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電子信息工程技術(shù)畢業(yè)論文基于單片機交通燈控制設計畢業(yè)設計-文庫吧

2024-11-14 09:45 本頁面


【正文】 大規(guī)模技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理能力 (如算術(shù)運算 ,邏輯運算、數(shù)據(jù)傳送、中斷處理 )的微處理器 (CPU),隨機存取數(shù)據(jù)存儲器 (RAM),只讀程序存儲器 (ROM),輸入輸出電路 (I/O 口 ),可能還包括定時計數(shù)器 ,串行通信口 (SCI),顯示驅(qū)動電路 (LCD或 LED驅(qū)動電路 ),脈寬調(diào)制電路 (PWM),模擬多路轉(zhuǎn)換器及 A/D轉(zhuǎn)換器等電 路集成到一塊單塊芯片上 ,構(gòu)成一個最小然而完善的計算機系統(tǒng) .這些電路能在軟件的控制下準確、迅速、高效地完成程序設計者事先規(guī)定的任務 . 由此來看 ,單片機有著微處理器所不具備的功能 ,它可單獨地完成現(xiàn)代工業(yè)控制所要求的智能化控制功能 ,這是單片機最大的特征 . 然而單片機又不同于單板機 ,芯片在沒有開發(fā)前 ,它只是具備功能極強的超大規(guī)模集成電路 ,如果賦予它特定的程序 ,它便是一個最小的、完整的微型計算機控制系統(tǒng) ,它與單板機或個人電腦 (PC 機 )有著本質(zhì)的區(qū)別 ,單片機的應用屬于芯片級應用 ,需要用戶了解單片機芯片的結(jié)構(gòu)和指令系 統(tǒng)以及其它集成電路應用技術(shù)和系統(tǒng)設計所需要的理論和技術(shù) ,用這樣特定的芯片設計應用程序 ,從而使該芯片具備特定的功能 . 不同的單片機有著不同的硬件特征和軟件特征 ,即它們的技術(shù)特征均不盡相同 ,硬件特征取決于單片機芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu) ,用戶要使用某種單片機 ,必須了解該型產(chǎn)品是否滿足需要的功能和應用系統(tǒng)所要求的特性指標 .這里的技術(shù)特征包括功能特性、控制特性和電氣特性等等 ,這些信息需要從生產(chǎn)廠商的技術(shù)手冊中得到 .軟件特征是指指令系統(tǒng)特性和開發(fā)支持環(huán)境 ,指令特性即我們熟悉的單片機的尋址方式 ,數(shù)據(jù)處理和邏輯處理方式 ,輸入輸出特 性及對電源的要求等等 .開發(fā)支持的環(huán)境包括指令的兼容及可移植性 ,支持軟件 (包含可支持開發(fā)應用程序的軟件資源 )及硬件資源 .要利用某型號單片機開發(fā)自己的應用系統(tǒng) ,掌握其結(jié)構(gòu)特征和技術(shù)特征是必須的 . 單片機控制系統(tǒng)能夠取代以前利用復雜電子線路或數(shù)字電路構(gòu)成的控制系統(tǒng) ,可以軟件控制來實現(xiàn) ,并能夠?qū)崿F(xiàn)智能化 ,現(xiàn)在單片機控制范疇無所不在 ,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 ,單片機的應用領域越來越廣泛 . 誠然 ,單片機的應用意義遠不限于它的應用范疇或由此帶來的經(jīng)濟效益 ,更重要的是它已從根本上 改變了傳統(tǒng)的控制方法和設計思想 .是控制技術(shù)的一次革命 ,是一座重要的里程碑 . 單片機發(fā)展概述 1946年第一臺電子計算機誕生至今 ,只有 50年的時間 ,依靠微電子技術(shù)和半導體技術(shù)的進步 ,從電子管 —— 晶體管 —— 集成電路 —— 大規(guī)模集成電路 ,現(xiàn)在一塊芯片上完全可以集成幾百萬甚至上千萬只晶體管 ,使得計算機體積更小 ,功能更強 .特別是近 20年時間里 ,計算機技術(shù)獲得飛速的發(fā)展 ,計算機在工農(nóng)業(yè) ,科研 ,教育 ,國防和航空航天領域獲得了廣泛的應用 ,計算機技術(shù)已經(jīng)是一個國家現(xiàn)代科技水平的重要標志 . 單片機誕生于 20 世 紀 70年代 ,象 Fairchid 公司研制的 F8 單片微型計算機 .所謂單片機是利用大規(guī)模集成電路技術(shù)把中央處理單元 (Center Processing Unit,也即常稱的 CPU)和數(shù)據(jù)存儲器 (RAM)、程序存儲器 (ROM)及其他 I/O 通信口集成在一塊芯片上 ,構(gòu)成一個最小的計算機系統(tǒng) ,而現(xiàn)代的單片機則加上了中斷單元 ,定時單元及 A/D 轉(zhuǎn)換等更復雜、更完 5 善的電路 ,使得單片機的功能越來越強大 ,應用更廣泛 . 20世紀 70年代 ,微電子技術(shù)正處于發(fā)展階段 ,集成電路屬于中規(guī)模發(fā)展時期 ,各種新材料新工藝尚未成熟 ,單片機仍處在初 級的發(fā)展階段 ,元件集成規(guī)模還比較小 ,功能比較簡單 ,一般均把 CPU、 RAM 有的還包括了一些簡單的 I/O 口集成到芯片上 ,象 Farichild 公司就屬于這一類型 ,它還需配上外圍的其他處理電路方才構(gòu)成完整的計算系統(tǒng) .類似的單片機還有 Zilog 公司的 Z80微處理器 . 1976年 INTEL公司推出了 MCS48單片機 ,這個時期的單片機才是真正的 8位單片微型計算機 ,并推向市場 .它以體積小 ,功能全 ,價格低贏得了廣泛的應用 ,為單片機的發(fā)展奠定了基礎 ,成為單片機發(fā)展史上重要的里程碑 . 在 MCS48的帶領下 ,其后 ,各大半導 體公司相繼研制和發(fā)展了自己的單片機 ,象 Zilog公司的 Z8系列 .到了 80年代初 ,單片機已發(fā)展到了高性能階段 ,象 INTEL 公司的 MCS51 系列 ,Motorola 公司的 6801 和 6802 系列 ,Rokwell 公司的 6501 及 6502 系列等等 ,此外 ,日本的著名電氣公司 NEC和 HITACHI 都相繼開發(fā)了具有自己特色的專用單片機 . 80 年代 ,世界各大公司均競相研制出品種多功能強的單片機 ,約有幾十個系列 ,300 多個品種 ,此時的單片機均屬于真正的單片化 ,大多集成了 CPU、 RAM、 ROM、數(shù)目繁多的 I/O接口、多種中斷系 統(tǒng) ,甚至還有一些帶 A/D 轉(zhuǎn)換器的單片機 ,功能越來越強大 ,RAM 和 ROM 的容量也越來越大 ,尋址空間甚至可達 64kB,可以說 ,單片機發(fā)展到了一個全新階段 ,應用領域更廣泛 ,許多家用電器均走向利用單片機控制的智能化發(fā)展道路 . 1982 年以后 ,16位單片機問世 ,代表產(chǎn)品是 INTEL 公司的 MCS96 系列 ,16 位單片機比起 8位機 ,數(shù)據(jù)寬度增加了一倍 ,實時處理能力更強 ,主頻更高 ,集成度達到了 12 萬只晶體管 ,RAM增加到了 232字節(jié) ,ROM則達到了 8kB,并且有 8個中斷源 ,同時配置了多路的 A/D轉(zhuǎn)換通道 ,高速的 I/O 處理 單元 ,適用于更復雜的控制系統(tǒng) . 九十年代以后 ,單片機獲得了飛速的發(fā)展 ,世界各大半導體公司相繼開發(fā)了功能更為強大的單片機 .美國 Microchip 公司發(fā)布了一種完全不兼容 MCS51的新一代 PIC 系列單片機 ,引起了業(yè)界的廣泛關(guān)注 ,特別它的產(chǎn)品只有 33 條精簡指令集吸引了不少用戶 ,使人們從INTEL 的 111 條復雜指令集中走出來 .PIC 單片機獲得了快速的發(fā)展 ,在業(yè)界中占有一席之地 . 隨后的事情 ,熟悉單片機的人士都比較清楚了 ,更多的單片機種蜂擁而至 ,MOTOROLA 公司相繼發(fā)布了 MC68HC 系列單片機 ,日本的幾個著 名公司都研制出了性能更強的產(chǎn)品 ,但日本的單片機一般均用于專用系統(tǒng)控制 ,而不象 INTEL 等公司投放到市場形成通用單片機 .例如 NEC公司生產(chǎn)的 uCOM87 系列單片機 ,其代表作 uPC7811 是一種性能相當優(yōu)異的單片機 .MOTOROLA 公司的 MC68HC05 系列其高速低價等特點贏得了不少用戶 . Zilog 公司的 Z8 系列產(chǎn)品代表作是 Z8671,內(nèi)含 BASIC Debug 解釋程序 ,極大地方便用戶 .而美國國半的 COP800系列單片機則采用先進的哈佛結(jié)構(gòu) .ATMEL公司則把單片機技術(shù)與先進的 Flash 存儲技術(shù)完美地結(jié)合起 來 ,發(fā)布了性能相當優(yōu)秀的 AT89 系列單片機 .包括中國的臺灣 HOLTEK 和 WINBOND 等公司也紛紛加入了單片機發(fā)展行列 ,憑著他們廉價的優(yōu)勢 ,分享一杯美羹 . 1990年美國 INTEL公司推出了 80960超級 32位單片機引起了計算機界的轟動 ,產(chǎn)品相繼投放市場 ,成為單片機發(fā)展史上又一個重要的里程碑 . 此期間 ,單片機園地里 ,單片機品種異彩紛呈 ,爭奇斗艷 .有 8位、 16 位甚至 32 位機 ,但 8位單片機仍以它的價格低廉、品種齊全、應用軟件豐富、支持環(huán)境充分、開發(fā)方便等 6 特點而占著主導地位 .而 INTEL 公司憑著他們雄厚的 技術(shù) ,性能優(yōu)秀的機型和良好的基礎 ,目前仍是單片機的主流產(chǎn)品 .只不過是九十年代中期 ,INTEL 公司忙著開發(fā)他們個人電腦微處理器 ,已沒有足夠的精力繼續(xù)發(fā)展自己創(chuàng)導的單片機技術(shù) ,而由 PHILIPS 等公司繼續(xù)發(fā)展C51 系列單片機 . 單片機的發(fā)展趨勢 現(xiàn)在可以說單片機是百花齊放 ,百家爭鳴的時期 ,世界上各大芯片制造公司都推出了自己的單片機 ,從 8位、 16 位到 32位 ,數(shù)不勝數(shù) ,應有盡有 ,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 ,為單片機的應用提供廣闊的天地 . 縱觀單片機的發(fā)展過 程 ,可以預示單片機的發(fā)展趨勢 ,大致有 : CMOS 化 MCS51 系列的 8031 推出時的功耗達 630mW,而現(xiàn)在的單片機普遍都在 100mW 左右 ,隨著對單片機功耗要求越來越低 ,現(xiàn)在的各個單片機制造商基本都采用了 CMOS(互補金屬氧化物半導體工藝 ).象 80C51 就采用了 HMOS(即高密度金屬氧化物半導體工藝 )和 CHMOS(互補高密度金屬氧化物半導體工藝 ).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 ,這些特征 ,更適合于在要求低功耗象電池供電的應用 場合 .所以這種工藝將是今后一段時期單片機發(fā)展的主要途徑 . 現(xiàn)在常規(guī)的單片機普遍都是將中央處理器 (CPU)、隨機存取數(shù)據(jù)存儲 (RAM)、只讀程序存儲器 (ROM)、并行和串行通信接口 ,中斷系統(tǒng)、定時電路、時鐘電路集成在一塊單一的芯片上 ,增強型的單片機集成了如 A/D 轉(zhuǎn)換器、 PMW(脈寬調(diào)制電路 )、 WDT(看門狗 )、有些單片機將 LCD(液晶 )驅(qū)動電路都集成在單一的芯片上 ,這樣單片機包含的單元電路就更多 ,功能就越強大 .甚至單片機廠商還可以根據(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 ,這就要求單片機除了功能強和功耗低外 ,還要求其體積要小 .現(xiàn)在的許多單片機都具有多種封裝形式 ,其中 SMD(表面封裝 )越來越受歡迎 ,使得由單片機構(gòu)成的系統(tǒng)正朝微型化
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