单片机原理与接口技术第4章

单片机原理与接口技术第4章单片机概述单片机内部结构指令系统与汇编语言程序设计中断系统与定时/计数器应用并行扩展接口技术串行通信接口技术单片机概述01定义单片机是一种集成电路芯片，它将微处理器、存储器、输入输出接口等计算机主要部件集成在一块芯片上，构成一个完整的微型计算机系统。发展历程从20世纪70年代的第一代4位或8位单片机，到80年代的8位或16位单片机，再到90年代的高性能16位和32位单片机，单片机的性能和功能不断提升，应用领域也不断扩展。单片机定义与发展单片机应用领域智能家居通信设备如智能照明、智能安防、智能家电等。如手机、对讲机、路由器等。工业控制医疗设备汽车电子如电机控制、温度控制、过程控制等。如医疗监护仪、便携式医疗设备等。如发动机控制、车身控制、车载娱乐系统等。常见单片机类型及特点8051系列由Intel公司推出，具有高性能、低功耗、易于扩展等优点，广泛应用于工业控制、通信等领域。PIC系列由Microchip公司推出，具有高性能、低功耗、丰富的外设接口等特点，适用于各种嵌入式应用。AVR系列由Atmel公司推出，具有高性能、低功耗、先进的指令集等特点，适用于对性能要求较高的应用。ARM系列由ARM公司推出，具有高性能、低功耗、丰富的外设接口和强大的软件支持等特点，广泛应用于高端嵌入式系统和移动设备等领域。单片机内部结构02执行算术和逻辑运算，处理数据。运算器控制指令的执行，包括取指、译码和执行等操作。控制器暂存数据和地址，加速CPU的运算速度。寄存器组中央处理器CPU存放程序和常数，通常是ROM或Flash。程序存储器存放变量和中间结果，通常是RAM。数据存储器用于控制单片机的特定功能，如定时器、中断等。特殊功能寄存器存储器结构123实现与外部设备的通信，包括并行和串行两种方式。I/O端口用于控制I/O端口的操作，如设置端口模式、读取端口状态等。特殊功能寄存器处理外部事件的中断请求，实现实时响应和处理。中断系统I/O端口及特殊功能寄存器指令系统与汇编语言程序设计03指令系统的基本概念指令是计算机执行某种操作的命令，指令系统是计算机所能执行的全部指令的集合。指令格式指令通常由操作码和操作数两部分组成，操作码指明操作的性质，操作数表示操作的对象。指令的分类根据指令的功能和性质，可以将指令分为数据传送类指令、算术运算类指令、逻辑运算类指令、控制转移类指令等。指令系统概述寻址方式与数据传送类指令寻址方式寻址方式是指确定操作数有效地址的方式，包括立即寻址、直接寻址、间接寻址、寄存器寻址等。数据传送类指令数据传送类指令用于在存储器、寄存器和I/O端口之间传送数据，如MOV指令。算术运算类指令用于执行加、减、乘、除等基本的算术运算。算术运算类指令的功能ADD（加法）、SUB（减法）、MUL（乘法）、DIV（除法）等。常见的算术运算类指令算术运算类指令逻辑运算类指令的功能逻辑运算类指令用于执行与、或、非等逻辑运算。常见的逻辑运算类指令AND（与）、OR（或）、NOT（非）等。逻辑运算类指令控制转移类指令用于改变程序的执行流程，实现条件分支、循环等控制结构。JMP（无条件转移）、JZ/JNZ（结果为0/非0时转移）、CALL/RET（子程序调用/返回）等。控制转移类指令常见的控制转移类指令控制转移类指令的功能中断系统与定时/计数器应用04中断概念中断是指CPU在执行程序过程中，由于外部或内部事件（如外设请求、定时器溢出等）的发生，需要暂时停止当前程序的执行，转而处理该事件，处理完毕后再返回原程序继续执行的过程。中断源引起中断的各种事件或原因，如外部输入、定时器溢出、串行通信等。中断向量中断服务程序的入口地址，即中断服务程序的首地址。中断优先级当有多个中断源同时请求中断时，CPU根据中断优先级的高低来决定先响应哪个中断。01020304中断系统基本概念及工作原理定时/计数器概念定时/计数器是单片机内部的一个重要功能部件，可用于实现定时、计数、产生波形等功能。工作原理定时/计数器通过对内部时钟信号或外部输入信号进行计数，当计数值达到设定值时，触发中断或产生输出信号。编程方法通过设定定时/计数器的计数模式、计数值、中断方式等参数，以及编写相应的初始化程序和控制程序，实现定时/计数器的各种功能。定时/计数器工作原理及编程方法010405060302中断服务程序概念：中断服务程序是处理中断事件的程序，当中断发生时，CPU自动跳转到中断服务程序执行。编写方法确定中断源和中断向量；编写中断服务程序，包括保存现场、处理中断事件、恢复现场等步骤；将中断服务程序的首地址写入中断向量表；在主程序中开启中断，允许CPU响应中断请求。中断服务程序编写方法并行扩展接口技术05定义并行扩展总线是一种用于连接微处理器与外部设备或存储器之间的并行传输通道，具有传输速度快、数据宽度大等特点。分类根据数据传输方式的不同，并行扩展总线可分为单向总线和双向总线；根据总线控制方式的不同，可分为同步总线和异步总线。应用领域并行扩展总线广泛应用于计算机、通信、工业自动化等领域，用于实现微处理器与外部设备或存储器之间的高速数据传输。并行扩展总线概述芯片功能018255A是一种可编程的并行接口芯片，具有3个8位并行I/O端口，可通过编程实现多种数据传输和控制功能。应用实例02以8255A芯片为例，介绍其在并行扩展接口技术中的应用。例如，将8255A芯片连接至单片机的数据总线和地址总线上，通过编程实现对外部设备的控制和数据传输。编程方法03介绍8255A芯片的编程方法，包括控制字格式、端口地址分配、数据传输方式等。可编程并行接口芯片8255A应用举例03其他芯片简要介绍其他常用的并行扩展接口芯片，如8251、8257等，概述它们的功能和应用领域。018155芯片介绍8155芯片的功能特点和应用范围，与8255A芯片进行比较分析。028253芯片介绍8253芯片的功能特点和应用范围，阐述其在定时/计数方面的应用。其他并行扩展接口芯片简介串行通信接口技术06串行通信基本概念及工作原理串行通信是一种异步或同步的数据传输方式，数据在一条传输线上按位进行传送，每一位数据都占据一个固定的时间长度。串行通信工作原理串行通信通过数据线将数据按位传送，同时需要同步时钟信号或起始/停止位来确保数据的正确传输。串行通信与并行通信比较相对于并行通信，串行通信具有使用线路少、成本低、适用于远距离通信等优点。串行通信定义01020304ASCII码ASCII码是计算机中常用的字符编码标准，用于将字符转换为数字进行传输。波特率与数据位波特率表示每秒传送的位数，数据位表示每个字符中的位数，常见的标准有7位和8位。奇偶校验位用于检测数据传输过程中的错误，通过在数据中添加一个额外的校验位来实现。起始位与停止位起始位表示字符的开始，停止位表示字符的结束，用于同步接收端和发送端的数据传输。串行通信协议及标准硬件电路设计包括单片机的选型、电源电路、晶振电路、复位电路等设计。软件编程实现通过编程语言（如C语言）编写程序，实现数据的接收和发送功能。调试与测试使用仿真器或实际硬件进行调试和测试，确保串行通信接口电路的正确性和稳定性。单片机串行通信接口电路设计方法VS定义了数据终端设备（DTE）和