[信息与通信]李伟.doc

毕业设计说明书Beyeshejishuomingshu地 市： 准考证号： 010904201533 姓 名： 李 伟 河南省高等教育自学考试 摘要基与51单片机可校时数字时钟电路设计，单片机计算机即单片微型计算机。（Single-Chip Microcomputer ）是集CPU ,RAM ,ROM ,计数和多种接口于一体的微控制器。石英晶体振荡器是高精度的计时工具，而电子钟，石英表，石英钟都采用了石英技术，因此计时精度高，稳定性好，使用方便，不需要经常调校。而数字式电子钟用集成电路计时时，译码代替机械式传动，用LED显示器代替指针显示进而显示时间，减小了计时误差，这种表具有时，分，秒显示时间的功能，还可以进行时和分的校对，片选的灵活性好。本文利用单片机实现数字时钟计时功能的主要内容，其中AT89S51是核心元件同时采用数码管动态显示“时”，“分”，“秒”的现代计时装置。与传统机械表相比，它具有走时精确,显示直观等特点。它的计时周期为24小时，显满刻度为“23时59分59秒”，另外具有校时功能，断电后有记忆功能，恢复供电时可实现计时同步等特点。本设计由单片机AT89S51芯片和LED数码管为核心，辅以必要的电路，构成了一个单片机数字时钟。关键词：单片机 数字时钟 LED数码管显示 按键ABSTRACTThe base and 51 digital clock when the microcontroller can be the school circuit design, single-chip computer that is single-chip micro-computer. (Single-Chip Microcomputer) is a CPU, RAM, ROM, counting and multiple interfaces in one microcontroller.Quartz crystal oscillator is a high-precision timing tools, electronic clock, quartz watch, quartz is used quartz technology, high precision timing, good stability, easy to use, does not require frequent adjustment. The digital electronic clock with the time integrated circuits, the decoding instead of mechanical transmission, with LED display instead of a pointer display and then display the time and reduce the timing error, this table has the hours, minutes and seconds displays the time function, but also in progress and sub-proof-reading, the flexibility of a good chip select. In this paper, MCU function digital clock timing the main contents of which AT89S51 is a core element at the same time the use of digital control dynamic display time, sub, second modern timing devices. Compared with the traditional mechanical watch, it has a travel-time accuracy, display and intuitive and so on. It is a time period of 24 hours, substantially full-scale as 23:59:59, another time with a school function, memory function after power outages, power restoration can be realized when the time synchronization and so on.The design by the MCU AT89S51 chip and LED digital tube as the core, supplemented by the necessary circuitry to form a single chip digital clock.KEY WORDS：shrapnel，machine，digital，clock，LED，digital，tube，display ，button目 录摘 要 ABSTRACT前言11. 电子时钟的设计与制作21.1 选题的目的和意义11.2 单片机的介绍21.2.1 单片机的组成及特点41.2.2单片机的特点41.2.3 单片机的应用4 1.2.4 单片机在实时控制中的应用51.2.5 单片机在分布式多机系统中的应用51.2.6 单片机在人类生活中的应用51.2.7 单片机的现状和未来51.3设计任务与要求61.4方案设计选择61.4.1温度检测的选择71.4.2功放部分的选择71.4.3单片机的选型81.5单片机构成的现代电子系统将成为主流电子系统81.6单片机将造就新一代电子精英91.7单片机带你进入智能化电子领域91.8单片机带你进入计算机工控领域91.9单片机带你进入最具魅力的电子世界91.10单片机简介101.10.1单片机的组成101.10.2存储器的内部构造111.10.3存储器的工作原理111.10.4半导体存储器的译码121.10.5单片机的主要处理中心CPU121.10.6单片机的指令系统和汇编语言程序131.11单片机简介151.11.1单片机在医用设备领域中的应用151.12微处理器与单片机152AT89S51 芯片简介162.1内部结构16 2.1.1中央处理器172.1.2数据存储器（RAM）172.2 89S51的引脚说明192.2.1 Pin9：RESET/Vpd复位信号复用脚192.2.2 Pin30：ALE/PROG引脚202.2.3 Pin31：EA/Vpp引脚203. 驱动器74LS245简介204. LED数码管简介224.1 LED数码管显示器结构与原理224.2 LED显示器接口及显示方式224.2.1数码管使用条件245. 相关硬件的其他元器件的简介245.1晶体振荡器简介245.2电子电容器的标识245.2.1电容器标识的方法255.2.2常用电容的几项特性265.2.3电容容量的标注及使用常识265.3电阻的选用简介275.3.1作用275.3.2计算原则285.3.3注意286. 电路制作原理制作分析296.1主程序执行流程图296.2数码管显示模块336.3定时器计数器T0中断服务程序336.4按键处理模块336.5整个电路原理图33致 谢36参考文献36附录一37附录二40VIII 电 子 时 钟 的 设 计 与 制 作前 言 近年来随着计算机在社会领域的渗透和大规模集成电路的发展，单片机的应用正在不断地走向深入，由于它具有功能强，体积小，功耗低，价格便宜，工作可靠，使用方便等特点，因此特别适合于与控制有关的系统，越来越广泛地应用于自动控制，智能化仪器，仪表，数据采集，军工产品以及家用电器等各个领域，单片机往往十作为一个核心部件来使用，在根据具体硬件结构，以及针对具体应用对象特点的软件结合，以作完善。而通常通过单片机设计数字时钟有2种方法：一是通过单片机内部的定时器计数器。采用软件编程实现时钟计数，一般称为软时钟，这种方法硬件线路简单，程序比较复杂，系统功能一般与软件有关。通常用于对时间精度要求不高的场合。二是采用时钟芯片，它的功能强大，功能不见集成在芯片内需，自动产生时钟相关功能。硬件成本较高，软件编程简单，通常对时钟精确度要求较高的场合。因此本次设计中以单片机的发展过程和发展方向为背景，介绍了单片机的输入输出的工作原理和操作方法，中断的工作原理和操作方法。74LS245的工作原理和方法，LED的内部结构。电路设计及调试过程，本次做的数字时钟十以（AT89S51）为核心，结合相关的元器件（共阴的LED数码管显示器、驱动器74LS245），在配以相应的软件，达到制作简易数字钟的目的，其硬件部分难点在于元器件的选择、布局及焊接。数字时钟的系统软件程序、有：由主程序和子程序组成，主程序包含初始化参数设置，按键处理，数码管显示模块。在设计的时候、各个模块都采用子程序结构设计。在主程序调用，由于定时器计数器采用中断方式处理，因此还用辨析定时器，中断服务子程序，在定时器，计数器中断服务子程序中对时钟进行调整。第一章 电子时钟的设计与制作 1.1 选题的目的和意义带有语音功能的电子产品和电子设备近年来广泛地出现在我们的生活中。语音时钟是现在电子时钟多功能化发展的一个方向，将语音引入到时钟中实现时间的语音播报。本设计是一个基于凌阳61A单片机的语音报时系统，利用凌阳61A板这样一种本身就带有语音识别和播放功能的单片机来进行时间的播报。并且用SPLC501液晶显示器显示当前的时间、日期、星期、农历、闹铃开关。单片机是实现各种控制策略和算法的载体。因其功耗低，超小型，低成本，功能完整，非常适用于便携式仪表和就地式显示控制仪表，在国内越来越受到用户的重视和广泛的应用。随着单片机集成化程度的不断提高，现代单片机已经具备了数字信号处理功能，使语音信号处理用单片机实现成为可能。SPCE061A是以nSP TM16位微控制器及信号处理器芯片为内核的16位单片机，采用模块式集成结构，片内集成了2KB RAM、32KB Flash、ADC、DAC、并行I/O等。1.2单片机的介绍单片机，亦称单片微电脑或单片微型计算机。它是把中央处理器(CPU)、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、输入/输出端口(I/O)等主要计算机功能部件都集成在一块集成电路芯片上的微型计算机。单片机的发展如果将8位单片机的推出作为起点，那么单片机的发展历史大致可分为以下几个阶段。1.第一阶段（1976-1978）：单片机的控索阶段。以Intel公司的MCS48为代表。MCS48的推出是在工控领域的控索，参与这一控索的公司还有Motorola 、Zilog等，都取得了满意的效果。这就是SCM的诞生年代，“单机片”一词即由此而来。 2.第二阶段（1978-1982）单片机的完善阶段。Intel公司在MCS48 基础上推出了完善的、典型的单片机系列MCS51。它在以下几个方面奠定了典型的通用总线型单片机体系结构。 1）完善的外部总线。MCS-51设置了经典的8位单片机的总线结构，包括8位数据总线、16位地址总线、控制总线及具有多机通信功能的串行通信接口。 2）CPU外围功能单元的集中管理模式。 3）体现工控特性的位地址空间及位操作方式。 4）指令系统趋于丰富和完善，并且增加了许多突出控制功能的指令。3.第三阶段（1982-1990）：8位单片机的巩固发展及16位单片机的推出阶段，也是单片机向微控制器发展的阶段。Intel公司推出的MCS96系列单片机，将一些用于测控系统的模数转换器、程序运行监视器、脉宽调制器等纳入片中，体现了单片机的微控制器特征。随着MCS51系列的广泛应用，许多电气厂商竞相使用80C51为内核，将许多测控系统中使用的电路技术、接口技术、多通道A/D（模/数）转换部件、可靠性技术等应用到单片机中，增强了外围电路的功能，强化了智能控制的特征。4.第四阶段（1990现在）：微控制器的全面发展阶段。随着单片机在各个领域全面深入地发展和应用，出现了高速、大寻址范围、强运算能力的8位/16位/32位通用型单片机，以及小型廉价的专用型单片机。目前，单片机正朝着高性能和多品种方向发展。将进一步向着CMOS化、低功耗、小体积、大容量、高性能、低价格和外围电路内装化等几个方面发展。单片机的主要发展趋势。CMOS化。近年，由于CHMOS技术的进步，大地促进了单片机的CMOS化。CMOS芯片除了低功耗特性之外，还具有功耗的可控性，使单片机可以工作在功耗精细管理状态。单片机芯片多数是采用CMOS（金属栅氧化物）半导体工艺生产。CMOS电路的特点是低功耗、高密度、低速度、低价格。采用双极型半导体工艺的TTL电路速度快，但功耗和芯片面积较大。随着技术和工艺水平的提高，又出现了HMOS（高密度、高速度MOS）和CHMOS工艺。目前生产的CHMOS电路已达到LSTTL的速度，传输延迟时间小于2ns。因而，在单片机领域CMOS正在逐渐取代TTL电路。低功耗化。单片机的功耗已从Ma级，甚至1uA以下；使用电压在3V-6V之间，完全适应电池工作。低功耗化的效应不仅是功耗低，而且带来了产品的高可靠性、高抗干扰能力以及产品的便携化。低电压化。几乎所有的单片机都有WAIT、STOP等省电运行方式。允许使用的电压范围越来越宽，一般在3V-6V范围内工作。低电压供电的单片机电源下限已可达1-2V。目前0.8V供电的单片机已经问世。低噪声与高可靠性。为提高单片机的抗电磁干扰能力，使产品能适应恶劣的工作环境，满足电磁兼容性方面更高标准的要求，各单片厂家在单片机内部电路中都采用了新的技术措施。大容量化。以往单片机内的ROM为1KB-4KB，RAM为64B-128B。但在需要复杂控制的场合，该存储容量是不够的，必须进行外接扩充。为了适应这种领域的要求，需运用新的工艺，使片内存储器大容量化。目前，单片机内ROM最大可达64KB，RAM最大为2KB。高性能化。主要是指进一步改进CPU的性能，加快指令运算的速度和提高系统控制的可靠性。采用精简指令集（RISC）结构和流水线技术，可以大幅度提高运行速度。现指令速度最高者已达100MIPS（Million Instruction Per Seconds，即兆指令每秒），并加强了位处理功能、中断和定时控制功能。这类单片机的运算速度比标准的单片机高出10倍以上。由于这类单片机有极高的指令速度，就可以用软件模拟其I/O功能，由此引入了虚拟外设的新概念。小容量、低价格化。以4位、8位机为中心的小容量、低价格化也是发展动向之一。这类单片机的用途是把以往用数字逻辑集成电路组成的控制电路单片化，可广泛用于家电产品。外围电路内装化。这也是单片机发展的主要方向。随着集成度的不断提高，有可能把众多的各种处围功能器件集成在片内。除了一般必须具有的CPU、ROM、RAM、定时器/计数器等以外，片内集成的部件还有模/数转换器、DMA控制器、声音发生器、监视定时器、液晶显示驱动器、彩色电视机和录像机用的锁相电路等。1.2.1单片机的组成及特点单片机是微型机的一个主要分支，在结构上的最大特点是把CPU、存储器、定时器和多种输入/输出接口电路集成在一块超大规模集成电路芯片上。就其组成和功能而言，一块单片机芯片就是一台计算机。1.单片机的组成它通过内部总线把计算机的各主要部件接为一体，其内部总线包括地址总线、数据总线和控制总线。其中，地址总线的作用是在进行数据交换时提供地址，CPU通过它们将地址输出到存储器或I/O接口；数据总线的作用是在CPU与存储器或I/O接口之间，或存储器与外设之间交换数据；控制总线包括CPU发出的控制信号线和外部送入CPU的应答信号线等。1.2.2单片机的特点 由于单片机的这种结构形式及它所采取的半导体工艺，使其具有很多显著的特点，因而在各个领域都得到了迅猛的发展。单片机主要有如下特点： 1）有优异的性能价格比。 2）集成度高、体积小、有很高的可靠性。单片机把各功能部件集成在一块芯片上，内部采用总线结构，减少了各芯片之间的连线，大大提高了单片机的可靠性与抗干扰能力。另外，其体积小，对于强磁场环境易于采取屏蔽措施，适合在恶劣环境下工作。 3）控制功能强。为了满足工业控制的要求，一般单片机的指令系统中均有极丰富的转移指令、I/O口的逻辑操作以及位处理功能。单片机的逻辑控制功能及运行速度均高于同一档次的微机。 4）低功耗、低电压，便于生产便携式产品。 5）外部总线增加了IC（Inter-Integrated Circuit）及SPI（Serial Peripheral Interface）等串行总线方式，进一步缩小了体积，简化了结构。 6）单片机的系统扩展和系统配置较典型、规范，容易构成各种规模的应用系统。 1.2.3单片机的应用 单片机作为计算机发展的一个重要领域。根据目前发展情况，从不同角度单片机大致可以分为通用型/专用型、总线型/非总线型及工控型/家电型。由于单片机具有显著的优点，它已成为科技领域的有力工具，人类生活的得力助手。它的应用遍及各个领域，主要表现在以下几个方面： 单片机在智能仪表中的应用单片机广泛地用于各种仪器仪表，使仪器仪表智能化，并可以提高测量的自动化程度和精度，简化仪器仪表的硬件结构，提高其性能价格比。2.单片机在机电一体化中的应用机电一体化是机械工业发展的方向。机电一体化产品是指集机械技术、微电子技术、计算机技术于一体，具有智能化特征的机电产品。单片机作为产品中的控制器，能充分发挥它的体积小、可靠性高、功能强等优点，可大大提高机器的自动化、智能化程度。1.2.4单片机在实时控制中的应用 单片机广泛地用于各种实时控制系统中。单片机的实时数据处理能力和控制功能，可使系统保持在最佳工作状态，提高系统的工作效率和产品质量。1.2.5单片机在分布式多机系统中的应用 在比较复杂的系统中，常采用分布式多机系统。多机系统一般由若干台功能各异的单片机组成，各自完成特定的任务，它们通过串行通信相互联系、协调工作。单片机在这种系统中往往作为一个终端机，安装在系统的某些节点上，对现场信息进行实时的测量和控制。单片机的高可靠性和强抗干扰能力，使它可以置于恶劣环境的前端工作。1.2.6单片机在人类生活中的应用自从单片机诞生以后，它就步入了人类生活，如洗衣机、电冰箱、电子玩具、收录机等家用电器配上单片机后，提高了智能化程度，增加了功能，倍受人们喜爱。单片机将使人类生活更加方便、舒适、丰富多彩。 单片机的应用从根本上改变了传统的控制系统的设计思想和设计方法。以前必须由模拟电路或数字电路实现的大部分功能，现在已能用单片机通过软件方法来实现。这种软件代替硬件的控制技术也称为微控制技术，是传统控制技术的一次革命。1.2.7单片机的现状和未来单片机自70年代问世以来得到蓬勃发展，目前单片机功能正日渐完善。单片机集成越来越多资源，内部存储资源日益丰富，用户不需要扩充资源就可以完成项目开发，不仅是开发简单，产品小巧美观，同时系统也更加稳定。单片机抗干扰能力加强，使它更加适合工业控制领域，具有更加广阔的市场前景。单片机提供在线编程能力，加速了产品的开发进程，为企业产品上市赢得宝贵时间。在线编程目前有ISP和IAP两种。具备ISP的单片机内部集成FLASH存储器，用户可以通过下载线以特定的硬件时序在线编程，但用户程序自身不可以对内部存储器做修改。随着单片机的发展，人们对事物的要求越来越高，单片机的应用软件技术也发生了巨大的变化，从最初的汇编语言，开始演变到C语言开发，不但增加了语言的可读性，结构性，而且对于跨平台的移植也提供了方便，另外一些复杂的系统开始在单片机上采用操作系统。目前低端定位的单片机仍然走俏，但高端的单片机(微处理器)却是风起云涌，SOC技术的发展。自1997年以来，电子技术应用又增加了一个新的层次片上系统(SOC)层次。SOC技术的出现，标志着现代电子技术应用进入了SOC阶段。从各个发展阶段看，自HW+SW阶段开始，电子技术应用就与单片机紧密地联系在一起。在FW阶段，作为固件系统的重要核心技术，单片机又以嵌入式技术为基础，再次成为现代电子应用技术的核心技术之一，并为SOC应用技术提供了基础。 SOC为各种应用提供了一个新的实现技术。这种新的电子系统实现技术促使工业界在近3年中发生了巨大的变化，为信息技术的应用提供坚实的基础，因此，完全可以称之为SOC革命。同时，SOC也为单片机技术提供了更广阔的应用领域，使单片机应用技术发生了革命性的变化。随着单片机MCU功能集成化的发展,其应用领域也逐渐由传统的控制扩展到控制处理、数据处理以及数字信号处理(DigitalSignalProcessing,DSP)等领域。1.3设计任务与要求（1）、演示作品时能准确显示时钟日历（年月日时分秒），并且可以设置时分秒，年月日星期等，并显示清晰、稳定，并且功放电路效果较好；发挥部分可以有温度显示（2）、上述两项功能模块电路，电路板上都必须具有，电路图设计标准、完全；（3）、元器件安装规范，焊接到位，外观优美；（4）、其它扩展功能，同学自由发挥，可另外加分。1.4方案设计选择根据上述设计要求，结合现有元件，利用集成芯片完成具有以上功能的电路。由于需要准确显示时钟日历（年月日时分秒），这里对于显示的选择比较：（1）：数码管显示，优点价格便宜，但是不能显示复杂的英文，显示出来很大，布线不易，不美观。（2）：LCD1602,价格适中，可以显示复杂的英文，功耗不大，外观较小，计较符合（3）：LCD12864,彩屏，如果用这些，可以显示中文，还用一些图片，但是价格较高，秉着合理利用的原则，不大材小用，决定放弃。由于需要准确显示时钟日历（年月日时分秒），这里对应时钟的选择作出比较：（1）:可以利用单片机自己自带的定时器精确定时,在通过软件控制,这样就减少了硬件的成本,但是这样需要晶振绝对的稳定,而且掉电数据不保存,还没有年月星期的自动调整功能,对程序的要求很高,不易控制.(2):DS1302它可以对年、月、日、周、日、时、分、秒进行计时，且具有闰年补偿等多种功能。不必在程序上做太多的处理,与单片机的接口简单,掉电有备用电池用来供电保存数据。所以非常适合要求1.4.1温度检测的选择（1）：热敏电阻可以随着温度的变化电阻也发生变化，但是要想读出现在的温度，那么还必须加上AD转换电路，对AD转换过来的数据还要进行处理，处理过程是一项非常繁琐的工作，这样就增加了研发的难度和时间，很没有必要把简单的东西复杂化。（2）：相比热敏电阻，DS18B20的优点可谓是多多，首先它的硬件电路非常简单，与单片机之间的数据传输只用了一条线。测温范围 55125，固有测温分辨率0.5。具有耐磨耐碰，体积小，工作电源: 35V/DC。非常适合要求。1.4.2功放部分的选择（1）：LM386是一种音频集成功放，具有自身功耗低、电压增益可调整、电源电压范围大、外接元件少和总谐波失真小等优点的功率放大器，但是它的不能连接两个喇叭，也就是没有立体声功能。这个芯片是早期的，技术上相对落后。不宜选择。（2）：TDA2822一般的集成功放电路外围元件较多且需要较大的散热器。本文介绍的功放电路简单，自制方便。TDA2822集成功放电路常用在随身听、便携式的DVD等音频放音用；功率不是很大但以可以满足您的听觉要求了，且有电路简单、音质好、电压范围宽等特点，是业余制作小功放的较佳选择。主要是它可以用5V单电源带起，做出来的声音也不错。所以选择。1.4.3单片机的选型（1）：DSP（digital signal processor）是一种独特的微处理器，是以数字信号来处理大量信息的器件。它不仅具有可编程性，而且其实时运行速度可达每秒数以千万条复杂指令程序，远远超过通用微处理器，是数字化电子世界中日益重要的电脑芯片。它的强大数据处理能力和高运行速度，是最值得称道的两大特色。但是对于我们来说，一个是它需要你熟悉它，会运用，这个我们还没有达到。就算我们会用，在一个问题是价格贵，买不起，封装不是DIP的，不易实验，所以又是大材小用，很没有必要选择这么高级的。（2）AT89S82是一款非常流行的单片机了，很适合我们的任务所需，但是他的下载电路并不是那么的简单，再说这个是国外生产的，何必用呢？（3）STC89C52RC是非常值得推荐的，STC是在深圳的一家8051单片机设计生产公司。STC系列的单片机现在在中国的51单片机市场上占有较大比例。宏晶科技现已成长为全球最大的8051单片机设计公司，完完全全的中国制造，它是AT89S52的增强版本，技术成熟，运用稳定，下载电路非常方便，很适合我们选择用1.5单片机构成的现代电子系统将成为主流电子系统 单片机是器件级计算机系统，它可以嵌入到任何对象体系中去，实现智能化控制。小到微型机械，如手表、助听器。集成器件级的低价位，低到几元、十几元，足以使单片机普及到许多民用家电、电子玩具中去。单片机构成的现代电子系统已深入到各家各户，正改变我们的生活，如家庭中的音响、电视机、洗衣机、微波炉、电话、防盗系统、空调机等。单片机革新了原有电子系统，如微波炉采用单片机控制后，可方便地进行时钟设置、程序记忆、功率控制；空调机采用单片机后不但遥控参数设置方便，运行状态自动变换，还可实现变频控制。目前许多家用电器如VCD、DVD只有单片机出现后才可能实现其功能。 1.6单片机将造就新一代电子精英 如果说五十年代起，无线电世界造就了几代精英，那么当今的单片机世界将会造就出新一代电子精英。 1.7单片机带你进入智能化电子领域 若将经典电子系统当作一个僵死的电子系统，那么智能化的现代电子系统则是一个具有“生命”的电子系统。单片机应用系统的硬件结构给予电子系统“身躯”，单片机应用系统的应用程序赋予其“生命”。例如，在设计智能化仪器显示器的显示功能时，可在开机时显示系统自检结果，未进入工作时显示各种待机状态，仪器运行时显示运行过程，工作结束后可显示当前结果、自检结果、原始数据、各种处理报表等。在无人值守时，可给定各种自动运行功能。 电子系统的智能化为无止境境界，常常不需硬件资源的增添就能实现各种翻新功能。这也是当前许多家用电器功能大量增设的因素之一。 1.8单片机带你进入计算机工控领域 21世纪是全人类进入计算机时代的世纪，许多人不是在制造计算机便是在使用计算机。在使用计算机的人们中，只有从事嵌入式系统应用的人才真正地进入到计算机系统的内部软、硬件体系中，才能真正领会计算机的智能化本质并掌握智能化设计的知识。从学习单片机应用技术入手是当今培养计算机应用软、硬件技术人才的最佳道路之一。 1.9单片机带你进入最具魅力的电子世界 独具魅力的单片机能使你体会到电脑的真谛，你可以用单片机亲自动手设计智能玩具，可以设计不同的应用程序实现不同的功能。既有硬件制作又有软件设计，既动脑、又动手。初级水平可开发智能玩具，用宏指令编程。中级水平可开发一些智能控制器，如电脑鼠、智能车、各种遥控模型。高级水平可开发机器人，如机器人足球赛，开发工业控制单元，网络通信等，并用汇编语言或高级语言设计应用程序。围绕单片机及嵌入式系统形成的电子产业的未来，将会为电子爱好者提供广阔的天地，一个比当年无线电世界更广阔、更丰富、更持久、更具魅力的电子世界。投身到单片机世界来，将使你一生受益。1.10单片机简介:亦称微控制器,顾名思义，这种计算机的最小系统只用了一片集成电路，即可进行简单运算和控制。因为它体积小，通常都藏在被控 机械的“肚子”里。它在整个装置中，起着有如人类头脑的作用，它出了毛病，整个装置就瘫痪了。现在，这种单片机的使用领域已十分广泛，如智能仪表、实时 工控、通讯设备、导航系统、家用电器等。各种产品一旦用上了单片机，就能起到使产品升级换代的功效，常在产品名称前冠以形容词“智能微电脑型”，如智能型热水器等。1.10.1单片机的组成: 单片机要自动完成计算，它应该具有哪些最重要的部分呢？以打算盘为例计算一道算术题。例：11110918819932。现在要进行运算，首先需要一把算盘，其次是纸和笔。把要计算的问题记录下来，然后第一步先算109188，把它与111相加的结果记在纸上，然后计算19932，再把它从上一次结果中减去，就得到最后的结果。 现在，我们用单片机来完成上述过程，显然，它首先要有代替算盘进行运算的部件，这就是“运算器”；其次，要有能起到纸和 笔作用的器件，即能记忆原始题目、原始数据和中间结果，还要记住使单片机能自动进行运算而编制的各种命令。这类器件就称为“存贮器”。此外，还需要有能代替 人作用的控制器，它能根据事先给定的命令发出各种控制信号，使整个计算过程能一步步地进行。但是光有这三部分还不够，原始的数据与命令要输入，计算的结果 要输出，都需要按先后顺序进行，有时还需等待。如上例中，当在计算109188时，数字111就不能同时进入运算器。因此就需要在单片机上设置按控制器的命令进行 动作的“门”，当运算器需要时，就让新数据进入。或者，当运算器得到最后结果时，再将此结果输出，而中间结果不能随便“溜出”单片机。这种对输入、输 出数据进行一定管理的“门”电路在单片机中称为“口”（Port）。在单片机中，基本上有三类信息在流动，一类是数据，即各种原始数 据（如上例中的111、109等）、中间结果（如19932所得的商6、余数7等）、程序（命令的集 合）等。这样要由外部设备通过“口”进入单片机，再存放在存贮器中，在运算处理过程中，数据从存贮器读入运算器进行运算，运算的中间结果要存入存贮器中，或最后由运算器经“出入口”输出。用户要单片机执行 的各种命令（程序）也以数据的形式由存贮器送入控制器，由控制器解读（译码）后变为各种控制信号，以便执行如加、减、乘、除等功能的各种命令。所以，这一 类信息就称为控制命令，即由控制器去控制运算器一步步地进行运算和处理，又控制存贮器的读（取出数据）和写（存入数据）等。第三类信息是地址信息，其作用 是告诉运算器和控制器在何处去取命令取数据，将结果存放到什么地方，通过哪个口输入和输出信息等。半导体存储器的工作原理存贮器又分为只读存贮器和读写存贮器两种，前者 存放调试好的固定程序和常数，后者存放一些随时有可能变动的数据。顾名思义，只读存贮器一旦将数据存入，就只能读出，不能更改（EPROM、E2PROM等类型的ROM可通过一定的方法来更改、写入数据编者注）。而读写存贮器可随时存入或读出数据.1.10.2存储器的内部构造看下面 的图这就是半导体存储器的结构简图1.10.3存储器的工作原理存储器就是用来存放数据的地方它其实是利 用电平的高或低来存放数据的也就是说它实际上存放的是电平的高或低的状态而不是我们所习惯上认为的有了这么一个构造我们就可以开始存放数据了比如我们要放 进一个数据1234这样的数字那它是如何工作的呢看上面的图这就是存储器的内部结构示意 图一个存储器就象一个小抽屉一个小抽屉里有8个也就是单片机的8位小盒子每个小盒子用来存放1位电荷电 荷通过与它相连的电线传进来或释放掉至于电荷在小盒子里是怎样存放的这就不用我们操心了您可以把电线想象成水管小盒子里的电荷就象是水那就好理解了存储器 中的1个小抽屉我们把它称之为1个单元相当于1个字节而1个小盒子就相当于1位00011010我们只要把第2号第4号和第5号小盒子里存满电荷而其它小盒子里的电荷给放掉就行了可是问题又出来了一个存储器有好多相同的单元线是并联着 的看D7-D0在放入电荷的时候会将电荷放入所有的字节单元中而释放电荷的时候会把每 个单元中的电荷都放掉这样的话不管存储器有多少个字节单元都只能放同一个数这当然不是我们所希望的因此我们要在结构上稍作变化看上面的图在每个单元上有根 线与译码器相连我想要把数据放进哪个单元就通过译码器给哪个单元发一个信号由译码器通过这根线把相应的开关打开这样电荷就可以自由地进出了那么这样是不是 就能随意地向存储器写入或者读出数据了呢其实还不能继续看上面的图与D7-D0相 连的还有一个控制器它是用来干什么的呢这根线叫写入/读出控制线当我们向存储 器写入数据时必须先把这个开关切换到写入端而要读出数据时就得先把开关切换到读出端而片选端则是为了区分不同的存储器设置的这里没搞明白没关系后面还有介 绍先让我们来看看译码器是如何工作的。1.10.4半导体存储器的译码简单介绍一下我们知道1根线可以代表2种状态2根线可以代表4种状态3根线可以代表8种256种状态又需要几根线代表自己想一下是不是8根线 存储器的选片及总线的概念至此译码的问题解决了让我们再来关注另外 一个问题送入每个字节的8根线又是从什么地方来的呢它就是从单片机的外部引脚上接过来的一般这8根线除了接一个存储器之外还要接其它的器件这样问题又来了这8根线既然不是存储器和单片机之间专用的如果总是将某个单元接在这8根线上就不行了比如这个存储器单元中的数值是11111111另一个存储器的单元是00000000那么这根 线到底是处于高电平还是低电平所以我们必须让它们分离办法当然也简单当外面的线接到集成电路的引脚上来后不直接接到各单元去而是在中间加一组开关这组开关 就是前面提到的控制器看前面的图平时我们让开关打开着如果确实是要向这个存储器中写入数据或要从存储器中读出数据再让开关切换到相应的位置就行了这组开关 由三根引线选择读控制端写控制端和片选端要将数据写入先由控制器选中该片然后发出相应的写信号开关切换到相应的位置并将传过来的数据电荷写入片中如果要读 信号先选中该片然后发出读信号开关也切换到相应的位置上数据就被送出去了另外读和写信号还同时受到译码器的控制由于片选端的不同所以虽有读或写信号但没有 片选信号所以另一个存储器就不会误会而开门造成冲突那么会不会同时选中两个存储器呢只要是设计好的系统就不会如果真的出现同时选中两个存储器的话那就是电 路出故障了8根线并不是专用的而是很多器件大家共用的所以我们把它们称之为数据总线 总线英文名为BUS即公交车道谁都可以走而16根地址线51单片机共有16根地址线这些以后会讲解这里不必死记硬背也是连在一起的我们把它们称之为地址总线看上面的图如此看来存储器要想写入或者读出数据还真是不容易不过好在这些都是由计 算机自动完成的不需要我们去操心从上面的介绍中我们已经看到用来传递数据的1.10.5单片机的主要处理中心CPU 实际上，人们往往把运算器和控制器合并称为中央处理单元CPU。 单片机除了进行运算外，还要完成控制功能。所以离不开计数和定时。因此，在单片机中就设置有定时器兼计数器。到这里为止，我们已经知道了单片机的基本组 成，即单片机是由中央处理器（即CPU中的运算器和控制器）、只读存贮器（通常表示为ROM）、读写存贮器（又称随机存贮器通常表示为RAM）、输入/输出口（又分为并行口和 串行口，表示为I/O口）等等组成。实际上单片机里面还有一个时钟电路，使单片机在进行运 算和控制时，都能有节奏地进行。另外，还有所谓的“中断系统”，这个系统有“传达室”的作用，当单片机控制对象的参数到达某个需要加以干预的状态时，就可经此“传达室”通报给CPU，使CPU根据外部事态的轻重缓急来采取适当的应付措施。现在，我们已经知道了单片机的组成，余下的问题是如何将它们的各部分连接成相互关联的整体呢？实际上，单片机内部有一条将它们连接起来的“纽带”，即所谓的“内部总线”。此总线有如大城市的“干道”，而CPU、ROM、RAM、I/O口、中断系统等就分布在此“总线”的两旁，并和它连通。从而，一切指令、数据都可经内部总线传送，有如大城市内各种物品的传送都经过干道进行。1.10.6单片机的指令系统和汇编语言程序:前面已经讲述了单片机的几个主要组成部分，这些部分构成了单片机的硬 件。所谓硬件（Hardware），就是看得到，摸得到的实体。但是，光有这样的硬件，还只是有了实 现计算和控制功能的可能性。单片机要真正地能进行计算和控制，还必须有软件（Software）的配合。软件主要指的是各种程序。只有将各种正确的程序“灌入”（存入）单片机，它才能有效地工作。单片机所以能自动地进行运算和控制，正是由于人把实现计算和控制的步骤一 步步地用命令的形式，即一条条指令（Instruction）预先存入到存贮器中，单片机在CPU的控制下，将指令一条条地取出来，并加以翻译和执行。就以两个数相加这一简单的运算来说，当需要运算的数已 存入存贮器后，还需要进行以下几步：第一步：把第一个数从它的存贮单元（Location）中取出来，送至运算器。 第二步：把第二个数从它所在的存贮单元中取出来，送至运算器；第三步：相加；第四 步：把相加完的结果，送至存贮器中指定的单元。所有这些取数、送数、相加、存数等等都是一种操作（Operation），我们把要求计算机执行的各种操作用命令的形式写下来，这就是指令。 但是怎样才能辨别和执行这些操作呢？这是在设计单片机时由设计人员赋予它的指令系统所决定的。一条指令，对应着一种基本操作；单片机所能执行的全部指令， 就是该单片机的指令系统（IustructionSet），不同种类的单片机，其指令系统亦不同。数据、地址、指令：之所以将这三者放在一起，是因为这三者的本质都是一 样的数字，或者说都是一串0和1组成的序列。换言 之，地址、指令也都是数据。指令：由单片机芯片的设计者规定的一种数字，它与我们常用的指令助记符有着严格的一一对应关系，不可以由单片机的开发者更改。 地址：是寻找单片机内部、外部的存储单元、输入输出口的依据，内部单元的地址值已由芯片设计者规定好，不可更改，外部的单元可以由单片机开发者自行决定， 但有一些地址单元是一定要有的（详见程序的执行过程）。数据：这是由微处理机处理的对象，在各种不同的应用电路中各不相同，一般而言，被处理的数据可能有 这么几种情况：1地址（如MOVDPTR，#1000H），即地址1000H（相当于门牌号）送入DPTR。2方式字或控制字（如MOVTMOD，#03H），3即是控制字。3常数（如MOVTH0，#10H）10H即定时常数（16进制）。4实际输出值 （如P1口接彩灯，要灯全亮，则执行指令：MOVP1，#0FFH，要灯全暗，则执行指令：MOVP1，#00H）这里0FFH和00H都是实际输出值。又如用于LED的字形码，也是实际输出的值。理解了地址、指令的本质，就不难理解程序运行过程中为什么会跑飞，会把 数据当成指令来执行了。单片机是指一个集成在一块芯片上的完整计算机系统。尽管他的大 部分功能集成在一块小芯片上，但是它具有一个完整计算机所需要的大部分部件：CPU、内存、内部和外部总线系统，目前大部分还会具有外 存。同时集成诸如通讯接口、定时器，实时时钟等外围设备。而现在最强大的 单片机系统甚至可以将声音、图像、网络、复杂的输入输出系统集成在一块芯片上。最早被用在工业 控制领域。单片机由芯片内仅有CPU的专用处理器发展而来。最早的设计理念是通过将大量外围设备和CPU集成在一个芯片中，使计算机系统更小，更容易集成进复杂的而对提及要求严格的控制设备当中。INTEL的Z80是最早按照这种思想设计出的处理器，从此以后，单片机和专用处理器的发展便分道扬镳。早期的单片机都是8位或4位的。其中最成功的是INTEL的 8031，因为简 单可靠而性能不错获得了很大的好评。此后在8031上发展出了MCS51系列单片机系统。基于这一系统的单片机系统直到现在还在广泛使用。随着工业控