51單片機(jī)超詳細(xì)教程PPT共24

51單片機(jī)超詳細(xì)教程PPT共2412024/1/2451單片機(jī)概述51單片機(jī)硬件結(jié)構(gòu)指令系統(tǒng)與匯編語言程序設(shè)計(jì)C語言在51單片機(jī)中的應(yīng)用中斷系統(tǒng)與定時(shí)器/計(jì)數(shù)器應(yīng)用串行通信原理及實(shí)現(xiàn)方法系統(tǒng)擴(kuò)展與接口技術(shù)實(shí)際應(yīng)用案例分析與調(diào)試技巧contents目錄22024/1/240151單片機(jī)概述32024/1/24單片機(jī)是一種集成電路芯片，它將微處理器、存儲(chǔ)器、輸入輸出接口等計(jì)算機(jī)主要部件集成在一塊芯片上，構(gòu)成一個(gè)完整的微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。單片機(jī)定義從20世紀(jì)70年代末期開始，隨著超大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展，單片機(jī)開始逐漸興起并快速發(fā)展。至今，單片機(jī)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，成為現(xiàn)代電子系統(tǒng)中不可或缺的一部分。發(fā)展歷程單片機(jī)定義與發(fā)展42024/1/24特點(diǎn)51單片機(jī)采用8位CPU，具有高性能、低功耗、高可靠性等特點(diǎn)。同時(shí)，它擁有豐富的外設(shè)接口和強(qiáng)大的中斷處理能力，可以方便地實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的控制功能。優(yōu)勢(shì)51單片機(jī)在市場(chǎng)上具有廣泛的應(yīng)用基礎(chǔ)和技術(shù)支持，其開發(fā)工具和資料豐富，易于學(xué)習(xí)和使用。此外，51單片機(jī)的價(jià)格相對(duì)較低，性價(jià)比較高，適合大批量生產(chǎn)和廣泛應(yīng)用。51單片機(jī)特點(diǎn)及優(yōu)勢(shì)52024/1/24應(yīng)用領(lǐng)域與市場(chǎng)需求51單片機(jī)被廣泛應(yīng)用于智能家居、工業(yè)自動(dòng)化、儀器儀表、醫(yī)療設(shè)備、汽車電子等領(lǐng)域。在這些領(lǐng)域中，51單片機(jī)可以實(shí)現(xiàn)各種控制、監(jiān)測(cè)和數(shù)據(jù)采集等功能。應(yīng)用領(lǐng)域隨著物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等技術(shù)的快速發(fā)展，對(duì)單片機(jī)的需求也在不斷增加。未來，市場(chǎng)對(duì)單片機(jī)的需求將更加多樣化和個(gè)性化，對(duì)單片機(jī)的性能、功耗、安全性等方面的要求也將不斷提高。因此，51單片機(jī)需要不斷升級(jí)和改進(jìn)，以適應(yīng)市場(chǎng)需求的變化。市場(chǎng)需求62024/1/240251單片機(jī)硬件結(jié)構(gòu)72024/1/2403寄存器組累加器A、寄存器B、程序狀態(tài)字PSW等01運(yùn)算器進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算02控制器取指、譯碼、執(zhí)行、控制時(shí)序中央處理器CPU82024/1/24程序存儲(chǔ)器存放程序、常數(shù)、表格等，可外部擴(kuò)展數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器存放數(shù)據(jù)，分為內(nèi)部RAM和外部RAM特殊功能寄存器用于控制、選擇、管理等功能，如定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、中斷控制等存儲(chǔ)器組織92024/1/24I/O端口與I/O端口復(fù)用地址，通過指令區(qū)分訪問的是數(shù)據(jù)還是特殊功能寄存器特殊功能寄存器端口功能可作為通用I/O端口使用，也可作為特殊功能使用，如串行通信、外部中斷、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器等4個(gè)8位并行I/O端口，P0~P3，每個(gè)端口均可獨(dú)立編址和訪問I/O端口及特殊功能寄存器102024/1/2403指令系統(tǒng)與匯編語言程序設(shè)計(jì)112024/1/24由操作碼和操作數(shù)組成，操作碼指明操作性質(zhì)，操作數(shù)表示操作對(duì)象。包括立即尋址、直接尋址、寄存器尋址、寄存器間接尋址、變址尋址、相對(duì)尋址等。指令格式及尋址方式尋址方式指令格式122024/1/24PUSH和POP指令用于將數(shù)據(jù)壓入或彈出堆棧，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的暫存和恢復(fù)。XCH和XCHD指令用于交換兩個(gè)字節(jié)或字節(jié)的低4位，常用于數(shù)據(jù)的排序和移位等操作。MOV指令用于將數(shù)據(jù)從一個(gè)位置傳送到另一個(gè)位置，可以是內(nèi)部RAM、特殊功能寄存器或累加器等。數(shù)據(jù)傳送類指令132024/1/24用于實(shí)現(xiàn)兩個(gè)字節(jié)的加法運(yùn)算，可帶進(jìn)位或不帶進(jìn)位。ADD和ADDC指令用于實(shí)現(xiàn)兩個(gè)字節(jié)的帶借位的減法運(yùn)算。SUBB指令用于實(shí)現(xiàn)字節(jié)的加1或減1操作。INC和DEC指令用于實(shí)現(xiàn)乘法或除法運(yùn)算，結(jié)果存放在累加器中。MUL和DIV指令算術(shù)運(yùn)算類指令142024/1/24用于實(shí)現(xiàn)邏輯與運(yùn)算，將兩個(gè)操作數(shù)的對(duì)應(yīng)位進(jìn)行與操作。ANL指令ORL指令XRL指令CPL指令用于實(shí)現(xiàn)邏輯或運(yùn)算，將兩個(gè)操作數(shù)的對(duì)應(yīng)位進(jìn)行或操作。用于實(shí)現(xiàn)邏輯異或運(yùn)算，將兩個(gè)操作數(shù)的對(duì)應(yīng)位進(jìn)行異或操作。用于實(shí)現(xiàn)邏輯取反運(yùn)算，將累加器的每一位取反。邏輯運(yùn)算類指令152024/1/2404C語言在51單片機(jī)中的應(yīng)用162024/1/24開發(fā)效率C語言編程效率高，可重用性強(qiáng)，適合大型項(xiàng)目開發(fā)；匯編語言開發(fā)效率低，但可直接控制硬件，適合底層驅(qū)動(dòng)開發(fā)?？勺x性與可維護(hù)性C語言代碼可讀性強(qiáng)，易于維護(hù)；匯編語言代碼可讀性差，維護(hù)困難。高級(jí)語言與低級(jí)語言C語言屬于高級(jí)語言，具有易于理解、可移植性強(qiáng)等特點(diǎn)；而匯編語言是低級(jí)語言，與硬件直接相關(guān)，編程復(fù)雜度高。C語言與匯編語言對(duì)比172024/1/24編譯器概述KeilC51是專為51單片機(jī)設(shè)計(jì)的C語言編譯器，支持多種51單片機(jī)型號(hào)，可生成高效、緊湊的代碼。編譯器特點(diǎn)具有語法高亮、代碼提示、自動(dòng)完成等功能，提高編程效率；支持多種庫(kù)函數(shù)和自定義函數(shù)，方便實(shí)現(xiàn)復(fù)雜功能。編譯過程包括預(yù)處理、編譯、匯編和鏈接四個(gè)步驟，生成可在51單片機(jī)上運(yùn)行的二進(jìn)制代碼。KeilC51編譯器介紹182024/1/24實(shí)例二按鍵控制程序。通過檢測(cè)按鍵輸入狀態(tài)控制LED燈的亮滅，實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互功能。實(shí)例四中斷服務(wù)程序。通過編寫中斷服務(wù)函數(shù)，實(shí)現(xiàn)定時(shí)器、外部中斷等功能的響應(yīng)和處理。實(shí)例三串口通信程序。利用51單片機(jī)的串口通信功能，實(shí)現(xiàn)與上位機(jī)或其他設(shè)備的數(shù)據(jù)交換。實(shí)例一LED閃爍程序。通過控制IO口電平實(shí)現(xiàn)LED燈的閃爍，演示C語言在51單片機(jī)中的基本應(yīng)用。C語言編程實(shí)例分析192024/1/2405中斷系統(tǒng)與定時(shí)器/計(jì)數(shù)器應(yīng)用202024/1/24中斷概念中斷是指在CPU執(zhí)行程序的過程中，由于某種原因，必須暫時(shí)停止當(dāng)前程序，轉(zhuǎn)而去執(zhí)行另一段程序，待該程序執(zhí)行完畢后，再返回原程序繼續(xù)執(zhí)行的過程。中斷源51單片機(jī)有5個(gè)中斷源，分別是外部中斷0（INT0）、外部中斷1（INT1）、定時(shí)器0（T0）、定時(shí)器1（T1）和串行口中斷。中斷概念及中斷源212024/1/24中斷處理過程當(dāng)中斷請(qǐng)求發(fā)生時(shí)，CPU首先響應(yīng)優(yōu)先級(jí)最高的中斷請(qǐng)求，然后保存當(dāng)前程序的現(xiàn)場(chǎng)信息（如PC、PSW等），跳轉(zhuǎn)到相應(yīng)的中斷服務(wù)程序執(zhí)行。執(zhí)行完畢后，再恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)信息，返回原程序繼續(xù)執(zhí)行。優(yōu)先級(jí)設(shè)置51單片機(jī)的中斷優(yōu)先級(jí)可以通過編程設(shè)置，分為高優(yōu)先級(jí)和低優(yōu)先級(jí)兩級(jí)。同一優(yōu)先級(jí)的中斷請(qǐng)求按照查詢順序響應(yīng)。中斷處理過程及優(yōu)先級(jí)設(shè)置222024/1/24VS51單片機(jī)內(nèi)部集成了兩個(gè)16位的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T0和T1，它們既可以作為定時(shí)器使用，也可以作為計(jì)數(shù)器使用。當(dāng)作為定時(shí)器使用時(shí)，定時(shí)器從內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)計(jì)數(shù)；當(dāng)作為計(jì)數(shù)器使用時(shí)，從外部輸入信號(hào)計(jì)數(shù)。編程方法定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的編程主要包括初始化設(shè)置、啟動(dòng)/停止控制、讀取計(jì)數(shù)值等操作。具體編程方法因單片機(jī)型號(hào)和編程語言而異，但一般都需要設(shè)置定時(shí)器的工作模式、計(jì)數(shù)初值、啟動(dòng)方式等參數(shù)。定時(shí)器/計(jì)數(shù)器工作原理定時(shí)器/計(jì)數(shù)器工作原理及編程方法232024/1/2406串行通信原理及實(shí)現(xiàn)方法242024/1/24串行通信協(xié)議包括起始位、數(shù)據(jù)位、校驗(yàn)位和停止位，用于保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性和可靠性。波特率和數(shù)據(jù)傳輸速率波特率指每秒傳輸?shù)奈粩?shù)，數(shù)據(jù)傳輸速率指每秒傳輸?shù)淖止?jié)數(shù)。串行通信定義串行通信是一種異步通信方式，數(shù)據(jù)在傳輸過程中按位依次進(jìn)行。串行通信基本概念和協(xié)議252024/1/24串行接口結(jié)構(gòu)0151單片機(jī)的串行接口主要由UART（通用異步收發(fā)器）和相關(guān)的控制寄存器組成。工作原理02UART負(fù)責(zé)將并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為串行數(shù)據(jù)發(fā)送，或?qū)⒔邮盏降拇袛?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為并行數(shù)據(jù)。控制寄存器用于設(shè)置串行通信的參數(shù)，如波特率、數(shù)據(jù)位、校驗(yàn)位等。中斷處理0351單片機(jī)的串行接口支持中斷處理，可以在接收到數(shù)據(jù)或發(fā)送完數(shù)據(jù)后產(chǎn)生中斷，方便用戶程序處理。51單片機(jī)串行接口結(jié)構(gòu)和工作原理262024/1/24串行通信編程實(shí)例分析初始化設(shè)置在編程前需要對(duì)串行接口進(jìn)行初始化設(shè)置，包括設(shè)置波特率、數(shù)據(jù)位、校驗(yàn)位等參數(shù)。數(shù)據(jù)接收在接收到數(shù)據(jù)時(shí)，UART會(huì)將數(shù)據(jù)存入接收緩沖區(qū)，并產(chǎn)生接收中斷。用戶程序可以在中斷服務(wù)程序中讀取接收到的數(shù)據(jù)并進(jìn)行處理。數(shù)據(jù)發(fā)送將數(shù)據(jù)寫入發(fā)送緩沖區(qū)，啟動(dòng)發(fā)送過程?？梢酝ㄟ^查詢或中斷方式處理發(fā)送完成事件。錯(cuò)誤處理在串行通信過程中可能會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤，如奇偶校驗(yàn)錯(cuò)誤、幀錯(cuò)誤等。用戶程序需要對(duì)這些錯(cuò)誤進(jìn)行處理，以保證通信的可靠性。272024/1/2407系統(tǒng)擴(kuò)展與接口技術(shù)282024/1/24123用于在CPU與存儲(chǔ)器或I/O接口之間傳送數(shù)據(jù)，一般采用雙向數(shù)據(jù)總線。數(shù)據(jù)總線用于傳送地址信息，即從CPU送至存儲(chǔ)器或I/O接口的地址。地址總線的位數(shù)決定了CPU的尋址能力。地址總線用于傳送控制信號(hào)，包括時(shí)序信號(hào)、狀態(tài)信號(hào)和命令信號(hào)等?？刂瓶偩€并行擴(kuò)展總線結(jié)構(gòu)292024/1/24存儲(chǔ)器擴(kuò)展方法當(dāng)需要的存儲(chǔ)容量超過單片ROM或RAM的容量時(shí)，可以采用位擴(kuò)展法，將多片存儲(chǔ)器并聯(lián)使用，以增加數(shù)據(jù)的位數(shù)。字?jǐn)U展法當(dāng)需要的存儲(chǔ)器字?jǐn)?shù)超過單片ROM或RAM的字?jǐn)?shù)時(shí)，可以采用字?jǐn)U展法，將多片存儲(chǔ)器串聯(lián)使用，以增加存儲(chǔ)器的字?jǐn)?shù)。字位同時(shí)擴(kuò)展法當(dāng)需要的存儲(chǔ)容量和字?jǐn)?shù)都超過單片ROM或RAM的容量和字?jǐn)?shù)時(shí)，可以采用字位同時(shí)擴(kuò)展法，將多片存儲(chǔ)器組合使用，以滿足存儲(chǔ)容量和字?jǐn)?shù)的需求。位擴(kuò)展法302024/1/24I/O接口擴(kuò)展方法無條件傳送方式：CPU與I/O設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳送不需要查詢?cè)O(shè)備的狀態(tài)，也不需要保存現(xiàn)場(chǎng)和恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)。這種方式適用于簡(jiǎn)單的、快速的、實(shí)時(shí)的I/O操作。查詢傳送方式：CPU通過查詢I/O設(shè)備的狀態(tài)來確定是否可以進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。這種方式適用于速度較慢、實(shí)時(shí)性要求不高的I/O操作。中斷傳送方式：當(dāng)I/O設(shè)備準(zhǔn)備好與CPU進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送時(shí)，會(huì)向CPU發(fā)出中斷請(qǐng)求。CPU響應(yīng)中斷后，會(huì)保存現(xiàn)場(chǎng)并轉(zhuǎn)去執(zhí)行中斷服務(wù)程序，完成數(shù)據(jù)傳送后再恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)并返回原程序。這種方式適用于速度較慢、實(shí)時(shí)性要求較高的I/O操作。直接內(nèi)存訪問（DMA）方式：在主存與I/O設(shè)備之間設(shè)置一條數(shù)據(jù)通路，使得主存與I/O設(shè)備之間可以直接進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，而不需要經(jīng)過CPU的干預(yù)。這種方式適用于高速、大批量數(shù)據(jù)的I/O操作。312024/1/2408實(shí)際應(yīng)用案例分析與調(diào)試技巧322024/1/24分析交通燈控制系統(tǒng)的基本需求和設(shè)計(jì)目標(biāo)，如實(shí)現(xiàn)紅綠燈的定時(shí)切換、緊急情況下的特殊處理等。設(shè)計(jì)需求與目標(biāo)介紹交通燈控制系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)方案，包括單片機(jī)選型、電源電路、LED燈驅(qū)動(dòng)電路等。硬件電路設(shè)計(jì)詳細(xì)闡述交通燈控制系統(tǒng)的軟件程序設(shè)計(jì)思路，包括主程序流程、定時(shí)器中斷服務(wù)程序等。軟件程序設(shè)計(jì)分享交通燈控制系統(tǒng)的調(diào)試經(jīng)驗(yàn)和測(cè)試方法，如使用示波器觀察信號(hào)波形、利用仿真軟件進(jìn)行功能驗(yàn)證等。調(diào)試與測(cè)試交通燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)案例332024/1/24設(shè)計(jì)需求與目標(biāo)硬件電路設(shè)計(jì)軟件程序設(shè)計(jì)調(diào)試與測(cè)試溫度檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)案例分析溫度檢測(cè)系統(tǒng)的基本需求和設(shè)計(jì)目標(biāo)，如實(shí)現(xiàn)溫度的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、超限報(bào)警等。介紹溫度檢測(cè)系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)方案，包括溫度傳感器選型、信號(hào)調(diào)理電路、ADC轉(zhuǎn)換電路等。詳細(xì)闡述溫度檢測(cè)系統(tǒng)的軟件程序設(shè)計(jì)思路，包括主程序流程、溫度數(shù)據(jù)采集與處理、超限報(bào)警處理等。分享溫度檢測(cè)系統(tǒng)的調(diào)試經(jīng)驗(yàn)和測(cè)試方法，如使用萬用表測(cè)量電壓值、利用串口通信進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸與調(diào)試等。34