00-110903-0035-单片机与接口技术论文

单片机与接口技术毕业论文 摘要 20 世纪 70 年代，微处理器的出现，使计算机技术的发展有了历史性的变 化。随着大规模和超大规模集成电路的出现及其发展，将计算机的 CPU,RAM,ROM,定时/计数器和多种 I/O 接口集成在一块芯片上，形成了芯片级的 计算机即单片机。 85C51 具有 51 内核，仍属于 MCS-51 系列单片机，简称 51 单片机。单片机 是单片机系统的核心，其工作必须依赖于相应软件及硬件电路的协同工作，我 们把单片机和外部器件连接的电路叫接口电路，无论单片机的学习还是应用都 是一个理论与实践紧密结合的过程。现单片机已广泛应用于自动控制、智能设 备、智能家电等许多领域，其设计思想、设计手段已广泛参透到电子技术发展 的各个领域，可以方便的取代某些数字电路的功能。 本论文主要阐述本人对单片机应用及其发展的简单认识，通过对现代化电 子产品和我们身边的小电器以及智能控制系统中单片机占到的重要位置进行举 例说明，运用本学期所学的单片机原理及接口技术这门课程中相关知识和 以前所学的数字电路和模拟电路中一些相关联的知识和技术。其中结 合本学期的知识运用 89C51 芯片及 89C51 芯片各个引脚的功能和芯片本身内部 结构功能，结合知识与实验的论证，更好的掌握了知识的运用，最后就是通过 毕业论文能够培养我们的创新能力和创新思想，让我们成为现代化职业能手。 关键字：单片机；接口技术；80c51； 2 正文 首先，我们来看一下 80C51 单片机的结构及资源。 80C51 单 片 机 属 于 MCS-51 系 列 单 片 机 ， 由 Intel 公 司 开 发 ， 其 结 构 是 8048 的 延 伸 ， 改 进 了 8048 的 缺 点 ， 增 加 了 如 乘 （ MUL） 、 除 （ DIV） 、 减 （ SUBB） 、 比 较 （ PUSH） 、 16 位 数 据 指 针 、 布 尔 代 数 运 算 等 指 令 ， 以 及 串 行 通 信 能 力 和 5 个 中 断 源 。 采 用 40 引 脚 双 列 直 插 式 DIP（ Dual In Line Package） ， 内 有 128 个 RAM 单 元 及 4K 的 ROM。 80C51 有 两 个 16 位 定 时 计 数 器 ， 两 个 外 中 断 ， 两 个 定 时 计 数 中 断 ， 及 一 个 串 行 中 断 ， 并 有 4 个 8 位 并 行 输 入 口 。 80C51 内 部 有 时 钟 电 路 ， 但 需 要 石 英 晶 体 和 微 调 电 容 外 接 ， 本 系 统 中 采 用 12MHz 的 晶 振 频 率 。 由 于 80C51 的 系 统 性 能 满 足 系 统 数 据 采 集 及 时 间 精 度 的 要 求 ， 而 且 产 品 产 量 丰 富 来 源 广 ， 应 用 也 很 成 熟 ， 故 采 用 来 作 为 控 制 核 心 。 80c51 的 主 要 功 能 特 性 和 内 部 资 源 如 下 ： 兼 容 MCS51 指 令 系 统 8k 可 反 复 擦 写 (1000 次 ） Flash ROM 32 个 双 向 I/O 口 256x8bit 内 部 RAM 3 个 16 位 可 编 程 定 时 /计 数 器 中 断 时 钟 频 率 0-24MHz 2 个 串 行 中 断 可 编 程 UART 串 行 通 道 2 个 外 部 中 断 源 共 8 个 中 断 源 2 个 读 写 中 断 口 线 3 级 加 密 位 低 功 耗 空 闲 和 掉 电 模 式 软 件 设 置 睡 眠 和 唤 醒 功 能 8051 的 I/O 口结构以及操作方式如下： P0 口： 3 P0 口 是 一 组 8 位 漏 极 开 路 型 双 向 I/O 口 ， 也 即 地 址 /数 据 总 线 复 用 口 。 作 为 输 出 口 用 时 ， 每 位 能 吸 收 电 流 的 方 式 驱 动 8 个 TTL 逻 辑 门 电 路 ， 对 端 口 P0 写 “1”时 ， 可 作 为 高 阻 抗 输 入 端 用 。 在 访 问 外 部 数 据 存 储 器 或 程 序 存 储 器 时 ， 这 组 口 线 分 时 转 换 地 址 （ 低 8 位 ） 和 数 据 总 线 复 用 ， 在 访 问 期 间 激 活 内 部 上 拉 电 阻 。 在 Flash 编 程 时 ， P0 口 接 收 指 令 字 节 ， 而 在 程 序 校 验 时 ， 输 出 指 令 字 节 ， 校 验 时 ， 要 求 外 接 上 拉 电 阻 。 P1 口： P1 是 一 个 带 内 部 上 拉 电 阻 的 8 位 双 向 I/O 口 ， P1 的 输 出 缓 冲 级 可 驱 动 （ 吸 收 或 输 出 电 流 ） 4 个 TTL 逻 辑 门 电 路 。 对 端 口 写 “1”， 通 过 内 部 的 上 拉 电 阻 把 端 口 拉 到 高 电 平 ， 此 时 可 作 输 入 口 。 作 输 入 口 使 用 时 ， 因 为 内 部 存 在 上 拉 电 阻 ， 某 个 引 脚 被 外 部 信 号 拉 低 时 会 输 出 一 个 电 流 (IIL)。 P2 口： P2 是 一 个 带 有 内 部 上 拉 电 阻 的 8 位 双 向 I/O 口 ， P2 的 输 出 缓 冲 级 可 驱 动 （ 吸 收 或 输 出 电 流 ） 4 个 TTL 逻 辑 门 电 路 。 对 端 口 P2 写 “1”， 通 过 内 部 的 上 拉 电 阻 把 端 口 拉 到 高 电 平 ， 此 时 可 作 输 入 口 ， 作 输 入 口 使 用 时 ， 因 为 内 部 存 在 上 拉 电 阻 ， 某 个 引 脚 被 外 部 信 号 拉 低 时 会 输 出 一 个 电 流 (IIL)。 在 访 问 外 部 程 序 存 储 器 或 16 位 地 址 的 外 部 数 据 存 储 器 （ 例 如 执 行 MOVX DPTR 指 令 ） 时 ， P2 口 送 出 高 8 位 地 址 数 据 。 在 访 问 8 位 地 址 的 外 部 数 据 存 储 器 （ 如 执 行 MOVX RI 指 令 ） 时 ， P2 口 输 出 P2 锁 存 器 的 内 容 。 Flash 编 程 或 校 验 时 ， P2 亦 接 收 高 位 地 址 和 一 些 控 制 信 号 。 P3 口： P3 口 是 一 组 带 有 内 部 上 拉 电 阻 的 8 位 双 向 I/O 口 。 P3 口 输 出 缓 冲 级 可 驱 动 （ 吸 收 或 输 出 电 流 ） 4 个 TTL 逻 辑 门 电 路 。 对 P3 口 写 入 “1”时 ， 它 们 被 内 部 上 拉 电 阻 拉 高 并 可 作 为 输 入 端 口 。 此 时 ， 被 外 部 拉 低 的 P3 口 将 用 上 拉 电 阻 输 出 电 流 （ IIL） 。 P3 口 除 了 作 为 一 般 的 I/O 口 线 外 ， 更 重 要 的 用 途 是 它 的 第 二 功 能 P3 口 还 接 收 一 些 用 于 Flash 闪 速 存 储 器 编 程 和 程 序 校 验 的 控 制 信 号 。 RST： 复 位 输 入 。 当 振 荡 器 工 作 时 ， RST 引 脚 出 现 两 个 机 器 周 期 以 上 高 电 平 将 4 使 单 片 机 复 位 。 ALE/PROG： 当 访 问 外 部 程 序 存 储 器 或 数 据 存 储 器 时 ， ALE（ 地 址 锁 存 允 许 ） 输 出 脉 冲 用 于 锁 存 地 址 的 低 8 位 字 节 。 一 般 情 况 下 ， ALE 仍 以 时 钟 振 荡 频 率 的 1/6 输 出 固 定 的 脉 冲 信 号 ， 因 此 它 可 对 外 输 出 时 钟 或 用 于 定 时 目 的 。 要 注 意 的 是 ： 每 当 访 问 外 部 数 据 存 储 器 时 将 跳 过 一 个 ALE 脉 冲 。 对 Flash 存 储 器 编 程 期 间 ， 该 引 脚 还 用 于 输 入 编 程 脉 冲 （ PROG） 。 如 有 必 要 ， 可 通 过 对 特 殊 功 能 寄 存 器 （ SFR） 区 中 的 8EH 单 元 的 D0 位 置 位 ， 可 禁 止 ALE 操 作 。 该 位 置 位 后 ， 只 有 一 条 MOVX 和 MOVC 指 令 才 能 将 ALE 激 活 。 此 外 ， 该 引 脚 会 被 微 弱 拉 高 ， 单 片 机 执 行 外 部 程 序 时 ， 应 设 置 ALE 禁 止 位 无 效 。 PSEN： 程 序 储 存 允 许 （ PSEN） 输 出 是 外 部 程 序 存 储 器 的 读 选 通 信 号 ， 当 AT89C52 由 外 部 程 序 存 储 器 取 指 令 （ 或 数 据 ） 时 ， 每 个 机 器 周 期 两 次 PSEN 有 效 ， 即 输 出 两 个 脉 冲 。 在 此 期 间 ， 当 访 问 外 部 数 据 存 储 器 ， 将 跳 过 两 次 PSEN 信 号 。 EA/VPP： 外 部 访 问 允 许 。 欲 使 CPU 仅 访 问 外 部 程 序 存 储 器 （ 地 址 为 0000H FFFFH） ， EA 端 必 须 保 持 低 电 平 （ 接 地 ） 。 需 注 意 的 是 ： 如 果 加 密 位 LB1 被 编 程 ， 复 位 时 内 部 会 锁 存 EA 端 状 态 。 如 EA 端 为 高 电 平 （ 接 Vcc 端 ） ， CPU 则 执 行 内 部 程 序 存 储 器 中 的 指 令 。 Flash 存 储 器 编 程 时 ， 该 引 脚 加 上 +12V 的 编 程 允 许 电 源 Vpp， 当 然 这 必 须 是 该 器 件 是 使 用 12V 编 程 电 压 Vpp。 其次，我们看看单片机在我们身边的电子产品上的应用。 1.在智能仪器仪表上的应用 单片机具有体积小、功耗低、控制功能强、扩 展灵活、微型化和使用方便等优点，广泛应用于仪器仪表中，结合不同类型的 传感器，可实现诸如电压、功率、频率、湿度、温度、流量、速度、厚度、角 度、长度、硬度、元素、压力等物理量的测量。 2.在工业控制中的应用 用单片机可以构成形式多样的控制系统、数据采集 5 系统。例如工厂流水线的智能化管理，电梯智能化控制、各种报警系统，与计 算机联网构成二级控制系统等。 3.在家用电器中的应用 可以这样说，现在的家用电器基本上都采用了单片 机控制，从电饭褒、洗衣机、电冰箱、空调机、彩电、其他音响视频器材、再 到电子秤量设备，五花八门，无所不在。 4.在计算机网络和通信领域中的应用 现代的单片机普遍具备通信接口，可 以很方便地与计算机进行数据通信，为在计算机网络和通信设备间的应用提供 了极好的物质条件，现在的通信设备基本上都实现了单片机智能控制，手机， 电话机、小型程控交换机、楼宇自动通信呼叫系统、列车无线通信、无线电对 讲机等。 5.单片机在医用设备领域中的应用 单片机在医用设备中的用途亦相当广泛， 例如医用呼吸机，各种分析仪，监护仪，超声诊断设备及病床呼叫系统等等。 此外，单片机在工商，金融，科研、教育，国防航空航天等领域都有着十分广 泛的用途。 最后，我们自己用单片机做的一个电子智能产品-数字温度计，来简单阐 述单片机与接口技术。 1.数字温度计设计方案论证 在单片机电路设计中，大多都是使用传感器，所以这是非常容易想到的， 所以可以采用一只温度传感器 DS18B20，此传感器，可以很容易直接读取被测 温度值，进行转换，就可以满足设计要求。 2总体设计框图 温度计电路设计总体设计方框图如图 1 所示，控制器采用单片机 AT89S51，温度传感器采用 DS18B20，用 LED 数码管以实现温度显示，用扬声器 实验报警，并且用串口通信在 PC 机上画出温度的变化曲线。 主 控 制 器 LED 显 示 温 度 传 感 器 PC 机 加热装置 扬声器整 6 图一 3.显示电路 显示电路采用 5 位共阳 LED 数码管，从 P0 口输出段码，P2 口输出位码。 4.温度传感器 DS18B20 温度传感器是美国 DALLAS 半导体公司最新推出的一种改进型智能 温度传感器，与传统的热敏电阻等测温元件相比，它能直接读出被测温度，并 且可根据实际要求通过简单的编程实现位的数字值读数方式。DS18B20 的性能特点如下： 1.独特的单线接口仅需要一个端口引脚进行通信； 2.多个 DS18B20 可以并联在惟一的三线上，实现多点组网功能； 3.无须外部器件； 4.可通过数据线供电，电压范围为 3.05.5； 5.零待机功耗； 6.温度以或位数字； 7.用户可定义报警设置； 报警搜索命令识别并标志超过程序限定温度（温度报警条件）的器件； 5. DS18B20 温度传感器与单片机的接口电路 DS18B20 可以采用两种方式供电，一种是采用电源供电方式，此时 DS18B20 的 1 脚接地，2 脚作为信号线，3 脚接电源。另一种是寄生电源供电方式，单片 机端口接单线总线，为保证在有效的 DS18B20 时钟周期内提供足够的电流，可 用一个 MOSFET 管来完成对总线的上拉。 当 DS18B20 处于写存储器操作和温度 A/D 转换操作时，总线上必须有强的 上拉，上拉开启时间最大为 10us。采用寄生电源供电方式时 VDD 端接地。由于 单线制只有一根线，因此发送接口必须是三态的。 7 6.系统整体硬件电路 系统整体硬件电路包括，传感器数据采集电路，温度显示电路，上下限报 警调整电路，单片机主板电路，热控制电路，串口通信等。 电路中的蜂鸣器可以在被测温度不在上下限范围内时，发出报警鸣叫声音， 同时 LED 数码管将被测温度值显示，我们可以改变赋值来改变温控的范围。 图二 7.系统软件算法分析 主程序的主要功能是负责温度的实时显示、读出并处理 DS18B2