)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器或?qū)崿F(xiàn)掉電數(shù)據(jù)保存，如2816、2864等。EEPROM芯片用于擴(kuò)展單片機(jī)的I/O端口數(shù)量或?qū)崿F(xiàn)特殊功能的I/O操作，如8255、8155等。I/O接口芯片典型芯片介紹利用RAM芯片擴(kuò)展數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的實(shí)例通過(guò)地址譯碼器將RAM芯片與單片機(jī)的地址總線、數(shù)據(jù)總線和控制總線連接，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的擴(kuò)展。利用EPROM芯片擴(kuò)展程序存儲(chǔ)器的實(shí)例將EPROM芯片與單片機(jī)的地址總線、數(shù)據(jù)總線和控制總線連接，通過(guò)編程器將程序?qū)懭隕PROM芯片，實(shí)現(xiàn)程序存儲(chǔ)器的擴(kuò)展。利用I/O接口芯片擴(kuò)展I/O端口的實(shí)例將I/O接口芯片與單片機(jī)的地址總線、數(shù)據(jù)總線和控制總線連接，通過(guò)對(duì)I/O接口芯片編程，實(shí)現(xiàn)I/O端口的擴(kuò)展和特殊功能的I/O操作。擴(kuò)展實(shí)例分析并行I/O口擴(kuò)展技術(shù)CATALOGUE03并行I/O口是指微處理器與外部設(shè)備之間通過(guò)并行方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)慕涌凇２⑿蠭/O口定義數(shù)據(jù)傳輸速率快，適用于需要高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)膱?chǎng)合。并行I/O口特點(diǎn)根據(jù)數(shù)據(jù)傳輸方式的不同，可分為單向并行I/O口和雙向并行I/O口。并行I/O口分類并行I/O口概述

8255可編程并行I/O口擴(kuò)展8255芯片介紹8255是一款可編程的并行I/O接口芯片，具有3個(gè)8位的并行I/O口，可通過(guò)編程實(shí)現(xiàn)不同的數(shù)據(jù)傳輸和控制功能。8255工作原理8255芯片內(nèi)部包含控制寄存器、數(shù)據(jù)寄存器和狀態(tài)寄存器，通過(guò)微處理器對(duì)8255芯片進(jìn)行編程，可實(shí)現(xiàn)對(duì)并行I/O口的讀寫(xiě)操作。8255應(yīng)用實(shí)例8255芯片可應(yīng)用于打印機(jī)接口、鍵盤接口、LED顯示接口等場(chǎng)合。8155是一款與8255類似的并行I/O接口芯片，具有2個(gè)8位的并行I/O口和1個(gè)6位的并行I/O口，可通過(guò)編程實(shí)現(xiàn)不同的數(shù)據(jù)傳輸和控制功能。8155芯片介紹8237是一款DMA（直接內(nèi)存訪問(wèn)）控制器芯片，具有4個(gè)并行的DMA通道，可實(shí)現(xiàn)高速數(shù)據(jù)傳輸。8237芯片介紹除了8255、8155和8237之外，還有其他一些并行I/O口芯片，如8279、82C55等，它們具有不同的功能和特點(diǎn)，可根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行選擇和應(yīng)用。其他并行I/O口芯片其他并行I/O口芯片擴(kuò)展串行通信及接口技術(shù)CATALOGUE04串行通信是一種數(shù)據(jù)傳輸方式，數(shù)據(jù)在傳輸過(guò)程中按位（bit）進(jìn)行傳送，與并行通信相比，具有使用傳輸線少、成本低的特點(diǎn)。串行通信定義根據(jù)數(shù)據(jù)傳輸方向，串行通信可分為單工、半雙工和全雙工三種方式。串行通信分類為保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性和可靠性，串行通信需要遵循一定的協(xié)議，包括起始位、數(shù)據(jù)位、校驗(yàn)位和停止位等。串行通信協(xié)議串行通信基本概念123RS-232C是一種常用的串行通信接口標(biāo)準(zhǔn)，定義了數(shù)據(jù)終端設(shè)備（DTE）和數(shù)據(jù)通信設(shè)備（DCE）之間的接口規(guī)范。RS-232C標(biāo)準(zhǔn)概述RS-232C采用負(fù)邏輯電平，即邏輯“1”對(duì)應(yīng)-3V～-15V電平，邏輯“0”對(duì)應(yīng)+3V～+15V電平。RS-232C信號(hào)電平在計(jì)算機(jī)串行通信、調(diào)制解調(diào)器、打印機(jī)等設(shè)備中廣泛應(yīng)用。RS-232C應(yīng)用實(shí)例RS-232C標(biāo)準(zhǔn)及應(yīng)用I2C總線技術(shù)I2C（Inter-IntegratedCircuit）總線是由Philips公司開(kāi)發(fā)的一種簡(jiǎn)單、雙向二線制同步串行總線，具有多主機(jī)、仲裁和廣播等功能。SPI總線技術(shù)SPI（SerialPeripheralInterface）是一種同步串行外設(shè)接口規(guī)范，采用主從模式進(jìn)行通信，具有高速、全雙工和簡(jiǎn)單易用的特點(diǎn)。其他串行總線技術(shù)除了SPI和I2C外，還有UART、USB等串行總線技術(shù)，在各自的應(yīng)用領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。SPI、I2C等串行總線技術(shù)A/D和D/A轉(zhuǎn)換接口技術(shù)CATALOGUE05A/D轉(zhuǎn)換原理及常用芯片介紹將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，主要包括采樣、保持、量化和編碼四個(gè)步驟。8位逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器，具有8路模擬輸入端，可處理8位數(shù)字量。12位串行A/D轉(zhuǎn)換器，具有11個(gè)模擬輸入端和1個(gè)內(nèi)部自測(cè)試輸入端。24位高精度A/D轉(zhuǎn)換器，適用于高精度測(cè)量和控制系統(tǒng)。A/D轉(zhuǎn)換原理ADC0809TLC2543ADS1256D/A轉(zhuǎn)換原理DAC0832TLC5615AD574AD/A轉(zhuǎn)換原理及常用芯片介紹01020304將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)，主要包括解碼、數(shù)模轉(zhuǎn)換、運(yùn)算放大和濾波等步驟。8位并行D/A轉(zhuǎn)換器，具有雙緩沖、單緩沖和直通三種工作方式。10位串行D/A轉(zhuǎn)換器，具有低功耗、高精度和低溫漂等特點(diǎn)。12位高精度D/A轉(zhuǎn)換器，具有內(nèi)部參考電壓源和可編程的電流輸出功能。03A/D和D/A轉(zhuǎn)換綜合應(yīng)用實(shí)例結(jié)合具體應(yīng)用場(chǎng)景，介紹A/D和D/A轉(zhuǎn)換接口的綜合應(yīng)用方法，如溫度測(cè)量、壓力控制等。01A/D轉(zhuǎn)換接口設(shè)計(jì)實(shí)例以ADC0809為例，介紹其與單片機(jī)的接口電路設(shè)計(jì)和軟件編程方法。02D/A轉(zhuǎn)換接口設(shè)計(jì)實(shí)例以DAC0832為例，介紹其與單片機(jī)的接口電路設(shè)計(jì)和軟件編程方法。A/D和D/A轉(zhuǎn)換接口設(shè)計(jì)實(shí)例中斷與定時(shí)/計(jì)數(shù)器應(yīng)用CATALOGUE06中斷定義：中斷是指CPU在執(zhí)行程序過(guò)程中，由于某種原因需要暫時(shí)停止當(dāng)前程序執(zhí)行，轉(zhuǎn)而去執(zhí)行另一段特殊程序（中斷服務(wù)程序），待中斷服務(wù)程序執(zhí)行完畢后，再自動(dòng)返回原程序繼續(xù)執(zhí)行的過(guò)程。中斷基本概念及處理過(guò)程中斷源引起中斷發(fā)生的各種事件或原因稱為中斷源。中斷向量中斷服務(wù)程序的入口地址稱為中斷向量。中斷處理過(guò)程包括中斷響應(yīng)、中斷處理和中斷返回三個(gè)階段。在中斷響應(yīng)階段，CPU保存現(xiàn)場(chǎng)信息，轉(zhuǎn)入中斷服務(wù)程序；在中斷處理階段，執(zhí)行中斷服務(wù)程序；在中斷返回階段，恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)信息，返回原程序繼續(xù)執(zhí)行。中斷基本概念及處理過(guò)程定時(shí)/計(jì)數(shù)器基本概念01定時(shí)/計(jì)數(shù)器是單片機(jī)內(nèi)部的一種特殊功能部件，可用于實(shí)現(xiàn)定時(shí)或計(jì)數(shù)功能。定時(shí)/計(jì)數(shù)器工作原理02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)來(lái)實(shí)現(xiàn)定時(shí)或計(jì)數(shù)功能。當(dāng)計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值達(dá)到設(shè)定值時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)中斷請(qǐng)求信號(hào)，觸發(fā)相應(yīng)的中斷服務(wù)程序。定時(shí)/計(jì)數(shù)器編程方法03包括初始化定時(shí)/計(jì)數(shù)器、設(shè)置計(jì)數(shù)初值、啟動(dòng)定時(shí)/計(jì)數(shù)器和處理定時(shí)/計(jì)數(shù)器中斷等步驟。具體實(shí)現(xiàn)方法因單片機(jī)型號(hào)和編程語(yǔ)言而異。定時(shí)/計(jì)數(shù)器工作原理及編程方法中斷與定時(shí)/計(jì)數(shù)器綜合應(yīng)用實(shí)例利用定時(shí)器實(shí)現(xiàn)精確延時(shí)。通過(guò)配置定時(shí)器初值和啟動(dòng)定時(shí)器，可以實(shí)現(xiàn)精確的延時(shí)功能，用于控制程序的執(zhí)行時(shí)間。實(shí)例二利用外部中斷實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集。通過(guò)配置外部中斷觸發(fā)方式和中斷服務(wù)程序，可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集和處理功能，用于監(jiān)測(cè)外部信號(hào)的變化并作出相應(yīng)處理。實(shí)例三利用定時(shí)器和中斷實(shí)現(xiàn)多任務(wù)調(diào)度。通過(guò)配置多個(gè)定時(shí)器和相應(yīng)的中斷服務(wù)程序，可以實(shí)現(xiàn)多任務(wù)調(diào)度功能，用于同時(shí)處理多個(gè)任務(wù)并提高系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性能。實(shí)例一人機(jī)交互設(shè)備接口技術(shù)CATALOGUE07鍵盤工作原理介紹鍵盤的基本工作原理，包括按鍵開(kāi)關(guān)的通斷、行列掃描等。鍵盤接口電路詳細(xì)闡述鍵盤接口電路的設(shè)計(jì)，包括與單片機(jī)的連接方式、接口芯片的選擇等。鍵盤輸入程序設(shè)計(jì)提供鍵盤輸入程序設(shè)計(jì)的思路和方法，包括按鍵識(shí)別、鍵值編碼等。鍵盤接口設(shè)計(jì)簡(jiǎn)要介紹常見(jiàn)的顯示器件，如LED、LCD等。顯示器件概述詳細(xì)闡述顯示接口電路的設(shè)計(jì)，包括與單片機(jī)的連接方式、顯示驅(qū)動(dòng)芯片的選擇等。顯示