单片机基础课件第15章

单片机基础课件第15章单片机概述与基础单片机内部结构与工作原理指令系统与汇编语言程序设计C语言在单片机开发中应用单片机开发工具与调试技巧单片机应用实例分析与设计实践contents目录01单片机概述与基础VS单片机（MicrocontrollerUnit，MCU）是一种集成电路芯片，采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU、随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计数器等功能（可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D转换器等电路）集成到一块硅片上构成的一个小而完善的微型计算机系统。发展历程从1970年代初期诞生至今，经历了从4位、8位到16位、32位甚至64位的发展历程，功能越来越强大，应用领域也越来越广泛。定义单片机定义及发展历程智能仪器仪表、实时工控、通讯设备、导航系统、家用电器、汽车电子、医疗器械以及军事装备等各个领域。应用领域体积小、功耗低、控制功能强、扩展灵活、微型化和使用方便等。特点单片机应用领域与特点8051系列、PIC系列、AVR系列、ARM系列等。类型以MHz为单位，表示单片机每秒钟可以执行的指令数。CPU处理速度包括程序存储器（ROM或Flash）和数据存储器（RAM）的容量，以字节（Byte）或位（Bit）为单位。存储器容量常见单片机类型及性能指标

常见单片机类型及性能指标I/O口数量及类型表示单片机可以与外部设备连接的接口数量和类型，如GPIO、ADC、DAC等。中断系统支持的中断源数量及优先级处理能力。定时器/计数器内置的定时器/计数器数量及功能，可用于实现定时、计数等操作。表示单片机正常工作所需的电压范围和功耗大小。表示单片机的封装形式和引脚数量，方便在电路板上进行布局和焊接。常见单片机类型及性能指标封装形式及引脚数量工作电压及功耗02单片机内部结构与工作原理执行算术运算和逻辑运算，包括加法、减法、乘法、除法、比较等。运算器控制器寄存器组负责指令的取指、译码和执行，控制程序流程。包括通用寄存器、专用寄存器和程序计数器，用于暂存数据和地址。030201中央处理器CPU存放程序和常数，通常是只读存储器（ROM）或闪存（Flash）。程序存储器存放变量和中间结果，通常是随机存取存储器（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组织串行I/O接口用于与外部设备或电路进行串行数据传输，如UART、SPI、I2C等。并行I/O接口用于与外部设备或电路进行并行数据传输。模拟I/O接口用于模拟信号的输入和输出，如ADC和DAC。输入/输出接口电路时钟电路提供单片机运行所需的时钟信号，通常由晶振和振荡器组成。复位电路用于将单片机恢复到初始状态，通常包括上电复位和手动复位两种方式。在复位时，单片机的寄存器、存储器和特殊功能寄存器都会被初始化为默认值。时钟电路与复位电路03指令系统与汇编语言程序设计通常由操作码和操作数组成，操作码指明操作性质，操作数表示操作对象。指令格式包括立即寻址、直接寻址、间接寻址、寄存器寻址等，用于确定操作数的地址或值。寻址方式指令格式及寻址方式MOV指令用于将数据从一个位置传送到另一个位置，如MOVA,R1（将R1的内容传送到累加器A）。PUSH和POP指令用于将数据压入或弹出堆栈，实现数据的暂存和恢复。数据传送类指令算术运算类指令ADD和SUB指令用于执行加法和减法运算，可处理字节或字数据。MUL和DIV指令用于执行乘法和除法运算，通常需配合其他指令完成整个运算过程。用于执行逻辑与、逻辑或和逻辑非运算，可处理位或字节数据。AND、OR和NOT指令用于执行异或运算，常用于加密、解密或数据校验等场合。XOR指令逻辑运算类指令04C语言在单片机开发中应用03可维护性C语言程序结构清晰，易于维护和修改；而汇编语言程序结构复杂，维护困难。01高级语言与低级语言C语言是一种高级语言，具有较强的可读性和可移植性；而汇编语言是低级语言，与硬件紧密相关，可读性较差。02开发效率C语言编程效率高，易于编写和调试；而汇编语言编程效率低，需要花费大量时间进行代码编写和调试。C语言与汇编语言比较C语言程序由函数组成，包括主函数和子函数。程序执行从主函数开始，通过调用子函数实现各种功能。程序结构C语言具有丰富的数据类型，如整型、浮点型、字符型等，方便进行各种数据处理。数据类型C语言提供了多种控制结构，如顺序结构、选择结构和循环结构，用于实现复杂的程序逻辑。控制结构C语言支持模块化设计，可以将程序划分为多个模块，每个模块实现特定的功能，提高程序的可读性和可维护性。模块化设计C语言程序结构与设计方法易于扩展和维护C语言支持模块化设计，可以将程序划分为多个模块。这种设计方式使得单片机程序易于扩展和维护，提高了程序的灵活性和可维护性。可移植性强C语言是一种通用的编程语言，具有良好的可移植性。使用C语言编写的单片机程序可以方便地移植到其他类型的单片机上。开发效率高C语言编程效率高，可以大大缩短单片机的开发周期。同时，C语言具有丰富的库函数和强大的数据处理能力，可以简化单片机的编程工作。程序结构清晰C语言程序结构清晰，易于阅读和理解。使用C语言编写的单片机程序具有良好的可读性，方便后续的维护和修改。C语言在单片机开发中的优势05单片机开发工具与调试技巧常见单片机开发工具Keil、IAR、STM32CubeIDE等工具选择建议根据目标单片机型号、开发需求和个人习惯选择合适的开发工具工具使用入门指南安装、配置和基本使用方法开发工具介绍及选择建议123通用编程器和专用编程器编程器类型连接目标单片机、选择芯片型号、烧写程序等使用方法确保电源稳定、正确连接芯片、避免静电影响等注意事项编程器使用方法和注意事项断点设置、变量观察、单步执行等调试技巧检查硬件连接、查看错误提示、分析代码逻辑等问题解决思路通过具体案例讲解调试过程和问题解决方法实例分析调试技巧分享和问题解决思路06单片机应用实例分析与设计实践根据实际需求，明确交通灯控制系统的基本功能和扩展功能。交通灯控制需求与功能分析设计交通灯的驱动电路、单片机最小系统电路等，实现硬件平台的搭建。硬件电路设计编写交通灯控制程序，实现定时控制、车流量检测、紧急控制等功能。软件程序设计对交通灯控制系统进行调试，优化控制算法，提高系统性能。系统调试与优化交通灯控制系统设计案例剖析ABCD温度检测报警系统设计案例剖析温度检测报警需求与功能分析明确温度检测报警系统的应用场景和需求，确定系统应具备的功能。软件程序设计编写温度检测报警程序，实现温度数据的采集、处理、显示和报警功能。硬件电路设计设计温度传感器的接口电路、报警电路等，搭建硬件平台。系统调试与优化对温度检测报警系统进行调试，优化算法，提高系统准确性和稳定性。明确简易计算器的应用场景和需求，确定计算器应具备的基本功能和扩展功能。