PIC单片机原理及应用(第五章)61页PPT

• 可靠性：选用经过稳定测试、质量可靠的 外围设备。
外围设备配置原则与选型建议
常用外围设备类型
如键盘、显示器、打印机、A/D和D/A转换器等。
选型注意事项
关注设备的性能指标、接口类型、尺寸大小及价格等因素。
典型外围设备配置案例分析
案例一
基于单片机的温度监控系统
外围设备配置
温度传感器、A/D转换器、LCD 显示器等。
典型应用系统设计案例分析
智能家居控制系统
以单片机为核心，实现对家居 环境的监测和控制，如温度、
湿度、光照等。
工业自动化控制系统
通过单片机实现对工业设备的 自动化控制，提高生产效率和 产品质量。
物联网终端设备
将单片机作为物联网终端设备 的核心控制器，实现数据采集 、处理和传输等功能。
医疗电子设备
利用单片机实现医疗电子设备 的智能化和便携化，如血压计
子程序的定义、参数传递、局部 变量与全局变量的使用等。
典型汇编语言程序实例分析
逻辑运算程序
与、或、非等基本逻辑运算的 汇编实现。
控制转移程序
条件转移、无条件转移等控制 转移的汇编实现。
算术运算程序
加法、减法、乘法、除法等基 本算术运算的汇编实现。
数据传送程序
内存与寄存器之间、寄存器与 寄存器之间数据传送的汇编实 现。
如医疗监护仪、便携 式医疗设备等。
作为物联网终端设备 的核心控制器，实现 数据采集、传输和控 制等功能。
常见单片机类型及特点
8051系列
PIC系列
具有高性能、低功耗、易于编程和调试等 特点，广泛应用于工业控制和智能家居等 领域。
具有高性能、低功耗、丰富的外设接口和 强大的中断处理能力等特点，适用于各种 复杂的应用场景。

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单片机原理及应用说 课ppt课件
目录
• 课程介绍与目标 • 单片机基本原理 • 单片机外部扩展技术 • 单片机接口技术 • 单片机应用系统设计实例分析 • 实验教学内容安排与考核方式 • 课程总结与展望
01 课程介绍与目标
课程背景与意义
信息技术发展迅速， 单片机作为嵌入式系 统核心，应用广泛
适应社会对单片机应 用人才的需求，提高 学生就业竞争力
新能源与节能环保
在新能源和节能环保领域，单片机将应用于太阳能、风能 等可再生能源的转换和控制，以及能源管理和节能控制等 方面。
工业自动化与智能制造
在工业自动化领域，单片机将作为控制器和执行器广泛应 用于各种自动化设备中，提高生产效率和产品质量。
人工智能与机器人
随着人工智能技术的不断发展，单片机将作为机器人的核 心控制单元，实现机器人的感知、决策和执行等功能。
内部结构和工作原理
内部结构
主要包括中央处理器（CPU）、 存储器（ROM、RAM）、I/O接 口、定时器/计数器、中断系统
等。
工作原理
单片机通过执行存储在存储器中 的程序，实现对外部设备的控制 和数据处理。程序由一系列指令 组成，指令在CPU中执行，完成
各种操作。
时序与复位
单片机的时序是指各部件之间协 调工作的时间顺序。复位操作是 将单片机恢复到初始状态，以便
D
简易计算器设计
设计目标
实现基本的数学运算功能，包括加、 减、乘、除等。
设计思路
采用单片机作为核心控制器，通过按 键输入数字和运算符，经过处理后在 显示屏上显示结果。
硬件组成
单片机、按键、显示屏、电阻、电容 等。
软件设计
编写程序实现按键输入识别、数学运 算处理、结果显示等功能。

02
单片机基本原理
单片机的硬件结构
01
02
03
04
中央处理器
负责执行指令和控制单片机工 作。
存储器
用于存储程序和数据。
输入/输出接口
实现单片机与外部设备的通信 。
时钟电路
提供单片机工作所需的时钟信 号。
单片机的指令系统
指令集
单片机所能执行的指令集合。
指令格式
指令的编码格式和长度。
寻址方式
确定操作数所在地址的方式。
统上运行。
项目管理工具
IAR Embedded Workbench提供了 项目管理工具，方便用户管理项目文
件和资源。
高效编译器和调试器
IAR Embedded Workbench提供了 高效的编译器和调试器，支持多种单 片机型号。
图形化界面设计工具
IAR Embedded Workbench支持图 形化界面设计，方便用户设计人机交 互界面。
单片机原理及应用
• 单片机概述 • 单片机基本原理 • 单片机编程语言与开发环境 • 单片机应用实例 • 单片机发展趋势与展望
01
单片机概述
单片机的定义与特点
定义
单片机是一种集成电路芯片，它集成 了中央处理器、存储器、输入/输出 接口等主要计算机部件，形成一个完 整的微型计算机系统。
特点
单片机具有体积小、功耗低、可靠性 高、价格便宜等特点，广泛应用于各 种智能控制领域。
单片机的应用领域
工业控制
单片机可以用于各种自 动化设备的控制，如智 能仪表、传感器、执行
器等。
智能家居
单片机可以用于智能家 居系统的控制，如智能 照明、智能安防、智能
家电等。

表5—3 TMR0的工作模式 T0CS 0 1 TMR0工作模式 定时器 计数器 触发信号的来源 计数器的触发信号取自内部指令周期 计数器的触发信号取自外部引脚T0CKI电 平的上升沿/下降沿
第五章定时/计数器
5.2 定时和计数器硬件结构
5.2.2定时器/计数器TMR1的硬件结构 定时器/计数器TMR1不仅可作通用的定时器和计数器；而且 利用内置的低频时基振荡器，还可实现实时时钟 RTC 功能；通 过TMR1与CCP模块配合使用，定时器/计数器TMR1又可实现输入 捕捉和输出比较功能。 定时器/计数器TMR1是一个16位的可读可写的计数寄存器， 由高低两字节组成（TMR1H和TMR1L）16位寄存器从0000H到 FFFFH加1计数，然后回到0000H。在从FFFFH到0000H的过程中， 置位中断标志位TMR1IF。定时器/计数器TMR1还带有一个3位的 可编程预分频器和一个内置的低功耗低频时基振荡器。
第五章定时/计数器
5.2 定时和计数器硬件结构
3 定时器/计数器TMR0模块的电路结构和工作原理
第五章定时/计数器
5.2 定时和计数器硬件结构
4.分频器 分频器实际上也是一个8位累加计数器，它只能配合 TMR0或WDT输出的时钟由PS2—PS0设定分额比，这个分频 比由OPTION_REG寄存器中的PS2—PS0决定。 5.TMR0累加计数寄存器 TMR0有定时器和计数器两种工作模式。这两种模式之间 的差异是触发信号的来源不同。TMR0的工作模式由T0CS位 （选项寄存器OPTION_REG）决定
第五章定时/计数器
5.2 定时和计数器硬件结构
5.2.2定时器/计数器TMR1的硬件结构 1．定时器/计数器TMR1模块具有的特点 （ 1 ） 一个 16 位的由时钟信号上升沿触发的累加计数寄存器 对TMR1H：TMR1L； （2） TMR1H和TMR1L是在RAM中统一编址的寄存器对，地址为 0EH和0FH，可用软件方式读/写TMR1[寄存器对的内容； （3）一个可选用的3位可编程的预分频器；

输入输出端口（I/O端 口）：用于与外部设备进 行数据交换
存储器：包括程序存储器、 数据存储器等，用于存储 程序和数据
定时/计数器：提供精确 的定时或计数功能
9
单片机工作原理
指令系统
单片机所能执行的全部指令的集合
可靠性设计
采取多种措施提高单片机的抗干扰能力和 可靠性
寻址方式
确定操作数地址的方法
低功耗设计
PIC系列
高性能、低功耗的单片机，具有丰富 的外设接口和强大的中断处理能力。
2024/1/25
AVR系列
高速、低功耗的单片机，具有先进的 指令集和丰富的外设接口。
ARM系列
高性能、低功耗的32位单片机，具 有强大的计算能力和丰富的外设接口， 适用于高端应用场合。
6
02
单片机基本原理
2024/1/25
2024/1/25
29
汽车电子控制系统设计
发动机控制
通过单片机控制点火、喷油、气门等执行器，实现对发动 机性能的优化和燃油消耗的降低。
01
车身控制
通过单片机控制车灯、车窗、门锁等车 身部件，提高驾驶的便捷性和安全性。
02
2024/1/25
03
车载信息系统
通过单片机控制车载导航、音响、蓝 牙等设备，提供丰富的车载信息娱乐 功能。
2024/1/25
16
I/O端口扩展
I/O端口类型
包括并行I/O端口、串行I/O端口等，用于与外部设备 或传感器进行数据传输。
扩展方式
通过数据线、控制线与单片机连接，实现I/O端口的 扩展。
端口地址分配
根据单片机的地址空间和I/O端口数量，合理分配端 口地址，确保访问正确。

《单片机原理及应用》教学课件
3.1.2
MCS-51内部并行I/O口的应用
MCS-51I/O端口的操作方式： （ 1）输出数据方式：CPU通过一条数据传送指令就可以把输 出数据写入 P0 ～ P3 的端口锁存器，然后通过输出驱动器 送到端口引脚线。例如，下面的指令均可在P0口输出数据。
MOV P0, A ANL P0, #data ORL P0, A
《单片机原理及应用》教学课件
2．P2口
P2口常用做外部存储器的高8位地 址口。当不用做地址口时， P2 口也可 作为通用 I/O 口，这时它也是一个准双 向 I/O 口。不必外接上拉电阻就可以驱 动任何MOS驱动电路，且只能驱动4个 TTL 输入。 P2 口的位结构如右图所示。
3．P1口
P1口常用做通用I/O口，它也是
（2）读端口数据方式： CPU读入的这个数据并非端口引脚线 上的数据。读端口数据可以直接读端口。例如，下面的指 令均可以从P1口输入数据。
MOV MOV MOV MOV A, P1 20H, P1 R0, P1 @R0, P1
《单片机原理及应用》教学课件
（3）读端口引脚方式：读端口引脚方式可以从端口引脚
中断与子程序的最主要区别：子程序是预先安排好的，中 断是随机发生的。
中断涉及的几个环节：中断源、 中断申请、开放中断、保 护现场、中断服务、恢复现场、中断返回。
《单片机原理及应用》教学课件 2. 中断源
中断源是指引起中断的设备或事件，或发出中断请求的源头。
3. 中断的分类
中断按功能通常可分为可屏蔽中断、非屏蔽中断和软件中断三类。 可屏蔽中断是指CPU可以通过指令来允许或屏蔽中断的请求。 非屏蔽中断是指CPU对中断请求是不可屏蔽的，一旦出现，CPU必须响应。 软件中断则是指通过相应的中断指令使CPU响应中断。

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单片机原理及应用电子课件
•6号题
•温故知新检测
• 程序计数器PC的作用是什么？
•
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单片机原理及应用电子课件
•7号题
•温故知新检测
•AT89C51 的 CPU 主 要 由哪几部分组成?
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单片机原理及应用电子课件
•8号题
•温故知新检测
•单片机CPU运算器的核心 部件是什么？ •其主要功能有哪些？
P3口的功能作用。 9. 了解堆栈指针SP及堆栈的作用； 10. 掌握堆栈的设置及使用方式； 11. 熟悉AT89C51复位条件、复位电路和复位后
常用的SFR的状态。 12. 理解时钟电路组成、时钟和机器周期的概念。
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•课前预习和复习检测
•1号题
•2号题
•3号题
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单片机原理及应用电子课件
2.2 AT89C51单片机引脚及其功能
AT89C51有40条引脚，与其他51系列 单片机引脚是兼容的。这40条引脚可分为 I/O端口线、电源线、控制线、外接晶体线 四部分。其封装形式有两种：双列直插封装 (DIP)形式和方形封装形式，如图2.2所示。
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•4号题
•5号题
•6号题
•7号题
•8号题
•9号题
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•1号题
•温故知新检测
• 微机中常用的进制有哪些？ • 各有何特点？
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•2号题
•温故知新检测
• 什么是BCD码和BCD数？ • BCD数的加减运算有何特点？

显示器接口技术及应用实例
1 2
显示器接口原理
显示器接口是单片机将数据显示到外部设备的常 用方式，通过显存和控制信号实现数据的显示和 刷新。
显示器接口电路
显示器接口电路包括显存、显示控制器、驱动电 路等部分，以实现数据的稳定显示和刷新。
3
显示器接口应用实例
通过实例介绍如何使用单片机实现数据显示和控 制，如LED数码管显示、LCD液晶显示等。
单片机发展历程
早期单片机
早期的单片机功能相对简 单，主要用于控制领域，
如Intel公司的8048、 8051等。
现代单片机
随着技术的发展，现代单 片机功能越来越强大，集 成了更多的外设接口和通 信接口，如ARM公司的
ARM7、ARM9等。
未来单片机发展趋势
未来单片机将更加注重低 功耗、高性能、高集成度 和智能化等方向的发展。
目标
培养学生掌握单片机系统开发的 基本技能，具备独立设计单片机 应用系统的能力。
课件结构与安排
结构
按照由浅入深、循序渐进的原则，分为基础篇、提高篇和应用篇三个部分。
安排
基础篇主要介绍单片机的基本概念和原理；提高篇着重讲解单片机的指令系统 和编程语言；应用篇则通过实例分析，介绍单片机的典型应用和开发流程。
串行扩展技术及应用实例
串行扩展原理
通过串行接口与单片机连接，数据传输速度较慢，但节省单片机资 源。
典型应用
如SPI、I2C等串行总线扩展方式。
实例分析
以某串行扩展应用为例，详细介绍其硬件连接、软件编程及调试方法 。
存储器扩展技术及应用实例
存储器扩展需求
当单片机内部存储器不足时，需要进行外部存储器扩 展。
单片机原理及应用全套完整课 件

6
1.2 I/O端口控制
1. I/O端口分组管理
7
1.2 I/O端口控制
2. I/O端口的控制寄存器
① TRISx寄存器：I/O端口方向控制寄存器。
– TRISx的位为“1”时，其对应的I/O 端口为输入。 – TRISx的位为“0”时，其对应的I/O 端口为输出。 – 复位以后，所有端口引脚被定义为输入。
//RE0=1输出高电平+5V，亮
delay();
//延时
TE0 =0; //RE0=0输出低电平0V，灭灯
delay();
//延时
}
}
12
1.3 I/O端口应用举例
例2、实现6个发光二极管流水灯功能。 硬件分析：6个发光二极管D1-D6分别连接着33-38引脚，即
RE0-RE5端口；每个引脚输出高电平时（=1）灯亮；输出 低电平时（=0）灯不亮。
② 控制步骤： – 将TRISE寄存器的TRISE0位置0，设置RE0为数据输出端 口； – 给LATE寄存器的LATE0位赋值为1/0, RE0输出高低电平；
软件设计为：
int main()
{
TRISEbits.TRISE0 = 0; //设置RE0为输出(1输入，0输出)；
while(1)
{
TE0 =1; 灯
例1:实现发光二极管D1闪烁功能。 硬件分析：发光二极管D1连接着38引脚，即RE0端口；
RE0输出高电平时（=1），D1亮； RE0输出低电平时（=0），D1不亮；
高电低平电（平=1（）=0）
软件分析：
① RE0管脚对应的寄存器及对应位 – 方向控制寄存器TRISE的 TRISE0位； – LATE寄存器的 LATE0位； – PORTE寄存器的 RE0位；

并行扩展应用实例
分析并行扩展在存储器扩 展、I/O端口扩展等方面的 应用实例，包括电路图、 程序设计及实现方法。
串行扩展技术及应用实例分析
1 2 3
串行通信基础 介绍串行通信的基本概念、通信协议（如UART、 I2C、SPI等）及数据传输方式（异步、同步）。
串行接口芯片
阐述串行接口芯片的工作原理、常见类型（如 MAX232、TL16C550等）及其与单片机的连接 方式。
数据格式和传输速率等。
串行通信优缺点
串行通信具有传输距离远、成本 低等优点，但传输速度相对较慢。
串行接口电路组成和工作原理
串行接口电路组成
串行接口电路主要由发送器、接收器、控制逻辑和电平转换电 路等组成。
工作原理
在发送数据时，发送器将并行数据转换为串行数据，然后通过 传输线发送给接收器；接收器将接收到的串行数据转换为并行 数据，供后续电路处理。控制逻辑负责协调发送器和接收器的 工作，确保数据传输的正确性。
等，定位软件故障。
THANK YOU
感谢聆听
选择合适的单片机型号
根据系统需求选择合适的单片机型号， 考虑处理速度、存储容量、外设接口 等因素。
设计合理的电路结构
简化电路结构，减少元器件数量，降 低系统复杂度和成本。
考虑电磁兼容性
合理布局布线，采取屏蔽、滤波等措 施，提高系统电磁兼容性。
调试技巧
使用示波器、逻辑分析仪等工具进行 信号测试和分析，定位硬件故障。
03
人机交互设备应用实例
分析人机交互设备在单片机系统中的应用实例，包括电路图、程序设计
及实现方法。例如，基于单片机的简易计算器设计，通过键盘输入数据，
显示器显示结果，实现基本计算功能。

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Return
2013-7-11
◆ 匈牙利籍数学家冯·诺依曼在方案的 设计上做出了重要的贡献。1946年6月， 他又提出了“程序存储”和“二进制运 算”的思想； ◆ 进一步构建了计算机由运算器、控制 器、存储器、输入设备和输出设备组成 这一计算机的经典结构。
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► Down
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Main
Return
◄ Up ► Down ◙ Main Retu机 ◆ Intel的8051单片机 ◆ Microchip的PIC单片机
◆ Atmel的AVR单片机
◄ Up ► Down ◙ Main Return
2013-7-11
1.5 单片机的应用领域
（1）智能仪器仪表 ◆单片机用于各种仪器仪表，一方面提 高了仪器仪表的使用功能和精度，使 仪器仪表智能化，同时还简化了仪器 仪表的硬件结构，从而可以方便地完 成仪器仪表产品的升级换代。 ◆如各种智能电气测量仪表、智能传感 器等。
◄ Up ► Down ◙ Main Return
2013-7-11
（4）数据采集系统 ◆在实时控制系统中，要求数据采集具有 较好的同步性和实时性，若采用单个计 算机顺序采集，存在不能同时采集、实 时性不强等缺点，会造成计算、处理上 的误差而引起分析统计困难。
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► Down
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2013-7-11
◆ ENIAC是电子管计算机，时钟频率仅有 100KHz，但能在1秒钟的时间内完成5000次 加法运算。与现代的计算机相比，有许多不 足，但它的问世开创了计算机科学技术的新 纪元，对人类的生产和生活方式产生了巨大 的影响。