山东大学单片机原理与接口
单片机原理及接口技术
单片机原理及接口技术
单片机（Microcontroller）是集成了微处理器核心、存储器、输入输出接口和定时器等外设功能于一芯片之中的微型计算机。
单片机的工作原理是通过中央处理器（CPU）来执行存储于存储器中的程序，根据程序中的指令进行运算和控制。
它的输入输出接口用于与外部设备连接，如传感器、执行器等，完成信号的输入、输出和控制操作。
单片机的工作流程通常包括以下几个步骤：
1. 初始化：单片机启动时对各个外设进行初始化设置。
2. 输入数据：通过输入接口从外部设备或传感器中接收数据。
3. 运算处理：CPU对接收到的数据进行运算和处理，执行程序指令。
4. 输出数据：通过输出接口将处理后的数据送给外部设备
或执行器进行控制。
单片机的接口技术包括以下几种：
1. 数字输入输出（Digital I/O）：用于处理数字信号的输
入和输出，通过高低电平的变化来进行数据传输和控制。
2. 模拟输入输出（Analog I/O）：用于处理模拟信号的输
入和输出，通过模数转换器（ADC）将模拟信号转换为数
字信号进行处理。
3. 串口通信（Serial Communication）：通过串口接口与外部设备进行数据的收发和通信，如RS-232、RS-485等。
4. 并口通信（Parallel Communication）：通过并口接口与外部设备进行数据的并行传输和通信，如打印机接口。
5. 定时器计数器（Timer/Counter）：用于生成定时和计
数功能，可实现时间的测量、延时等操作。
单片机的接口技术可以根据应用需求进行选择和配置，以实现与外部设备的连接和通信，完成各种控制和数据处理任务。
单片机原理及接口技术
单片机原理及接口技术在当今数字化时代，单片机已经成为嵌入式系统设计中不可或缺的重要组成部分。
本文将介绍单片机的工作原理以及与外部设备进行通信的接口技术。
单片机工作原理单片机是一种集成了处理器、存储器和输入输出设备等功能模块的微型计算机系统。
它通常由中央处理器（CPU）、存储器（RAM和ROM）、计时器（Timer）、串行通信接口（UART）和引脚（Port）组成。
单片机的工作原理可以简要描述为以下几个步骤：1.初始化：单片机在上电时会执行初始化程序，设置各种工作模式、配置寄存器等。
2.执行程序：单片机会根据存储器中存储的程序指令序列来执行相应的操作，包括算术逻辑运算、控制流程等。
3.输入输出操作：单片机通过输入输出接口与外部设备进行通信，如传感器、执行器等。
4.中断处理：单片机可以在特定条件下触发中断请求，暂停当前执行的程序，转而执行中断服务程序，处理相应的事件或信号。
单片机接口技术单片机与外部设备的通信主要依赖于接口技术，包括数字输入输出接口、模拟输入输出接口以及通信接口等。
数字输入输出接口数字输入输出接口用于与二进制设备进行通信，通过配置相应的引脚工作在输入或输出模式，实现信号的采集与输出。
常用的数字输入输出方式包括GPIO口、SPI接口、I2C接口等。
模拟输入输出接口模拟输入输出接口用于处理模拟信号，包括模拟输入端口和模拟输出端口。
模拟输入端口通过模数转换器将模拟信号转换为数字信号，模拟输出端口则通过数模转换器将数字信号转换为模拟信号。
通信接口通信接口是单片机与外部设备进行数据交换的重要手段，主要有串行通信接口（UART）、并行通信接口（Parallel）、CAN接口等。
通过这些通信接口，单片机可以实现与其他设备的数据交换与通信。
结语单片机原理及接口技术是嵌入式系统设计的基础知识，通过深入了解单片机的工作原理和接口技术，可以更好地应用单片机进行系统设计与开发。
希望本文对读者有所帮助，谢谢！以上是关于单片机原理及接口技术的简要介绍，希望能对读者有所启发。
单片机原理及接口技术
单片机原理及接口技术单片机（Microcontroller）是一种集成了微处理器核心、存储器、输入/输出端口和定时器等功能于一体的计算机系统。
它具有成本低廉、体积小巧、功耗低等优点，广泛应用于各个领域。
本文将介绍单片机的原理及接口技术。
一、单片机原理1. 单片机的组成结构单片机通常由CPU、存储器、输入/输出口、定时/计数器、中断系统等组成。
其中，CPU是单片机的核心，负责执行程序指令；存储器用于存储程序和数据；输入/输出口用于与外部设备进行数据交互；定时/计数器用于计时和计数；中断系统可以处理外部事件。
2. 单片机的工作原理单片机工作时，先从存储器中加载程序指令到CPU的指令寄存器中，然后CPU执行指令并根据需要从存储器中读取数据进行计算和操作，最后将结果写回存储器或输出到外部设备。
3. 单片机的编程语言单片机的程序可以使用汇编语言或高级语言编写。
汇编语言是一种低级语言，直接使用机器码进行编程，对硬件的控制更加精细，但编写和调试难度较大。
而高级语言（如C语言）可以将复杂的操作用简单的语句描述，易于编写和阅读，但对硬件的控制相对较弱。
二、单片机的接口技术1. 数字输入/输出接口（GPIO）GPIO是单片机与外部设备进行数字信号交互的通道。
通过配置GPIO的输入或输出状态，可以读取外部设备的状态或者输出控制信号。
GPIO的配置包括引脚的模式、电平状态和中断功能等。
应根据具体需求合理配置GPIO，以实现与外部设备的稳定通信。
2. 模拟输入/输出接口单片机通常具有模数转换器（ADC）和数模转换器（DAC），用于模拟信号的输入和输出。
ADC将模拟信号转换为数字信号，以便单片机进行处理。
而DAC则将数字信号转换为模拟信号，用于驱动模拟设备。
模拟输入/输出接口的配置需要考虑转换精度、采样率和信噪比等因素。
3. 串行通信接口串行通信接口允许单片机与其他设备进行数据交换。
常见的接口包括UART（通用异步收发器）、SPI（串行外设接口）和I2C（串行外设接口），它们具有不同的通信速率和传输协议。
单片机原理及接口技术
单片机原理及接口技术单片机原理及接口技术（上）一、单片机基本原理单片机（Microcontroller）是由中央处理器（CPU）、存储器（ROM、RAM）、输入/输出接口（I/O）和定时/计数器等模块所组成的一个微型计算机系统。
单片机通过程序控制，能够完成各种控制任务和数据处理任务。
目前，单片机已广泛应用于计算机、通讯、电子、仪表、机械、医疗、军工等领域。
单片机的基本原理是程序控制。
单片机执行的程序，是由程序员以汇编语言或高级语言编制而成，存放在存储器中。
当单片机加电后，CPU按指令序列依次从存储器中取得指令，执行指令，并把执行结果存放到存储器中。
程序员通过编写的程序，可以对单片机进行各种各样的控制和数据处理。
单片机的CPU是整个系统的核心，它负责执行指令、处理数据和控制系统的各种操作。
CPU通常包括运算器、控制器、指令译码器和时序发生器等模块。
其中，运算器主要用于执行算术和逻辑运算；控制器用于执行指令操作和控制系统的运行；指令译码器用于识别指令操作码，并将操作码转化为相应的操作信号；时序发生器用于产生各种时序信号，确保系统按指定的时间序列运行。
存储器是单片机的重要组成部分，用于存储程序和数据。
存储器一般包括ROM、EPROM、FLASH和RAM等类型。
其中，ROM是只读存储器，用于存储程序代码；EPROM是可擦写可编程存储器，用于存储不经常改变的程序代码；FLASH是可擦写可编程存储器，用于存储经常改变的程序代码；RAM是随机存储器，用于存储数据。
输入/输出接口（I/O）用于与外部设备进行数据交换和通信。
单片机的I/O口可分为并行I/O和串行I/O两类。
并行I/O通常包括数据总线、地址总线和控制总线等，用于与外部设备进行高速数据传输。
串行I/O通常通过串口、I2C总线、SPI总线等方式实现，用于与外部设备进行低速数据传输。
定时/计数器是单片机中的重要组成部分，它可以产生各种时间、周期和脉冲信号，用于实现各种定时和计数操作。
单片机 山大 第8章 单片机典型外围接口技术
电流 。
第8章 单片机典型外围接口技术
D/A转换器的主要性能指标有：
①分辨率。指DAC能够把多少位二进制数转换成模拟量。通常，
我们用数字输入信号的有效位来表示，如8位、12位等。
②转换精度。以最大的静态转换误差的形式给出，用来描述转 换后的实际转换特性与理想转换特性之间的最大偏差。该项
指标在不同的参考文献中有可能定义的含义或形式不一样，
第8章 单片机典型外围接口技术
8.1.1.2 ADC0809的扩展接口 ADC0809是逐次逼近型八位A/D转换器，片 内有八路模拟开关，可对八路模拟电压量实 现分时转换。典型转换速度100μs 。片内带有 三态输出缓冲器，可直接与单片机的数据总 线相连接 。 ADC0809的引脚见图，其信号意 义如下： CLK 时钟信号，典型值为500～640KHz VREF+、VREF- 基准电压输入，通常 VREF+ 接+5V、VREF- 接地 ALE 地址锁存允许，其上升缘锁存 ADDC～ADDA的地址信号（通道选择）
ADC0809
CLK
ADDA ADDB ADDC D0 ~ D7 EOC START ALE OE IN0
IN7 VCC VREF+ VREFGND
μ
第8章 单片机典型外围接口技术
START A/D转换启动信号，上升缘启动A/D转换。 EOC 转换完成信号，启动转换后，EOC输出低电平，转换完 成后输出高电平。该信号可用作向单片机提出中断申请，或者 作为查询信号。 OE 数字量输出允许信号，该引脚输入高电平时，转换后 的数字量从D0～D7脚输出。 IN0～IN7 模拟电压输入，八个引脚可分别接八路模拟信号。 ADDA、ADDB、ADDC 通道选择信号，其输入电平的组合用于 … 选择模拟通道IN0～IN7之一 ： ADDC、ADDB 、ADDA 模拟通道 0 0 0 IN0 0 0 1 IN1 ……
单片机原理及其接口技术
单片机原理及其接口技术单片机（Microcontroller）是一种集成了微处理器、存储器和输入输出功能的微型计算机系统，广泛应用于各种电子设备中。
它具有体积小、功耗低、成本低、易于编程等特点，因此在嵌入式系统中得到了广泛的应用。
本文将介绍单片机的基本原理及其接口技术。
首先，单片机的基本原理是指其内部的微处理器、存储器和输入输出功能。
微处理器是单片机的核心部件，负责执行各种指令和数据处理。
存储器用于存储程序和数据，包括只读存储器（ROM）和随机存储器（RAM）。
输入输出功能则包括各种接口和端口，用于与外部设备进行通信和控制。
单片机的接口技术是指单片机与外部设备进行通信和控制的方法和技术。
常见的接口技术包括并行接口、串行接口、模拟接口和数字接口等。
其中，并行接口可以同时传输多位数据，适用于高速数据传输；串行接口则逐位传输数据，适用于远距离通信和数据存储；模拟接口用于连接模拟传感器和执行模拟控制，而数字接口则用于连接数字设备和执行数字控制。
在实际应用中，单片机的接口技术通常需要根据具体的应用需求进行选择和设计。
例如，对于需要高速数据传输的应用，可以选择并行接口或者高速串行接口；对于需要远距离通信的应用，可以选择低速串行接口或者无线通信接口；对于需要连接模拟传感器和执行模拟控制的应用，可以选择模拟接口；对于需要连接数字设备和执行数字控制的应用，可以选择数字接口。
总之，单片机是一种集成了微处理器、存储器和输入输出功能的微型计算机系统，具有体积小、功耗低、成本低、易于编程等特点，广泛应用于各种电子设备中。
其接口技术包括并行接口、串行接口、模拟接口和数字接口等，需要根据具体的应用需求进行选择和设计。
希望本文能够对单片机的原理及其接口技术有所帮助。
单片机原理与接口
C语言概述及基本语法规则
C语言简介
C语言是一种高效、灵活的编程语言，广泛应用于系统级编程，包括单片机程 序设计。
基本语法规则
C语言遵循严格的语法规则，包括变量声明、数据类型、运算符、表达式、控制 结构等。
数据类型、运算符与表达式
数据类型
C语言提供多种数据类 型，如整型（int）、浮 点型（float）、字符型 （char）等，用于存储 和处理不同类型的数据。
学生应熟练掌握单片机的各种接口技 术，包括并行接口、串行接口、A/D 和D/A转换接口等，以及这些接口在 实际应用中的编程方法。
03
系统设计与开发
学生应具备单片机应用系统的设计与 开发能力，包括硬件电路设计、软件 编程和调试等方面的技能。
未来发展趋势预测
智能化发展
随着人工智能技术的不断发展，单片机将更加智能化，具 备更高的处理能力和自主学习能力。
循环结构
通过for、while等语句实现循环执行某段代码，直到满足特定条件 为止。
函数定义与调用方法
函数定义
函数是一段可重用的代码块，用于实 现特定的功能。在C语言中，可以通 过定义函数来封装复杂的逻辑和算法。
函数调用
在程序中可以通过函数调用语句来调 用已定义的函数，实现代码的模块化 和可重用性。函数调用需要传递必要 的参数，并获取函数的返回值。
中断控制器
负责管理和控制中断的部件，如8259A中断控制器芯片。
中断处理程序
用于处理中断事件的程序，通常包括保存现场、处理中断事件和 恢复现场等步骤。
03 单片机指令系统与汇编语 言程序设计
指令系统概述
指令系统定义
指令系统是计算机硬件的语言系统，也叫做机器语言，指计算机所能执行的全部指令的集 合。
单片机的原理及接口技术
单片机的原理及接口技术
单片机是一种集成电路，封装了中央处理器、存储器和各种输入输出设备，用于控制和执行特定的任务。
它具有自主工作能力，可独立完成各种计算和控制操作。
接口技术是指单片机与外部设备之间的数据传输和控制相互连接的方式和方法。
单片机的接口技术多种多样，常见的包括串口、并行口、模拟输入输出等。
串口是单片机与计算机、外围设备之间数据传输的一种接口技术。
通过串口，单片机可以与计算机进行通信，实现数据的输入和输出。
串口由几个主要的信号线组成，包括发送线、接收线、时钟线、复位线等。
并行口是单片机与外设设备之间并行传输数据的接口技术。
通过并行口，单片机可以同时传输多个位的数据，实现对外设设备的控制和操作。
并行口通常包括数据线、地址线、控制线等。
模拟输入输出是单片机与模拟电路之间的接口技术。
单片机可以通过模拟输入输出，实现对模拟电路的监测和控制。
模拟输入可以将外界模拟信号转换为数字信号输入到单片机中，而模拟输出可以将单片机处理后的数字信号转换为模拟信号输出到外界电路中。
除了上述接口技术之外，单片机还可以通过其他方式进行数据传输和控制，如I2C总线、SPI总线、智能控制等。
这些接口
技术的选择取决于具体应用需求和外设设备的特性。
单片机通
过接口技术实现与外设设备的连接，可以实现各种应用场景下的数据传输和控制操作。
因此，掌握并理解单片机的接口技术对于进行单片机的开发和应用至关重要。
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项目的具体用途为：当人们想了解家中太阳能热水器内是否有所需的温度及 水量的热水时，可以远程获取家中热水器内水的状态，以及远程控制热水器上水 或停止上水。
具体功能为：通过向微信公众号内发送包含“上水”/“停止”/“水位”/ “温度”字符串的话语，可以分别远程控制太阳能热水器上水，停止上水，回馈 水温，回馈水位的功能。
鉴于山东大学校园网有 iNode 客户端认证，无法直接通过 W5100 加 DHCP 获 取 IP。本项目采取了利用计算机连接无线网当作路由器，再将 W5100 绑定 192.168.137.X 的网段并通过网线直接连到计算机上以实现 W5100 联网的目的， 这样就可以实现 Arduino 对云端的数据收发。
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一、 项目背景及目的
随着时代的发展，人们越来越追求高效便捷的高质量生活，而网络是一种高 效的信息传递途径，物联网应运而生。家居生活是人们日常生活的重要组成部分， 而短程的家居控制限制了人们的诸多便利。比如想在家以外的地方让家里的太阳 能热水器上水，了解当前太阳能热水器内水温水位等状态，这就是我们项目的出 发点。又考虑到当前微信应用之广，于是提出用微信控制智能热水器的物联网构 想。最终目的是实现利用微信公众号通过云端控制及读取 Arduino 硬件系统的状 态，实现远程控制太阳能热水器上水和读取热水器内水温及水位的功能。
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四、 硬件单元的使用
智能热水器的硬件主体由以太网模块 W5100、温度传感器 DS18B20、水位传感器等构成， 传感器检测温度、水位等数据，数据通过单片机 经由 W5100 上传到云端服务器，通过微信公众号 对云端服务器进行访问，获得热水器当前的实时 情况，并可通过微信对其进行指令操控。
温度传感器采用 DS18B20，其自带 AD 转换， 输出为数字信号。因传感器需要测量水温，故采 用封装好的 DS18B20。
9.1Arduino 烧录代码： ................................................................. 9 9.2 服务器代码：...........................................................................12 9.3 微信代码： ...............................................................................13
因网上现有传感器测量范围较小，限制较 大，故利用高值电阻自制了传感器，该传感器由 七段电阻组成，最右边为保护电阻，每段电阻间 设一个检测点，其余地方用胶封绝缘，利用杂质 水的导电性将监测点下的电阻短路，使得测量点 的电压值升高，从而反映水位变化。虽然该传感 器的灵敏度只有 20%，但作为家用热水器了解热 水器内大致的水位已足够。
通过这样的硬件设计思想，可以得到硬件设计电路图如下:
图中面包板左侧连接的一连串的电阻为水位传感器，左端为水下，右端为水上； 面包板右侧连接了添加上拉电阻的 DS18B20 温度传感器和低电平触发的继电器； 面包板的右方为搭载 W5100 的 Arduino UNO。
下图为 W5100 的原理图，利用 W5100 可以实现没有操作系统的 Internet 连 接，本项目利用 W5100 连接作为路由器的计算机来实现硬件系统接入网络。
硬件主要的数据变量有三个：其一为继电器的开关逻辑值，低ห้องสมุดไป่ตู้平触发，
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Arduino 可对云端该值询问并对继电器输出相应数字电平；其二为 DS18B20 温度 传感器的温度值，在云端该值为可改变的 int 型，Arduino 可向云端发送当前温 度值；其三为自制的电阻型水位传感器的水位值，在云端该值为可改变的 int 型， Arduino 可向云端发送处理后的当前水位对应百分比。
三、 硬件设计思想及电路图
该项目的主体思想为：利用云端将 Arduino 控制模块和手机微信联系起来。 具体从硬件方面来讲，Arduino 不断向云端服务器询问继电器应处状态的布尔值， 并读取 DS18B20 温度传感器和自制电阻型水位传感器的变量值来更新温度和水 位在云端的存储值，而搭载 W5100 模块可以绑定静态 IP 实现 Arduino 连接互联 网。
山东大学《单片机原理与接口》 课程设计报告
项目名称：物联网之智能热水器 所在学院：物理学院 小组成员：张宗康 张雨 于步洋 指导教师：李茂奎
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目录
一、 项目背景及目的 ....................................................................... 3 二、 项目用途及功能 ....................................................................... 3 三、 硬件设计思想及电路图 ......................................................... 3 四、 硬件单元的使用 ....................................................................... 5 五、 软件设计思想及软件流程..................................................... 6 六、 系统测试过程及测试数据..................................................... 8 七、 指标参数分析 ............................................................................ 8 八、 设计所需资源 ............................................................................ 9 九、附录 ................................................................................................. 9