【正文】 ................................. 36 語(yǔ)音播報(bào)子程序流程方框圖 ................................................................... 38 C 程序 ................................................................................................ 39 RS485 通信程序 ....................................................................................... 46 本章小結(jié) ........................................................................................................... 52 第六章 數(shù)據(jù)處理 ..................................................................................................... 53 測(cè)試數(shù)據(jù)分析 .......................................................................................... 53 實(shí)測(cè)中誤差分析與處理 .......................................................................... 53 本章小結(jié) ........................................................................................................... 53 第七章電路原理圖 ................................................................................................... 54 系統(tǒng)原理圖 ............................................................................................... 54 系統(tǒng) PCB 圖 ............................................................................................... 55 Multisim 仿真原理圖和仿真結(jié)果 ....................................................... 56 本章小結(jié) ........................................................................................................... 58 結(jié)論 ............................................................................................................................ 59 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 第 1章 緒論 單片機(jī)概述 單片機(jī)歷史 單片機(jī)誕生于 20世紀(jì) 70年代末，經(jīng)歷了 SCM、 MCU、 SOC 三大階段。 即單片微型計(jì)算機(jī)（ Single Chip Microputer）階段，主要是尋求最佳的單片形態(tài)嵌入式系統(tǒng)的最佳體系結(jié)構(gòu)?！皠?chuàng)新模式”獲得成功，奠定了 SCM 與通用計(jì)算機(jī)完全不同的發(fā)展道路。在開創(chuàng)嵌入式系統(tǒng)獨(dú)立發(fā)展道路上， Intel 公司功不可沒。 即微控制器（ Micro Controller Unit）階段，主要的技術(shù)發(fā)展方向是：不斷擴(kuò)展?jié)M足嵌入式應(yīng)用時(shí)，對(duì)象系統(tǒng)要求的各種外圍電路與接口電路，突顯其對(duì)象的智能化控制能力。它所涉及的領(lǐng)域都與對(duì)象系統(tǒng)相關(guān)，因此，發(fā)展 MCU 的重任不可避免地落在電氣、電子技術(shù)廠家。從這一角度來看，Intel 逐漸淡出 MCU 的發(fā)展也有其客觀因素。在發(fā)展 MCU 方面，最著名的廠家當(dāng)數(shù) Philips 公司。 ，向 MCU 階段發(fā)展的重要因素，就是尋求應(yīng)用系統(tǒng)在芯片上的最大化解決；因此，專用單片機(jī)的發(fā)展自然形成了 SOC 化趨勢(shì)。隨著微電子技術(shù)、 IC 設(shè)計(jì)、 EDA 工具的發(fā)展，基于 SOC 的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)會(huì)有較大的發(fā)展。因此，對(duì)單片機(jī)的理解可以從單片微型計(jì)算機(jī)、單片微控制器延伸到單片應(yīng)用系統(tǒng)。 單片機(jī)的基本結(jié)構(gòu) 運(yùn)算器由運(yùn)算部件 —— 算術(shù)邏輯單元（ Arithmetic amp。 Logical Unit，簡(jiǎn)稱 ALU）、累加器和寄存器等幾部分組成。 ALU 的作用是把傳來的數(shù)據(jù)進(jìn)行算術(shù)或邏輯運(yùn)算，輸入來源為兩個(gè) 8位數(shù)據(jù)，分別來自累加器和數(shù)據(jù)寄存器。ALU 能完成對(duì)這兩個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行加、減、與、或、比較大小等操作，最后將結(jié) 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 果存入累加器。例如，兩個(gè)數(shù) 6和 7 相加，在相加之前，操作數(shù) 6 放在累加器中， 7 放在數(shù)據(jù)寄存器中，當(dāng)執(zhí)行加法指令時(shí)， ALU 即把兩個(gè)數(shù)相加并把結(jié)果 13 存入累加器，取代累加器原來的內(nèi)容 6。 運(yùn)算器有兩個(gè)功能 ： (1) 執(zhí)行各種算術(shù)運(yùn)算。 (2) 執(zhí)行各種邏輯運(yùn)算，并進(jìn)行邏輯測(cè)試，如零值測(cè)試或兩個(gè)值的比較。 運(yùn)算器所執(zhí)行全部操作都是由控制器發(fā)出的控制信號(hào)來指揮的，并且，一個(gè)算術(shù)操作產(chǎn)生一個(gè)運(yùn)算結(jié)果，一個(gè)邏輯操作產(chǎn)生一個(gè)判決。 控制器由程序計(jì)數(shù)器、指令寄存器、指令譯碼器、時(shí)序發(fā)生器和操作控制器等組成，是發(fā)布命令的“決策機(jī)構(gòu)”，即協(xié)調(diào)和指揮整個(gè)微機(jī)系統(tǒng)的操作。其主要功能有： (1) 從內(nèi)存中取出一條指令，并指出下一條指令在內(nèi)存中的位置。 (2) 對(duì)指令進(jìn)行譯碼和測(cè)試，并產(chǎn)生相應(yīng)的操作控制信號(hào)，以便于執(zhí)行規(guī)定的動(dòng)作。 (3) 指揮并控制 CPU、內(nèi)存和輸入輸出設(shè)備之間數(shù)據(jù)流動(dòng)的方向。 微處理器內(nèi)通過內(nèi)部總線把 ALU、計(jì)數(shù)器、寄存器和控制部分互聯(lián)，并通過外部總線與外部的存儲(chǔ)器、輸入輸出接口電路聯(lián)接。外部總線又稱為系統(tǒng)總線，分為數(shù)據(jù)總線 DB、地址總線 AB和控制總線 CB。通過輸入輸出接口電路，實(shí)現(xiàn)與各種外圍設(shè)備連接。 （ 1）累加器 A 累加器 A 是微處理器中使用最頻繁的寄存器。在算術(shù)和邏輯運(yùn)算時(shí)它有雙功能：運(yùn)算前，用于保存一個(gè)操作數(shù)；運(yùn)算后，用于保存所得的和、差或邏輯運(yùn)算結(jié)果。 （ 2）數(shù)據(jù)寄存器 DR 數(shù)據(jù)寄存器通過數(shù)據(jù)總線向存儲(chǔ)器和輸入 /輸出設(shè)備送（寫）或?。ㄗx）數(shù)據(jù)的暫存單元。它可以保存一條正在譯碼的指令，也可以保存正在送往存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)的一個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)等等。 （ 3）指令寄存器 IR 和指令譯碼器 ID 指令包括操作碼和操 作數(shù)。 指令寄存器是用來保存當(dāng)前正在執(zhí)行的一條指令。當(dāng)執(zhí)行一條指令時(shí)，先把它從內(nèi)存中取到數(shù)據(jù)寄存器中，然后再傳送到指令寄存器。當(dāng)系統(tǒng)執(zhí)行 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 給定的指令時(shí)，必須對(duì)操作碼進(jìn)行譯碼，以確定所要求的操作，指令譯碼器就是負(fù)責(zé)這項(xiàng)工作的。其中，指令寄存器中操作碼字段的輸出就是指令譯碼器的輸入。 （ 4）程序計(jì)數(shù)器 PC PC 用于確定下一條指令的地址，以保證程序能夠連續(xù)地執(zhí)行下去，因此通常又被稱為指令地址計(jì)數(shù)器。在程序開始執(zhí)行前必須將程序的第一條指令的內(nèi)存單元地址（即程序的首地址）送入 PC，使它總是指向下一條要執(zhí)行指令的地 址。 （ 5）地址寄存器 AR 地址寄存器用于保存當(dāng)前 CPU 所要訪問的內(nèi)存單元或 I/O 設(shè)備的地址。由于內(nèi)存與 CPU 之間存在著速度上的差異，所以必須使用地址寄存器來保持地址信息，直到內(nèi)存讀 /寫操作完成為止。 顯然，當(dāng) CPU 向存儲(chǔ)器存數(shù)據(jù)、 CPU 從內(nèi)存取數(shù)據(jù)和 CPU 從內(nèi)存讀出指令時(shí)，都要用到地址寄存器和數(shù)據(jù)寄存器。同樣，如果把外圍設(shè)備的地址作為內(nèi)存地址單元來看的話，那么當(dāng) CPU 和外圍設(shè)備交換信息時(shí)，也需要用到地址寄存器和數(shù)據(jù)寄存器。 單片機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域 單片機(jī)滲透到我們生活的各個(gè)領(lǐng)域，幾乎很難找到哪個(gè)領(lǐng)域沒有單片機(jī)的蹤跡。導(dǎo)彈的導(dǎo)航裝置，飛機(jī)上各種儀表的控制， 計(jì)算機(jī)的網(wǎng)絡(luò)通訊與數(shù)據(jù)傳輸，工業(yè)自動(dòng)化過程的實(shí)時(shí)控制和數(shù)據(jù)處理，廣泛使用的各種智能 IC 卡，民用豪華轎車的安全保障系統(tǒng)，錄像機(jī)、攝像機(jī)、全自動(dòng)洗衣機(jī)的控制，以及程控玩具、電子寵物等等，這些都離不開單片機(jī)。更不用說自動(dòng)控制領(lǐng)域的機(jī)器人、智能儀表、醫(yī)療器械以及各種智能機(jī)械了。因此，單片機(jī)的學(xué)習(xí)、開發(fā)與應(yīng)用將造就一批計(jì)算機(jī)應(yīng)用與智能化控制的科學(xué)家、工程師。 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：智能儀器 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、電流、功率、頻率、濕度、溫度、流量、速度、厚度、角度、長(zhǎng)度、硬 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 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。 單片機(jī)具有體積小、控制功能強(qiáng)、功耗低、環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)、擴(kuò)展靈活和使用方便等優(yōu)點(diǎn)，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)、通信系統(tǒng)、信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)、無線感知系統(tǒng)、測(cè)控系統(tǒng)、機(jī)器人等應(yīng)用控制系統(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。 家用電器 家用電器廣泛采用了單片機(jī)控制，從電飯煲、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)備和白色家電等。 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，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，無線電對(duì)講機(jī)等。 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。 模塊化系統(tǒng) 某些專用單片機(jī)設(shè)計(jì)用于實(shí)現(xiàn)特定功能，從而在各種電路中進(jìn)行模塊化應(yīng)用，而不要求使用人員了解其內(nèi)部結(jié)構(gòu)。如音樂集成單片機(jī)，看似簡(jiǎn)單的功能，微縮在純電子芯片中（有別于磁帶機(jī)的原理），就需要復(fù)雜的類似于計(jì)算機(jī)的原理。如：音樂信號(hào)以數(shù)字的形式存于存儲(chǔ)器中（類似于 ROM），由微控制器 讀出，轉(zhuǎn)化為模擬音樂電信號(hào)（類似于聲卡）。 在大型電路中，這種模塊化應(yīng)用極大地縮小了體積，簡(jiǎn)化了電路，降低了損壞、錯(cuò)誤率，也方便于更換。 單片機(jī)在汽車電子中的應(yīng)用非常廣泛，例如汽車中的發(fā)動(dòng)機(jī)控制器，基于 CAN 總線的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)智能電子控制器、 GPS 導(dǎo)航系統(tǒng)、 abs 防抱死系統(tǒng)、制動(dòng)系統(tǒng)、胎壓檢測(cè)等。 此外，單片機(jī)在工商、金融、科研、教育、電力、通信、物流和國(guó)防航 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 空航天等領(lǐng)域都有著十分廣泛的用途。 計(jì)數(shù)器概述 電子計(jì)數(shù)器是一種基礎(chǔ)測(cè)量?jī)x器，到目前為止以有 30 多年的發(fā)展歷史。早期設(shè)計(jì)師們追求的目標(biāo)主要是擴(kuò)展側(cè)臉范圍，再加上提高測(cè)量精度、穩(wěn)定度等，這些也是人們衡量電子計(jì)算器的技術(shù)水平，決定電子計(jì)數(shù)器價(jià)格高低的主要依據(jù)。目前這些基礎(chǔ)技術(shù)日益完善，成熟。應(yīng)用現(xiàn)代技術(shù)可以輕松地將電子計(jì)數(shù)器的測(cè)頻上限擴(kuò)展到微波頻段。 計(jì)數(shù)器的技術(shù)背景與發(fā)展趨勢(shì) 當(dāng)今，單片微型計(jì)算機(jī)技術(shù)迅速發(fā)展，由單片機(jī)技術(shù)開發(fā)的技術(shù)設(shè)備和產(chǎn)品廣泛應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域，單片機(jī)技術(shù)產(chǎn)品和設(shè)備促進(jìn)了生產(chǎn)技術(shù)水平的提高。企業(yè)迫切需要大量熟練掌握單片機(jī)技術(shù)并能開發(fā)、應(yīng)用和維護(hù)管理這些智能化產(chǎn)品的高級(jí)工程技術(shù)人才。 單片機(jī)以體積小功能強(qiáng)、可靠性高、性價(jià)比高等特點(diǎn)，已成為實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)進(jìn)步和開發(fā)機(jī)電一體化和智能化測(cè)控產(chǎn)品的重要手段。 由于微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字頻率計(jì)都在不斷的發(fā)展著，頻率范圍不斷擴(kuò)大，功能不斷的增加。同時(shí)隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，用戶對(duì)電子計(jì)數(shù)器也提出了新的要求。對(duì)于低檔產(chǎn)品 要求實(shí)用操作方便，量程寬，可靠性高，價(jià)格低。而對(duì)于中高檔產(chǎn)品，則要求高分辨率，高精度高穩(wěn)定度，搞測(cè)量速率，除通常計(jì)數(shù)器所具有的功能外，還要有數(shù)據(jù)處理功能，統(tǒng)計(jì)分析功能，時(shí)域分析功能等等，或者包含電壓測(cè)量等其他功能，這些要求有的已經(jīng)實(shí)現(xiàn)或者部分實(shí)現(xiàn)，但要真正完美的實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)，對(duì)于生產(chǎn)廠家來說，還有許多工作要做，而不是表面看來似乎發(fā)展到了盡頭。 電子計(jì)數(shù)器的分類 電子計(jì)數(shù)器是一種多功能電子測(cè)量?jī)x器。他利用電子學(xué)地方法測(cè)出一定時(shí)間內(nèi)輸入的脈沖數(shù)目，并能將結(jié)果以數(shù)字的形式顯示出來。電子計(jì)數(shù)器功 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)