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正文內(nèi)容

職業(yè)學院畢業(yè)論文-基于51單片機的交通燈設計(編輯修改稿)

2024-07-10 12:50 本頁面
 

【文章內(nèi)容簡介】 方便等優(yōu)點,又可將其嵌入產(chǎn)品的內(nèi)部,因此得到了及其廣泛的應用。 ( 1)單片機的發(fā)展史 單片機的發(fā)展大致可分為 4 個階段。 a. 初始階段 由于受到技術發(fā)展的影響,單片機的制作工藝較差、集成度較低。這個階段的單片機多采用雙片結構,且功能比較簡單。有些單片機在應用過程中,由于內(nèi)部資源太少,需要外接其他功能的芯片才能實現(xiàn)應用功能。 b. 低性能階段 在此階段,單片機的功能有了進一步發(fā)展、相關的接口電路、定時器、計數(shù)器等都集成到一個芯片中。同時單片機被推向市場,促進了單片機的變革。 c. 高性能階段 在這個階段,單片機的品種逐漸增加,功能不斷完善,其內(nèi)部的 RAM、 ROM都有所增大,尋址范圍也變大,并且增加了串行口和多級中斷處理。 d. 16 位單片機階段 由于電子元件、系統(tǒng)結構和軟件技術的不斷進步,單片機的制造工藝和集成度都得到迅速發(fā)展,其內(nèi)部資源得到了較大的發(fā)展,實時處理能力更強。 ( 2)單片機的內(nèi)部結構 單片機經(jīng)過幾十年的不斷發(fā)展,其功能和組成結構基本已固定,內(nèi)部結構示意圖如圖 11 所示。 a. 中央處理器( CPU) CPU 是單片機的核心部件,根據(jù) CPU 字長可分為 1 位機、 4 位機、 8 位機、16 位機以及 32 位機, CPU 的運算速度、處理數(shù)據(jù)能力、實施控制功能等性能都與 CPU 的字長有關,因此,字長是衡量 CPU 功能的主要指標。 b. 存儲器 存儲器按功能可分為程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器,由于單片機主要面向控制,因此一般需要大容量的程序存儲器和較少的數(shù)據(jù)存儲器,同時存儲器類型也不一樣。 10 c. 程序存儲器 單片機內(nèi)部程序存儲器容量一般為 1KB~64KB,通常采用只讀存儲器( ROM)。采用只讀存儲器作為程序存儲器,不僅提高了可靠性,而且由于只讀存儲器的集成度較高、價格較低,降低了成本。 圖 31 單片機內(nèi)部結構示意圖 d. 數(shù)據(jù)存儲器 單片機內(nèi)部的數(shù)據(jù)存儲量一般為 64B~256B,通常采用靜態(tài)隨即存儲器( RAM),還有少數(shù)單片機內(nèi)采用 EEPROM 作為數(shù)據(jù)存儲器。數(shù)據(jù)存儲器可分為工作寄存器、堆棧,位標志和數(shù)據(jù)緩沖器使用。 e. I/O 接口及特殊功能部件 單片機內(nèi)部有數(shù)量不等的并行接口,可以作為外界無輸入 /輸出設備,通常也包含 1~2 個串行口,用于實現(xiàn)異步串行通信。特殊功能部件通常包括定時 /計數(shù)器,其他例如 A/D、 PWM、 DMA 等根據(jù)不同類型的單片機 ,其配置不同。 ( 3)單片機應用系統(tǒng) 根據(jù)單片機應用場合及系統(tǒng)控制的要求不同,在規(guī)模、結構上存在很大不同,根據(jù)使用功能器件的種類和數(shù)量,可分為基本系統(tǒng)和擴展系統(tǒng)。 1)基本系統(tǒng) 在此系統(tǒng)中,包含一個單片機,在該單片機中含有程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器,僅在外部配置了維持系統(tǒng)運行的基本部件,例如電源、輸入 /輸出,除了這些,還包括不擴充程序存儲器、數(shù)據(jù)存儲器、 I/O 接口以及其他功能部件,因此也被稱為最小系統(tǒng),其結構示意圖如圖 32 所示。 CPU ROM 中斷系統(tǒng) 串行 I/O 口 并行 I/O 口 定時器 RAM 11EPROM 程 序存儲器 RAM 數(shù)據(jù)存儲器 A/D D/A 并行接口 串行接口 復位電路 時鐘電路 輸入 /輸出 電源電路 單片機 圖 32 單片機 最小系統(tǒng)示意圖 2)擴展系統(tǒng) 在大多數(shù)系統(tǒng)中,由于需要實現(xiàn)一些特殊的功能,采用最小系統(tǒng)無法滿足系統(tǒng)的控制要求,所以要擴展特殊功能部件,彌補單片機內(nèi)部資源的不足。單片機擴展系統(tǒng)通過并行 I/O 口或者串行口做總線,在外部擴展了程序存儲器、數(shù)據(jù)存儲器、 A/D 轉(zhuǎn)換等特殊部件,以滿足控制系統(tǒng)的特殊要求,其結構示意圖如 33所示。 ( 4)單片機的發(fā)展趨勢 隨著科學技術的不斷發(fā)展,單片機的工藝和集成度不斷提高,其功能正朝著多功能、高性能的方向發(fā)展,主要體現(xiàn)在一下幾方面。 1)各種等級的單片機性能提高 圖 33 單片機擴展系統(tǒng)鋼結構示意圖 隨著工藝技術和集成度技術的發(fā)展,許多低端單片機的性能有了較大的提高,甚至可以完成部分高端單片機才能實現(xiàn)的功能,其運算速度、功能和可靠性復位電路 電源電路 單 片機 時鐘電路 輸入 /輸出 12 等方面也得到了快速的發(fā)展。 a. CPU 功能增強 CPU 的性能主要體現(xiàn)在數(shù)據(jù)處理的速度和精度上,通過增加 CPU 的字長、擴充硬件、提高總線速度和處理效率等手段,提高 CPU 的性能。 b. 內(nèi)部資源增加 單片機除了 CPU 外還有其他部件,通過增強已有部件的性能和增加特殊功能的部件來提高單片機的性能。例如增大存儲器的容量,現(xiàn)在一 些高端單片機的程序存儲器的 ROM、 EPROM、 EEPROM 或者 FLASH 都達到及時 KB,而數(shù)據(jù)存儲器的 RAM 也已達到及時 KB。一般的控制系統(tǒng)要求的功能較多,采用較低端的單片機,由于其內(nèi)部資源不夠,無法實現(xiàn)控制要求,因此需要擴展部件,而擴展部件又會造成系統(tǒng)可靠性降低,所以要在工藝水平提高的基礎上,盡量集成較多的部件在單片機的內(nèi)。單片機的特殊部件包括 I/O 口(并行口和串行口兩種)、定時 /計數(shù)器、 AD/DA 轉(zhuǎn)換器、 PWM 輸出等,通過在內(nèi)部集成此類部件,可大大增強單片機的控制功能。 c. 尋址范圍增加 尋址方式的多 少直接反應了機器指令系統(tǒng)功能的強弱,尋址方式越多,其功能越強,靈活性越大,這也是衡量單片機性能的重要指標之一。現(xiàn)在已有部分單片機對外部存儲器、 I/O 口尋址范圍增加到幾 MB,甚至有單片機可以選擇某些I/O 口作為系統(tǒng)的擴展總線使用。 2)小型化、低功耗 在一些智能控制系統(tǒng)中,其整體系統(tǒng)體積較小,功率不大,因此要求單片機的體積和功耗都要在一定范圍內(nèi),促使單片機向小型化、低功耗的方向發(fā)展。例如, 1992 年美國推出的 i80860 超級單片機,運算速度為 億次每秒,可進行32 位整數(shù)運算、 64 位浮點運算,同時片內(nèi)集成了 一個三維圖形處理器,可構成超級圖形工作站。 管腳說明 MCS51 單片機是采用 40 引腳雙列直插封裝的芯片,有些引腳具有兩種功能,引腳如圖 34 所示。引腳功能如下: Vcc :電源 +5V。 VSS:接地。 XTAL1 和 XTAL2:使用內(nèi)部振蕩電路時,用來接石英晶體和電容;使用內(nèi)部時鐘時,用來輸入時鐘脈沖。 P0 口:雙向 I/O 口,既可以作地址 ∕ 數(shù)據(jù)總線口,也可作普通 I/O 口用。 13 P1 口:準雙向通用 I/O 口。 P2 口:準雙向口,地址總線口輸出地址高 8 位口。 P3 口:多功能端口,既可以作普通 I/O 口用, 也可以按每位定義的第二功能操作。 ALE/PROG:地址鎖存信號輸出端。在訪問片外存儲器時, ALE 為高電平有效時, P0 口輸出地址低 8 位,用 ALE 信號做外部地址鎖存器的鎖存信號。 ?ALE =?OSC /6,可以做系統(tǒng)中跟其他芯片的時鐘源。第二功能 PROG 是對 8751 的EPROM 編程脈沖輸入端。 RST/VPD:復位信號輸入端。接通電源后,在該引腳施加大于兩個機器周期( 24 個振蕩周期)的高電平,就可使單片機完成內(nèi)部的復位工作。第二功能是 Vpd ,即備用電源輸入端。當主電源 Vcc 發(fā)生故障,降低到低電平規(guī)定值時,Vpd 將為 RAM 提供備用電源,以保證存貯在 RAM 中的信號不丟失。 /EA/VPP : /EA=1 時程序先片內(nèi)后片外自動連續(xù)運行;例如: 89C52 內(nèi)部有8K 字的 EEPROM 就可使 /EA=1,先從內(nèi)程序存儲區(qū)開始執(zhí)行程序,當 PC 值超過內(nèi)部 8K 字節(jié)( 00001FFF),才會轉(zhuǎn)到從 2021H 開始的外程序區(qū)執(zhí)行程序,當 /EA=0 時程序直接從片外開始執(zhí)行程序。在對 8751 的 EPROM 編程時,此引腳接編程電壓 。 /PSEN:片外程序存儲器選通信號,低電平有效。 圖 34 MCS51 引腳圖 14 時鐘脈沖電路 MCS51 的時鐘可以有兩種方式產(chǎn)生,一種是內(nèi)部方式,利用芯片內(nèi)部的震蕩電路;另外一種為外部方式。本文根據(jù)實際需要和簡便,采用內(nèi)部震蕩方式。MCS=51 內(nèi)部有一個用于構成震蕩器的高增益反響放大器,引腳 XTAL1 和XTAL2 分別是此放大器的輸入端和輸出端。這個放大器與作為反饋元件的片外警惕或陶瓷諧振器一起構成一個自激振蕩器。 MCS51 雖然有內(nèi)部振蕩電路,但要形成時鐘,
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