單片機的通信接口包括串行通信(如 UART、SPI、I2C)和并行通信。UART(通用異步收發(fā)器)是較基本的串行通信方式,通過 RX 和 TX 兩根線實現(xiàn)全雙工通信,常用于單片機與 PC、藍牙模塊等設備的數(shù)據(jù)傳輸,典型應用如 AT 指令控制藍牙模塊。SPI(串行外設接口)是高速同步串行通信協(xié)議,通過 MOSI、MISO、SCK 和 SS 四根線實現(xiàn)主從通信,常用于連接 Flash 存儲器、LCD 顯示屏等高速外設。I2C(集成電路總線)則是兩線制串行通信協(xié)議,通過 SDA 和 SCL 兩根線實現(xiàn)多主多從通信,廣泛應用于傳感器數(shù)據(jù)采集(如溫濕度傳感器 DHT22)。此外,USB、CAN 等通信接口也在特定領域得到應用,如 USB 接口用于單片機與電腦的高速數(shù)據(jù)傳輸,CAN 接口則常用于汽車電子和工業(yè)控制中的分布式通信。多通道單片機支持同時處理多個輸入輸出信號,在汽車電子控制系統(tǒng)中發(fā)揮關鍵作用。SN74LVC2G08YEPR
單片機常用編程語言有機器語言、匯編語言和高級語言。機器語言由二進制代碼構成,是 CPU 能直接識別與執(zhí)行的語言,但其編寫難度大,代碼可讀性差。匯編語言采用助記符替代二進制代碼,顯著提高了編程的便利性與代碼可讀性,執(zhí)行效率也相對較高,在對代碼執(zhí)行效率要求苛刻的場景,如底層驅動開發(fā)中應用普遍。隨著單片機性能的提升,高級語言愈發(fā)普及,其中 C 語言憑借語法簡潔、可移植性強、功能豐富等特點,成為單片機開發(fā)的主流語言。C 語言支持復雜算法與數(shù)據(jù)結構,便于構建大型程序,大幅縮短開發(fā)周期,降低開發(fā)難度。AFN3442WS26RG單片機以其小巧的體積和低功耗的特性,在嵌入式系統(tǒng)中得到了廣泛的應用。
醫(yī)療設備對精度和可靠性要求極高,單片機在其中發(fā)揮關鍵作用。例如,血糖儀通過單片機處理血液樣本的電化學信號,快速計算出血糖值;輸液泵通過單片機精確控制藥液流速,避免人工調(diào)節(jié)誤差。在監(jiān)護設備中,單片機采集心電、血壓、血氧等生理信號,進行濾波和分析,并通過顯示屏或通信接口輸出。便攜式醫(yī)療設備(如智能手環(huán)、體溫貼)則利用低功耗單片機實現(xiàn)長時間監(jiān)測。例如,德州儀器的 MSP430 系列單片機因其較低功耗特性,廣泛應用于可穿戴醫(yī)療設備。
單片機與傳感器的高效連接是實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集的基礎。模擬傳感器(如溫度傳感器、壓力傳感器)需通過 A/D 轉換接口與單片機相連,設計時需考慮信號放大、濾波等預處理電路,確保轉換精度;數(shù)字傳感器(如數(shù)字溫濕度傳感器 DHT11)可直接通過 I2C、SPI 等數(shù)字接口與單片機通信,簡化硬件設計。此外,還有特殊接口的傳感器,如超聲波傳感器通過定時器測量脈沖時間計算距離,紅外傳感器輸出高低電平信號觸發(fā)單片機中斷。在環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)中,單片機同時連接溫濕度、光照、PM2.5 等多種傳感器,實時采集數(shù)據(jù)并上傳至服務器,為決策提供依據(jù)。合理的傳感器接口設計能夠充分發(fā)揮單片機的控制能力,拓展應用場景。汽車電子系統(tǒng)中,單片機負責發(fā)動機控制、安全氣囊觸發(fā)等重要任務。
單片機支持多種通信接口實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸與設備互聯(lián)。UART(通用異步收發(fā)器)是較常用的串行通信接口,通過 RX 和 TX 兩根線實現(xiàn)全雙工通信,廣泛應用于單片機與計算機、傳感器之間的數(shù)據(jù)交互;SPI(串行外設接口)采用主從模式,支持高速數(shù)據(jù)傳輸,常用于連接 Flash 存儲器、ADC 芯片等;I2C(集成電路總線)只需 SDA 和 SCL 兩根線,可實現(xiàn)多設備掛載,適合近距離低速通信,如連接 EEPROM、溫濕度傳感器。隨著物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展,單片機還集成 Wi-Fi、藍牙、ZigBee 等無線通信模塊,實現(xiàn)遠程數(shù)據(jù)傳輸與控制。不同通信接口的組合使用,使單片機能夠構建復雜的分布式控制系統(tǒng),滿足多樣化應用需求。工業(yè)自動化里,單片機作為重要控制器,準確調(diào)控生產(chǎn)流程。RF2L6S TE25
利用單片機的 PWM 功能,可以對燈光的亮度進行調(diào)節(jié),這在智能家居照明系統(tǒng)中十分實用。SN74LVC2G08YEPR
中斷系統(tǒng)使單片機能夠在執(zhí)行主程序時響應緊急事件,提高系統(tǒng)實時性。當外部中斷源(如按鍵、傳感器)或內(nèi)部中斷源(如定時器溢出)產(chǎn)生中斷請求時,單片機暫停當前程序,保存現(xiàn)場(如 PC 值、寄存器狀態(tài)),轉去執(zhí)行中斷服務程序(ISR),執(zhí)行完畢后恢復現(xiàn)場繼續(xù)執(zhí)行主程序。例如,在一個實時數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中,當 ADC 轉換完成時觸發(fā)中斷,單片機立即讀取轉換結果并進行處理。中斷系統(tǒng)的優(yōu)先級管理機制可確保高優(yōu)先級中斷優(yōu)先處理,避免關鍵任務被延遲。在 STM32 單片機中,中斷向量表和 NVIC(嵌套向量中斷控制器)提供了強大的中斷管理能力。SN74LVC2G08YEPR