计算机单片总体方案设计Word格式文档下载.docx
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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。
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MCS-96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。
第四阶段(1990—):
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。
1.2单片机的应用
单片机的应用很广,分别在以下领域中得到了广泛的应用。
工业自动化:
在自动化技术中,无论是过程控制技术、数据采集技术还是测控技术,都离不开单片机。
在工业自动化的领域中,机电一体化技术将发挥愈来愈重要的作用,在这种机械、微电子和计算机技术为一体的综合技术(例如机器人技术、数控技术)中,单片机将发挥非常重要的作用特别是近些年来,随着计算机技术的发展,工业自动化也发展到了一个新的高度,出现了无人工厂、机器人作业、网络化工厂等,不仅将人从繁重、重复和危险的工业现场解放出来,还大大提高了生产效率,降低了生产成本。
仪器仪表:
目前对仪器仪表的自动化和智能化要求越来越高。
在自动化测量仪器中,单片机应用十分普及。
单片机的使用有助于提高仪器仪表的精度和准确度,简化结构,减小体积,易于携带和使用,加速仪器仪表向数字化、智能化和多功能化方向发展。
消费类电子产品:
该应用主要反映在家电领域。
目前家电产品的一个重要发展趋势是不断提高其智能化程度。
例如,电子游戏、照相机、洗衣机、电冰箱、空调、电视机、微波炉、手机、IC卡、汽车电子设备等。
在这些设备中使用了单片机后,其功能和性能大大提高,并实现了智能化、最优化控制
信方面:
较高档的单片机都具有通信接口,因而为单片机在通信设备中的应用创造了很好的条件。
例如,在微波通信、短波通信、载波通信、光纤通信、程控交换等通信设备和仪器中都能找到单片机的应用。
武器装备:
在现代化的武器装备中,如飞机、军舰、坦克、导单、鱼雷制导、智能武器设备、航天飞机导航系统,都有单片机在其中发挥重要作用。
终端及外部设备控制:
计算机网络终端设备,如银行终端,以及计算机外部设备如打印机、硬盘驱动器、绘图机、传真机、复印机等,在这些设备中都使用了单片机。
近年来随着科技的飞速发展,同时带动自动控制系统日新月异更新,单片机的应用正在不断地走向深入。
2总体方案设计
2.1系统框图
计算器的总体设计框图如图2.1所示。
AT89C51
最
小
应
用
系
统
按键电路
晶振电路
复位电路
LED
静
态
显
示
图2.1
系统框图
2.2显示控制方案
在单片机应用系统中,显示分为静态示和动态显示,本次设计采用静态显示。
静态显示数码管中的各位相互独立,而且各位的显示字符一经确定相应的输出将维持不变,直到显示另一个字符为止。
正因为如此,静态显示的亮度都比较高。
各位分别由一个8位I/O接口控制段选码,故在同一时间里,每一位显示的字符可以各不相同。
这种显示方式接口,较小的电流即可获得较高的亮度,且占用CPU时间少,编程简单,便于监测和控制,本设计所需显示位数不多,故采用静态显示模块,在实验箱上连接简单、方便。
2.3键盘控制方案
键盘分为独立式键盘和行列式键盘,独立式键盘接口电路配置灵活,硬件结构简单,工作可靠但每个按键必须占用一跟I/O接口线,I/O接口线浪费较大,在单片机应用系统中,有时只需要几个简单的按键向系统输入信息,可将按键直接在一根I/O接口线上,故只在按键数量不多时采用。
而行列式键盘每条行线与列线在交叉处不直接相通,而是通过一个按键加以连接,当按键较多时可采用行列式键盘以节省I/O接口。
本次设计计算器所用按键较多,为节省I/O接口,方便设计,故采用矩阵式键盘。
3硬件设计
3.189S51单片机的简介
AT89C51是美国ATMEL公司生产的低电压,高性能的CMOS8位单片机片4Kbytes的可反复擦写的只读程序存储器(PEROM)和128bytes的随机存储器(RAM),器件采用ATMEL公司的高密度、非易失存储技术生产,兼容标准MCS-51指令系统,片置通用8位中央处理器(CPU)和Flash存储单元,功能强大。
AT89C51单片机可为你提供许多高性价的应用场合,可灵活的应用于各种控制领域。
主要性能参数:
·
与MCS-51产品指令系统的全兼容
4k字节可重擦写Flash闪速存储器
1000次可擦写周期
全静态操作:
0Hz-24MHz
三级加密程序存储器
128×
8字节部RAM
32个可编程I/O口线
2个16位定时/计数器
6个中断源
可编程串行UART通道
低功耗空闲和掉电模式
3.1.1
AT89C51功能特性描述:
AT89C51提供以下标准功能:
4k字节Flash闪速存储器,128字节部RAM,32个I/O口线,两个16位定时/计数器,一个5向量中断结构,一个全双工串行通信口,片震荡器及时钟电路。
同时,AT89C51可降至0Hz的静态逻辑操作,并支持两种软件的可选的节电工作模式。
空闲方式停止CPU的工作,但允许RAM,定时/计数器,窜行通信口及中断系统继续工作。
掉电方式保存RAM中的容,但震荡器停止工作并禁止所有部件工作直到下一个硬件复位。
图3.1.1单片机AT89C51
3.1.2
AT89C51引脚功能说明:
3.289S51单片机的引脚
89S51单片机部总线是单总线结构,即数据总线和地址总线是公用的.89S51有40条引脚,与其他51系列单片机引脚是兼容的.这40条引脚可分为I/O接口线、电源线、控制线、外接晶体线4部分。
89S51单片机为双列直插式封装结构,如图3.2所示。
图3.2
89S51引脚分配图
89S51单机的电源线有以下两种:
(1)VCC:
+5V电源线。
电源线
(2)GND:
接地线。
89S51单片机的外接晶体引脚有以下两种:
(1)XTAL1:
片振荡器反相放大器的输入端和部时钟工作的输入端。
采用部振荡器时,它接外部石英晶体和微调电容的一个引脚。
(2)XTAL2:
片振荡器反相放大器的输出端,接外部石英晶体和微调电容的另一端。
采用外部振荡器时,该引脚悬空。
外接晶体引脚。
控制线
89S51单片机的控制线有以下几种:
(1)RST:
复位输入端,高电平有效。
(2)ALE/PROG:
地址锁存允许/编程线。
(3)PSEN:
外部程序存储器的读选通线。
(4)EA/Vpp:
片外ROM允许访问端/编程电源端。
3.389S51I/O接口组成及功能
8051共有4I/O端口,为P0,P1,P2,P3;
4个I/O口都是双向的,且每个口都具有锁存器。
每个端口有8条线,共计32条I/O线。
P0.0~P0.7;
P1.0~P1.7;
P2.0~P2.7;
P3.0~P3.7
(1)P0有三个功能
1)外部扩充存储器时,作数据总线(D0~D7)
2)外部扩充存储器时,作地址总线(A0~A7)
3)不扩充时,作一般I/O使用,部无上拉电阻,作为输出/输入使用时应加上拉电阻.。
(2)P1只做I/O口使用,有部上拉电阻。
(3)
P2有两个功能
1)扩充外部存储器时,作地址总线(A8~A15)使用。
2)作一般I/O口使用,有部上拉电阻。
3)
P3有两个功能
除作为I/O口(有部上拉电阻)外,还有一些特殊功能。
3.474LS164的功能
74LS164是一个串入并出的8位移位寄存器,他常用于单片机系统中,用来驱动数码管。
它部有一个的8位移位寄存器,先一位一位地移入,等到8个移满了,再给出个信号将8位数据一起输出,就是所谓的串转并。
其管脚图如下所示
图3.374Ls164管脚图
其中A、B(第1、2脚)为串行数据输入端,2个引脚按逻辑与运算规律输入信号,共一个输入信号时可并接。
T(第8脚)为时钟输入端,可连接到串行口的TXD端。
每一个时钟信号的上升沿加到T端时,移位寄存器移一位,8个时钟脉冲过后,8位二进制数全部移入74LS164中。
R(第9脚)为复位端,当R=0时,移位寄存器各位复0,只有当R=1时,时钟脉冲才起作用。
Q0…Q7(第3-6和10-13引脚)并行输出端分别接LED显示器的HG·
A各段对应的引脚上。
在给出了8个脉冲后,最先进入74LS164的第一个数据到达了最高位,然后再来一个脉冲,第一个脉冲就会从最高位移出。
这就是它的工作原理。
其功能表如图3.4所示
图3.474LS164功能图
3.5键盘接口工作原理
在单片机应用系统中,常用键盘作为输入设备,通过它将数据、存地址、命令及指令等输入到系统中,来实现简单的人机通信。
3.6.1按键开关的去除抖动功能
目前,
MCS—51单片机应用系统上的按键常采用机械触点式按键,它在断开、闭合时输入电压波形如图3.6所示.可以看出机械触点在闭合及断开瞬间均有抖动过程,时间长短与开关的机械特性有关,一般为5~10ms。
由于抖动,会造成被查询的开关状态无法准确读出。
例如,一次按键产生的正确开关状态,由于键的抖动,CPU多次采集到底电平信号,会被误认为按键被多次按下,就会多次进行键输入操作,这是不允许的。
为了保证CPU对键的一次闭合仅在按键稳定时作一次键输入处理,必须消除产生的前沿(后沿)抖动影响。
图3.6
按键过程
3.6.2阵列式键盘的接口电路
阵列式键盘每条行线与列线在交叉处不直接相通,而是通过一个按键加以连接,在按键数较多的时候,为减少I/O接口线数,通常采用这种方式,设计计算器主要用到按键,选用阵列式键盘方便易行。
1.键盘工作原理
行列式键盘电路原理如图3.7所示。
按键设置在行列式交点上,行列线分别连接到按键开关的两端。
当行线通过上拉电阻接+5伏时,被钳位在高电平状态。
键
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