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1单片机概述
单片机又称为微控制器,它采用一定的工艺手段将CPU、存储器和I/O口集成在一个芯片上,其发展十分迅速。
它具有体积小、个性突出(某些方面的性能指标大大优于通用微机中央处理器)、价格低廉等特点,应用领域不断扩大,除了工业控制、智能化仪表、通信、家用电器外,在智能化高档电子玩具产品中也大量采用单片机芯片作为核心控制部件。
1.1单片机特点及应用
在通用微机中央处理器基础上,将输入/输出(I/O)接口电路、时钟电路以及一定容量的存储器等部件集成在同一芯片上,再加上必要外围器件,如晶体振荡器,就构成了一个较为完整的计算机硬件系统。
由于这类计算机系统的基本部件均集成在同一芯片内,因此被称为单片机微控制器或微控制单元。
1.1.1单片机的特点
单片机芯片作为控制系统的核心部件,除了具备通用微机CPU的数值计算功能外,还必须具有灵活、强大的控制功能,以便实时监测系统的输入量、控制系统的输出量,实现自动控制。
(1):
单片机CPU抗干扰性强,工作范围宽,而通用微机CPU一般要求室温下工作,抗干扰能力弱。
(2):
单片机CPU可靠性强,在工业控制中,任何差错都有可能造成极其严重的后果。
(3):
单片机CPU控制功能往往很强,数值计算能力较差,而通用微机CPU具有很强的数值运算能力,但控制能力相对较弱,将通用微机用于工业控制时,一般需要增加一些专用的接口电路。
(4):
单片机CPU指令系统比通用微机系统简单。
(5):
单片机CPU更新换代速度比通用微机处理器慢得多,Intel公司1980年推出标准MCS-51内核8051(HMOS工艺)、80c51(CHMOS工艺)单片机芯片后,持续生产、使用10年,直到1996年3月才被增强型MCS-51内核8xC5x系列芯片取代。
1.1.2单片机的应用
目前单片机的应用已深入到国民经济各个领域,对各个行业的技术改造和产品更新换代起着重要的推动作用。
单片机在智能仪表中的应用
单片机广泛地应用于实验室、交通运输工具、计量等各种仪表之中,使仪器仪表智能化,提高它们的测量精度,加强其功能,简化仪器仪表的结构,便于使用、维护和改进,如电度表校验仪,电阻、电容、电感测量仪,船舶航行状态记录仪,烟叶水分测试器,智能超声波测厚仪等。
(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重要方向。
机电一体化产品是指集机械技术、微电子技术、自动化技术和计算机技术于一体,具有智能化特征的机电产品。
(3):
单片机在实施控制中的应用
单片机也广泛地应用于各种实时控制系统中,如对工业上各种窑炉的温度、酸度、化学成分的测量和控制,使系统工作于最佳状态,提高系统的生产效率和产品的质量。
(4):
在军工领域的应用
利用单片机的可靠性高、温度范围宽、能适应各种恶劣环境的特点,它可广泛应用于导弹控制、鱼类制导控制、智能武器装备、航天飞机导航系统等领域。
(5):
单片机在分布式多机系统中的应用
利用单片机可以构成分布式测控系统,系统中若干台单片机组成的功能各异的仪器设备,通过通信相互联系,各自完成特定的任务,协调完成整个任务,能同时采集或处理更多信息,使单片机的应用进入了一个新水平。
(6):
在民用电子厂品中的应用
单片机在民用产品中的应用,能明显提高产品的性能价格比,提高产品在市场上竞争能力,受到产品开发商和用户的双重青睐。
2AT89C51硬件概述
AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器(FPEROM—FalshProgrammableandErasableReadOnlyMemory)的低电压,高性能CMOS8位微处理器,俗称单片机。
该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造,与工业标准的MCS-51?
指令集和输出管脚相兼容。
由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中,ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器,为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。
2.1主要特性
·
与MCS-51兼容
4K字节可编程闪烁存储器
寿命:
1000写/擦循环
数据保留时间:
10年
全静态工作:
0Hz-24Hz
三级程序存储器锁定
128*8位内部RAM
32可编程I/O线
两个16位定时器/计数器
5个中断源
可编程串行通道
低功耗的闲置和掉电模式
片内振荡器和时钟电路
2.2管脚说明
图2.1AT89C51结构图
VCC:
供电电压。
GND:
接地。
P0口:
P0口为一个8位漏级开路双向I/O口,每脚可吸收8TTL门电流。
当P1口的管脚第一次写1时,被定义为高阻输入。
P0能够用于外部程序数据存储器,它可以被定义为数据/地址的第八位。
在FIASH编程时,P0口作为原码输入口,当FIASH进行校验时,P0输出原码,此时P0外部必须被拉高。
P1口:
P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口,P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。
P1口管脚写入1后,被内部上拉为高,可用作输入,P1口被外部下拉为低电平时,将输出电流,这是由于内部上拉的缘故。
在FLASH编程和校验时,P1口作为第八位地址接收。
P2口:
P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口,P2口缓冲器可接收,输出4个TTL门电流,当P2口被写“1”时,其管脚被内部上拉电阻拉高,且作为输入。
并因此作为输入时,P2口的管脚被外部拉低,将输出电流。
这是由于内部上拉的缘故。
P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时,P2口输出地址的高八位。
在给出地址“1”时,它利用内部上拉优势,当对外部八位地址数据存储器进行读写时,P2口输出其特殊功能寄存器的内容。
P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。
P3口:
P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口,可接收输出4个TTL门电流。
当P3口写入“1”后,它们被内部上拉为高电平,并用作输入。
作为输入,由于外部下拉为低电平,P3口将输出电流(ILL)这是由于上拉的缘故。
C51的一些特殊功能口,如下表所示:
口管脚备选功能
P3.0RXD(串行输入口)
P3.1TXD(串行输出口)
P3.2/INT0(外部中断0)
P3.3/INT1(外部中断1)
P3.4T0(记时器0外部输入)
P3.5T1(记时器1外部输入)
P3.6/WR(外部数据存储器写选通)
P3.7/RD(外部数据存储器读选通)
P3口也可作为AT89
P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。
RST:
复位输入。
当振荡器复位器件时,要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。
ALE/PROG:
当访问外部存储器时,地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。
在FLASH编程期间,此引脚用于输入编程脉冲。
在平时,ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号,此频率为振荡器频率的1/6。
因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。
然而要注意的是:
每当用作外部数据存储器时,将跳过一个ALE脉冲。
如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。
此时,ALE只有在执行MOVX,MOVC指令是ALE才起作用。
另外,该引脚被略微拉高。
如果微处理器在外部执行状态ALE禁止,置位无效。
/PSEN:
外部程序存储器的选通信号。
在由外部程序存储器取指期间,每个机器周期两次/PSEN有效。
但在访问外部数据存储器时,这两次有效的/PSEN信号将不出现。
/EA/VPP:
当/EA保持低电平时,则在此期间外部程序存储器(0000H-FFFFH),不管是否有内部程序存储器。
注意加密方式1时,/EA将内部锁定为RESET;
当/EA端保持高电平时,此间内部程序存储器。
在FLASH编程期间,此引脚也用于施加12V编程电源(VPP)。
XTAL1:
反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。
XTAL2:
来自反向振荡器的输出。
2.3振荡器特性
XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。
该反向放大器可以配置为片内振荡器。
石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。
如采用外部时钟源驱动器件,XTAL2应不接。
有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器,因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求,但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。
2.4芯片檫除
整个PEROM阵列和三个锁定位的电擦除可通过正确的控制信号组合,并保持ALE管脚处于低电平10ms来完成。
在芯片擦操作中,代码阵列全被写“1”且在任何非空存储字节被重复编程以前,该操作必须被执行。
此外,AT89C51设有稳态逻辑,可以在低到零频率的条件下静态逻辑,支持两种软件可选的掉电模式。
在闲置模式下,CPU停止工作。
但RAM,定时器,计数器,串口和中断系统仍在工作。
在掉电模式下,保存RAM的内容并且冻结振荡器,禁止所用其他芯片功能,直到下一个硬件复位为止。
3LED数码管的结构及工作原理
LED数码管(LEDSegmentDisplays)是由多个发光二极管封装在一起组成“8”字型的器件,引线已在内部连接完成,只需引出它们的各个笔划,公共电极。
LED数码管常用段数一般为7段有的另加一个小数点,还有一种是类似于3位“+1”型。
位数有半位,1,2,3,4,5,6,8,10位等等....,LED数码管根据LED的接法不同分为共阴和共阳两类,了解LED的这些特性,对编程是很重要的,因为不同类型的数码管,除了它们的硬件电路有差异外,编程方法也是不同的。
图2是共阴和共阳极数码管的内部电路,它们的发光原理是一样的,只是它们的电源极性不同而已。
颜色有红,绿,蓝,黄等几种。
LED数码管广泛用于仪表,时钟,车站,家电等场合。
选用时要注意产品尺寸颜色,功耗,亮度,波长等。
下面将介绍常用LED数码管内部引脚图。
图3.1这是一个7段两位带小数点10引脚的LED数码管
图3.1引脚定义
每一笔划都是对应一个字母表示DP是小数点.
数码管分为共阳极的LED数码管、共阴极的LED数码管两种。
下图例举的是共阳极的LED数码管,共阳就是7段的显示字码共用一个电源的正。
led数码管原理图示意:
从上图可以看出,要是数码管显示数字,有两个条件:
1、是要在VT端(3/8脚)加正电源;
2、要使(a,b,c,d,e,f,g,dp)端接低电平或“0”电平。
这样才能显示的。
共阳极LED数码管的内部结构原理图图3.2:
图3.2引脚示意图
图3.3共阳极LED数码管的内部结构原理图
共阴极LED数码管的内部结构原理图:
图3.4共阴极LED数码管的内部结构原理图
LED数码管要正常显示,就要用驱动电路来驱动数码管的各个段码,从而显示出我们要的数位,因此根据LED数码管的驱动方式的不同,可以分为静态式和动态式两类。
表3.1显示数字对应的二进制电平信号
A、静态显示驱动:
静态驱动也称直流驱动。
静态驱动是指每个数码管的每一个段码都由一个单片机的I/O口进行驱动,或者使用如BCD码二-十进位转换器进行驱动。
静态驱动的优点是编程简单,显示亮度高,缺点是占用I/O口多,如驱动5个数码管静态显示则需要5×
8=40根I/O口来驱动,要知道一个89S51单片机可用的I/O口才32个呢。
故实际应用时必须增加驱动器进行驱动,增加了硬体电路的复杂性。
B、动态显示驱动:
数码管动态显示介面是单片机中应用最为广泛的一种显示方式之一,动态驱动是将所有数码管的8个显示笔划"
a,b,c,d,e,f,g,dp"
的同名端连在一起,另外为每个数码管的公共极COM增加位选通控制电路,位选通由各自独立的I/O线控制,当单片机输出字形码时,所有数码管都接收到相同的字形码,但究竟是那个数码管会显示出字形,取决于单片机对位元选通COM端电路的控制,所以我们只要将需要显示的数码管的选通控制打开,该位就显示出字形,没有选通的数码管就不会亮。
透过分时轮流控制各个LED数码管的COM端,就使各个数码管轮流受控显示,这就是动态驱动。
在轮流显示过程中,每位数码管的点亮时间为1~2ms,由于人的视觉暂留现象及发光二极体的余辉效应,尽管实际上各位数码管并非同时点亮,但只要扫描的速度足够快,给人的印象就是一组稳定的显示资料,不会有闪烁感,动态显示的效果和静态显示是一样的,能够节省大量的I/O口,而且功耗更低。
4一位LED数码显示设计
4.1设计目的
(1)熟悉集成电路的引脚安排。
(2)熟悉并掌握AT89C51的结构原理及应用。
(3)了解电路结构及其接线方法。
(4)掌握芯片的逻辑功能及使用方法。
4.2电路图
4.2.1软件调试
软件调试的任务是利用应用软件进行仿真调试,是通过对用户程序的汇编、连接、执行来发现程序中存在的语法错误与逻辑错误并加以排除纠正的过程。
程序运行后编辑,查看程序是否有逻辑的错误。
运用Keil软件编译自己设计的汇编程序,检验程序。
发现程序中的语法错误与逻辑错误并加以排除纠正。
4.2.2Proteus仿真软件的应用
Proteus软件是由英国Labcenterelectronics开发的一款电子设计软件,它是目前能对CPU芯片及其外围电路进行完整仿真的计算机设计分析软件。
在使用Proteus软件进行仿真调试时,可以从实物的角度直接观看电路运行的结果。
从某种意义上讲,Proteus解决了理论设计与动手制作相互脱节的重大问题。
在本次设计中,正是由于这款软件的使用,大大提高了设计的效率,缩短了设计的周期。
Proteus仿真软件无疑是单片机开发者掌握单片机开发技术的绝好工具。
Proteus仿真电路图如下
图4.1仿真电路图
图4.2程序流程图
图4.3仿真电路图
附件程序
org0000h
sjmpmain
org000bh
sjmpt0_isr
org0030h
main:
clra
movdptr,#table
movca,@a+dptr
movp0,a
movtmod,#01h
movth0,#0d8h
movtl0,#0efh
setbet0
setbea
setbtr0
pd:
cjner0,#100,$
incdptr
clra
cjnea,#00h,aaa
movdptr,#table;
如果花样数据完应重新循环
aaa:
movr0,#00h
sjmppd
t0_isr:
clrtr0
incr0
reti
table:
db3fh,06h,5bh,4fh,66h,6dh,7dh,07h,7fh,6fh,00h
end
总结
这学期我们学习了《单片机原理及应用》,具有一定的单片机基础知识,对单片机的应用有一定认识。
但缺乏单片机应用实践,在此非常感谢指导老师,不辞辛苦地教导!
!
通过此次课程设计,让我们学生加深了对单片机的理解,掌握了一定实践经验。
通过此次课程设计,也锻炼了我们主动去发现问题,解决问题的能力,以及对办公软件Word03有了充分的应用和对单片机仿真软件proteus的应用,使我收获颇多。
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