《清華單片機》課件

清華單片機歡迎來到清華單片機課程。本課程將帶領(lǐng)您深入了解單片機的世界，從基礎(chǔ)知識到高級應(yīng)用，全面提升您的技能。課程簡介理論與實踐并重本課程涵蓋單片機的基礎(chǔ)知識和實際應(yīng)用，幫助學(xué)生全面掌握單片機技術(shù)。前沿技術(shù)探索介紹最新的單片機發(fā)展趨勢，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維。項目驅(qū)動學(xué)習(xí)通過實際項目，讓學(xué)生深入理解單片機的工作原理和應(yīng)用場景。課程目標(biāo)1掌握基礎(chǔ)知識理解單片機的基本概念和工作原理2熟練編程技能能夠獨立編寫單片機程序3系統(tǒng)設(shè)計能力具備設(shè)計完整單片機系統(tǒng)的能力4創(chuàng)新應(yīng)用能力能夠?qū)纹瑱C技術(shù)應(yīng)用于創(chuàng)新項目單片機基礎(chǔ)知識定義單片機是將微處理器、存儲器、定時器等集成在一個芯片上的微型計算機系統(tǒng)。特點體積小、功耗低、可靠性高、應(yīng)用靈活，廣泛用于嵌入式系統(tǒng)。單片機的硬件組成中央處理器負責(zé)執(zhí)行指令和數(shù)據(jù)處理存儲器包括程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器輸入/輸出接口與外部設(shè)備進行數(shù)據(jù)交換定時器/計數(shù)器用于時間測量和事件計數(shù)CPU的結(jié)構(gòu)和工作原理取指令從程序存儲器中讀取指令譯碼解析指令，確定操作類型執(zhí)行執(zhí)行指令，進行數(shù)據(jù)處理或控制寫回將結(jié)果寫回存儲器或寄存器存儲器的分類和特點ROM只讀存儲器，用于存儲程序代碼，斷電后數(shù)據(jù)不丟失。RAM隨機存取存儲器，用于存儲臨時數(shù)據(jù)，斷電后數(shù)據(jù)丟失。EEPROM電可擦除可編程只讀存儲器，可多次擦寫，用于存儲重要參數(shù)。Flash閃存，兼具ROM和RAM特點，可擦寫次數(shù)多，容量大。輸入/輸出端口1并行I/O端口同時傳輸多位數(shù)據(jù)，速度快，適用于短距離通信。2串行I/O端口逐位傳輸數(shù)據(jù)，適用于長距離通信，如UART、SPI、I2C等。3特殊功能I/O具有多種功能的端口，如ADC、PWM輸出等。中斷系統(tǒng)1中斷概念暫停當(dāng)前程序執(zhí)行，響應(yīng)高優(yōu)先級事件的機制。2中斷源包括外部中斷、定時器中斷、串口中斷等。3中斷處理保存現(xiàn)場、執(zhí)行中斷服務(wù)程序、恢復(fù)現(xiàn)場。4中斷優(yōu)先級決定多個中斷同時發(fā)生時的響應(yīng)順序。定時/計數(shù)器定時功能用于精確計時，可觸發(fā)定時中斷計數(shù)功能統(tǒng)計外部事件發(fā)生次數(shù)PWM生成產(chǎn)生脈寬調(diào)制信號，控制電機等設(shè)備串行通信UART通用異步收發(fā)器，用于點對點通信SPI串行外設(shè)接口，高速同步通信，適用于短距離I2C兩線制串行總線，適用于多設(shè)備通信常用外圍接口電路單片機系統(tǒng)的設(shè)計流程需求分析明確系統(tǒng)功能和性能要求硬件設(shè)計選擇單片機型號和外圍電路軟件設(shè)計編寫程序?qū)崿F(xiàn)所需功能調(diào)試測試驗證系統(tǒng)功能和性能優(yōu)化改進根據(jù)測試結(jié)果進行優(yōu)化單片機編程基礎(chǔ)匯編語言直接操作硬件，執(zhí)行效率高，但開發(fā)效率低。C語言開發(fā)效率高，可移植性好，是主流的單片機編程語言。開發(fā)環(huán)境集成開發(fā)環(huán)境（IDE）提供編輯、編譯、調(diào)試等功能。編程規(guī)范遵循良好的編程習(xí)慣，提高代碼可讀性和可維護性。I/O口編程1配置I/O方向設(shè)置端口為輸入或輸出模式2讀取輸入從輸入端口讀取數(shù)據(jù)3輸出控制向輸出端口寫入數(shù)據(jù)4位操作單獨控制端口的某一位中斷系統(tǒng)編程1配置中斷源選擇需要使用的中斷源并啟用2設(shè)置中斷優(yōu)先級根據(jù)需求設(shè)置各中斷源的優(yōu)先級3編寫中斷服務(wù)程序?qū)崿F(xiàn)中斷觸發(fā)時的處理邏輯4開啟全局中斷允許中斷系統(tǒng)工作定時/計數(shù)器編程定時器初始化設(shè)置定時器工作模式、分頻系數(shù)和初值中斷處理編寫定時器中斷服務(wù)程序，實現(xiàn)定時功能計數(shù)器應(yīng)用利用計數(shù)器統(tǒng)計外部事件，實現(xiàn)頻率測量等功能串行通信編程UART編程配置波特率、數(shù)據(jù)位、校驗位等參數(shù)SPI編程設(shè)置時鐘極性、相位，實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸I2C編程實現(xiàn)起始、停止條件，數(shù)據(jù)讀寫操作A/D轉(zhuǎn)換編程初始化ADC配置ADC工作模式和參考電壓選擇通道選擇需要采樣的模擬輸入通道啟動轉(zhuǎn)換觸發(fā)ADC開始采樣轉(zhuǎn)換讀取結(jié)果獲取轉(zhuǎn)換完成的數(shù)字量結(jié)果脈寬調(diào)制編程PWM初始化配置PWM頻率和分辨率占空比設(shè)置通過改變比較值調(diào)節(jié)PWM占空比死區(qū)控制在互補PWM輸出中設(shè)置死區(qū)時間中心對齊模式實現(xiàn)中心對齊的PWM波形輸出實時時鐘編程RTC初始化配置RTC時鐘源和中斷時間設(shè)置設(shè)置當(dāng)前時間和日期鬧鐘功能設(shè)置鬧鐘時間和中斷時間讀取讀取當(dāng)前時間和日期信息看門狗定時器編程1初始化看門狗設(shè)置看門狗超時時間2喂狗操作定期復(fù)位看門狗計數(shù)器3系統(tǒng)復(fù)位處理檢測是否由看門狗觸發(fā)的復(fù)位LCD顯示編程初始化LCD配置LCD控制器，設(shè)置顯示模式顯示字符在指定位置顯示字符或字符串顯示圖形繪制點、線、矩形等基本圖形DS18B20溫度傳感器編程初始化發(fā)送復(fù)位脈沖，檢測傳感器存在發(fā)送命令發(fā)送溫度轉(zhuǎn)換或讀取命令等待轉(zhuǎn)換等待溫度轉(zhuǎn)換完成讀取數(shù)據(jù)讀取溫度數(shù)據(jù)并進行轉(zhuǎn)換DHT11溫濕度傳感器編程1發(fā)送起始信號拉低數(shù)據(jù)線18ms，然后釋放2等待響應(yīng)等待DHT11的低電平和高電平響應(yīng)3接收數(shù)據(jù)讀取40位數(shù)據(jù)（濕度整數(shù)、濕度小數(shù)、溫度整數(shù)、溫度小數(shù)、校驗和）4數(shù)據(jù)校驗驗證接收數(shù)據(jù)的正確性步進電機編程電機初始化配置步進電機控制引腳單步控制實現(xiàn)電機單步旋轉(zhuǎn)速度控制通過改變脈沖頻率調(diào)節(jié)速度方向控制控制電機正反轉(zhuǎn)方向舵機編程PWM初始化配置PWM頻率為50Hz角度控制通過調(diào)節(jié)PWM占空比控制舵機角度平滑運動實現(xiàn)舵機的緩慢轉(zhuǎn)動多舵機控制同時控制多個舵機實現(xiàn)復(fù)雜動作電機驅(qū)動編程直流電機通過PWM控制速度，H橋控制方向無刷電機使用三相PWM控制，實現(xiàn)無刷電機驅(qū)動編碼器接口讀取編碼器信息，實現(xiàn)閉環(huán)控制課程總結(jié)1基礎(chǔ)知識掌握理解單片機原理和結(jié)構(gòu)2編程技能提升熟練掌握單片