【文章內(nèi)容簡介】 80 代提高了數(shù)百 倍。目前，高端的 32 位單片機(jī)主頻已經(jīng)超過 300MHz，性能直追 90 代中 期的專用處理器，而普通的型號出廠價(jià)格跌落至 1 美元，最高端的型號也只 有 10 美元。當(dāng)代單片機(jī)系統(tǒng) 已經(jīng)不再只在裸機(jī)環(huán)境下開發(fā)和使用，大量專 用的嵌入式操作系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用在全系列的單片機(jī)上。而在作為掌上電腦和 手機(jī)核心處理的高端單片機(jī)甚至可以直接使用專用的 Windows 和 Linux 操作 系統(tǒng)。 單片機(jī)比專用處理器更適合應(yīng)用于嵌入式系統(tǒng)，因此它得到了最多的應(yīng) 用。事實(shí)上單片機(jī)是世界上數(shù)量最多的計(jì) 機(jī)?，F(xiàn)代人類生活中所用的幾 每件電子和機(jī)械產(chǎn)品中都會(huì)集成有單片機(jī)。手機(jī)、電話、計(jì) 器、家用電器、 電子玩具、掌上電腦以及鼠標(biāo)等電腦配件中都配有 12 部單片機(jī)。而個(gè)人電 腦中也會(huì)有為數(shù)不少的單片機(jī)在工作。汽車上一般配備 40 多部單片機(jī)，復(fù) 14 揚(yáng)州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 雜的工業(yè)控制系統(tǒng)上甚至可能有數(shù)百臺(tái)單片機(jī)在同時(shí)工作！單片機(jī)的數(shù)量不 僅遠(yuǎn)超過 PC 機(jī)和其他計(jì) 的總和，甚至比人類的數(shù)量還要多。 單片機(jī)又稱單片微控制器 ,它不是完成某一個(gè)邏輯功能的芯片 ,而是把 一個(gè)計(jì) 機(jī)系統(tǒng)集成到一個(gè)芯片上。相當(dāng)于一個(gè)微型 的計(jì) 機(jī)，和計(jì) 機(jī)相 比，單片機(jī)只缺少了 I/O 設(shè)備。概括的講：一塊芯片就成了一臺(tái)計(jì) 機(jī)。它 的體積小、質(zhì)量輕、價(jià)格便宜、為學(xué)習(xí)、應(yīng)用和開發(fā)提供了便利條件。同時(shí)， 學(xué)習(xí)使用單片機(jī)是了解計(jì) 機(jī)原理與結(jié)構(gòu)的最佳選擇。 單片機(jī)內(nèi)部也用和電腦功能類似的模塊，比如 CPU，內(nèi)存，并行總線， 還有和硬盤作用相同的存儲(chǔ)器件，不同的是它的這些部件性能都相對我們的 家用電腦弱很多，不過價(jià)錢也是低的，一般不超過 10 元即可 ......用它來 做一些控制電器一類不是很復(fù)雜的工作足矣了。我們現(xiàn) 在用的全自動(dòng)滾筒洗 衣機(jī)、排煙罩、 VCD 等等的家電里面都可以看到它的身影！ ......它主要是 作為控制部分的核心部件。 它是一種在線式實(shí)時(shí)控制計(jì) 機(jī)，在線式就是現(xiàn)場控制，需要的是有較 強(qiáng)的抗干擾能力，較低的成本，這也是和離線式計(jì) 機(jī)的 （比如家用 PC） 的主要區(qū)別。 單片機(jī)是靠程序運(yùn)行的，并且可以修改。通過不同的程序?qū)崿F(xiàn)不同的功 能，尤其是特殊的獨(dú)特的一些功能，這是別的器件需要費(fèi)很大力氣才能做到 的，有些則是花大力氣也很難做到的。一個(gè)不是很復(fù)雜的功能要 是用美國 50 代開發(fā)的 74 系列，或者 60 代的 CD4000 系列這些純硬件來搞定的話， 電 路 一 定 是 一 塊 大 PCB 板 ！ 但 是 如 果 要 是 用 美 國 70 代成功投放市場的系 列單片機(jī)，結(jié)果就會(huì)有天壤之別！只因?yàn)閱纹瑱C(jī)的通過你編寫的程序可以實(shí) 現(xiàn)高智能，高效率，以及高可靠性！ 由于單片機(jī)對成本是敏感的，所以目前占統(tǒng)治地位的軟件還是最低級匯 編語言，它是除了二進(jìn)制機(jī)器碼以上最低級的語言了，既然這么 低級為什么 還要用呢？很多高級的語言已經(jīng)達(dá)到了可視化編程的水平為什么不用呢？ 原因很簡單，就是單片機(jī)沒有家用計(jì) 機(jī)那樣的 CPU，也沒有像硬盤那樣的 海量存儲(chǔ)設(shè)備。一個(gè)可視化高級語言編寫的小程序里面即使只有一個(gè)按鈕， 也會(huì)達(dá)到幾十 K 的尺寸！對于家用 PC 的硬盤來講沒什么，可是對于單片機(jī) 15 揚(yáng)州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 來講是不能接受的。 單片機(jī)在硬 件資源方面的利用率必須很高才行，所以 匯編雖然原始卻還是在大量使用。一樣的道理，如果把巨型計(jì) 機(jī)上的操作 系統(tǒng)和應(yīng)用軟件 到家用 PC 上來運(yùn)行，家用 PC 的也是承受不了的。 可以說，二十世紀(jì)跨越了三個(gè) “電”的時(shí)代，即電氣時(shí)代、電子時(shí)代和 現(xiàn)已進(jìn)入的電腦時(shí)代。不過，這種電腦，通常是指個(gè)人計(jì) 機(jī)，簡稱 PC 機(jī)。 它由主機(jī)、鍵盤、顯示器等組成。還有一類計(jì) 機(jī)，大多數(shù)人卻不怎么熟悉。 這種計(jì) 機(jī)就是把智能賦予各種機(jī)械的單片機(jī)（亦稱微控制器）。顧名思義， 這種計(jì) 機(jī)的最小系統(tǒng)只 用了一片集成電路，即可進(jìn)行簡單運(yùn) 和控制。因 為它體積小，通常都藏在被控機(jī)械的 “肚子”里。它在整個(gè)裝置中，起著有 如人類頭腦的作用，它出了毛病，整個(gè)裝置就癱瘓了?，F(xiàn)在，這種單片機(jī)的 使用領(lǐng)域已十分廣泛，如智能儀表、實(shí)時(shí)工控、通訊設(shè)備、導(dǎo)航系統(tǒng)、家用 電器等。各種產(chǎn)品一旦用上了單片機(jī)，就能起到使產(chǎn)品升級換代的功效，常 在產(chǎn)品名稱前冠以形容詞―― “智能型”，如智能型洗衣機(jī)等?，F(xiàn)在有些工 廠的技術(shù)人員或其它業(yè)余電子開發(fā)者搞出來的某些產(chǎn)品，不是電路太復(fù)雜， 就是功能太簡單且極易被仿制 。究其原因，可能就卡在產(chǎn)品未使用單片機(jī)或 其它可編程邏輯器件上。 題的意義 隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，科技的突飛猛進(jìn)，芯片技術(shù)也取得了飛速發(fā)展，使單片機(jī) 技術(shù)在各民用和工業(yè)測控等領(lǐng)域得到了更為廣泛的應(yīng)用。單片機(jī)憑其低成本、高 性能的不可替代優(yōu)勢，已經(jīng)成為微電腦控制的主力軍。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國的單片機(jī) 需求量已達(dá)到 2 億片以上，且每 以大約 15%的速度增長，發(fā)展迅速的單片機(jī)行 業(yè)有著廣闊的前景。相比于發(fā)展迅猛的單片機(jī)行業(yè)，國內(nèi)單片機(jī)設(shè)計(jì)開發(fā)從業(yè)人 員缺口很大。據(jù)統(tǒng)計(jì)，到 2021 ，我國單片機(jī)開發(fā)從業(yè)人員將達(dá) 350 萬人，而 目前的從業(yè)人員大約只有 150 萬人，兩百萬的人才缺口正驅(qū)動(dòng)著大量的人員加入 這個(gè)龐大的群體。目前，一個(gè)學(xué)習(xí)與應(yīng)用單片機(jī)的高潮正在工廠、學(xué)校及企業(yè)單 位大規(guī)模的興起。學(xué)習(xí)單片機(jī)最有效的方法就是理論與實(shí)踐并重，因此通過單片 機(jī)音樂彩燈系統(tǒng)設(shè)計(jì)和研究，對于切實(shí)掌握單片機(jī)相關(guān)知識具有重要的理論與實(shí) 際意義。 16 揚(yáng)州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 題的功能 通過單片機(jī)的控制，實(shí)現(xiàn)彩燈的多模式顯示，并在其中一種模式中加入音樂， 達(dá)到音樂彩燈的效果。 17 揚(yáng)州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 第二章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)及元器件介紹 系統(tǒng)整體框圖 彩燈模塊 晶振電路 AT89C52 按鍵模塊 單片機(jī) 復(fù)位 電路 發(fā)聲模塊 顯示模塊 系統(tǒng)各部分電路介紹 單片機(jī) AT89C52 單片機(jī)的選型 在測控系統(tǒng)和工程應(yīng)用中，常遇到多項(xiàng)任務(wù)需同時(shí)執(zhí)行的情況，因而主從式 多機(jī)分布式系統(tǒng)成為現(xiàn)代工業(yè)廣泛應(yīng)用的模式。它們大多由 PC 機(jī)和 MCS51 單片 機(jī)組成。 MCS51 系列單片機(jī)在國際市場中占有率居世界之首，主要是因?yàn)樗? 如下優(yōu)點(diǎn)：性能價(jià)格比大大超過 Z80 等單板微型機(jī)；開發(fā)用的仿真機(jī)研究較早并 日趨完善；生產(chǎn)廠家較 多；支持芯片種類多；適合不同應(yīng)用場合的新機(jī)種不斷涌 現(xiàn)。 PC 機(jī)作為主機(jī)，單片機(jī)作為從機(jī)完成各自的功能需要不斷的進(jìn)行信息交流， 因此通信成為分布式測控系統(tǒng)重要而基本的功能。 AT89C52 單片機(jī)的簡單介紹 AT89C52 是一個(gè)低電壓，高性能 CMOS 8 位單片機(jī)，片內(nèi)含 8k bytes 的 可反復(fù)擦寫的 Flash 只讀程序存儲(chǔ)器和 256 bytes 的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 （ RAM ），器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo) 準(zhǔn) MCS51 指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用 8 位中央處理器和 Flash 存儲(chǔ)單元，功能 強(qiáng)大的 AT89C52 單片機(jī)可為您提供許多較復(fù)雜系統(tǒng)控制應(yīng)用場合。 18 揚(yáng)州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 AT89C52 有 40 個(gè)引腳， 32 個(gè)外部雙向輸入 /輸出 （ I/O）端口，同時(shí)內(nèi) 含 2 個(gè)外中斷口， 3 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，2 個(gè) 讀寫口線， AT89C52 可以按照常規(guī)方法進(jìn)行編程 ,但不可以在線編程 S 系 列的才支持在線編程 。其將通用的微處理器和 Flash 存儲(chǔ)器結(jié)合在一起， 特別是可反復(fù)擦寫的 Flash 存儲(chǔ)器可有效地降低開發(fā)成本。 AT89C52 為 40 腳雙列直插封裝的 8 位通用微處理器，采用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 C51 內(nèi)核，在內(nèi)部功能及管腳排布上與通用的 8xc52 相同，其主要用于會(huì)聚 調(diào)整時(shí)的功能控制。功能包括對會(huì)聚主 IC 內(nèi)部寄存器、數(shù)據(jù) RAM 及外部接 口等功能部件的初始化，會(huì)聚調(diào)整控制，會(huì)聚 測試圖控制，紅外遙控信號 IR 的接收解碼及與主板 CPU 通信等。主要管腳有： XTAL1 （ 19 腳）和 XTAL2 （ 18 腳）為振 器輸入輸出端口，外接 12MHz 晶振。 RST/Vpd （ 9 腳）為 復(fù)位輸入端口，外接電阻電容組成的復(fù)位電路。 VCC （ 40 腳）和 VSS （ 20 腳） 為供電端口，分別接 +5V 電源的正負(fù)端。 P0~P3 為可編程通用 I/O 腳，其 功能用途由軟件定義，在本設(shè)計(jì)中， P0 端口 （ 32~39 腳）被定義為 N1 功 能控制端口，分別與 N1 的相應(yīng)功能管腳 相連接， 13 腳定義為 IR 輸入端， 10 腳和 11 腳定義為 I2C 總線控制端口，分別連接 N1 的 SDAS （ 18 腳）和SCLS （ 19 腳）端口， 12 腳、 27 腳及 28 腳定義為握手信號功能端口，連接主板 CPU 的相應(yīng)功能端，用于當(dāng)前制式的檢測及會(huì)聚調(diào)整狀態(tài)進(jìn)入的控制功能。 ??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)，每位能吸收電流的方式驅(qū)動(dòng) 8 個(gè) TTL 邏輯 門電路，對端口 P0 寫 “ 1”時(shí)，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)，這組口線分時(shí)轉(zhuǎn)換地址 （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 緩沖級可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流） 4 個(gè) TTL 邏輯門電路。對端口寫 “ 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)引腳被外部信號拉