【正文】 序的軟件資源 )及硬件資源。要利用某型號(hào)單片機(jī)開發(fā)自己的應(yīng)用系統(tǒng)，掌握其結(jié)構(gòu)特征和技術(shù)特征是必須的。 單片機(jī)控制系統(tǒng)能夠取代以前利用復(fù)雜電子線路或數(shù)字電路 構(gòu)成的控制系統(tǒng)，可以軟件控制來(lái)實(shí)現(xiàn)，并能夠?qū)崿F(xiàn)智能化，現(xiàn)在單片機(jī)控制范疇無(wú)所不在，例如通信產(chǎn)品、家用電器、智能儀器儀表、過程控制和專用控制裝置等等，單片機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域越來(lái)越廣泛。 誠(chéng)然，單片機(jī)的應(yīng)用意義遠(yuǎn)不限于它的應(yīng)用范疇或由此帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益，更重要的是它已從根本上改變了傳統(tǒng)的控制方法和設(shè)計(jì)思想。是控制技術(shù)的一次革命，是一座重要的里程碑。 單片機(jī)的特點(diǎn) 單片機(jī)與通用微機(jī)相比較 ,在結(jié)構(gòu) ,指令設(shè)置上均有其獨(dú)特之處 ,其主要特點(diǎn)如下 : 深圳職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè) 論文 /設(shè)計(jì) 用紙 第 6 頁(yè) 共 36 頁(yè) （ 1） 單片機(jī)的存儲(chǔ)器 ROM 和 RAM 是嚴(yán)格區(qū)分的 .ROM 稱為程序存儲(chǔ)器 ,只存放程 序 ,固定常數(shù)及數(shù)據(jù)表格 .RAM 則為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 ,用作工作區(qū)及存放用戶數(shù)據(jù) .這樣的結(jié)構(gòu)主要是考慮到單片機(jī)用于控制系統(tǒng)中 ,有較大的程序存儲(chǔ)空間 ,把開發(fā)成功的程序固化在 ROM 中 ,而把少量的隨機(jī)數(shù)據(jù)存放在 RAM中 .這樣 ,小容量的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器能以高速 RAM 形式集成在單片機(jī)內(nèi) ,以加速單片機(jī)的執(zhí)行速度 .但單片機(jī)內(nèi)的 RAM是作為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器用 ,而不是當(dāng)作高速緩沖存儲(chǔ)器 (CACHE)使用 . （ 2） 采用面向控制的指令系統(tǒng) .為滿足控制的需要 ,單片機(jī)有更強(qiáng)的邏輯控制能力 ,特別是具有很強(qiáng)的位處理能力 . （ 3） 單片機(jī)的 I/O 引腳通常是多功能的 .由于單片 機(jī)芯片上引腳數(shù)目有限 ,為了解決實(shí)際引腳和需要的信號(hào)線的矛盾 ,采用了引腳功能復(fù)用的方法 .引腳處于何種功能 ,可由指令來(lái)設(shè)置或由機(jī)器狀態(tài)來(lái)區(qū)分 . （ 4） 單片機(jī)的外部擴(kuò)展能力強(qiáng) .在內(nèi)部的各種功能部分不能滿足應(yīng)用需求時(shí) ,均可在外部進(jìn)行擴(kuò)展 (如擴(kuò)展 ROM,RAM,I/O 接口 ,定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 ,中斷系統(tǒng)等 ),與許多通用的微機(jī)接口芯片兼容 ,給應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)帶來(lái)極大的方便和靈活性 . 單片機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域 單片機(jī)廣泛應(yīng)用于儀器儀表、家用電器、醫(yī)用設(shè)備、航空航天、專用設(shè)備的智能化管理及過程控制等領(lǐng)域，大致可分如下幾個(gè)范疇： (1) 在智能儀 器儀表上的應(yīng)用 :單片機(jī)具有體積小、功耗低、控制功能強(qiáng)、擴(kuò)展靈活、微型化和使用方便等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于儀器儀表中，結(jié)合不同類型的傳感器，可實(shí)現(xiàn)諸如電壓、功率、頻率、濕度、溫度、流量、速度、厚度、角度、長(zhǎng)度、硬度、元素、壓力等物理量的測(cè)量。采用單片機(jī)控制使得儀器儀表數(shù)字化、智能化、微型化，且功能比起采用電子或數(shù)字電路更加強(qiáng)大。例如精密的測(cè)量設(shè)備（功率計(jì)，示波器，各種分析儀）。 (2) 在工業(yè)控制中的應(yīng)用 : 用單片機(jī)可以構(gòu)成形式多樣的控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。例如工廠流水線的智能化管理，電梯智能化控制、各種報(bào)警系統(tǒng)，與計(jì)算機(jī) 聯(lián)網(wǎng)構(gòu)成二級(jí)控制系統(tǒng)等。 (3) 在家用電器中的應(yīng)用 : 可以這樣說(shuō)，現(xiàn)在的家用電器基本上都采用了單片機(jī)控制，從電飯褒、洗衣機(jī)、電冰箱、空調(diào)機(jī)、彩電、其他音響視頻器材、再到電子秤量設(shè)備，五花八門，無(wú)所不在。 (4) 在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和通信領(lǐng)域中的應(yīng)用 :現(xiàn)代的單片機(jī)普遍具備通信接口，可以很方便地與計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，為在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和通信設(shè)備間的應(yīng)用提供了極好的物質(zhì)條件，現(xiàn)在的通信設(shè)備基本上都實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)智能控制，從手機(jī)，電話機(jī)、小型程控交換機(jī)、樓宇自動(dòng)通信呼叫系統(tǒng)、列車無(wú)線通信、再到日常工作中隨處可見的移動(dòng)電話，集群移動(dòng)通信，無(wú)線 電對(duì)講機(jī)等。 深圳職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè) 論文 /設(shè)計(jì) 用紙 第 7 頁(yè) 共 36 頁(yè) (5) 單片機(jī)在醫(yī)用設(shè)備領(lǐng)域中的應(yīng)用 :單片機(jī)在醫(yī)用設(shè)備中的用途亦相當(dāng)廣泛，例如醫(yī)用呼吸機(jī)，各種分析儀，監(jiān)護(hù)儀，超聲診斷設(shè)備及病床呼叫系統(tǒng)等等。 此外，單片機(jī)在工商，金融，科研、教育，國(guó)防航空航天等領(lǐng)域都有著十分廣泛的用途。 單片機(jī)的發(fā)展趨勢(shì) 現(xiàn)在可以說(shuō)單片機(jī)是百花齊放，百家爭(zhēng)鳴的時(shí)期，世界上各大芯片制造公司都推出了自己的單片機(jī)，從 8位、 16 位到 32位，數(shù)不勝數(shù)，應(yīng)有盡有，有與主流 C51 系列兼容的，也有不兼容的，但它們各具特色，互成互補(bǔ)，為單片機(jī)的應(yīng)用提供廣闊的天地。 縱觀單片機(jī)的發(fā)展過程， 可以預(yù)示單片機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)，大致有： (1) 低功耗 CMOS 化 MCS51 系列的 8031 推出時(shí)的功耗達(dá) 630mW，而現(xiàn)在的單片機(jī)普遍都在100mW 左右，隨著對(duì)單片機(jī)功耗要求越來(lái)越低，現(xiàn)在的各個(gè)單片機(jī)制造商基本都采用了 CMOS(互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體工藝 )。 像 80C51 就采用了 HMOS(即高密度金屬氧化物半導(dǎo)體工藝 )和 CHMOS(互補(bǔ)高密度金屬氧化物半導(dǎo)體工藝 )。 CMOS 雖然功耗較低，但由于其物理特征決定其工作速度不夠高，而 CHMOS則具備了高速和低功耗的特點(diǎn)，這些特征，更適合于在要求低功耗 像 電池供電的應(yīng)用場(chǎng)合。所以這 種工藝將是今后一段時(shí)期單片機(jī)發(fā)展的主要途徑。 (2) 微型單片化 現(xiàn)在常規(guī)的單片機(jī)普遍都是將中央處理器 (CPU)、隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)(RAM)、只讀程序存儲(chǔ)器 (ROM)、并行和串行通信接口，中斷系統(tǒng)、定時(shí)電路、時(shí)鐘電路集成在一塊單一的芯片上，增強(qiáng)型的單片機(jī)集成了如 A/D 轉(zhuǎn)換器、PMW(脈寬調(diào)制電路 )、 WDT(看門狗 )、有些單片機(jī)將 LCD(液晶 )驅(qū)動(dòng)電路都集成在單一的芯片上，這樣單片機(jī)包含的單元電路就更多，功能就越強(qiáng)大。甚至單片機(jī)廠商還可以根據(jù)用戶的要求量身定做，制造出具有自己特色的單片機(jī)芯片。 此外，現(xiàn)在的產(chǎn)品普遍要 求體積小、重量輕，這就要求單片機(jī)除了功能強(qiáng)和功耗低外，還要求其體積要小?，F(xiàn)在的許多單片機(jī)都具有多種封裝形式，其中 SMD(表面封裝 )越來(lái)越受歡迎，使得由單片機(jī)構(gòu)成的系統(tǒng)正朝微型化方向發(fā)展。 (3) 主流與多品種共存 現(xiàn)在雖然單片機(jī)的品種繁多，各具特色，但仍以 80C51 為核心的單片機(jī)占主流，兼容其結(jié)構(gòu)和指令系統(tǒng)的有 PHILIPS 公司的產(chǎn)品， ATMEL 公司的產(chǎn)品和中國(guó)臺(tái)灣的 Winbond 系列單片機(jī)。所以 C8051 為核心的單片機(jī)占據(jù)了半壁江山。而 Microchip 公司的 PIC 精簡(jiǎn)指令集 (RISC)也有著強(qiáng)勁的發(fā)展勢(shì)頭，中國(guó) 臺(tái)灣的 HOLTEK 公司近年的單片機(jī)產(chǎn)量與日俱增，與其低價(jià)質(zhì)優(yōu)的優(yōu)勢(shì)，占據(jù)一定的市場(chǎng)分額。此外還有 MOTOROLA 公司的產(chǎn)品，日本幾大公司的專用單片機(jī)。在一定的時(shí)期內(nèi)，這種情形將得以延續(xù)，將不存在某個(gè)單片機(jī)一統(tǒng) 深圳職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè) 論文 /設(shè)計(jì) 用紙 第 8 頁(yè) 共 36 頁(yè) 天下的壟斷局面，走的是依存互補(bǔ)，相輔相成、共同發(fā)展的道路 。 單片機(jī)的主要生產(chǎn)廠家和機(jī)型 目前世界是較為著名的部分 8 位單片機(jī)的生產(chǎn)廠家和部分主要機(jī)型如下 : Intel(美國(guó)英特爾 )公司 : MCS51/96 及其增強(qiáng)系列 . NS(美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體 )公司 : NS8070 系列 . RCA(美國(guó)無(wú)線電 )公司 : CDP1800 系列 . TI(美國(guó)得克薩斯儀器儀表 )公司 : TMS7000 系列 . Cypress(美國(guó) Cypress 半導(dǎo)體 )公司 : CYXX 系列 . Rockwell(美國(guó)洛克威爾 )公司 : 6500 系列 . Motorola(美國(guó)摩托羅拉 )公司 : 6805 系列 . Fairchild(美國(guó)仙童 )公司 : FS 系列和 3870 系列 . Zilog(美國(guó)齊洛格 )公司 : Z8 系列和 SUPER 系列 . Atmel(美國(guó) Atmel)公司 : AT89 系列 . National(日本松下 )公司 : MN6800 系列 . Hitachi(日本日 立 )公司 : HD6301,HD65L05,HD6305 系列 . NEC(日本電氣 )公司 : U87,(upd7800)系列 . Philips(荷蘭菲利浦 )公司 :P89C51XX 系列 . 其中 Intel公司的 MCS51系列及其增強(qiáng)型系列在 8位單片機(jī)市場(chǎng)中占的份額最大 ,達(dá) 50%左右 . 深圳職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè) 論文 /設(shè)計(jì) 用紙 第 9 頁(yè) 共 36 頁(yè) 第二章 硬件系統(tǒng)實(shí)現(xiàn) 功能模塊圖 在本設(shè)計(jì)中需用到 AT89S51 芯片 ,1 個(gè)數(shù)碼管，一個(gè)蜂鳴器，復(fù)位電路， 8個(gè)按鍵， 24 個(gè)發(fā)光二極管。 圖 功能模塊 各功能模塊介紹 AT89S51 芯片 本設(shè)計(jì)主要采用 AT89S51 芯片。 AT89S51 是一個(gè)低功耗，高性能 CMOS 8 位單片機(jī)，片內(nèi)含 4k Bytes ISP(Insystem programmable)的可反復(fù)擦寫 1000 次的 Flash 只讀程序存儲(chǔ)器，器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)制造，兼容標(biāo)準(zhǔn) MCS51指令系統(tǒng)及 80C51 引腳結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)集成了通用 8 位中央處理器和 ISP Flash 存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大的復(fù)位鍵 輸入 時(shí)鐘電路 AT89S51 單片機(jī) 輸出 顯示 深圳職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè) 論文 /設(shè)計(jì) 用紙 第 10 頁(yè) 共 36 頁(yè) 微型計(jì)算機(jī)的 AT89S51 可為許多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高性價(jià)比的解決方案。 AT89S51 具有如下特點(diǎn)： 40 個(gè)引腳， 4k Bytes Flash 片內(nèi)程序存儲(chǔ)器， 128 bytes 的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（ RAM）， 32 個(gè)外部雙向輸入 /輸出（ I/O）口， 5 個(gè)中斷優(yōu)先級(jí) 2 層中斷嵌套中斷， 2個(gè) 16 位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器 ,2 個(gè)全雙工串行通信口，看門狗（ WDT）電路，片內(nèi)時(shí)鐘振蕩器。 此外， AT89S51 設(shè)計(jì)和配置了振蕩頻率可為 0Hz 并可通過軟件設(shè)置省電模式。空閑模式下， CPU 暫停工作 ，而 RAM 定時(shí)計(jì)數(shù)器，串行口，外中斷系統(tǒng)可繼續(xù)工作 。 掉電模式凍結(jié)振蕩器而保存 RAM 的數(shù)據(jù)，停止芯片其它功能直至外中斷激活或硬件復(fù)位。同時(shí)該芯片還具有 PDIP、TQFP 和 PLCC 等三種封裝形式，以適應(yīng)不同產(chǎn)品的需求。 主要功能性能如表 ： 表 AT89S51芯片的主要功能 兼容 MCS51 指令系統(tǒng) 4k 可反復(fù)擦寫 (1000次 )ISP Flash ROM 32 個(gè)雙向 I/O 口 2 個(gè) 16 位可編程定時(shí) /計(jì)數(shù)器 時(shí)鐘頻率 033MHz 全雙工 UART 串行中斷口線 128x8bit 內(nèi)部 RAM 2 個(gè)外部中斷源 低功耗空閑和省電模式 中斷喚醒省電模式 3 級(jí)加密位 看門狗（ WDT）電路 軟件設(shè)置空閑和省電功能 靈活的 ISP 字節(jié)和分頁(yè)編程 雙數(shù)據(jù)寄存器指針 引腳功能說(shuō)明 VCC：電源電壓。 GND：地。 P0 口： P0 口是一組 8位漏極開路型雙向 I/O 口，也即地址 /數(shù)據(jù)總線復(fù)用口。作為輸出口用時(shí)，每位能驅(qū)動(dòng) 8 個(gè) TTL 邏輯門電路，對(duì)端口寫“ 1”可作 為高阻抗輸入端用。在訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器或程序存儲(chǔ)器時(shí)，這組口線同時(shí)轉(zhuǎn)換成地址（低 8位）和數(shù)據(jù)總線復(fù)用，在訪問期間激活內(nèi)部上拉電阻。在 Flash 編程時(shí)， P0 口接收指令字節(jié)，而在程序校驗(yàn)時(shí)，輸出指令字節(jié)，校驗(yàn)時(shí)，要求外接上拉電阻。 P1 口： P1 是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P1 的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流） 4 個(gè) TTL 邏輯門電路。對(duì)端口寫“ 1”，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸入口。作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流。 Flash 編程和 程序校驗(yàn)期間， P1 接收低 8 位地址。 表 P1 端口引腳的第二功能 深圳職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè) 論文 /設(shè)計(jì) 用紙 第 11 頁(yè) 共 36 頁(yè) 端口引腳 第二功能 MOSI（用于 ISP 編程） MISO（用于 ISP 編程） SCK (用于 ISP 編程 ) P2 口： P2 是 一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的 8位雙向 I/O 口， P2的輸出緩沖可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流） 4 個(gè) TTL 邏輯門電路。對(duì)端口寫“ 1”，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，