关于单片机的毕业论文.docx
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关于单片机的毕业论文
西安邮电学院
毕业设计(论文)
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1.绪论
二十世纪跨越了三个“电”的时代,即电气时代、电子时代和现已进
入的电脑时代。
不过,这种电脑,通常是指个人计算机,简称PC机。
它由
主机、键盘、显示器等组成。
还有一类计算机,大多数人却不怎么熟悉。
这种计算机就是把智能赋予各种机械的单片机(亦称微控制器)。
顾名思义,这种计算机的最小系统只用了一片集成电路,即可进行简单运算和控制。
它的出现是近代计算机技术发展史上的一个重要里程碑,因为它体积小,通常都藏在被控机械的“肚子”里。
它在这个装置中,起着有如人类头脑的作用,它出了毛病,整个装置就瘫痪了。
单片机具有体积小、功能强、应用面广等优点,目前正以前所未见的速度取代着传统电子线路构成的经典系统,蚕食着传统数字电路与模拟电路固有的领地。
它的体积小、质量轻、价格便宜、为学习、应用和开发提供了便利条件。
同时,学习使用单片机了解计算机原理与结构的最佳选择。
现在,这种单片机的使用领域已十分广泛。
彩电、冰箱、空调、录像
机、VCD遥控器、游戏机、电饭煲等无处不见单片机的影子,单片机早已深深地融入我们每个人的生活之中。
单片机能大大地提高这些产品的智能性,易用性及节能性等主要性能
指标,给我们的生活带来舒适和方便的同时,在工农业生产上也极大地提高了生产效率和产品质量。
单片机按用途大体上可分为两类,一种是通用型单片机,另一种是专用型单片机。
1.1单片机基础知识
单片机又称单片微控制器,它不是完成某一个逻辑功能的芯片,而是把一个计算机系统集成到一个芯片上。
概括的讲,一块芯片就成了一台计算机。
MCS-51单片机是美国INTEL公司于1980年推出的产品,与MCS48单片机相比,它的结构更先进,功能更强,在原来的基础上增加了更多的电路单元和指令,指令数达111条,MCS-51单片机可以算是相当成功的产品,一直到现在,MCS-51系列或其兼容的单片机仍是应用的主流产品,各高校及专业学校的培训教材仍与MSC-51单片机作为代表进行理论基础学习。
MCS-51系列单片机主要包括8031、8051和8751等通用产品。
DP-51S单片机仿真实验仪是由广州致远电子有限公司设计的DP系列单
片机仿真实验仪之一,是一种功能强大的单片机应用技术学习、调试。
1.2单片机的应用领域
单片机广泛应用于仪器仪表、家用电器、医用设备、航空航天、专用
设备的智能化管理及过程控制等领域,大致可分为如下几个范畴:
一、在智能仪器仪表的应用
单片机具有体积小、功耗低、控制功能强、扩展灵活、微型化和使用方便等优点,广泛应用于仪器仪表中,结合不同类型的传感器,可实现诸如电压、功率、频率、湿度、温度、流量、速度、厚度、角度、长度、硬度、元素、压力等物理量的测量。
采用单片机控制使得仪器仪表数字化、智能化、微型化,且功能比起采用电子或数字电路更加强大。
例如精密的测量设备(功率计,示波器,各种分析仪)。
二、在家用电器中的应用
可以这样说,现在的家用电器基本上都采用了单片机控制,从电饭煲、洗衣机、电冰箱、空调机、彩电、其他音响视频器材、再到电子秤量设备,五花八门,无所不在。
三、在工业控制中的应用
用单片机可以构成形式多样的控制系统、数据采集系统。
例如工厂流水线的智能化管理,电梯智能化控制、各种报警系统,与计算机联网构成二级控制系统等。
四、在计算机网络和通信领域中的应用
现代的单片机普遍具备通信接口,可以很方便地与计算机进行数据通信,为在计算机网络和通信设备间的应用提供了极好的物质条件,现在的通信设备基本上都实现了单片机智能控制,从手机、电话机、小型程控交换机、楼宇自动通信呼叫系统、列车无线通信、再到日常工作中随处可见的移动电话,集群移动通信,无线电对讲机等。
五、单片机在医用设备领域中的应用
单片机在医用设备中的用途亦相当广泛,例如医用呼吸机,各种分析仪,监护仪,超声诊断设备及病床呼叫系统等等。
此外,单片机在工商、金融、科研、教育、国防航空等领域都有着十分广泛的用途。
1.3单片机的发展趋势
单片机现在可以说是百花齐放,百家争鸣的时期,世界上各大芯片制造公司都推出了自己的单片机,从8位、16位到32位,数不胜数,应有尽有,有与主流C51系列兼容的,也有不兼容的,但它们各具特色,互成互补,为单片机的应用提供了广阔的天地。
纵观单片机的发展过程,可以预示单片机的发展趋势,大致有:
一、微型单片化
现在常规的单片机普遍都是将中央处理器(CPU、随机存取数据存储
(RAM、只读程序存储器(R0、并行和串行通信接口,中断系统、定时电路、时钟电路集成在一块单一的芯片上,增强型的单片机集成了如AD转
换器、PM(脉宽调制电路)、WD(看门狗、、有些单片机将LCD(液晶)驱动电路都集成在单一的芯片上,这样单片机包含的单元电路就更多,功能就越强大。
甚至单片机厂商还可以根据用户的要求量身定做,制造出具有自己特色的单片机芯片。
此外,现在的产品普遍要求体积小、重量轻,这就要求单片机除了功能强和功耗低外,还要求其体积要小。
现在的许多单片机都具有多种封装形式,其中SM(表面封装)越来越受欢迎,使得由单片机构成的系统正朝微型化方向发展。
二、低功耗CMO化
MCS-51系列的8031推出时的功耗达630m\,而现在的单片机普遍都在100mV左右,随着对单片机功耗要求越来越低,现在的各个单片机制造商基本都采用了CMO(互补金属氧化物半导体工艺)。
像80C51就采用了HMOS
(即高密度金属氧化物半导体工艺)和CHMOS互补高密度金属氧化物半导体工艺)。
CMOS!
然功耗低,但由于其物理特征决定其工作速度不够高,而
CHMO则具备了高速和低功耗的特点,这些特征,更适合于要求低功耗像电池供电的应用场合。
所以这种工艺将是今后一段时期单片机发展的主要途径。
三、主流与多品种共存
现在虽然单片机的品种繁多,各具特色,但仍以80C51为核心的单片
机占主流,兼容其结构和指令系统的有PHILIPS公司的产品,ATME公司的产品和中国台湾的Winbond系列单片机。
所以80C51占据了半壁江山。
而Microchip公司的PIC精简指令集合(RISC)也有着强劲的发展势头,中国台湾的HOLTE)公司近年的单片机产量与日俱增,与其底价质优的优势,占据一定的市场份额。
此外还有MOTORO公司的产品,日本几大公司的专用单片机。
在一定的时期内,这种情形将得以延续,将不存在某个单片机一统天下的垄断局面,走的是依存互补、相辅相成、共同发展的道路。
九十年代以后,单片机在结构上采用双CPU或内部流水线,CPU位数有8位、16位、32位,时钟频率高达20MHZ片内带有PW输出、监视定时器WDT可编程计数器阵列PCADMA传输、调制解调器等。
芯片向高度集成化、低功耗方向的发展,使得单片机在大量数据的实时处理、高级通信系统、数字信号处理、复杂工业过程控制、高级机器人以及局域网等方面得到大量应用。
这类单片机有NEC公司的MPD78O0MITSUBISHI公司的M33770QREVKWEL公司的R650Q
2.硬件设计
2.1硬件设计
2.1.18QC51单片机的内部结构
图2-1为80C51单片机功能结构框图
80C51芯片内部集成了CPURAM、ROM、定时计数器和10口等各功能部件,并由内部总线把这些不见连接在一起。
80C51单片机内部包含以下一些功能部件:
(1)一个8位CPU;
(2)—个片内振荡器和时钟电路;
(3)4KBROM(80C51有4KB掩膜ROM,87C51有4KBEPROM80C31片内有无ROM);
(4)128B内RAM;
(5)可寻址64KB的外ROM和外RAM控制电路;
(6)两个16位定时计数器;
(7)21个特许功能寄存器;
(8)4个8位并行IO口,共32条可编程IO端线;
(9)一个可编程全双工串行口;
(10)5个中断源,可设置成2个优先级。
外时钟源外部事件计数
中断控制并行口串行通信
图2-180C51单片机功能结构框图
2.1.280C51单片机的引脚功能
80C51单片机一般采用双列直插DIP封装,共40个引脚,图2-2a为引脚排列图。
图2-2b为逻辑符号图。
40个引脚大致可分为4类:
电源、时钟、控制和IO引脚。
图2-280C51引脚图
1.电源
(1)Vc芯片电源,接+5V;
(2)Vs接地端。
2时钟
XTAL1XTAL晶体振荡电路反相输入端和输出端。
使用内部振荡电
路时外接石英晶体。
3•控制线
控制线共有4根,其中3根是复用线。
所谓复用线是指具有两种功能,正常使用时是一种功能,在某种条件下是另一种功能
(1)ALEPR0——地址锁存允许片内EPROM编程脉冲。
1ALE功能:
用来锁存P0口送出的低8位地址。
80C51在并行扩展外存储器(包括并行扩展IO口)时,P0口用于分时传送低8位地址和数据信号,且均为二进制数。
那么如何区分是低8位地址还是8位数据信号呢?
当ALE信号有效时,P0口传送的是低8位地址信号;ALE信号无效时,P0口传送的是8位数据信号。
在ALE信号的下降沿,锁定P0口传送的内容,即低8位地址信号。
需要指出的是,当CPU不执行访问外RAM指令(MOVX)时,ALE以时钟振荡频率16的固定频率输出,因此ALE信号也可作为外部芯片CLK
时钟或其他需要。
但是,当CPU执行MOVX指令时,ALE将跳过一个ALE脉冲。
ALE端可驱动8个LSTTL门电路。
2PROG功能:
片内有EPROM的芯片,在EPROM编程期间,此引脚输入编程脉冲。
(2)PSEN外ROM读选通信号。
80C51读外ROM时,没个机器周期内PSEN两次有效输出。
PSEN可作为外ROM芯片输出允许OE的选通信号。
在读内ROM或读外RAM时,PSEN无效。
PSEN可驱动8个LSTTL门电路。
(3)RSTVpd复位备用电源。
①正常工作时,RST(Reset端为复位信号输入端,只要在该引脚上连
续保持两个机器周期以上高电平,80C51芯片即实现复位操作,复位后一切从头开始,CPU从0000H开始执行指令。
②Vpd功能:
在Vcc掉电情况下,该引脚可接上备用电源,由Vpd向片内供电,以保持片内RAM中的数据不丢失。
⑷EAVpp——内外ROM选择片内EPROM编程电源。
1EA功能:
正常工作时,EA为内外ROM选择端。
80C51单片机ROM寻址范围为64KB,其中4KB在片内,60KB在片外(80C31芯片无内ROM,全部在片外)。
当EA保持高电平时,先访问内ROM,但当PC(程序计数器)值超过4KB(OFFFH时,将自动转向执行外ROM中的程序。
当EA保持低电平时,则只访问外ROM,不管芯片内有否内ROM。
对80C31芯片,片内无ROM,因此EA必须接地。
2Vpp功能:
片内有EPROM的芯片,在EPROM编程期间,此引脚用于施加编程电源Vpp。
对4个控制引脚,应熟记起第一功能,了解其第二功能。
严格来讲,80C51的控制线还应该包括P3口的第二功能。
4.IO引脚
80C51共有4个8位并行IO端口,共32个引脚
(1)P0口——8位双向IO口。
在不并行扩展外存储器(包括并行扩展IO口)时,P0口可用作双向IO口。
在并行扩展外存储器(包括并行扩展IO口)时,P0口可用于分时传送低8位地址(地址总线)和8位数据信号(数据