【大学课件】单片机 综述

单片机综述欢迎来到单片机世界。本课程将带您深入了解这个微小但强大的计算机芯片。我们将探讨其结构、功能和广泛应用。单片机定义及历史发展11971年英特尔推出首款单片微控制器4004。21980年代8位单片机广泛应用于消费电子产品。31990年代16位和32位单片机出现，功能更强大。421世纪ARM架构单片机成为主流，应用范围不断扩大。单片机的基本结构中央处理器（CPU）负责指令执行和数据处理。存储器包括程序存储器和数据存储器。输入/输出接口与外部设备通信的桥梁。特殊功能寄存器控制单片机各种功能的重要单元。单片机的存储系统程序存储器通常为ROM或Flash，存储指令代码。数据存储器通常为RAM，用于存储临时数据和变量。EEPROM用于存储需要长期保存的数据，如配置信息。单片机的输入输出系统输入端口接收外部信号，如按键、传感器数据。输出端口控制外部设备，如LED、电机、显示器。双向端口可配置为输入或输出，增加灵活性。单片机的定时器/计数器功能精确计时、事件计数、PWM信号生成。类型8位、16位定时器，看门狗定时器。应用时间控制、脉冲宽度调制、系统监控。单片机的中断系统1中断请求外部事件或内部条件触发。2中断判优决定多个中断的处理顺序。3中断响应保存现场，跳转到中断服务程序。4中断返回恢复现场，继续主程序执行。单片机的串行通信UART异步串行通信，广泛应用。SPI高速同步通信，适用于近距离设备。I2C双线制总线，适用于多设备通信。CAN高可靠性通信，常用于汽车电子。单片机的模/数转换器1采样将连续模拟信号转换为离散样本。2量化将样本值映射到数字量化级。3编码将量化值转换为二进制数字。单片机的指令系统数据传送指令MOV、PUSH、POP等。算术运算指令ADD、SUB、MUL、DIV等。逻辑运算指令AND、OR、XOR、NOT等。控制转移指令JMP、CALL、RET等。汇编语言程序设计1了解指令集掌握单片机的指令系统和寻址方式。2编写程序使用助记符和伪指令编写汇编代码。3汇编转换将汇编代码转换为机器码。4调试优化使用仿真器或在线调试工具进行程序调试。C语言程序设计高级语言使用C语言编写更易读、易维护的代码。编译过程C代码经过预处理、编译、汇编、链接生成可执行文件。优化技巧合理使用指针、中断、位操作提高程序效率。单片机的应用领域单片机系统的结构设计需求分析明确系统功能和性能要求。芯片选型根据需求选择合适的单片机型号。外围电路设计设计复位、时钟、接口等电路。PCB布局布线合理安排元器件位置，优化信号线路。单片机系统的电源设计电压稳定使用稳压器或DC-DC转换器提供稳定电源。噪声抑制添加去耦电容，滤除电源噪声。低功耗设计利用单片机的低功耗模式，延长电池寿命。单片机系统的接口电路设计数字接口I/O口扩展、总线接口设计。模拟接口信号调理、AD/DA转换电路设计。通信接口RS232、USB、以太网等接口电路设计。单片机系统的键盘接口设计矩阵键盘使用行列扫描方式，节省I/O口。独立按键直接连接I/O口，简单但占用资源多。消抖处理软件或硬件方法消除按键抖动。中断触发使用中断方式，提高系统响应速度。单片机系统的显示电路设计LED显示简单直观，适用于数字、状态显示。LCD显示信息量大，可显示文字、图形。OLED显示自发光，对比度高，功耗低。单片机系统的外围设备接口设计单片机系统的软件设计方法1需求分析明确系统功能和性能要求。2总体设计确定软件架构和模块划分。3详细设计编写各模块的算法和数据结构。4编码实现使用C语言或汇编语言编写程序。单片机系统的软件调试技术1仿真器调试使用硬件仿真器进行在线调试。2串口调试通过串口输出调试信息。3LED指示使用LED指示程序运行状态。4断点技术设置断点，单步执行程序。单片机发展趋势及前景高性能更快的处理速度，更大的存储容量。低功耗更低的功耗，适用于物联网设备。集成化更多外设集成，简化系统设计。智能化集成AI加速器，支持边缘计算。单片机课程实践环节实验课程通过实际操作加深对理论知识的理解。项目设计完成一个完整的单片机应用系统设计。竞赛活动参加单片机应用设计竞赛，提高实践能力。实验一：点亮LED灯1硬件连接将LED连接到单片机I/O口。2初始化设置配置I/O口为输出模式。3编写程序控制I/O口输出高低电平。4实现效果LED闪烁或按特定顺序亮灭。实验二：数码管显示计数硬件连接将数码管连接到单片机I/O口。显示驱动编写数码管显示驱动程序。计数程序使用定时器实现计数功能。实验三：开关控制电机正反转电机驱动电路设计H桥驱动电路。按键检测编写按键检测程序。电机控制根据按键状态控制电机转向。PWM调速使用PWM信号控制电机速度。实验四：AD转换及温度检测传感器接口连接温度传感器到ADC输入。AD转换配置ADC并进行模数转换。数据处理将ADC值转换为实际温度。显示结果在LCD上显示温度数值。实验五：定时器及中断应用1定时器配置设置定时器工作模式和中断周期。2中断服务程序编写定时器中断服务例程。3任务调度在中断中实现简单的任务调度。4应用实现如实现精确定时控制或多任务系统。实验六：串口通信及数据传输UART配置设置波特率、数据位等参数。数据发送编写串口发送程序。数据接收实现串口接收中断处理。实验七：DS18B20温度传感器接口1单总线协议学习DS18B20的单总线通信协议。2驱动程序编写DS18B20驱动程序。3温度读取实现温度数据的读取和转换。4数据显示将温度数据显示在LCD上。实验八：基于51单片机的红外遥控红外接收连接红外接收模块，解码红外信号。命令识别编写程序识