單片機(jī)接口技術(shù)教學(xué)課件

單片機(jī)接口技術(shù)課程目標(biāo)了解單片機(jī)接口技術(shù)的概念和分類。掌握單片機(jī)接口技術(shù)的編程方法和技巧。能夠應(yīng)用單片機(jī)接口技術(shù)解決實(shí)際問(wèn)題。單片機(jī)簡(jiǎn)介單片機(jī)，也稱為微控制器，是一種集成電路芯片，它將中央處理器(CPU)、內(nèi)存(RAM和ROM)、輸入/輸出(I/O)端口和定時(shí)器/計(jì)數(shù)器等功能集成在一個(gè)芯片內(nèi)。單片機(jī)是嵌入式系統(tǒng)中不可或缺的核心組件，它可以根據(jù)程序控制外部設(shè)備，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制、數(shù)據(jù)采集、信號(hào)處理等功能。單片機(jī)組成中央處理器(CPU)負(fù)責(zé)執(zhí)行程序，控制整個(gè)單片機(jī)的運(yùn)行。隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)用于存儲(chǔ)正在運(yùn)行的程序和數(shù)據(jù)。只讀存儲(chǔ)器(ROM)用于存儲(chǔ)固化的程序和數(shù)據(jù)。外設(shè)接口用于與外部設(shè)備進(jìn)行通信，例如傳感器、顯示器等。單片機(jī)特點(diǎn)1體積小巧單片機(jī)芯片體積非常小，通常只有幾平方毫米。2功耗低單片機(jī)通常使用低功耗技術(shù)，可以延長(zhǎng)電池壽命。3成本低單片機(jī)是價(jià)格低廉的微型計(jì)算機(jī)，可以用于各種應(yīng)用。4可靠性高單片機(jī)設(shè)計(jì)用于在惡劣環(huán)境下可靠運(yùn)行。單片機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域工業(yè)自動(dòng)化控制生產(chǎn)線、機(jī)器人、傳感器、自動(dòng)化設(shè)備等。消費(fèi)電子手機(jī)、平板電腦、數(shù)碼相機(jī)、智能家居、游戲機(jī)等。汽車電子發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)、安全氣囊系統(tǒng)、車身控制系統(tǒng)等。醫(yī)療設(shè)備醫(yī)療儀器、診斷設(shè)備、監(jiān)護(hù)系統(tǒng)等。單片機(jī)接口技術(shù)概述1接口定義單片機(jī)接口是指單片機(jī)與外部設(shè)備之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的橋梁，使單片機(jī)能夠控制或與外部設(shè)備進(jìn)行通信。2接口類型單片機(jī)接口類型豐富，常見(jiàn)的有數(shù)字IO接口、模擬接口、串行接口、并行接口、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器接口和中斷接口等。3接口應(yīng)用通過(guò)接口，單片機(jī)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)外部設(shè)備的控制，例如控制電機(jī)、傳感器、顯示器等，也可以獲取外部設(shè)備的數(shù)據(jù)，例如讀取傳感器數(shù)據(jù)、接收鍵盤(pán)輸入等。數(shù)字IO接口輸入端口讀取外部信號(hào)，例如開(kāi)關(guān)狀態(tài)、傳感器數(shù)據(jù)。輸出端口控制外部設(shè)備，例如LED燈、電機(jī)。數(shù)字IO接口的工作原理1輸入模式讀取外部設(shè)備數(shù)據(jù)2輸出模式控制外部設(shè)備3雙向模式輸入和輸出都可數(shù)字IO接口的編程配置端口方向設(shè)置引腳為輸入或輸出模式。讀寫(xiě)數(shù)據(jù)從輸入引腳讀取數(shù)據(jù)，或?qū)懭霐?shù)據(jù)到輸出引腳?？刂贫丝跔顟B(tài)設(shè)置引腳的高低電平，例如設(shè)置LED燈的亮滅。數(shù)字IO接口的應(yīng)用實(shí)例數(shù)字IO接口可用于控制各種外部設(shè)備，例如LED燈、電機(jī)、傳感器等。例如，可以通過(guò)數(shù)字IO接口控制LED燈的亮滅，通過(guò)數(shù)字IO接口讀取傳感器數(shù)據(jù)，然后進(jìn)行相應(yīng)的處理。模擬接口模擬信號(hào)模擬接口負(fù)責(zé)將單片機(jī)內(nèi)部的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)，或?qū)⑼獠康哪M信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。傳感器許多傳感器，如溫度傳感器、壓力傳感器、光傳感器等，輸出模擬信號(hào)。執(zhí)行器一些執(zhí)行器，如電機(jī)、LED燈等，需要模擬信號(hào)控制。模擬接口的工作原理1模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換將模擬量轉(zhuǎn)換為單片機(jī)可識(shí)別的數(shù)字量2數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換將數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬量，輸出控制模擬設(shè)備3模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)用于模擬信號(hào)到數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換4數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)用于數(shù)字信號(hào)到模擬信號(hào)的轉(zhuǎn)換模擬接口的編程1ADC轉(zhuǎn)換將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)2DAC轉(zhuǎn)換將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)3PWM控制使用脈沖寬度調(diào)制來(lái)控制模擬量模擬接口的應(yīng)用實(shí)例溫度測(cè)量模擬接口可以連接溫度傳感器，并將溫度信息轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，用于溫度監(jiān)測(cè)和控制。壓力監(jiān)測(cè)壓力傳感器通過(guò)模擬接口將壓力信息傳遞給單片機(jī)，實(shí)現(xiàn)對(duì)壓力變化的實(shí)時(shí)監(jiān)控。電機(jī)控制模擬接口可以用于控制電機(jī)轉(zhuǎn)速、方向等參數(shù)，實(shí)現(xiàn)電機(jī)精準(zhǔn)控制。串行接口數(shù)據(jù)傳輸方式串行接口通過(guò)單條數(shù)據(jù)線，逐位傳輸數(shù)據(jù)。節(jié)省引腳與并行接口相比，串行接口節(jié)省了引腳，適用于需要連接多個(gè)外設(shè)的場(chǎng)合。傳輸距離遠(yuǎn)串行接口可以通過(guò)增加傳輸線長(zhǎng)度實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)傳輸。串行接口的工作原理1數(shù)據(jù)傳輸數(shù)據(jù)一位一位地傳輸，節(jié)省了接口引腳2時(shí)鐘同步發(fā)送和接收端通過(guò)時(shí)鐘信號(hào)保持同步3串行協(xié)議定義數(shù)據(jù)格式，傳輸速度和通信控制串行接口的編程配置串口設(shè)置波特率、數(shù)據(jù)位、停止位、校驗(yàn)位等參數(shù)。發(fā)送數(shù)據(jù)將數(shù)據(jù)寫(xiě)入串口緩沖區(qū)，單片機(jī)將數(shù)據(jù)以串行方式發(fā)送出去。接收數(shù)據(jù)從串口緩沖區(qū)讀取數(shù)據(jù)，單片機(jī)將接收到的串行數(shù)據(jù)處理。中斷處理可選用中斷方式，提高數(shù)據(jù)傳輸效率。串行接口的應(yīng)用實(shí)例數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)傳感器網(wǎng)絡(luò)嵌入式系統(tǒng)通信工業(yè)自動(dòng)化控制并行接口數(shù)據(jù)傳輸并行接口使用多條數(shù)據(jù)線同時(shí)傳輸數(shù)據(jù)，因此速度快，效率高。數(shù)據(jù)量大并行接口可以一次傳輸大量數(shù)據(jù)，適合傳輸圖像、聲音等數(shù)據(jù)量大的信息。應(yīng)用場(chǎng)景并行接口常用于連接打印機(jī)、掃描儀、硬盤(pán)等外設(shè)。并行接口的工作原理1數(shù)據(jù)傳輸并行接口通過(guò)多條數(shù)據(jù)線同時(shí)傳輸數(shù)據(jù)，每條數(shù)據(jù)線對(duì)應(yīng)一個(gè)位，提高數(shù)據(jù)傳輸效率。2同步傳輸并行接口通常采用同步傳輸方式，需要同步信號(hào)進(jìn)行協(xié)調(diào)，保證數(shù)據(jù)的同步傳輸。3接口類型并行接口根據(jù)數(shù)據(jù)位數(shù)和傳輸協(xié)議的不同，存在多種類型，例如8位并行接口、16位并行接口等。4應(yīng)用場(chǎng)景并行接口常用于需要高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)膱?chǎng)合，例如硬盤(pán)、打印機(jī)等外設(shè)的連接。并行接口的編程1數(shù)據(jù)傳輸同時(shí)傳輸多個(gè)數(shù)據(jù)位2地址譯碼選擇特定設(shè)備3控制信號(hào)控制數(shù)據(jù)傳輸方向并行接口的應(yīng)用實(shí)例并行接口廣泛應(yīng)用于各種領(lǐng)域，例如：打印機(jī)：傳統(tǒng)的并行打印機(jī)使用并行接口連接到計(jì)算機(jī)。硬盤(pán)：早期計(jì)算機(jī)的硬盤(pán)也使用并行接口。掃描儀：一些掃描儀也采用并行接口。數(shù)控機(jī)床：數(shù)控機(jī)床通常使用并行接口進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。定時(shí)器/計(jì)數(shù)器接口定時(shí)器定時(shí)器用于產(chǎn)生精確的定時(shí)信號(hào)，控制硬件事件的執(zhí)行時(shí)間。計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器用于計(jì)數(shù)外部脈沖信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)事件的計(jì)數(shù)和頻率測(cè)量。定時(shí)器/計(jì)數(shù)器定時(shí)器/計(jì)數(shù)器可用于實(shí)現(xiàn)延遲、時(shí)間控制、頻率測(cè)量等功能。定時(shí)器/計(jì)數(shù)器接口的工作原理計(jì)數(shù)模式定時(shí)器/計(jì)數(shù)器可以作為計(jì)數(shù)器使用，接收外部信號(hào)脈沖，并對(duì)脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)。定時(shí)模式定時(shí)器/計(jì)數(shù)器也可以作為定時(shí)器使用，通過(guò)內(nèi)部計(jì)數(shù)器來(lái)計(jì)時(shí)，實(shí)現(xiàn)時(shí)間控制功能。中斷功能定時(shí)器/計(jì)數(shù)器可以通過(guò)中斷功能，在計(jì)數(shù)或定時(shí)到特定值時(shí)，觸發(fā)程序中斷，實(shí)現(xiàn)特定任務(wù)的執(zhí)行。定時(shí)器/計(jì)數(shù)器接口的編程1初始化設(shè)置定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘源、工作模式和初始值。2中斷配置如果需要中斷功能，則需要配置定時(shí)器/計(jì)數(shù)器中斷。3開(kāi)始計(jì)時(shí)啟動(dòng)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器開(kāi)始計(jì)時(shí)。4讀取計(jì)數(shù)器值在需要時(shí)讀取定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的當(dāng)前值。5停止計(jì)時(shí)停止定時(shí)器/計(jì)數(shù)器計(jì)時(shí)。定時(shí)器/計(jì)數(shù)器接口的應(yīng)用實(shí)例定時(shí)器/計(jì)數(shù)器接口廣泛應(yīng)用于單片機(jī)系統(tǒng)中，例如：實(shí)現(xiàn)延時(shí)功能控制電機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量頻率和時(shí)間生成PWM波中斷接口1什么是中斷中斷是指在單片機(jī)正常運(yùn)行過(guò)程中，由于外部或內(nèi)部事件的發(fā)生，使CPU暫時(shí)停止正在執(zhí)行的程序，轉(zhuǎn)而去執(zhí)行相應(yīng)的處理程序，處理完后再返回到原程序繼續(xù)執(zhí)行的過(guò)程。2中斷的作用中斷接口可以提高系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和效率，可以及時(shí)響應(yīng)外部事件，并進(jìn)行相應(yīng)的處理。3中斷的特點(diǎn)中斷處理的優(yōu)先級(jí)可以靈活設(shè)置，中斷可以嵌套，中斷可以被屏蔽。中斷接口的工作原理1中斷請(qǐng)求外部設(shè)備向單片機(jī)發(fā)出中斷請(qǐng)求信號(hào)。2中斷響應(yīng)單片機(jī)收到中斷請(qǐng)求后，停止當(dāng)前程序的執(zhí)行，轉(zhuǎn)而執(zhí)行中斷服務(wù)程序。3中斷處理中斷服務(wù)程序處理中斷事件，完成相應(yīng)的操作。4中斷返回中斷服務(wù)程序執(zhí)行完畢后，返回到被打斷的程序繼續(xù)執(zhí)行。中斷接口的編程1中斷服務(wù)程序處理特定中斷事件的代碼段2中斷向量表保存中斷服務(wù)程序地址的表格3中斷使能/禁止控制中斷是否允許觸