單片機原理與接口技術(shù)第4章

單片機原理與接口技術(shù)第4章單片機概述單片機內(nèi)部結(jié)構(gòu)指令系統(tǒng)與匯編語言程序設(shè)計中斷系統(tǒng)與定時/計數(shù)器應用并行擴展接口技術(shù)串行通信接口技術(shù)單片機概述01定義單片機是一種集成電路芯片，它將微處理器、存儲器、輸入輸出接口等計算機主要部件集成在一塊芯片上，構(gòu)成一個完整的微型計算機系統(tǒng)。發(fā)展歷程從20世紀70年代的第一代4位或8位單片機，到80年代的8位或16位單片機，再到90年代的高性能16位和32位單片機，單片機的性能和功能不斷提升，應用領(lǐng)域也不斷擴展。單片機定義與發(fā)展單片機應用領(lǐng)域智能家居通信設(shè)備如智能照明、智能安防、智能家電等。如手機、對講機、路由器等。工業(yè)控制醫(yī)療設(shè)備汽車電子如電機控制、溫度控制、過程控制等。如醫(yī)療監(jiān)護儀、便攜式醫(yī)療設(shè)備等。如發(fā)動機控制、車身控制、車載娛樂系統(tǒng)等。常見單片機類型及特點8051系列由Intel公司推出，具有高性能、低功耗、易于擴展等優(yōu)點，廣泛應用于工業(yè)控制、通信等領(lǐng)域。PIC系列由Microchip公司推出，具有高性能、低功耗、豐富的外設(shè)接口等特點，適用于各種嵌入式應用。AVR系列由Atmel公司推出，具有高性能、低功耗、先進的指令集等特點，適用于對性能要求較高的應用。ARM系列由ARM公司推出，具有高性能、低功耗、豐富的外設(shè)接口和強大的軟件支持等特點，廣泛應用于高端嵌入式系統(tǒng)和移動設(shè)備等領(lǐng)域。單片機內(nèi)部結(jié)構(gòu)02執(zhí)行算術(shù)和邏輯運算，處理數(shù)據(jù)。運算器控制指令的執(zhí)行，包括取指、譯碼和執(zhí)行等操作。控制器暫存數(shù)據(jù)和地址，加速CPU的運算速度。寄存器組中央處理器CPU存放程序和常數(shù)，通常是ROM或Flash。程序存儲器存放變量和中間結(jié)果，通常是RAM。數(shù)據(jù)存儲器用于控制單片機的特定功能，如定時器、中斷等。特殊功能寄存器存儲器結(jié)構(gòu)123實現(xiàn)與外部設(shè)備的通信，包括并行和串行兩種方式。I/O端口用于控制I/O端口的操作，如設(shè)置端口模式、讀取端口狀態(tài)等。特殊功能寄存器處理外部事件的中斷請求，實現(xiàn)實時響應和處理。中斷系統(tǒng)I/O端口及特殊功能寄存器指令系統(tǒng)與匯編語言程序設(shè)計03指令系統(tǒng)的基本概念指令是計算機執(zhí)行某種操作的命令，指令系統(tǒng)是計算機所能執(zhí)行的全部指令的集合。指令格式指令通常由操作碼和操作數(shù)兩部分組成，操作碼指明操作的性質(zhì)，操作數(shù)表示操作的對象。指令的分類根據(jù)指令的功能和性質(zhì)，可以將指令分為數(shù)據(jù)傳送類指令、算術(shù)運算類指令、邏輯運算類指令、控制轉(zhuǎn)移類指令等。指令系統(tǒng)概述尋址方式與數(shù)據(jù)傳送類指令尋址方式尋址方式是指確定操作數(shù)有效地址的方式，包括立即尋址、直接尋址、間接尋址、寄存器尋址等。數(shù)據(jù)傳送類指令數(shù)據(jù)傳送類指令用于在存儲器、寄存器和I/O端口之間傳送數(shù)據(jù)，如MOV指令。算術(shù)運算類指令用于執(zhí)行加、減、乘、除等基本的算術(shù)運算。算術(shù)運算類指令的功能ADD（加法）、SUB（減法）、MUL（乘法）、DIV（除法）等。常見的算術(shù)運算類指令算術(shù)運算類指令邏輯運算類指令的功能邏輯運算類指令用于執(zhí)行與、或、非等邏輯運算。常見的邏輯運算類指令AND（與）、OR（或）、NOT（非）等。邏輯運算類指令控制轉(zhuǎn)移類指令用于改變程序的執(zhí)行流程，實現(xiàn)條件分支、循環(huán)等控制結(jié)構(gòu)。JMP（無條件轉(zhuǎn)移）、JZ/JNZ（結(jié)果為0/非0時轉(zhuǎn)移）、CALL/RET（子程序調(diào)用/返回）等。控制轉(zhuǎn)移類指令常見的控制轉(zhuǎn)移類指令控制轉(zhuǎn)移類指令的功能中斷系統(tǒng)與定時/計數(shù)器應用04中斷概念中斷是指CPU在執(zhí)行程序過程中，由于外部或內(nèi)部事件（如外設(shè)請求、定時器溢出等）的發(fā)生，需要暫時停止當前程序的執(zhí)行，轉(zhuǎn)而處理該事件，處理完畢后再返回原程序繼續(xù)執(zhí)行的過程。中斷源引起中斷的各種事件或原因，如外部輸入、定時器溢出、串行通信等。中斷向量中斷服務程序的入口地址，即中斷服務程序的首地址。中斷優(yōu)先級當有多個中斷源同時請求中斷時，CPU根據(jù)中斷優(yōu)先級的高低來決定先響應哪個中斷。01020304中斷系統(tǒng)基本概念及工作原理定時/計數(shù)器概念定時/計數(shù)器是單片機內(nèi)部的一個重要功能部件，可用于實現(xiàn)定時、計數(shù)、產(chǎn)生波形等功能。工作原理定時/計數(shù)器通過對內(nèi)部時鐘信號或外部輸入信號進行計數(shù)，當計數(shù)值達到設(shè)定值時，觸發(fā)中斷或產(chǎn)生輸出信號。編程方法通過設(shè)定定時/計數(shù)器的計數(shù)模式、計數(shù)值、中斷方式等參數(shù)，以及編寫相應的初始化程序和控制程序，實現(xiàn)定時/計數(shù)器的各種功能。定時/計數(shù)器工作原理及編程方法010405060302中斷服務程序概念：中斷服務程序是處理中斷事件的程序，當中斷發(fā)生時，CPU自動跳轉(zhuǎn)到中斷服務程序執(zhí)行。編寫方法確定中斷源和中斷向量；編寫中斷服務程序，包括保存現(xiàn)場、處理中斷事件、恢復現(xiàn)場等步驟；將中斷服務程序的首地址寫入中斷向量表；在主程序中開啟中斷，允許CPU響應中斷請求。中斷服務程序編寫方法并行擴展接口技術(shù)05定義并行擴展總線是一種用于連接微處理器與外部設(shè)備或存儲器之間的并行傳輸通道，具有傳輸速度快、數(shù)據(jù)寬度大等特點。分類根據(jù)數(shù)據(jù)傳輸方式的不同，并行擴展總線可分為單向總線和雙向總線；根據(jù)總線控制方式的不同，可分為同步總線和異步總線。應用領(lǐng)域并行擴展總線廣泛應用于計算機、通信、工業(yè)自動化等領(lǐng)域，用于實現(xiàn)微處理器與外部設(shè)備或存儲器之間的高速數(shù)據(jù)傳輸。并行擴展總線概述芯片功能018255A是一種可編程的并行接口芯片，具有3個8位并行I/O端口，可通過編程實現(xiàn)多種數(shù)據(jù)傳輸和控制功能。應用實例02以8255A芯片為例，介紹其在并行擴展接口技術(shù)中的應用。例如，將8255A芯片連接至單片機的數(shù)據(jù)總線和地址總線上，通過編程實現(xiàn)對外部設(shè)備的控制和數(shù)據(jù)傳輸。編程方法03介紹8255A芯片的編程方法，包括控制字格式、端口地址分配、數(shù)據(jù)傳輸方式等。可編程并行接口芯片8255A應用舉例03其他芯片簡要介紹其他常用的并行擴展接口芯片，如8251、8257等，概述它們的功能和應用領(lǐng)域。018155芯片介紹8155芯片的功能特點和應用范圍，與8255A芯片進行比較分析。028253芯片介紹8253芯片的功能特點和應用范圍，闡述其在定時/計數(shù)方面的應用。其他并行擴展接口芯片簡介串行通信接口技術(shù)06串行通信基本概念及工作原理串行通信是一種異步或同步的數(shù)據(jù)傳輸方式，數(shù)據(jù)在一條傳輸線上按位進行傳送，每一位數(shù)據(jù)都占據(jù)一個固定的時間長度。串行通信工作原理串行通信通過數(shù)據(jù)線將數(shù)據(jù)按位傳送，同時需要同步時鐘信號或起始/停止位來確保數(shù)據(jù)的正確傳輸。串行通信與并行通信比較相對于并行通信，串行通信具有使用線路少、成本低、適用于遠距離通信等優(yōu)點。串行通信定義01020304ASCII碼ASCII碼是計算機中常用的字符編碼標準，用于將字符轉(zhuǎn)換為數(shù)字進行傳輸。波特率與數(shù)據(jù)位波特率表示每秒傳送的位數(shù)，數(shù)據(jù)位表示每個字符中的位數(shù)，常見的標準有7位和8位。奇偶校驗位用于檢測數(shù)據(jù)傳輸過程中的錯誤，通過在數(shù)據(jù)中添加一個額外的校驗位來實現(xiàn)。起始位與停止位起始位表示字符的開始，停止位表示字符的結(jié)束，用于同步接收端和發(fā)送端的數(shù)據(jù)傳輸。串行通信協(xié)議及標準硬件電路設(shè)計包括單片機的選型、電源電路、晶振電路、復位電路等設(shè)計。軟件編程實現(xiàn)通過編程語言（如C語言）編寫程序，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送功能。調(diào)試與測試使用仿真器或?qū)嶋H硬件進行調(diào)試和測試，確保串行通信接口電路的正確性和穩(wěn)定性。單片機串行通信接口電路設(shè)計方法VS定義了數(shù)據(jù)終端設(shè)備（DTE）和