单片机课程设计全.docx

1、单片机课程设计全单片机原理及应用课程设计 题 目： 51单片机基于8155、8255、ADC0809的应用设计目 录引言 61、设计目的与要求 62、设计任务与主要任务 61 单片机识的相关知识 61.1 单片机简介 61.2 单片机的发展史 71.3 单片机的特点 82 系统的硬件的相关知识 103.1 单片机80C51的引脚及功能介绍 103.2 ADC0809的内部结构及引脚介绍 103.3 8255的内部结构及引脚介绍 113.4 8155的内部结构及引脚介绍 103.5 其他硬件的介绍 104 51单片机基于8155、8255、ADC0809的应用设计 124.1系统组成框图 124

2、.2 设计电路原理图 154.3 程序流程图 184.4 程序清单 195 结束语 196 附录 20参考文献 281.1单片机简介单片机是一种集成在电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计时器等功能（可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D转换器等电路）集成到一块硅片上构成的一个小而完善的计算机系统。1.2 单片机的发展史1 . 4位单片机 1975年，美国德克萨斯仪器公司首次推出4位单片机TMS-1000；此后，各个计算机公司竞相推出四位单片机。日本松下公司的MN140

3、0系列，美国洛克威尔公司的PPS/1系列等。四位单片机的主要应用领域有：PC机的输入装置，电池充电器，运动器材，带液晶显示的音/视频产品控制器，一般家用电器的控制及遥控器，电子玩具，钟表，计算器，多功能电话等。 2 . 8位单片机 1972年，美国Intel公司首先推出8位微处理器8008，并于1976年9月率先推出MCS-48系列单片机。在这以后，8位单片机纷纷面市。例如，莫斯特克和仙童公司合作生产的3870系列，摩托罗拉公司生产的6801系列等。随着集成电路工艺水平的提高，一些高性能的8位单片机相继问世。例如，1978年摩托罗拉公司的MC6801系列及齐洛格公司的Z8系列，1979年NEC

4、公司的UPD78XX系列。这类单片机的寻址能力达64KB，片内ROM容量达4-8KB，片内除带有并行IO口外，还有串行IO口，甚至还有AD转化器功能。8位单片机由于功能强，被广泛用于自动化装置、智能仪器仪表、智能接口、过程控制、通信、家用电器等各个领域。3 . 16位单片机 1983年以后，集成电路的集成度可达几十万只管/片，各系列16位单片机纷纷面市。这一阶段的代表产品有1983年Intel公司推出的MCS-96系列，1987年Intel推出了80C96，美国国家半导体公司推出的HPC16040，NEC公司推出的783XX系列等。16位单片机主要用于工业控制，智能仪器仪表，便携式设备等场合。

5、4 . 32位单片机 随着高新技术只智能机器人，光盘驱动器，激光打印机，图像与数据实时处理，复杂实时控制，网络服务器等领域的应用与发展，20世纪80年代末推出了32位单片机，如Motorlora公司的MC683XX系列，Intel的80960系列，以及近年来流行的ARM系列单片机。32位单片机是单片机的发展趋势，随着技术的发展及开发成本和产品价格的下降，将会与8位单片机并驾齐驱。5 . 64位单片机 近年来，64位单片机在引擎控制，智能机器人，磁盘控制，语音图像通信，算法密集的实时控制场合已有应用，如英国Inmos公司的Transputer T800是高性能的64位单片机。1.3 单片机的特点

6、 1 . 单片机的存储器ROM和RAM时严格区分的。ROM称为程序存储器，只存放程序，固定常数，及数据表格。RAM则为数据存储器，用作工作区及存放用户数据。 2 . 采用面向控制的指令系统。为满足控制需要，单片机有更强的逻辑控制能力，特别是单片机具有很强的位处理能力。 3 . 单片机的I/O口通常时多功能的。由于单片机芯片上引脚数目有限，为了解决实际引脚数和需要的信号线的矛盾，采用了引脚功能复用的方法，引脚处于何种功能，可由指令来设置或由机器状态来区分。 4 . 单片机的外部扩展能力很强。在内部的各种功能部件不能满足应用的需求时，均可在外部进行扩展，与许多通用的微机接口芯片兼容，给应用系统设计

7、带来了很大的方便。2系统的硬件的相关知识 2.1单片机80C51的引脚及功能介绍 1单片机80C51概述51单片机是对目前所有兼容Intel 8031指令系统的单片机的统称。该系列单片机的始祖是Intel的8031单片机，后来随着Flash rom技术的发展，8031单片机取得了长足的进展，成为目前应用最广泛的8位单片机之一，其代表型号是ATMEL公司的AT89系列，它广泛应用于工业测控系统之中。目前很多公司都有51系列的兼容机型推出，在目前乃至今后很长的一段时间内将占有大量市场1 单片机80C51的引脚及功能介绍下面按其引脚功能分为四部分叙述这40条引脚的功能。1、主电源引脚VCC和VSS

8、VCC（40脚）接+5V电压； VSS（20脚）接地。 2、外接晶体引脚XTAL1和XTAL2 XTAL1（19脚）接外部晶体的一个引脚。在单片机内部，它是一个反相放大器的输入端，这个放大器构成了片内振荡器。当采用外部振荡器时，对HMOS单片机，此引脚应接地；对CHMOS单片机，此引脚作为驱动端。 XTAL2（18脚）接外晶体的另一端。在单片机内部，接至上述振荡器的反相放大器的输出端。采用外部振荡器时，对HMOS单片机，该引脚接外部振荡器的信号，即把外部振荡器的信号直接接到内部时钟发生器的输入端；对XHMOS，此引脚应悬浮。 3、控制或与其它电源复用引脚RST/VPD、ALE/PROG、PSE

9、N和EA/VPP RST/VPD（9脚）当振荡器运行时，在此脚上出现两个机器周期的高电平将使单片机复位。推荐在此引脚与VSS引脚之间连接一个约8.2k的下拉电阻，与VCC引脚之间连接一个约10F的电容，以保证可靠地复位。 VCC掉电期间，此引脚可接上备用电源，以保证内部RAM的数据不丢失。当VCC主电源下掉到低于规定的电平，而VPD在其规定的电压范围（50.5V）内，VPD就向内部RAM提供备用电源。 ALE/PROG（30脚）：当访问外部存贮器时，ALE（允许地址锁存）的输出用于锁存地址的低位字节。即使不访问外部存储器，ALE端仍以不变的频率周期性地出现正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6

10、。因此，它可用作对外输出的时钟，或用于定时目的。然而要注意的是，每当访问外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。ALE端可以驱动（吸收或输出电流）8个LS型的TTL输入电路。 对于EPROM单片机（如8751），在EPROM编程期间，此引脚用于输入编程脉冲（PROG）。 PSEN（29脚）：此脚的输出是外部程序存储器的读选通信号。在从外部程序存储器取指令（或常数）期间，每个机器周期两次PSEN有效。但在此期间，每当访问外部数据存储器时，这两次有效的PSEN信号将不出现。PSEN同样可以驱动（吸收或输出）8个LS型的TTL输入。 EA/VPP（引脚）：当EA端保持高电平时，访问内部程序存储器，但

11、在PC（程序计数器）值超过0FFFH（对851/8751/80C51）或1FFFH（对8052）时，将自动转向执行外部程序存储器内的程序。当EA保持低电平时，则只访问外部程序存储器，不管是否有内部程序存储器。对于常用的8031来说，无内部程序存储器，所以EA脚必须常接地，这样才能只选择外部程序存储器。 对于EPROM型的单片机（如8751），在EPROM编程期间，此引脚也用于施加21V的编程电源（VPP）。 4、输入/输出（I/O）引脚P0、P1、P2、P3（共32根） P0口（39脚至32脚）：是双向8位三态I/O口，在外接存储器时，与地址总线的低8位及数据总线复用，能以吸收电流的方式驱动8

12、个LS型的TTL负载。 P1口（1脚至8脚）：是准双向8位I/O口。由于这种接口输出没有高阻状态，输入也不能锁存，故不是真正的双向I/O口。P1口能驱动（吸收或输出电流）4个LS型的TTL负载。对8052、8032，P1.0引脚的第二功能为T2定时/计数器的外部输入，P1.1引脚的第二功能为T2EX捕捉、重装触发，即T2的外部控制端。对EPROM编程和程序验证时，它接收低8位地址。 P2口（21脚至28脚）：是准双向8位I/O口。在访问外部存储器时，它可以作为扩展电路高8位地址总线送出高8位地址。在对EPROM编程和程序验证期间，它接收高8位地址。P2可以驱动（吸收或输出电流）4个LS型的TT

13、L负载。 P3口（10脚至17脚）：是准双向8位I/O口，在MCS-51中，这8个引脚还用于专门功能，是复用双功能口。P3能驱动（吸收或输出电流）4个LS型的TTL负载。 作为第一功能使用时，就作为普通I/O口用，功能和操作方法与P1口相同。 作为第二功能使用时，各引脚的定义如表所示。 值得强调的是，P3口的每一条引脚均可独立定义为第一功能的输入输出或第二功能。 表 P3各口线的第二功能定义 口线 引脚 第二功能 P3.0 10 RXD（串行输入口） P3.1 11 TXD（串行输出口） P3.2 12 INT0（外部中断0） P3.3 13 INT1（外部中断1） P3.4 14 T0（定时

14、器0外部输入） P3.5 15 T1（定时器1外部输入） P3.6 16 WR（外部数据存储器写脉冲） P3.7 17 RD（外部数据存储器读脉冲） 2.2 ADC0809的内部结构及引脚介绍 1ADC0809的概述ADC0809是采样分辨率为8位的、以逐次逼近原理进行模数转换的器件。其内部有一个8通道多路开关，它可以根据地址码锁存译码后的信号，只选通8路模拟输入信号中的一个进行A/D转换。1主要特性1）8路输入通道，8位AD转换器，即分辨率为8位。 2）具有转换起停控制端。 3）转换时间为100s 4）单个5V电源供电 5）模拟输入电压范围05V，不需零点和满刻度校准。 6）工作温度范围为-

15、4085摄氏度 7）低功耗，约15mW。 2内部结构ADC0809是CMOS单片型逐次逼近式AD转换器，内部结构如图所示，它由8路模拟开关、地址锁存与译码器、比较器、8位开关树型DA转换器、逐次逼近。3外部特性（引脚功能）ADC0809芯片有28条引脚，采用双列直插式封装，如图1323所示。下面说明各引脚功能。 IN0IN7：8路模拟量输入端。 2-12-8：8位数字量输出端。 ADDA、ADDB、ADDC：3位地址输入线，用于选通8路模拟输入中的一路 ALE：地址锁存允许信号，输入，高电平有效。 START： AD转换启动脉冲输入端，输入一个正脉冲（至少100ns宽）使其启动（脉冲上升沿使0

16、809复位，下降沿启动A/D转换）。 EOC： AD转换结束信号，输出，当AD转换结束时，此端输出一个高电平（转换期间一直为低电平）。 OE：数据输出允许信号，输入，高电平有效。当AD转换结束时，此端输入一个高电平，才能打开输出三态门，输出数字量。 CLK：时钟脉冲输入端。要求时钟频率不高于640KHZ。 REF（+）、REF（-）：基准电压。 Vcc：电源，单一5V。 GND：接地。 2.2 8255的内部结构及引脚介绍1 8255芯片概述8255是Intel公司生产的可编程并行I/O接口芯片，有3个8位并行I/O口。具有3个通道3种工作方式的可编程并行接口芯片（40引脚）。 其各口功能可由

17、软件选择，使用灵活，通用性强。8255可作为单片机与多种外设连接时的中间接口电路。 8255作为主机与外设的连接芯片，必须提供与主机相连的3个总线接口，即数据线、地址线、控制线接口。同时必须具有与外设连接的接口A、B、C口。由于8255可编程,所以必须具有逻辑控制部分，因而8255内部结构分为3个部分：与CPU连接部分、与外设连接部分、控制部分。特性(1)一个并行输入/输出的LSI芯片,多功能的I/O器件,可作为CPU总线与外围的接口. (2)具有24个可编程设置的I/O口,即使3组8位的I/O口为PA口,PB口和PC口.它们又可分为两组12位的I/O口,A组包括A口及C口(高4位,PC4PC

18、7),B组包括B口及C口(低4位,PC0PC3).A组可设置为基本的I/O口,闪控(STROBE)的I/O闪控式,双向I/O3种模式;B组只能设置为基本I/O或闪控式I/O两种模式,而这些操作模式完全由控制寄存器的控制字决定. 引脚功能RESET:复位输入线，当该输入端处于高电平时，所有内部寄存器（包括控制寄存器）均被清除，所有I/O口均被置成输入方式。 CS:芯片选择信号线，当这个输入引脚为低电平时,即/CS=0时,表示芯片被选中，允许8255与CPU进行通讯;/CS=1时,8255无法与CPU做数据传输. RD:读信号线，当这个输入引脚为低电平时,即/RD=0且/CS=0时,允许8255通

19、过数据总线向CPU发送数据或状态信息，即CPU从8255读取信息或数据。 WR:写入信号，当这个输入引脚为低电平时,即/WR=0且/CS=0时,允许CPU将数据或控制字写入8255。 D0D7:三态双向数据总线，8255与CPU数据传送的通道，当CPU 执行输入 输出指令时，通过它实现8位数据的读/写操作，控制字和状态信息也通过数据总线传送。 PA0PA7:端口A输入输出线，一个8位的数据输出锁存器/缓冲器， 一个8位的数据输入锁存器。 PB0PB7:端口B输入输出线，一个8位的I/O锁存器， 一个8位的输入输出缓冲器。PC0PC7:端口C输入输出线，一个8位的数据输出锁存器/缓冲器， 一个8

20、位的数据输入缓冲器。端口C可以通过工作方式设定而分成2个4位的端口， 每个4位的端口包含一个4位的锁存器，分别与端口A和端口B配合使用，可作为控制信号输出或状态信号输入端口。 A0,A1:地址选择线,用来选择8255的PA口,PB口,PC口和控制寄存器. 当A0=0,A1=0时,PA口被选择; 当A0=0,A1=1时,PB口被选择; 当A0=1,A1=0时,PC口被选择; 当A0=1.A1=1时,控制寄存器被选择. 8155的内部结构及引脚介绍1 8155概述除8255并行接口芯片外，单片机常用的并行接口是8155芯片。8155作为并行接口芯片有许多与8255类似之处，如：8155能并行传送8

21、位数据，有3个通道A、B、C等等。8155是能并行传送8位数据，具有256字节内部RAM、1 个计数器、3个通道、4种工作方式的可编程并行接口芯片（40引脚）。由此定义读者可根据下面叙述的内容，比较容易的理解8155的内部结构、8155引脚与CPU的连接方式等。18155的内部结构 8155内部结构框图如8-14所示，现按8155定义，叙述其内部结构。（1）内部RAM8155有256字节单元的内部RAM数据存储器，供用户作数据缓冲器等使用。（2）定时器8155还有一个14位的定时器，该定时器有一个计数器脉冲输入端TIMERIN与定时器输出端TIMEROUT。定时器输入和定时器输出分别用于输入计

22、数器的脉冲信号、输出矩形波或脉冲波。（3）3个通道8155有3个通道A、B、C与外设连接，其中A、B通道有8个引脚与外设连接，C通道口有6个引脚。C口的6个引脚常用于6位数据的输入与输出，或应答方式的通信线。（4）与CPU连接部分地址/数据总线 AD0AD7： 分时的传送地址与数据信息。控制总线CBCPU要对8155的RAM、I/O口（A、B、C口）进行读、写、片选等操作，控制线为片选、复位、读、写等信号。RAM与I/O选择线 =0 时选择片内RAM， =1 时选择I/O口。与8255一样，8155是使用地址线的低3位A0、A1、A2选择I/O口及控制寄存器。地址的高5 位在选择I/O口地址时

23、可取任意值。具体选择方法如下表8-4所示：表8-4 8155 I/O口地址A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 选中寄存器 0 0 0 命令状态寄存器 0 0 1 A口 0 1 0 B口 0 1 1 C口 1 0 0 定时器低8位寄存器 1 0 1 定时器高6位及工作方式 片选信号 ：低电平有效，选择8155芯片。 写信号 ：低电平有效，将AD0AD7上信息写入8155的RAM或I/O口。 读信号 ：低电平有效，将8155的RAM或I/O口中信息送上AD0AD7。 地址锁存信号 ALE：ALE的下降沿将AD0AD7、 、 上信息锁存到8155内部锁存器中。复位信号 RST：RST将8

24、155各寄存器与I/O口锁存器等复位初始化。2 8155芯片引脚及其与80C51单片机的连接 8155为40引脚芯片，图8-15为8155与80C51的连接图。（1）地址与数据总线引脚AD0AD780C51与8155地址、数据线连接方法是，80C51 P0口与8155的AD总线直接连接，80C51的地址锁存信号ALE与8155的ALE直接连接。如图8-15所示。（2）控制总线CBRAM与I/O口选择信号 ：用80C51的地址线P2.4与 连接。片选信号 ：由8031的P2.5P2.7经138译码器 产生。当P2.4= =0 时，选择8155内部RAM，8155内部RAM的地址是： 111 0

25、x x x x 00000000 111 0 x x x x11111111其中：x表示该位可取任意值，由此可知用该连接方法8155内部RAM的地址不唯一，当所有x为0时，内部RAM的地址从E000HE0FFH。当P2.4= =1 时选择8155I/O口及控制寄存器。各口地址如下： 命令状态寄存器：111 1xx 000 = FF20H （当xx=1111 0010 0时） A口 ：111 1xx 001 = FF21H （当xx=1111 0010 0时） B口 ：111 1xx 010 = FF22H （当xx=1111 0010 0时） C口 ：111 1xx 011 = FF23H （

26、当xx=1111 0010 0时） 定时器低位 ：111 1xx 100 = FF24H （当xx=1111 0010 0时） 定时器高位 ：111 1xx 101 = FF25H （当xx=1111 0010 0时）其中xx表示取值可任意，所以各口地址不唯一。为了今后叙述方便，后面程序中8155的地址将全部使用FF20HFF25H。1.3 电子时钟的原理 该电子时钟由89C51，BUTTON，六段数码管等构成，采用晶振电路作为驱动电路，由延时程序和循环程序产生的一秒定时，达到时分秒的计时，六十秒为一分钟，六十分钟为一小时，满二十四小时为一天。而电路中唯一的一个控制键却拥有多种不同的功能，按下

27、又松开，可以实现屏蔽数码管显示的功能，达到省电的目的；直接按下不松开，则可以通过按键实现分钟的累加，每按一次分钟加一；而连续两次按下按键不放松，则可实现小时的调节，同样每按一次小时加一。2 单片机识的相关知识 2.1 单片机简介 单片机全称为单片机微型计算机（Single Chip Microsoftcomputer)。从应用领域来看，单片机主要用来控制，所以又称为微控制器（Microcontroller Unit）或嵌入式控制器。单片机是将计算机的基本部件微型化并集成在一块芯片上的微型计算机。2.2 单片机的发展史1 . 4位单片机 1975年，美国德克萨斯仪器公司首次推出4位单片机TMS-

28、1000；此后，各个计算机公司竞相推出四位单片机。日本松下公司的MN1400系列，美国洛克威尔公司的PPS/1系列等。四位单片机的主要应用领域有：PC机的输入装置，电池充电器，运动器材，带液晶显示的音/视频产品控制器，一般家用电器的控制及遥控器，电子玩具，钟表，计算器，多功能电话等。 2 . 8位单片机 1972年，美国Intel公司首先推出8位微处理器8008，并于1976年9月率先推出MCS-48系列单片机。在这以后，8位单片机纷纷面市。例如，莫斯特克和仙童公司合作生产的3870系列，摩托罗拉公司生产的6801系列等。随着集成电路工艺水平的提高，一些高性能的8位单片机相继问世。例如，197

29、8年摩托罗拉公司的MC6801系列及齐洛格公司的Z8系列，1979年NEC公司的UPD78XX系列。这类单片机的寻址能力达64KB，片内ROM容量达4-8KB，片内除带有并行IO口外，还有串行IO口，甚至还有AD转化器功能。8位单片机由于功能强，被广泛用于自动化装置、智能仪器仪表、智能接口、过程控制、通信、家用电器等各个领域。3 . 16位单片机 1983年以后，集成电路的集成度可达几十万只管/片，各系列16位单片机纷纷面市。这一阶段的代表产品有1983年Intel公司推出的MCS-96系列，1987年Intel推出了80C96，美国国家半导体公司推出的HPC16040，NEC公司推出的783XX