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1、信号发射器设计毕业论文信号发射器设计毕业论文第一章 绪论1.1 单片机概述单片微型计算机（单片机）作为微型计算机的一个很重要的分支，自问世以来，以其极高的性价比，受到人们的重视和关注，因此应用广泛，发展迅速。相对而言，单片机体积小、重量轻、抗干扰能力强，对环境要求不高，并且价格低廉、可靠性高、灵活性好，开发较为容易。目前，在我国，单片机已经广泛地用于智能仪表、机电设备过程控制、自动检测、家用电器和数据处理等各个方面。1.1.1单片机的发展 单片机诞生于20世纪70年代。最初的单片机是利用大规模集成电路技术把中央处理单元（Center Process Unit,也即简称CPU）、数据存储器（RA

2、M）、程序存储器(ROM)及其他I/O通信口集成在一块芯片上，构成一个最小的计算机系统。现代的单片机则增加了更多的片内外设（比如定时器、计数器、串行口、中断、并行I/O口，甚至包括A/D转换器、脉宽调制器PWM等），使得单片机的功能越来越强大，应用领域越来越广泛。因为这样一块芯片就具有一台计算机的功能，因而被称为单片微型计算机，简称单片机1。由于单片机的硬件结构和指令系统都是按照工业控制要求来设计的，常用在工业的检查、控制装置中，因而也被称为微控制器（Micro-Controller）。 单片机按照其用途可以划分为通用型和专用型两大类2。通常所说的单片机是指通用型单片机。通用型单片机是把可开发

3、资源（如ROM，RAM，I/O口）全部提供给使用者。专用型单片机的硬件结构和指令是按照某个特定用途而设计的，如：频率合成调谐器（DDS）、USB控制器、收音机机芯控制器、打印机控制器等。1单片机发展历史 20世纪70年代，微电子技术正处于发展阶段，集成电路属于中规模发展时期，各种新材料、新工艺尚未成熟。单片机仍处在初级的发展阶段，元器件集成规模还比较小，功能相对比较简单，一般只集成了CPU和RAM，有的还将一些简单的I/O口集成到芯片上，像Farichild公司的产品就属于这一类。这样的单片机通常还需要扩展其他外围处理电路才能构成完整的系统。类似的单片机还有Zilog公司的Z80微处理器。 1

4、976年Intel公司推出了MCS-48单片机，这个时期的单片机才是真正的8位单片微型计算机，并推向市场。它以体积小、功能全、价格低廉赢得了广泛的应用，为单片机的发展奠定了基础，成为单片机发展史上重要的里程碑。 其后在MCS-48的鼓舞下，各半导体公司相继研制和发展了自己的单片机，如Zilog公司的Z8系列。到了80年代初，单片机已经发展到了高性能阶段，如Intel公司的MCS-51系列，Motorola公司的6801和6802系列Rokwell公司的6501及6502系列等，此外，日本的著名电气公司NEC和HITACHI都相继开发了具有自己特色的专用单片机。 80年代，世界各大公司竞相研制出

5、品种多、功能强的单片机，约有几十个系列，300多个品种，此时的单片机均属于真正的单片化，大多集成了CPU、RAM、ROM、数目繁多的I/O接口、多种中断系统，甚至还有一些带A/D转换器。单片机的功能越来越强大，ROM和RAM的容量也越来越大，其发展到了一个全新的阶段，应用领域更加广泛，许多电子产品均走向利用单片机控制的智能化发展道路。 在众多品种的单片机中，MCS-51系列是我国较早引进的Intel公司的单片机产品。由于其性能优良，已经被国内外用户广泛认可和采用，占据了重要的市场份额。单片机产品的性能在不断提高，技术在不断更新换代。近几年，一些公司面向市场推出以8051为内核、独具特色、性能卓

6、越的新型系列单片机，如ATMEL公司的AT89系列，Philips公司的80C51系列，ADI公司的ADuC系列，以及SIEMENS等公司也都在8051的基础上先后推出了新型兼容机。就通用单片机而言，世界上著名的计算机厂家投放市场的产品就有50多个系列，400多个品种。单片机产品已占整个微机产品的80%以上，其中8位单片机的产量又占整个单片机产量的60%以上，8位单片机在最近若干年将仍是工业检测，控制应用的主角。2单片机发展特点单片机技术从出现至今已走过近30年的发展路程。纵观30年来单片机的发展历程，单片机技术以微处理器技术及超大规模集成电路技术的发展为先导，以广泛的应用领域为动力，表现出极

7、具个性的发展特点3。(1) 寿命长这里所说的寿命长，一方面指用单片机开发的产品可以稳定可靠地工作10年、20年，另一方面是指与微处理器相比的寿命长。随着半导体技术的飞速发展，MPU(Micro Processor Unit微处理器)更新换代的速度越来越快，以386、486、586为代表的MPU，很短时间内就被淘汰出局，而传统的单片机如68HC05、8051等已存在15年，产量仍是上升的。这一方面是由于其对应用领域的适应性，另一方面是由于以该类CPU为核心，集成以更多I/O功能模块的新单片机系列层出不穷。可以预见，一些成功面市的相对年轻的CPU为核心，也会随着I/O功能模块的不断丰富，有着相当长

8、的生存周期。新的CPU类型加盟，使单片机的队伍不断壮大，给用户带来了更多的选择余地。(2) 8位、16位、32位共同发展8位、16位、32位单片机共同发展，这是单片机技术发展的另一个动向。长期以来，单片机技术的发展是以8位机为主的。随着移动通信、网络技术、多媒体技术等高科技产品进入家庭，32位单片机应用取得了长足的发展。以Motorola“68K”的32位单片机为例，1997年的销售量达8千万个。过去认为8位单片机功能越来越强，32位机越来越便宜，使16位单片机生存空间有限。但实际上16位单片机的发展无论从品种和产量方面，近年来都有较大幅度的增长。(3) 运行速度越来越快 MPU发展中表现出来

9、的速度越来越快是以时钟频率越来越高为标志的。而单片机则有所不同，为提高单片机的抗干扰能力，降低噪声、降低时钟频率而不牺牲运算速度是单片机技术发展之追求。一些8051单片机兼容厂商改善了单片机内部时序，在不提高时钟频率的条件下，使运算速度提高了很多。Motorola单片机则是使用了锁相环技术或内部倍频技术使内部总线速度大大高于时钟频率。68HC08单片机使用4.9MHZ外部振荡器而内部时钟达32MHZ，而M68K系列32位单片机使用32KHZ的外部振荡频率，内部时钟可达16MHZ以上。(4) 低电压与低功耗 自80年代中期以来，NMOS工艺单片机逐渐被CMOS工艺所代替，功耗得以大幅度下降，随着

10、超大规模集成电路技术由3um工艺发展到1.5um、 1.2um、 0.8um、0.5um、0.35um进而实现了0.2um工艺，全静态设计使时钟频率从直流到数十MHZ任选，功耗不断下降。Motorola 最近推出任选的MCORE可在1.8V电压下50MHZ/48MIPS(百万指令/秒)全速工作，功耗约为20mW.几乎所有的单片机都有Wait、Stop等省电运行方式。允许使用的电源电压范围也越来越宽。一般单片机都能在3-6V范围内工作，电池供电的单片机不再需要对电源采取稳压措施。低电压供电的单片机的电源下限由2.7V降至2.2V、1.8V，甚至0.9V供电的单片机都已经问世了。(5) 低噪声与高

11、可靠性技术为提高单片机系统的抗电磁干扰能力，使产品能适应恶劣的工作环境，满足电磁兼容性方面更高标准的要求，各单片机商家在单片机内部电路中采取了一些新的技术措施。如美国国家半导体NS的COP8单片机内部增加了抗EMI(电磁干扰)电路，增强了“看门狗”的性能。MOTOROLA也推出了低噪声的LN系列单片机。(6) OTP与掩膜OTP是一次性写入的单片机。过去认为一个单片机产品的成熟是以投产掩膜型单片机为标志的。由于掩膜需要一定的生产周期，而OTP型单片机价格不断下降，使得近年来直接使用OTP完成最终产品制造更为流行。它较之掩膜具有生产周期短、风险小的特点。近年来，OTP型单片机需求大幅度上扬，为适

12、应这种需求许多单片机都采用了在系统编程技术(In System Programming，ISP)。未编程的OTP芯片可采用裸片Bonding技术或表面贴装技术，先焊在印刷线路板上，然后通过单片机上的编程线、串行数据、时钟线等对单片机编程，解决了批量写OTP芯片时容易出现的芯片与写入器接触不好的问题，使OTP的裸片得以广泛应用，降低了产品的成本。编程线与I/O线共用，不增加单片机的额外引脚。而一些生产厂商推出的单片机不再有掩膜型，全部为有ISP功能的OTP。(7) MTP向OTP挑战MTP是可多次编程的意思。一些单片机厂商以MTP的性能、OTP的价位推出他们的单片机，如ATMEL的AVR单片机，

13、片内采用Flash存储器，可多次编程。华邦公司生产的与8051兼容的单片机具有MTP的性能、OTP的价位。这些单片机都使用了ISP技术，可以安装到印刷线路板上以后再下载程序。3单片机发展趋势回顾历史，在Intel公司推出了MCS-51不久便实施了最彻底的技术开放政策。在众多电器商、半导体商的积极参与下，将MCS-51发展成了众多型号系列的80C51 MCU(Micro Controller Unit，微控制器)家族。MCS-51经典的体系结构、极好的兼容性和Intel公司的开放政策不仅使众多厂家参与发展，也诱使半导体厂家对MCS-51实行为所欲为的改造。从各种新型单片机的性能可以看出，单片机是

14、向大容量、高性能化、外围电路内集成化几方面发展。(1) CPU功能的加强CPU的能力主要体现在数据处理的速度和精度的提高，一般通过CPU字长的增加、硬部件的扩充、总线速度的提高、指令系统的扩充和效率的提高来实现。甚至还有采用双CPU结构或者多CPU结构，以及流水线结构来加强CPU的功能。(2) 存储器的发展容量不断增大，新型单片机片内ROM空间一般可以达到4K至8K字节，RAM空间可以达到256字节，有些型号的ROM和RAM空间更多。片内的EPROM开始E2PROM和Flash ROM化，Flash ROM的使用加速了单片机技术的发展。基于Flash ROM的ISP技术，极大地改变了单片机应用

15、系统的结构模式以及开发和运行条件；而在单片机中最早实现Flash ROM技术的是ATMEL公司的AT89Cxx系列。(3) 片内I/O的改进增加并行口的驱动能力，增加I/O端口的逻辑控制能力，最突出的改进是I/O从固定方式到交叉开关配置。I/O端口可编程选择为单向/双向以及上拉、开漏等。固定方式的I/O端口，既占用引脚多，配置又不够灵活。为此，Scenix公司在推出的8位SX单片机系列中，采取虚拟外设的方法将I/O的固定方式转变为软件设定方式。而在Silabs公司的C8051F中，则采用开关网络以硬件方式实现I/O端口的灵活配置。在这种通过交叉开关配置的I/O端口系统中，单片机外部为通用I/O

16、口，如P0口、P1口和P2口。内有输入/输出的电路单元通过相应的配置寄存器控制的交叉开关配置到所选择的端口上。(4) 片内资源的增加除了存储器和I/O端口增加外，有的还配置了A/D转换器、脉宽调制PWM、正弦波发生器、CRT控制器、LED和LCD驱动器等。(5) 调试方式的改进引入JTAG接口将使8位单片机传统的仿真调试产生彻底的变革。在上位机软件支持下，通过串行的JTAG接口直接对产品系统进行仿真调试。Silabs公司C8051F的JTAG接口不仅支持Flash ROM的读/写操作及非侵入式在系统调试，还为在系统测试提供边界扫描功能。通过边界寄存器的编程控制，可对所有器件引脚、SFR总线和I

17、/O口弱电上拉功能实现观察和控制。1.1.2单片机的应用单片机以其卓越的性能、小巧的体积、极高的性价比，在国民经济的各个领域中得到了广泛的应用。但是由于单片机自身的一些特点，在实际应用中又有着自己的应用特性和应用范围。1应用特点基于单片机的应用系统和其他一般的微型机相比，具有以下一些特点。(1)小巧灵活由于单片机内部包含了计算机的基本功能部件，能满足很多应用领域对硬件功能的基本要求，因此能方便地组装成各种智能式测控设备及各种智能仪器仪表。(2)可靠性高单片机内CPU访问存储器和各种外设的接口的总线大多数在芯片内部，因此不易受到外界环境的干扰；同时由于体积小，在很多恶劣的环境下，容易采取对系统进

18、行电磁屏蔽等措施。(3)使用方便，容易扩展系统扩展方便，简化了硬件设计，同时市场上提供了各种成熟的开发工具，具有很强的软硬件调试功能和辅助设计手段。(4)性价比高，容易产品化单片机市场需求量大，厂商一次可以进行大量的生产，同时很多厂商竞争，单片机的价格一直很具有优势。很多特性缩短了单片机应用系统从样机到正式产品的过渡过程，缩短了研制周期，可使成果迅速转换成生产力。2应用领域4智能化管理及过程控制等领域，大致可分如下几个方面。(1)在智能仪器仪表上的应用单片机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、元素和压力等物理量

19、的测量。采用单片机控制使得仪器仪表数字化、智能化和微型化，且功能比起采用分立器件或数字电路更加强大。例如精密的测量设备(功率计、示波器和各种分析仪)。(2)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和数据采集系统。例如工厂流水线的智能化管理、电梯智能化控制和各种报警系统、与计算机联网构成二级控制系统等。(3)在家用电器中的应用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、彩电和其他音响视频器材，再到电子秤量设备，五花八门，无所不在。家用电器涉及到千家万户，需求非常大，配上单片机后的家用电器在功能上更加智能化，深得用户的欢迎。廉价的单片微机在家用电器上的应用

20、前途十分广阔。(4)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和列车无线通信，再到日常工作中随处可见的移动电话、集群移动通信和无线电对讲机等。(5)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。此外，单片机在工商、金融、科研、教育和国防航空航天等领域都有着十分广泛的用途。1.2 AT89S52单片机1.2.1功能特性描

21、述AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash 存储器。使用Atmel公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。AT89S52具有以下标准功能：8k字节Flash，256字节RAM，32 位I/O 口线，看门狗定时器，两个数据指针，三个16 位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。另外，AT89S5

22、2 可降至0Hz 静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作17。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。1.2.2引脚功能89S52单片机有44个引脚PLCC和TQFP方形封装形式，40个引脚的双列直插式封装形式，最常用的40个引脚封装形式及其配置如图1-1所示，各个引脚功能说明如下： 图1-1 89S52单片机的引脚VCC：电源，接+5VGND：接地P0口：P0口是一个8位漏极开路的双向I/O口。作为输出口，每位能驱动8个TTL逻辑电平。对P0端口写“1”时，

23、引脚用作高阻抗输入。当访问外部程序和数据存储器时，P0口也被作为低8位地址/数据复用。在这种模式下，P0具有内部上拉电阻。在flash编程时，P0口也用来接收指令字节；在程序校验时，输出指令字节。程序校验时，需要外部上拉电阻。P1口：P1口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O 口，P1 输出缓冲器能驱动4个TTL 逻辑电平。对P1 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。此外，P1.0和P1.2分别作定时器/计数器2的外部计数输入（P1.0/T2）和时器/计数器2的触发输入（P1.1/T2EX）

24、17，具体如表1-1所示。在flash编程和校验时，P1口接收低8位地址字节。表1-1 89S52单片机P1口第二功能引脚号第二功能P1.0T2（定时器/计数器T2的外部计数输入），时钟输出P1.1T2EX（定时器/计数器T2的捕捉/重载触发信号和方向控制）P1.5MOSI（在系统编程用）P1.6MISO（在系统编程用）P1.7SCK（在系统编程用）P2口：P2口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O 口，P2 输出缓冲器能驱动4个TTL 逻辑电平。对P2 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。

25、在访问外部程序存储器或用16位地址读取外部数据存储器（例如执行MOVX DPTR）时，P2 口送出高八位地址。在这种应用中，P2 口使用很强的内部上拉发送1。在使用8位地址（如MOVX RI）访问外部数据存储器时，P2口输出P2锁存器的内容。在flash编程和校验时，P2口也接收高8位地址字节和一些控制信号。P3口：P3口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P3输出缓冲器能驱动4个TTL 逻辑电平。对P3 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。P3口亦作为AT89S52特殊功能（第二功能）

26、使用，如表1-2所示。在flash编程和校验时，P3口也接收一些控制信号。表1-2 89S52单片机P3口第二功能引脚号第二功能P3.0RXD（串行输入线）P3.1TXD（串行输出线）P3.2(外部中断0输入线)P3.3 (外部中断0输入线)P3.4T0（定时器0外部计数脉冲输入）P3.5T1（定时器1外部计数脉冲输入）P3.6(外部数据存储器写选通信号输出)P3.7(外部数据存储器写选通信号输出)RST：复位输入。晶振工作时，RST脚将持续2个机器周期高电平将使单片机复位。看门狗计时完成后，RST 脚输出96个晶振周期的高电平。特殊寄存器AUXR(地址8EH)上的DISRTO位可以使此功能无

27、效。DISRTO默认状态下，复位高电平有效。ALE/：地址锁存控制信号（ALE）是访问外部程序存储器时，锁存低8位地址的输出脉冲。在flash编程时，此引脚（）也用作编程输入脉冲。在一般情况下，ALE 以晶振六分之一的固定频率输出脉冲，可以用来作为外部定时器或时钟使用。然而，特别强调，在每次访问外部数据存储器时，ALE脉冲将会跳过。如果需要，通过将地址为8EH的SFR的第0位置 “1”，ALE操作将无效。这一位置 “1”，ALE仅在执行MOVX或MOVC指令时有效。否则，ALE 将被微弱拉高。这个ALE 使能标志位（地址为8EH的SFR的第0位）的设置对微控制器处于外部执行模式下无效。：外部程

28、序存储器选通信号（）是外部程序存储器选通信号。当AT89S52从外部程序存储器执行外部代码时，在每个机器周期被激活两次，而在访问外部数据存储器时，将不被激活。/VPP：访问外部程序存储器控制信号。为使能从0000H 到FFFFH的外部程序存储器读取指令，必须接GND。为了执行内部程序指令，应该接VCC。在flash编程期间，也接收12伏VPP电压。XTAL1：振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端。XTAL2：振荡器反相放大器的输出端。1.2.3 AT89S52的存储器结构 AT89S52器件有单独的程序存储器和数据存储器。外部程序存储器和数据存储器都可以64KB寻址。程序存储器：如果引脚

29、接地，程序读取只从外部存储器开始。对于89S52，如果接VCC，读写程序先从内部存储器（地址为0000H1FFFH）开始，接着从外部寻址，寻址地址为：2000HFFFFH。数据存储器：AT89S52 有256 字节片内数据存储器。高128 字节与特殊功能寄存器重叠。也就是说高128字节与特殊功能寄存器有相同的地址，而物理上是分开的。当一条指令访问高于7FH 的地址时，寻址方式决定CPU 访问高128 字节RAM 还是特殊功能寄存器空间。直接寻址方式访问特殊功能寄存器（SFR）。例如，下面的直接寻址指令访问0A0H（P2口）存储单元MOV 0A0H, #data 使用间接寻址方式访问高128 字

30、节RAM。例如，下面的间接寻址方式中，R0 内容为0A0H，访问的是地址0A0H的寄存器，而不是P2口（它的地址也是0A0H）。MOV R0, #data堆栈操作也是间接寻址方式。因此，高128字节数据RAM也可用于堆栈空间。1.2.4 定时器1MCS-51系列中51子系列有两个16位的可编程定时/计数器：定时/计数器T0和定时/计数器T1，52子系列有三个，还有一个定时/计数器T2。2每个定时/计数器既可以对系统时钟计数实现定时，也可以对外部信号计数实现计数功能，通过编程设定来实现。3每个定时/计数器都有多种工作方式，其中T0有四种工作方式；T1有三种工作方式，T2有三种工作方式。通过编程设

31、置其方式寄存器TMOD可设定定时器工作于某种方式，方式寄存器TMOD格式见表171-3。表1-3 定时/计数器的方式寄存器TMODGATEC/M1M2GATEC/M1M2门 控开/关计数/定时方式选择门 控开/关计数/定时方式选择 T1 T0GATE：门控信号。GATE=0，TRx=1时即可启动定时器/计数器工作，是一种自启动的方式；GATE=1,TRx=1, =1时才可启动定时器/计数器工作。即是引脚加高电平启动，是一种外启动方式。C/：定时或计数方式选择位，当C/=1时工作于计数方式；当C/=0时工作于定时方式。M1、M0：为工作方式选择位，定时器/计数器的四种工作方式由M1M0设定，设定情况见表101-4。表1-4 M1M0的设定M1M0工作方式方式说明00013位定时/计数器01116位定时/计数器1028位自动重置定时/计数器113T0为两个8位定时/计数器 4每一个定时/计数器定时计数时间到时产生溢出，使控制寄存器TCON中相应的溢出位置位，溢出可通过查询或中断方式处理，控制寄存器格式见表101-5。表1-5 定时/计数器的控制寄存器TCONTF1TR1TF0TR0IE1IT1IE0IT0T1