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1、单片机论文学号:11007030336 姓名:周凌霄 日期:2011/6/23摘要: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关键字:单片机,微控制器,系统开发。绪 论 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
2、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
3、两类,一种是通用型单片机,另一种是专用型单片机。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MCS- 48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、805
4、1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。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
5、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
6、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。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
7、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(ROM)、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A/D转换器、PMW(脉宽调制电路)、WDT(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
8、要小。现在的许多单片机都具有多种封装形式,其中SMD(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CMOS化 MCS-51系列的8031推出时的功耗达630mW,而现在的单片机普遍都在100mW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CMOS(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虽然功耗低,但由于其物理特征决定其工作速度不够高,而CHMOS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
9、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,ATMEL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HOLTEX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MOTOROLA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
10、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PWM输出、监视定时器WDT、可编程计数器阵列PCA、DMA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MPD7800,MITSUBISHI公司的M337700,REVKWELL公司的R6500。应用系统开发工具DP-51SDP-51S 硬件结构(1)电路外观 DP-51S单片机仿真实验仪上具有丰富的
11、外围接口和板上元件。(2)主要器件 电路主要器件如表3.1所示:编号型号功能 说明U1DIP-40封装CPU主器件,可插仿真头U2、U374HC537数据地址锁存器U4、U14LN3361BS3位8段共阳极数码管U5MAX810电压监控复位器件U6PCF8563实时时钟芯片U7CAT24WC02串行EPROM存储器U8MAX232RS232串口通信接口器件U9ASC08098位并行A/D转换器件U11TL431精密集成稳压器件U12DAC08328位并行D/A转换芯片U13LM324集成运算放大器PWMLEDLEDPWM指示U1974HC00TTL与非门U2074HC02TTL或非门U2174
12、HC04TTL非门U2274HCC138138译码器U23HM6225632K SRAMU2474HC74TTL D触发器L1-L8LED8个LED发光管KL0-KL7KEY键盘RUNLEDRUN指示Y11105926MHz石英晶振单片机时钟晶振Y232768KMHz石英晶振实时时钟使用的晶振(3)应用接口 为了能够更好的学习使用DP-51S单片机访真实验仪的系统资源,电路中为用户保留有许多应用接口。(4)电源插座POWER 该电源插座POWER为DP-51S单片机访真实验仪提供适合的工作电源。请使用陪到的+9V专用电源,以避免损坏电路组件,当DP-51S中外机访真实验仪连接+9V专用地安源后
13、,电源指示POWER亮,说明供电正常,否则应检查电源电路。(5)串口COM1、COM2 COM1目标号为RS232,外形是DB9形式,是单片机的RS232输出,可以通过串行通信电缆与计算机进行串口通行,现实数据信息的交换。而COM2口标号为UART,外形是DB9针式,直接是但片机的串中信号线输出,因此可以完成单片机的串口信号线输出,因此可以完成单片机之间的相互通信。(6)+5V:电源输出接口J3 通过J3接口,DP-51S单片机访真实验仪能QGV、200mA的直流电源。方便用户开发自己的应用电路。注意,输出电流不可大雨200mA,否则将影响DP-51S实验仪正常工作。(7)D/A转换电源输入J
14、6 和接口J6为单片机访真实验仪的D/A及其相关电路提供+12V和-12V工作电源,这样用户可以直接得到较为精确、正负对称的模拟量信号。J6的引脚排列如图3.17所示,各引脚的具体功能描述如表3.4所示(8)A/D主那换模拟量输入接口J7 该接口为用户提供了6路A/D转换输入通道(分别为Vin2-Vin7),用户可以能过该接口采集、测量各种物理量,当然输入的有效信号应该是该物理量被转化后所对应的电压值,且输入的电压信号必须保证在:0-5V之间,而别外2路A/D(Vin0和Vin1)已经通过2个精密可调动电位器直接接到了电源+5V上,这样用户可以调节电位器从而实现改变该通道输入模拟量的大小,给大
15、家调试实验提供了方便。(9)单片机晶振接口Y1 DP-51S单片机访真实验仪为拥护提供了一个可自由选择晶体频率的接口,拥护根据自己的实际需要使用大小不同的晶体。DP-51S单片机仿真实验仪功能特点 (1)用户可使用自带的P87C52X2单片机来进行仿真调试响应的单片机用户和序,也可以选配具有ISP功能的P89C6Xx2,P89C51RX2、P89C66x单片机作为目标MCU,且工作晶振频率可选:1-12MHz。 (2)板上集成从多常用接口电路:32KSRAM芯片62C253:3个独立LED显示、3个独立按键;6个8段数码管与8按键组成的键盘/显示电路:12C借口实时时钟芯片PCF8563T:F
16、C接口EPROM芯片24WC02;RS232串行通讯接口芯片MAX232;串行显示2个8段数码管电路;字符液晶显示屏接口;无源蜂鸣器电路NUZZER;红外接收电路RFIN;阻容复位电路、电源监控电路MAX810。这此实用借口电路涵盖了MCU的各个应用领域,能够提供用户领先的应用设计方法。 (3)电路信号的切换通过跳线器进行选择,可靠性高,使用方便。 (4) 提供实验电路的各部分原理图,提供各个实验课题的汇编程序A51源代码,浅显易懂,入门方便,使用户快速掌握应用系统的设计方法。 (5)预留ISP接口,支持PHILIPSISP单片机(如P89c51rx2。P89C66x、P89C6xX2等)的I
17、SP编程。 (6)通过MON51接口与高度软件协会配合,可按单步、断点、连续等方式测试实际应用程中; (7)进行实时操作系统的学习,如RTXTiny实时操作系统、uC/OS-KI实时操作系统、SmallRTOS实时操作系统等。RTXTiny实时操作系统中德国KeiSoflware公司设计的,关于是SmallRTOS实时操作系统的源码可以在http:/网站下载,至于详细的设计思想、就用设计实例和中间件,请参考基于80C51单片机的SmallRTOS实时操作系统的设计原理及其应用专著。有了这样的基础您就有了从8位的单片机过渡到32位ARM的扎实功底,如果你的基础比较好,还可以深入学习。uC/OS-
18、实时操作系统,不仅可以在80C51单片机上使用,而且是可以十分方便地移植到32位ARM上使用(8)利用DP-51S单片机仿真实验仪引用的CPU信号,可以边接自己的实际应用系统。应用系统仿真软件Keil C51Keil C51 介绍 KeilC51 mVision2集成开发环境是KeiSoftwre,lnc/KeilElektronikGmbH开发的基于80C51内核的微处理器软件开发平台,内以多种符合当前工业标准的开发工具,可以完成从工和建立、管理,编译,连接,目标代码的生成,软件访真,硬件访真等完整的开发流和。尤其C编译工具在产生代码的准确性和效率性达到了较高的水平,而可以附加灵活的控制选项
19、。KeilC51集成开发环境的主要环境的主要功能是以下几点: (1)mVision2 for WindowsTM:是一个集成开发环境,它将项目管理,源代码编辑和程序调试等组合在一个功能强大的Z1环境中。 (2)C51国际标准优化C交叉编译器:从C源代码产生可重定位的口标模块。 (3)A51宏汇编器:从80C51汇编冤代码产生可重定位的口标模块。 (4)BL51连接/定位器:组合由C51和A51产生的可重定位的目标模块,生成绝对目标模块。 (5)LIB51库管理器:从口际模块生成连接器可以使用的库文件。 (6)OH51目标文件至HEX格式的转换器:从绝对目标模块生成IntelHEX文件。 (7)
20、 RTX-51实时操作系统:简化了复杂的实时应用软件项口的设计。 这个工具套件足为专业软件开发人员设计的,但任何层次的编程人员都可以使用,并获得80C51微控制器的部分应用。Keil C51 集成工具和用途 mVision2支持所有的Keil80C51的工具软件,包括C51编译器、宏汇编器、连接器/定位器和目标文件至Hex格式转换器,mVision2可以自动完成便宜、汇编、连接程序的操作。 (1)C51便宜器和ASI汇编器 由mVision21DE创建的潭文件,可以被C51便宜器或A51汇编器处理,生成可重定位的object文件。KeilC51以直接支持80C51结构的特性。KeilA51宏汇
21、编器支持80C51及其派声系列的怕有指令集。 (2)LIB51库管理器 BL51库管理器可以从由汇编器和便宜器创建的目标文件建立目标库。这些库是按规定格式排列的目标模块,可在以后被连接器所使用。当连接器处理一个库时,仅仅使用了库中程序使用的目标模块而不是全部加以引用。 (3)BLSI连接器/定位器 BL51连接器使用从库中提取出来的目标模块和便宜器,汇编器生成的目标模块,创建一个绝对地址目标模块。绝对地址目标文件或模块包括不可重定位的代码和数据,所有的代码和数据都被个在具体的存储器单元中。 (4)mVision2软件调试器 mVision2软件调试器能十分理想地进行快速,可靠的程序调节,调试器
22、包括一个同速模拟器,您可以使用它模拟整个80C50系统,包括片上外围器件和外部器件,当您从器件数据库选择时,这个器件的属性会被自动配置。 (5)mVision2硬件调试器 mVision2调试器响您提供厂几种在实际目标硬件上测试程序的方法。按MON51目标监控器到您的目标系统,并通过monitor-51接口下在你的程序,使用高级GDI接口,将mVision2调试同类似于DP-51S单片机仿真实验仪或者TKS系列仿真器的硬件系统相连接,通过mVision2的人机交互环境指挥连接的硬件完成仿真操作。 (6)RTX51实时操作系统 RTX51实时操作系统是针对80C51微控制器系列的一个多任务内核。
23、RTX51实时内核简化厂需要对实时事件进行反应的复杂应用的系统设计、编程和调试。这个内核完全集成在C51编译器中,使用非常简单,任务描述表和操作系统的统一性由BL51连接器/定位器自动进行控制。 此外Vision2还只有极强的软件环境,友好的操作界面和简单快捷的操作方法,主要表现在以下几点:(1)丰富的菜单栏;(2)可以快色选择命令按钮的工具栏;(3)一些源代码文件窗口;(4)对话框窗口;(5)直观明了的信息显示窗口。结课总结总结 单片机的设计至今为止已经进入了令人鼓舞的阶段,在进行了长达两个多月的时间的摸索与实验,使我不仅仅是对于单片机入门软件与硬件的常用设计与功能,还使我对于一项设计研究的
24、制作过程所需要的详细步骤和具体的实现方法的力度的掌握。基于此作品作为毕业设计的创作成果,在当其中机器的功能等方面并非处于一个成熟的阶段,而且仅仅是因为向延元老师的要求以及我们的初步尝试,当中的缺点是无可非议地存在着。 当然在这次宝贵的毕业设计活动中,经验才是对于我们最大的收获,而且还增强了自身对未知问题以及对知识的深化认识的能力,用受益匪浅这个词语来概括这次难忘的活动我觉得再合适不过了。但是,光是完成了作品还是不可以自我满足的,在从一开始的时候就怀着将作品制作得更加人性化,更加令人满意,更加地使功能完美又方便地被应用领域这个最终目的下,随着对单片机这门学科的认识加深,到达了拓展的程度,我想这个
25、目的将在不远的时期内被实现。 总之,这次设计从软件编写、调试到软硬件联机调试,我倾注了大量的时间和心血。真是曾经为程序的编写而冥思查找过,曾经为无法找出错误而郁闷苦恼过,也曾经为某一功能不能实现而犹豫彷徨过,但最终我成功了。 因为我不仅品味到了结果的喜悦,更明白了过程的弥足珍贵。 心得体会 随着毕业日子的到来,毕业设计也接近了尾声。经过几周的奋战我的毕业设计终于完成了。在没有做毕业设计以前觉得毕业设计只是对这几年来所学知识的单纯总结,但是通过这次做毕业设计发现自己的看法有点太片面。毕业设计不仅是对前面所学知识的一种检验,而且也是对自己能力的一种提高。通过这次毕业设计使我明白了自己原来知识还比较
26、欠缺。自己要学习的东西还太多,以前老是觉得自己什么东西都会,什么东西都懂,有点眼高手低。通过这次毕业设计,我才明白学习是一个长期积累的过程,在以后的工作、生活中都应该不断的学习,努力提高自己知识和综合素质。 在这次毕业设计中也使我们的同学关系更进一步了,同学之间互相帮助,有什么不懂的大家在一起商量,听听不同的看法对我们更好的理解知识,所以在这里非常感谢帮助我的同学。 我的心得也就这么多了,总之,不管学会的还是学不会的的确觉得困难比较多,真是万事开头难,不知道如何入手。最后终于做完了有种如释重负的感觉。此外,还得出一个结论:知识必须通过应用才能实现其价值!有些东西以为学会了,但真正到用的时候才发
27、现是两回事,所以我认为只有到真正会用的时候才是真的学会了。 在此要感谢我的指导老师向延元对我悉心的指导,感谢老师给我的帮助。在设计过程中,我通过查阅大量有关资料,与同学交流经验和自学并向老师请教等方式,使自己学到了不少知识,也经历了不少艰辛,但收获同样巨大。在整个设计中我懂得了许多东西,也培养了我独立工作的能力,树立了对自己工作能力的信心,相信会对今后的学习工作生活有非常重要的影响。而且大大提高了动手的能力,使我充分体会到了在创造过程中探索的艰难和成功时的喜悦。虽然这个设计做的也不太好,但是在设计过程中所学到的东西是这次毕业设计的最大收获和财富,使我终身受益。参考文献1. 张志良编著.单片机原理与控制技术.第2版. 机械工业出版社2. 周立功编著.单片机基础实验指导书.第1版. 广州周立功单片机发展有限公司出版社3. 杨志忠编著.模拟电子技术.第1版. 高等教育出版社出版学生:周凌霄学号:11007030336日期:2011年6月23日6
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