实验室单片机实验箱的应用(软件包设计)Word文档格式.doc
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电气工程学院
答辩日期:
2012年6月25日
2
摘要
单片机即单片微型计算机(Single-ChipMicrocomputer),是集CPU,RAM,ROM,定时,计数和多种接口于一体的微控制器。
近年来随着科技的飞速发展,单片机的应用正在不断深入。
在实时检测和自动控制的单片机应用系统中,其往往作为一个核心部件来使用。
但是,仅单片机方面的知识是不够的,还应根据硬件结构软硬结合,加以完善。
目前大多数高校都建立了单片机实验室,基本上配备了实验箱等硬件仿真设备。
但实验箱硬件电路固定、实验内容较难改动,很难适应单片机技术的快速发展以及培养学生的单片机开发能力、创新能力。
利用OTH的软件仿真技术,可以在一定程度上弥补上述不足,搭建一个虚拟实验平台,可以实现更多的实践环节,提供学生自行学习的条件,对学科建设有着积极的意义。
该试验箱系统是由单片机最小系统及扩展电路组成。
本设计的各模块系统结构简单,造价成本低,功能齐全,具有很强的实用性。
关键词CPU;
定时器;
计数器;
微控制器;
数字温度传感器
Abstract
Single-ChipMicrocomputer,Single-ChipMicrocomputerisaMicrocontrolerwhichcollectsCPU,RAM,ROM,timing,countingandmanymeetingorifices.
Inrecentyears,withtherapiddevelopmentofscienceandtechnology,theapplicationofsinglechipisacceptedbroadlyinreal-timedetectionandautomaticcontrolofmicrocomputer.Althoughit’softenactasthecorecomponentofsinglechipsystem,itisnotenoughonlywiththeknowledgeofsinglechip.Engineersalsoneedtothinkaboutthestructureofthehardwaretoperfectthesystem.
Currentlymosthighereducationinstitutionshavebuiltsinglechiplaboratory,equippedwithexperimentboxandotherhardwaresimulationequipment.Butthecircuitryoftheexperimentboxisfixedandtheexperimentstepsarehardtobechanged.Itisnotfitthetrendofrapiddevelopmentspeedofsinglechiptechnology.Itisalsounsuitedtodevelopstudents’abilitiesandcreativities.
WiththeintroductionoftheQTHemluatorsimulationtechnology,itcanbesolvedatacertainextent.Wecoulddesignmoreexperimentstepsandhelpstudentscompletingtheirself-studywiththesimulationexperimentalplatform.Itisapositivetechnologyforsystemconstruction.TheexperimentchestiscomposedofthesmallestsystemofSingal-Chipandextendingelectrocircui
Themodulesofthedesignaresimpleinthesystemstructure,lowincost,readyinfuctionandhighpracticability.
Keywords:
CPU;
timer;
counter;
micro-controler;
figuretemperaturetransducer
目录
摘要 I
Abstract II
第1章绪论 1
1.1课题背景及研究的意义 1
1.1.1课题背景 1
1.1.2课题研究的意义 1
1.2单片机的发展概况 2
1.2.1 单片机的发展历史 2
1.2.2 单片机技术现状及将来发展趋势 3
1.3本文的研究内容 3
第2章MCS-51单片机组成及结构分析 4
2.1MCS-51单片机基本功能特性 4
2.2MCS-51单片机的引脚定义与特性 5
2.3MCS-51单片机存储器和寄存器 7
2.3.1程序存储器 8
2.3.2内部数据存储器 8
2.3.3外部数据存储器 12
2.4MCS-51单片机工作时序 12
第3章 MCS-51单片机内部接口电路 13
3.1MCS-51单片机的定时/计数器 13
3.1.1定时/计数器的结构 13
3.1.2定时/计数器的方式寄存器和控制寄存器 14
3.2MCS-51单片机中断系统 16
3.2.1与中断有关的特殊功能寄存器 16
3.2.2中断系统的应用 18
3.3单片机内部接口设备的使用实验 19
3.3.1实验一:
MCS-51定时器实验 19
3.3.2实验二:
MSC-51中断系统的应用实验 21
3.3.3实验三:
MSC-51串行口的应用实验 23
第4章MCS-51单片机实验箱系统扩展 24
4.1MCS-51单片机系统扩展 24
4.2单片机实验箱的接口扩展 25
4.2.1实验四:
8255A接口扩展实验 25
4.2.2实验五:
模数转换实验 34
4.2.3实验六:
步进电机控制实验 37
附录:
QTH仿真器的使用说明 40
结论 45
致谢 46
参考文献 47
48
第1章绪论
1.1课题背景及研究的意义
1.1.1课题背景
单片机,全称单片微型计算机(英语:
Single-ChipMicrocomputer),又称微控制器(Microcontroller),是把中央处理器、存储器、定时/计数器(Timer/Counter)、各种输入输出接口等都集成在一块集成电路芯片上的微型计算机。
与应用在个人电脑中的通用型微处理器相比,它更强调自供应(不用外接硬件)和节约成本。
它的最大优点是体积小,可放在仪表内部,但存储量小,输入输出接口简单,功能较低。
由于其发展非常迅速,旧的单片机的定义已不能满足,所以在很多应用场合被称为范围更广的微控制器。
因此,国内很多工科院校也把《单片机原理及应用》作为必修的课程,我们学校也把这门课程视为重点课程之一,为此学院专门设立了多个实验室,并且新引进单片机试验箱,以供同学们更好的掌握所学的理论知识。
1.1.2课题研究的意义
这次毕业设计我所研究的实验箱是我院实验室为了加强同学们实践能力的实验课所使用的单片机实验箱内容主要有:
1、将实验箱的实验重新巩固一遍,了解实验箱的基本实验内容。
2、将实验箱的功能程序整理出来,做一个总结,也帮助同学们以后更加清晰的学习单片机实验箱的功能。
同时在这个课题过程中,我对单片机这门非本专业学习的课程有了更加深刻的理解。
51单片机的编程语言常用的有二种,一种是汇编语言,一种是C语言。
汇编语言的机器代码生成效率很高,简单易学但可读性却并不强,复杂一点的程序就更是难读懂。
而C语言在大多数情况下其机器代码生成效率和汇编语言相当,但可读性和可移植性却远远超过汇编语言,而且C语言还可以嵌入汇编来解决高时效性的代码编写问题。
对于开发周期来说,中大型的软件编写用C语言的开发周期通常要小于汇编语言很多。
综合以上C语言的优点,结合大学期间学过c语言这门课程,我在学习时选择了C语言。
1.2单片机的发展概况
1.2.1单片机的发展历史
单片机控制系统取代了以前利用复杂电子线路或数字电路构成的控制系统,可以以软件控制来实现,并能够实现智能化,现在单片机控制范畴无所不在,例如通信产品、家用电器、智能仪器仪表、过程控制和专用控制装置等等,单片机的应用领域越来越广泛。
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。
单片机作为微型计算机的一个分支,它的产生与发展和微处理器的产生与发展大体同步,主要分为4个阶段:
第一阶段(1974年-1978年):
初级单片机阶段。
以Intel公司的MCS-48为代表。
这个系列的单片机在片内集成了8位CPU、并行I/O、8位定时器/计数器、RAM等。
无串口I/O,寻址范围不大于4K。
第二阶段(1978年-1983年):
高性能单片机阶段。
此时的单片机品种多,功能强,以MCS-51系列为代表。
这个阶段的单片机均带有串行I/O口,具有多级中断处理系统,定时器/计数器为16位,片内RAM和ROM容量相对增大,且寻址范围可达64KB。
这类单片机应用领域广泛,性价比优良。
第三阶段(1983年-1990年):
16位单片机和8位高性能单片机并行发展阶段。
此阶段的单片机的最大的特点是实时处理能力强,生产工艺先进,集成度高,内部功能强,而且允许用户采用工业控制的专用语言编程,如PL/M、C语言、BASIC语言等。
如Intel生产的MCS-96系统和ATMAL公司生产的8XC552系列,特别适用于实时控制。
第四阶段(1990年至今):
1990年2月美国推出的i80860超级单片机轰动了整个计算机界,它的运算速度为1.2亿次/秒,可进行32位整数运算和64位浮点运算,同时片内具有一个三维图形处理器,可构成超级图形工作站。
随着半导体技术的发展,巨型计算机单片化将成为现实。
单片机园地里,单片机品种异彩纷呈,争奇斗艳。
有8位、16位甚至32位机,但8位单片机仍以它的价格低廉、品种齐全、应用软件丰富、支持环境充分、开发方便等特点而占着主导地位。
而INTEL公司凭着他们雄厚的技术,性能优秀的机型和良好的基础,目前仍是单片机的主流产品。
只不过是九十年代中期,INTEL公司忙着开发他们个人电脑微处理器,已没有足够的精力继续发展自己创导的单片机技术,而由PHILIPS等公司继续发展C51系列单片机。
1.2.2单片机技术现状及将来发展趋势
目前,单片机正朝着高性能和多品种方面发展,尤其是8位单片机,以其价格低廉、应用软件齐全、开发应用方便等特点成为当前单片机中的主流,16位单片机和专用
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- 关 键 词:
- 实验室 单片机 实验 应用 软件包 设计