單片機(jī)畢業(yè)論文

1、摘要當(dāng)前，在世界范圍內(nèi)，一個(gè)以微電子技術(shù)，計(jì)算機(jī)和通信技術(shù)為先導(dǎo)的，以信息技術(shù)和信息產(chǎn)業(yè)為中心的信息革命方興未艾。單片機(jī)技術(shù)的應(yīng)用滲透到我們生活的各個(gè)領(lǐng)域，幾乎很難找到哪個(gè)領(lǐng)域沒有單片機(jī)的蹤跡。因此，單片機(jī)的學(xué)習(xí)、開發(fā)與應(yīng)用是電子信息類專業(yè)學(xué)生的基本技能之一，論文所開發(fā)的單片機(jī)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)無(wú)疑是學(xué)習(xí)、使用、開發(fā)單片機(jī)的有效工具之一。本電路包括LED發(fā)光二極管、四位一體數(shù)碼管、四個(gè)獨(dú)立按鍵等顯示和中斷等部分?？梢宰隽魉疅簟?shù)碼管顯示、中斷操作等實(shí)驗(yàn)。電路硬件主要包括AT89S51單片機(jī)、AT24C02、MAX232、RS232以及USB接口等部分。本課題是在匯編基礎(chǔ)上的改進(jìn)與提高，要求有一定的單片機(jī)

2、基礎(chǔ)。不僅要有良好的硬件設(shè)計(jì)基礎(chǔ)還需要有軟件電路的設(shè)計(jì)能力。通過軟件的運(yùn)行來(lái)驗(yàn)證硬件的合理性。在本設(shè)計(jì)中，應(yīng)遵循從簡(jiǎn)單到復(fù)雜的原則，了解做一個(gè)系統(tǒng)的步驟與過程，以及調(diào)試等。關(guān)鍵詞：AT89S51 單片機(jī) 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng) AbstractAt present, in the world, a micro-electronic technology, computer and communication technology-led information technology and information industry as the center of the information revol

3、ution is rising. Single-chip technology to infiltrate all areas of our lives, which is very difficult to find the area of almost no traces of single-chip microcomputer. Therefore, the single-chip learning, development and application of electronic information professional, one of the basic skills of

4、 students, research papers developed by the experimental single-chip system is to learn, use and development of an effective tool for SCM. The circuit including the LED light-emitting diodes, four-in-one digital tube, and so on four separate display and interrupted key parts. Water can do lights, di

5、gital display, the experimental interruption of operation. AT89S51 circuit mainly includes single-chip hardware, AT24C02, MAX232, RS232 and USB interfaces and some other. In the compilation of this issue is based on the improvement and increase in demand based on a single chip. Not only a good basis

6、 for hardware design also need to have software circuit design capabilities. Run through the software to verify the reasonableness of the hardware. In this design, to be followed from the principle of simple to complex to understand a system of steps and processes, and debugging.Keywords: AT89S51 si

7、ngle chip microcomputer experimental system 目 錄摘 要IABSTRACTII目 錄III第一章設(shè)計(jì)要求及各部分電路設(shè)計(jì)11.1設(shè)計(jì)要求：11.2電路設(shè)計(jì)思路：11.3實(shí)驗(yàn)板整體電路設(shè)計(jì)：1循環(huán)流水燈電路1按鍵中斷電路2數(shù)碼管顯示電路2蜂鳴器電路3編程電路31.4電源：4第二章 電路設(shè)計(jì)過程及元器件的簡(jiǎn)介52.1 AT89S51單片機(jī)概述5單片機(jī)引腳功能52.1.2 主要特性82.1.3 單片機(jī)的軟件及數(shù)據(jù)如何存放9單片機(jī)如何運(yùn)行程序9CPU工作過程的介紹102.1.6 芯片擦除112.2 RS-232的介紹112.3USB的簡(jiǎn)單介紹122.5 MA

8、X232的簡(jiǎn)單介紹13第三章 課題的整體設(shè)計(jì)電路及其基本原理153.1電路板設(shè)計(jì)及其制作153.2電路的基本原理：153.3 調(diào)試過程：153.4路問題及解決方法16致 謝17參考文獻(xiàn)18附錄1:元件清單19附錄2：實(shí)驗(yàn)源程序20第一章 設(shè)計(jì)要求及各部分電路設(shè)計(jì)1.1設(shè)計(jì)要求： (1)電源供電需要+5V的直流電，供電系統(tǒng)盡量簡(jiǎn)單，穩(wěn)定，便于攜帶。(2)具有在線下載功能，可以在系統(tǒng)下載編寫好的源程序。不需要把單片機(jī)拿到特定的編程器上去燒寫程序。下載后能在線運(yùn)行。(3)能夠做流水燈，獨(dú)立按鍵，中斷，數(shù)碼顯示，計(jì)時(shí)等簡(jiǎn)單的程序試驗(yàn)。1.2電路設(shè)計(jì)思路：課題設(shè)計(jì)要既能滿足設(shè)計(jì)要求。因?yàn)槭墙o學(xué)生設(shè)計(jì)的，

9、所以又要盡量的設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，低成本。1.3實(shí)驗(yàn)板整體電路設(shè)計(jì)：仿真模塊主要分為流水燈電路、按鍵中斷電路、數(shù)碼顯示電路和繼電器與蜂鳴器電路等。為運(yùn)用方便在電路設(shè)計(jì)制作中把各個(gè)模塊已經(jīng)連接在一起。為擴(kuò)展電路的應(yīng)用，在單片機(jī)的4個(gè)I/O口上并聯(lián)一排插槽?？赏饨悠渌臄U(kuò)展模塊。1.3.1循環(huán)流水燈電路 LED的工作條件是1.8V的正向電壓，流過的電流為410mA。顯然不能直接用單片機(jī)的口驅(qū)動(dòng)，需在電路中串接限流電阻。由于單片機(jī)I/O口的低電平驅(qū)動(dòng)能力較強(qiáng)。用低電平使發(fā)光二極管點(diǎn)亮，高電平熄滅。用P1口的8位分別驅(qū)動(dòng)一只LED（發(fā)光二極管）。使小燈依次亮滅，反復(fù)循環(huán)。在流水燈電路中，電壓VCC直接接到發(fā)光二

10、極管的正極。有八個(gè)二極管分別串連一個(gè)電阻后接道單片機(jī)的P1口的八個(gè)端口。當(dāng)端口中的某一個(gè)或幾個(gè)輸出低電平信號(hào)時(shí)，相應(yīng)的二極管就會(huì)發(fā)光。當(dāng)變化的頻率達(dá)到一定的值，發(fā)光二極管就會(huì)看起來(lái)是在持續(xù)的亮。LED電路如下，P1口接發(fā)光二極管圖1-1 LED彩燈電路1.3.2按鍵中斷電路外部中斷的使用可以分為四步：第一步將中斷請(qǐng)求信號(hào)加到中斷引腳；第二步中斷的初始化，需要對(duì)有關(guān)的SFR進(jìn)行設(shè)置。第三步提供外中斷的 入口地址，用ORG偽指令定義，使用轉(zhuǎn)移指令轉(zhuǎn)移到中斷服務(wù)程序。第四步編寫中斷服務(wù)程序。將鍵盤的實(shí)驗(yàn)與 外部中斷結(jié)合起來(lái)做，鍵盤程序采用中斷控制掃描方式，即鍵盤程序放在外部中斷服務(wù)程序中實(shí)現(xiàn)。中斷掃

11、描方式利用外部中段源，當(dāng)有鍵按下時(shí)產(chǎn)生中斷請(qǐng)求，在中端服務(wù)程序中處理鍵盤程序。在沒有鍵操作時(shí)，CPU執(zhí)行正常程序，只在有鍵操作時(shí)才處理鍵盤程序，提高了CPU的運(yùn)行效率，克服了程序掃描方式和定時(shí)掃描方式的不足。 在獨(dú)立式鍵盤原理圖中，+5V電源接10K電阻后連接到P2.4到P2.7，同時(shí)并聯(lián)到四個(gè)開關(guān)按鍵，按鍵接地，鍵沒有按下時(shí)，P2.4P2.7 4個(gè)口都被拉到高電平，有鍵按下時(shí)，對(duì)應(yīng)的端口被拉低為低電平，這樣鍵的動(dòng)作被轉(zhuǎn)換成電平的變化，通過檢測(cè)4個(gè)輸出口電平的變化就可以確定哪個(gè)鍵按下。本電路還通過二極管與門電路將按鍵轉(zhuǎn)變成中斷請(qǐng)求信號(hào)，加到P3.2外部中斷0，用電容濾波消抖動(dòng)。1.3.3數(shù)碼管

12、顯示電路 數(shù)碼管的動(dòng)態(tài)顯示電路是單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的基本電路之一。LED數(shù)碼管內(nèi)部由8個(gè)發(fā)光二極管組成，是有發(fā)光二極管作為顯示字段的數(shù)碼型顯示器件。根據(jù)二極管連接形式的不同分為共陽(yáng)型和共陰型。COM為數(shù)碼管的公共端，稱為數(shù)碼管的位，a,b,c,d,e,f,g,dp稱為數(shù)碼管的段，要在數(shù)碼管上顯示特定的數(shù)字或字符，就需要對(duì)它的段和位加適當(dāng)?shù)男盘?hào)，控制某些二極管亮，顯示所要的數(shù)字或字符。一般是通過改變段的信息改變顯示內(nèi)容，通過位控制數(shù)碼管的亮滅。用P0口作為4個(gè)數(shù)碼管段控制信號(hào)，P0口每一位串接360歐的限流電阻到數(shù)碼管，P0口作為輸出時(shí)要接上拉電阻，P2口的低4位作為位控制信號(hào)，由于驅(qū)動(dòng)能力有限，通

13、過三極管來(lái)推動(dòng)。1.3.4蜂鳴器電路試驗(yàn)板過程中，繼電器或蜂鳴器主要是作為定時(shí)外部輸出，來(lái)控制外部電路或發(fā)出警報(bào)。在硬件上采用發(fā)光二極管作為外部輸出信號(hào)指示。這樣在功能上就有所不足。但是也是可以實(shí)現(xiàn)程序的功能性硬件仿真?？紤]到是學(xué)生用電路板，為降低成本。1.3.5編程電路編譯好的程序下載到單片機(jī)中是試驗(yàn)的基礎(chǔ)。在下載方面有許多的方式方法。方案一：?jiǎn)纹瑱C(jī)的不斷發(fā)展，好多的芯片支持在線編程。比如ATMEL公司最近新推出的AT89SXXXX系列單片機(jī)也提供了一個(gè)ISP串行接口,讓用戶能對(duì)內(nèi)部程序存儲(chǔ)器編程。方案二：編程器可以選擇功能比較多的編程器、仿真器，可支持很多的單片機(jī)芯片。但編程器的相對(duì)價(jià)格都

14、比較高。而且攜帶不便?？梢赃x擇此類芯片，用在線編程。在仿真電路設(shè)計(jì)中就把下載電路也一起設(shè)計(jì)進(jìn)來(lái)。下載電路中有許多的設(shè)計(jì)方案，有并口下載也有串口下載。并口下載電路比較多，而且電路的性能比較的好，但是并口電路用到的器件比較多，而且其價(jià)格比較高，考慮到成本及學(xué)生的使用情況，在本方案中使用串口下載電路。只需要用RS232把電平轉(zhuǎn)換一下即可。程序就是通過以下三個(gè)端口寫入到51單片機(jī)中。下載電路有RS232、MAX232及四個(gè)20uf的電容組成。RS232與電腦的串口連接，通過、端子四根數(shù)據(jù)線連接到MAX232的10、12、13端。通過電容把5V和12V的電壓進(jìn)行互轉(zhuǎn)。再由MAX232的 端接到AT89S

15、51的678三個(gè)端口。其他端子的具體連接方式如下圖電路。下面是單片機(jī)在線編程連接的電路圖，軟件可以網(wǎng)上下載。圖1-2 在線編程電路1.4電源：方案一：考慮到做實(shí)驗(yàn)必須用到計(jì)算機(jī)，本課題設(shè)計(jì)的電源部分直接用計(jì)算機(jī)上的USB接口上的5 V電源。這樣不但攜帶方便，而且成本較低，電源的穩(wěn)定性也比較好。方案二 ：課題設(shè)計(jì)需要5V電源?？梢灾苯佑脤?shí)驗(yàn)室的穩(wěn)壓電源，但體積大，攜帶不方便。學(xué)生課外做試驗(yàn)時(shí)不方便。方案三：可以在市場(chǎng)上買一個(gè)，但他們的體積一般的比較大，因而攜帶不方便。第二章 電路設(shè)計(jì)過程及元器件的簡(jiǎn)介2.1 AT89S51單片機(jī)概述單片微控制器即是單片機(jī),它不是完成某一個(gè)邏輯功能的芯片,而是把一

16、個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)集成到一個(gè)芯片上。概括的講：一塊芯片就成了一臺(tái)計(jì)算機(jī)。它的體積小、質(zhì)量輕、價(jià)格便宜、為學(xué)習(xí)、應(yīng)用和開發(fā)提供了便利條件。同時(shí)，學(xué)習(xí)使用單片機(jī)了解計(jì)算機(jī)原理與結(jié)構(gòu)的最佳選擇。特點(diǎn)：一、小巧靈活，成本低，易于產(chǎn)品化，有優(yōu)異的性能價(jià)格比。二、集成度高，有很高的可靠性，能在惡劣的環(huán)境下工作。三、控制功能強(qiáng)。四、低功耗、低電壓，便于生產(chǎn)便攜式產(chǎn)品。 作為一個(gè)低功耗，高性能CMOS 8位單片機(jī)AT89S51，片內(nèi)含4k Bytes ISP(In-systemprogrammable)的可反復(fù)擦寫1000次的Flash只讀程序存儲(chǔ)器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)制造，兼容標(biāo)準(zhǔn)M

17、CS-51指令系統(tǒng)及80C51引腳結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)集成了通用8位中央處理器和ISP Flash存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大的微型計(jì)算機(jī)的AT89S51可為許多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高性價(jià)比的解決方案。AT89S51特點(diǎn)：40個(gè)引腳，4k Bytes Flash片內(nèi)程序存儲(chǔ)器，128bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM），32個(gè)外部雙向輸入/輸出（I/O）口，5個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)2層中斷嵌套中斷，2個(gè)16位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器,2個(gè)全雙工串行通信口，看門狗（WDT）電路，片內(nèi)時(shí)鐘振蕩器。2.1.1 AT89S51單片機(jī)引腳功能 圖2-1 AT89S51結(jié)構(gòu)圖AT89S51有PDIP、PLCC、TQFP三種封裝方式，其

18、中最常見的就是采用40Pin封裝的雙列直接PDIP封裝，外形結(jié)構(gòu)右圖。芯片引腳的排列順序?yàn)閺目啃酒娜笨谧筮吥橇幸_逆時(shí)針數(shù)起，共有40個(gè)引腳，依次為1、2、3、4。40，在單片機(jī)的40個(gè)引腳中，電源引腳2根，外接晶體振蕩器根。(1)、主電源引腳（2根）VCC(腳40)：電源輸入，接5V電源GND(腳20)：接地線(2)外接晶振引腳（2根）XTAL1(腳19)：片內(nèi)振蕩電路的輸入端，反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。 XTAL2(Pin20)：片內(nèi)振蕩電路的輸出端，來(lái)自反向振蕩器的輸出。(3)控制引腳（4根）RST/VPP(Pin9)：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持RST腳兩

19、個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。PSEN（Pin29）：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次/PSEN有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的/PSEN信號(hào)將不出現(xiàn)。ALE/PROG(Pin30)：地址鎖存允許信號(hào)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時(shí)，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過一個(gè)ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時(shí)， ALE

20、只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無(wú)效。EA/VPP(Pin31)：/EA保持低電平時(shí)，在此期間為外部程序存儲(chǔ)器（0000H-FFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。注意加密方式1時(shí)，/EA將內(nèi)部鎖定為RESET；當(dāng)/EA端保持高電平時(shí)，此間為內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。在FLASH編程期間，引腳也用于施加12V編程電源（VPP）。 (4)可編程輸入/輸出引腳（32根）AT89S51單片機(jī)有4組8位的可編程I/O口，分別位P0、P1、P2、P3口，每個(gè)口有8位（8根引腳），共32根。每一根引腳都可以編程，比如用來(lái)控制電機(jī)、交

21、通燈、霓虹燈等，開發(fā)產(chǎn)品時(shí)就是利用這些可編程引腳來(lái)實(shí)現(xiàn)我們想要的功能。P0口：8位雙向I/O口線，名稱為P0.0P0.7一個(gè)8位漏級(jí)開路雙向I/O口的P0口，每腳可吸收8TTL門電流。當(dāng)P1口的管腳第一次寫1時(shí)，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的低八位。在FIASH編程時(shí)，P0 口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，P0輸出原碼，此時(shí)P0外部必須被拉高。P1口：8位準(zhǔn)雙向I/O口線，名稱為P1.0P1.7P1口為8位準(zhǔn)雙向口，每一位均可單獨(dú)定義為輸入或輸出口，當(dāng)作為輸入口時(shí)，1寫入鎖存器，Q(非)=0，T2截止，內(nèi)上拉電阻將電位拉至"1&

22、quot;，此時(shí)該口輸出為1，當(dāng)0寫入鎖存器，Q(非)=1,T2導(dǎo)通，輸出則為0。作為輸入口時(shí)，鎖存器置1，Q(非)=0，T2截止，此時(shí)該位既可以把外部電路拉成低電平，也可由內(nèi)部上拉電阻拉成高電平，正因?yàn)檫@個(gè)原因，所以P1口常稱為準(zhǔn)雙向口。需要說明的是，作為輸入口使用時(shí)，有兩種情況，其一是：首先是讀鎖存器的內(nèi)容，進(jìn)行處理后再寫到鎖存器中，這種操作即讀修改寫操作，象JBC(邏輯判斷)、CPL(取反)、INC(遞增)、DEC(遞減)、ANL(與邏輯)和ORL(邏輯或)指令均屬于這類操作。其二是：讀P1口線狀態(tài)時(shí)，打開三態(tài)門G2,將外部狀態(tài)讀入CPU。P2口：8位準(zhǔn)雙向I/O口線，名稱為P2.0P2

23、.7P2口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個(gè)TTL門電流，當(dāng)P2口被寫“1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時(shí)，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí)，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。P3口的電路如圖所示， P3口為準(zhǔn)雙向口，為適應(yīng)引腳的第二功能的需要，增加了第二功能控制邏輯，在真正的應(yīng)用電路中

24、，第二功能顯得更為重要。由于第二功能信號(hào)有輸入輸出兩種情況，我們分別加以說明。P3口：8位準(zhǔn)雙向I/O口線，名稱為P3.0P3.7口的輸入輸出及P3口鎖存器、中斷、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、串行口和特殊功能寄存器有關(guān)，P3口的第一功能和P1口一樣可作為輸入輸出端口，同樣具有字節(jié)操作和位操作兩種方式，在位操作模式下，每一位均可定義為輸入或輸出。我們著重討論P(yáng)3口的第二功能，P3口的第二功能各管腳定義如下：P3.0 串行輸入口(RXD)P3.1 串行輸出口(TXD)P3.2 外中斷0(INT0)P3.3 外中斷1(INT1)P3.4 定時(shí)/計(jì)數(shù)器0的外部輸入口(T0)P3.5 定時(shí)/計(jì)數(shù)器1的外部輸入口(T1

25、)P3.6 外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通(WR)P3.7 外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通(RD)第二功能為輸出引腳，當(dāng)作I/O口使用時(shí)，第二功能信號(hào)線應(yīng)保持高電平，與非門開通，以維持從鎖存器到輸出口數(shù)據(jù)輸出通路暢通無(wú)阻。而當(dāng)作第二功能口線使用時(shí)，該位的鎖存器置高電平，使與非門對(duì)第二功能信號(hào)的輸出是暢通的，從而實(shí)現(xiàn)第二功能信號(hào)的輸出。對(duì)于第二功能為輸入的信號(hào)引腳，在口線上的輸入通路增設(shè)了一個(gè)緩沖器，輸入的第二功能信號(hào)即從這個(gè)緩沖器的輸出端取得。而作為I/O口線輸入端時(shí)，取自三態(tài)緩沖器的輸出端。這樣，不管是作為輸入口使用還是第二功能信號(hào)輸入，輸出電路中的鎖存器輸出和第二功能輸出信號(hào)線均應(yīng)置“1”。2.1.2 主要特

26、性主要功能特性： 兼容MCS-51指令系統(tǒng) 4k可反復(fù)擦寫(>1000次）ISP Flash ROM 32個(gè)雙向I/O口 4.5-5.5V工作電壓 2個(gè)16位可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器 時(shí)鐘頻率0-33MHz 全雙工UART串行中斷口線 128x8bit內(nèi)部RAM 2個(gè)外部中斷源 低功耗空閑和省電模式 中斷喚醒省電模式 3級(jí)加密位 看門狗（WDT）電路 軟件設(shè)置空閑和省電功能 靈活的ISP字節(jié)和分頁(yè)編程 雙數(shù)據(jù)寄存器指針 壽命：1000寫/擦循環(huán)數(shù)據(jù)保留時(shí)間：10年全靜態(tài)工作：0Hz-24Hz128*8位內(nèi)部RAM兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器5個(gè)中斷源 可編程串行通道低功耗的閑置和掉電模式片內(nèi)振蕩器

27、和時(shí)鐘電路 2.1.3 單片機(jī)的軟件及數(shù)據(jù)如何存放編制程序，必須將控制燈的相關(guān)數(shù)據(jù)預(yù)先存儲(chǔ)，要控制燈閃爍，在單片機(jī)內(nèi)部有程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，如果內(nèi)部程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的容量不夠的話，還可以在單片機(jī)外部為它擴(kuò)展，最大我們可以將程序存儲(chǔ)器空間總?cè)萘繑U(kuò)大到64K，將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器在片外再單獨(dú)擴(kuò)展64K，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的總?cè)萘靠蛇_(dá)64K的89S51為例。圖2-2 MCS-51結(jié)構(gòu)圖2.1.4單片機(jī)如何運(yùn)行程序到底單片機(jī)是如何運(yùn)行程序的？知道了單片機(jī)通過I/O口與外設(shè)打交道，也知道了單片機(jī)的程序與數(shù)據(jù)，單片機(jī)和其他微機(jī)一樣，也擁有一個(gè)中央處理器（CPU）, 它是整個(gè)單片機(jī)的核心部件，是8位數(shù)據(jù)寬度的處理

28、器，能處理8位二進(jìn)制數(shù)據(jù)或代碼，CPU負(fù)責(zé)控制、指揮和調(diào)度整個(gè)單元系統(tǒng)協(xié)調(diào)的工作，完成運(yùn)算和控制輸入輸出功能等操作。 它在單片機(jī)中的核心地位見圖所示。它通過單片機(jī)的內(nèi)部總線，將單片機(jī)內(nèi)部的各個(gè)部分：程序存儲(chǔ)器(ROM)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(RAM)、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、并行接口、串行接口和中斷系統(tǒng)等聯(lián)系在一起，內(nèi)部總線有三種：數(shù)據(jù)總線，專門用來(lái)傳送數(shù)據(jù)信息，地址總線專門用來(lái)傳送地址信息，選中各操作單元，控制總線專門用來(lái)傳送CPU各種控制命令，以便CPU統(tǒng)一指揮協(xié)調(diào)工作。完成程序所要執(zhí)行的各種功能。CPU執(zhí)行程序一般包括兩個(gè)主要過程：第一，就是從程序存儲(chǔ)器中取出指令，指令的地址由PC指針提供，在前面我們已經(jīng)知

29、道，PC指針在CPU取指后會(huì)自動(dòng)加一，所以PC指針總是指向下一個(gè)將要取出的指令代碼或操作數(shù)。這樣，就能保證程序源源不斷往下執(zhí)行。第二，就是執(zhí)指過程，取出的指令代碼首先被送到CPU中控制器中的指令寄存器，再通過指令譯碼器譯碼變成各種電信號(hào)。2.1.5CPU工作過程的介紹我們知道了單片機(jī)怎樣取指、執(zhí)指，即怎樣運(yùn)行程序了。那么怎樣才能保證CPU有序的工作？這就必須提到單片機(jī)的兩個(gè)非常重要的外圍電路：?jiǎn)纹瑱C(jī)的時(shí)鐘電路和復(fù)位電路。在單片機(jī)上面有兩個(gè)引腳，分別是它的第18、19腳，其功能如下。腳19: 時(shí)鐘XTAL1腳，片內(nèi)振蕩電路的輸入端。腳18: 時(shí)鐘XTAL2腳，片內(nèi)振蕩電路的輸出端。89S51的時(shí)

30、鐘有兩種方式，一種是片內(nèi)時(shí)鐘振蕩方式，但需在18和19腳外接石英晶體和振蕩電容，振蕩電容的值一般取10p30p。另外一種是外部時(shí)鐘方式，即將XTAL1接地，外部時(shí)鐘信號(hào)從XTAL2腳輸入。時(shí)鐘電路起振后，產(chǎn)生一定頻率的時(shí)鐘信號(hào)，單片機(jī)的CPU在時(shí)鐘信號(hào)的控制下，就能一步一步完成自己的工作。振蕩周期：?jiǎn)纹瑱C(jī)外接石英晶體振蕩器的周期。如外接石英晶體的頻率若為12MHz，這其振蕩周期就是1/12微秒。狀態(tài)周期：?jiǎn)纹瑱C(jī)完成一個(gè)最基本的動(dòng)作所需的時(shí)間周期。如掃描一次定時(shí)器T0引腳狀態(tài)所需要的時(shí)間。一個(gè)狀態(tài)周期2個(gè)振蕩周期。機(jī)器周期：?jiǎn)纹瑱C(jī)完成一次完整的具有一定功能的動(dòng)作所需的時(shí)間周期。如一次完整的讀操作

31、或?qū)懖僮鲗?duì)應(yīng)的時(shí)間。一個(gè)機(jī)器周期6個(gè)狀態(tài)周期。指令周期：執(zhí)行完某條指令所需要的時(shí)間周期，一般需要14個(gè)機(jī)器周期，如MUL AB指令是四機(jī)器周期指令。一個(gè)指令周期14個(gè)機(jī)器周期。單片機(jī)工作時(shí)，除了需要時(shí)鐘支持外，還必須有一個(gè)初始狀態(tài)，即單片機(jī)的復(fù)位狀態(tài)。在單片機(jī)外部引腳第9腳，就是專門給單片機(jī)提供復(fù)位脈沖的Pin9: RESET/Vpd復(fù)位信號(hào)復(fù)用腳，當(dāng)89S51通電，時(shí)鐘電路開始工作，在RESET引腳上出現(xiàn)24個(gè)時(shí)鐘周期以上的高電平，系統(tǒng)即初始復(fù)位。 初始化后，程序計(jì)數(shù)器PC指向0000H，P0P3輸出口全部為高電平，堆棧指鐘寫入07H，其它專用寄存器被清“0”。RESET由高電平下降為低電平

32、后，系統(tǒng)即從0000H地址開始執(zhí)行程序。然而，初始復(fù)位不改變RAM（包括工作寄存器R0-R7）的狀態(tài)，89S51的初始態(tài)如表2.1： 表2.1特殊功能寄存器特殊功能寄存器初始態(tài)特殊功能寄存器初始態(tài)ACC00HB00HPSW00HSP07HDPH00HTH000HDPL00HTL000HIPxxx00000BTH100HIE0xx00000BTL100HTMOD00HTCON00HSCONxxxxxxxxBSBUF00HP0-P31111111BPCON0xxxxxxxBRESET/Vpd還是一復(fù)用腳，Vcc掉電期間，此腳可接上備用電源，以保證單片機(jī)內(nèi)部RAM的數(shù)據(jù)不丟失。89S51的復(fù)位方式可

33、以是自動(dòng)復(fù)位，也可以是手動(dòng)復(fù)位，見上圖。2.1.6 芯片擦除在芯片擦操作中，代碼陣列全被寫“1”且在任何非空存儲(chǔ)字節(jié)被重復(fù)編程以前，該操作必須被執(zhí)行。整個(gè)PEROM陣列和三個(gè)鎖定位的電擦除可通過正確的控制信號(hào)組合，并保持ALE管腳處于低電平10ms 來(lái)完成。AT89S51設(shè)有穩(wěn)態(tài)邏輯，可以在低到零頻率的條件下靜態(tài)邏輯，支持兩種軟件可選的掉電模式。在閑置模式下，CPU停止工作。但RAM，定時(shí)器，計(jì)數(shù)器，串口和中斷系統(tǒng)仍在工作。在掉電模式下，保存RAM的內(nèi)容并且凍結(jié)振蕩器，禁止所用其他芯片功能，直到下一個(gè)硬件復(fù)位為止。89S51目前已經(jīng)成為了實(shí)際應(yīng)用市場(chǎng)上新的寵兒，作為市場(chǎng)占有率第一的Atmel目

34、前公司已經(jīng)停產(chǎn)AT89C51，將用AT89S51代替。89SXX可以像下兼容89CXX等51系列芯片。 89S51在工藝上進(jìn)行了改進(jìn)，89S51采用0.35新工藝，成本降低,而且將功能提升,增加了競(jìng)爭(zhēng)力。2.2 RS-232的介紹 RS-232只限于PC串口和設(shè)備間點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的通信。RS-232串口通信最遠(yuǎn)距離是50英尺。RS-232（ANSI/EIA-232標(biāo)準(zhǔn)）是IBM-PC及其兼容機(jī)上的串行連接標(biāo)準(zhǔn)?？捎糜谠S多用途，比如連接鼠標(biāo)、打印機(jī)或者M(jìn)odem，同時(shí)也可以接工業(yè)儀器儀表。用于驅(qū)動(dòng)和連線的改進(jìn)，實(shí)際應(yīng)用中RS-232的傳輸長(zhǎng)度或者速度常常超過標(biāo)準(zhǔn)的值。從計(jì)算機(jī)連出的線的截面。RS-232

35、針腳的功能：數(shù)據(jù)：TXD（pin 3）：串口數(shù)據(jù)輸出RXD（pin 2）：串口數(shù)據(jù)輸入RTS（pin 7）：發(fā)送數(shù)據(jù)請(qǐng)求CTS（pin 8）：清除發(fā)送DSR（pin 6）：數(shù)據(jù)發(fā)送就緒DCD（pin 1）：數(shù)據(jù)載波檢測(cè)DTR（pin 4）：數(shù)據(jù)終端就緒GND（pin 5）：地線RI（pin 9）：鈴聲指示 2.3USB的簡(jiǎn)單介紹USB即"通用串行總線"是一種應(yīng)用在PC中的表型總線，由Intel、Microsoft、NEC等公司共同提出，他是一種新型的外接串聯(lián)口，提出該規(guī)格的廠商希望用USB取代現(xiàn)有的外接設(shè)備接口，它還具備連接單一化、軟件自動(dòng)偵測(cè)以及熱插拔（即插即用）的功能，

36、USB具有以下特點(diǎn)： 1）數(shù)據(jù)傳輸速率高。USB高速：480Mb/s；USB全速：12Mb/s；USB低速：1.5Mb/s。 2）數(shù)據(jù)傳輸可靠。USB事務(wù)處理包括錯(cuò)誤檢測(cè)機(jī)制，可以確保數(shù)據(jù)無(wú)錯(cuò)誤發(fā)送，在發(fā)生錯(cuò)誤時(shí)，事物處理可以重新進(jìn)行。圖2-4 USB接口供電電路3）同時(shí)掛接多個(gè)USB設(shè)備，每個(gè)USB總線支持127個(gè)設(shè)備的連接。 4）支持熱拔。USB實(shí)現(xiàn)了真正的"即插即用"功能，設(shè)備連接后由USB自檢測(cè)，并且由軟件自動(dòng)配置，完成后立刻就能使用，不需要用戶進(jìn)行干涉。5）USB接口能為設(shè)備供電。當(dāng)外界電源要求電壓為5V且電流小于500mA時(shí)，可以直接從USB總線獲取電源，這樣，

37、USB設(shè)備無(wú)需專用電源線，從而降低了設(shè)備成本。在本實(shí)驗(yàn)只用于5V電源的供電。 2.4 AT24C02的簡(jiǎn)單介紹 AT24C02是美國(guó)ATMEL公司的低功耗CMOS串行EEPROM，它是內(nèi)含256×8位存儲(chǔ)空間，具有工作電壓寬（2.55.5V）、擦寫次數(shù)多（大于10000次）、寫入速度快（小于10ms）等特點(diǎn)。 下面是它的電路圖。圖2-5 AT24C02的連接圖AT24C02的1、2、3腳是三條地址線，用于確定芯片的硬件地址。在AT89C51試驗(yàn)開發(fā)板上它們都接地，第8腳和第4腳分別為正、負(fù)電源。第5腳SDA為串行數(shù)據(jù)輸入/輸出，數(shù)據(jù)通過這條雙向I2C總線串行傳送，在AT89C51試驗(yàn)

38、開發(fā)板上和單片機(jī)的P3.5連接。第6腳SCL為串行時(shí)鐘輸入線，在AT89C51試驗(yàn)開發(fā)板上和單片機(jī)的P3.6連接。SDA和SCL都需要和正電源間各接一個(gè)5.1K的電阻上拉。第7腳需要接地。24C02中帶有片內(nèi)地址寄存器。每寫入或讀出一個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)后，該地址寄存器自動(dòng)加1，以實(shí)現(xiàn)對(duì)下一個(gè)存儲(chǔ)單元的讀寫。所有字節(jié)均以單一操作方式讀取。為降低總的寫入時(shí)間，一次操作可寫入多達(dá)8個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)。 在讀最后一數(shù)據(jù)字節(jié)時(shí)，置應(yīng)答信號(hào)為“1”。 2.5 MAX232的簡(jiǎn)單介紹美信公司專門為電腦的RS-232標(biāo)準(zhǔn)串口設(shè)計(jì)的接口電路,使用+5v單電源供電的MAX232芯片。內(nèi)部結(jié)構(gòu)基本可分三個(gè)部分；第一部分是電荷泵電

39、路。由1、2、3、4、5、6腳和4只電容構(gòu)成。功能是產(chǎn)生+12v和-12v兩個(gè)電源，提供給RS-232串口電平的需要。第二部分是數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換通道。由7、8、9、10、11、12、13、14腳構(gòu)成兩個(gè)數(shù)據(jù)通道。其中13腳（R1IN）、12腳（R1OUT）、11腳（T1IN）、14腳（T1OUT）為第一數(shù)據(jù)通道。8腳（R2IN）、9腳（R2OUT）、10腳（T2IN）、7腳（T2OUT）為第二數(shù)據(jù)通道。第三部分是供電。15腳DNG、16腳VCC（+5v）。美信公司生產(chǎn)的用于RS-232接口的芯片有好多好多。有各種各樣的封裝，有只有一個(gè)通道的，也有多通道的，有底耗電的。MAX232片內(nèi)含有一個(gè)電容性電壓

40、發(fā)生器以便在單5V電源供電時(shí)提供EIA/TIA-232-E電平。是一種雙組驅(qū)動(dòng)器/接收器。每個(gè)接收器將EIA/TIA-232-E電平輸入轉(zhuǎn)換為5VTTL/CMOS電平。這些接收器具有1.3V 的典型門限值及0.5V的典型遲滯。每個(gè)驅(qū)動(dòng)器將TTL/CMOS輸入電平轉(zhuǎn)換 為 EIA/TIA-232-E電平。 實(shí)物圖及內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如下圖所示：圖2-6 MAX232的實(shí)物圖 圖2-7 MAX232的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖第三章 課題的整體設(shè)計(jì)電路及其基本原理3.1電路板設(shè)計(jì)及其制作圖3-1 整體設(shè)計(jì)電路圖3.2電路的基本原理：流水燈電路接單片機(jī)的P1口。數(shù)碼管顯示電路接P0口，采用共陽(yáng)極數(shù)碼管，四個(gè)三極管放大器接P

41、2.0到2.3。P2.4到2.7接按鍵和限流電阻。作為按鍵中斷電路。另外，他們中間并四個(gè)二極管到12端口，作為中斷源信號(hào)。電路設(shè)計(jì)好后就可以進(jìn)行電路的實(shí)物制作。編程電路按照模塊介紹來(lái)連接。繼電器和蜂鳴器分別接13和14口。外擴(kuò)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器接到15和16端口。USB電源供電電路要接一下電容濾波及發(fā)光二極管指示燈。在二極管前最好串一電阻以分壓和限流。9端RST復(fù)位鍵通過電容后與電源相連。在程序運(yùn)行時(shí)復(fù)位鍵為低電平，編程時(shí)為高電平。3.3 調(diào)試過程：先將電路板RS232接口接電腦的九針串口，USB接口接電腦USB接口。發(fā)光二極管亮表示電源接通。把編譯好的軟件轉(zhuǎn)變成.HEX的格式，以便于通過ISP在線編

42、程軟件下載到單片機(jī)中。把單片機(jī)的第九引腳（RST）拉到高電平，此時(shí)單片機(jī)處 于編程狀態(tài)。點(diǎn)擊“鑒別”可以鑒別所使用的芯片為AT89S51。點(diǎn)擊“擦除”，可擦除芯片中的內(nèi)容，點(diǎn)擊“打開”，尋找編譯好的文件，后綴為.HEX。再點(diǎn)擊“寫入”, 程序通過串口，經(jīng)過MAX232進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換后的信號(hào)通過P1口的1.5，1.6，1.7下載到單片機(jī)中.就將所編譯好的文件寫入單片機(jī)中。成功寫入后，ISP的功能已實(shí)現(xiàn)。把第九引腳拉到低電平，此時(shí)單片機(jī)處于運(yùn)行的狀態(tài)。在電路板上就可以看到實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。把不同的程序?qū)懭雴纹瑱C(jī)中，分別測(cè)試各個(gè)部分硬件電路是否可用。測(cè)試各個(gè)部分能實(shí)現(xiàn)其功能。3.4路問題及解決方法1、在

43、編程電路中，由于電路本身的問題，MAX232的9，11，12端與單片機(jī)的6，7，8端的距離應(yīng)盡量短，應(yīng)在5厘米以內(nèi)。2、在萬(wàn)能板焊接中應(yīng)避免短路現(xiàn)象，特別是電源部分。地線和電源線最好焊一層焊錫，以提高其抗干擾能力。在電路中，一般地線的通電能力應(yīng)大于電源線大于導(dǎo)線。致 謝在整個(gè)實(shí)習(xí)期間，曾得到了導(dǎo)師華大龍老師支持和幫助，在此表示衷心的感謝！在做畢業(yè)論文中，遇到了很多不明白的問題，一直得到華大龍老師的親切關(guān)懷和悉心指導(dǎo)，華大龍老師以其淵博的學(xué)識(shí)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、求實(shí)的工作作風(fēng)和他敏捷的思維給我留下了深刻的印象，所以我一定要向華大龍老師致以最崇高的謝意!同時(shí)還要感謝淮安信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院通信系的老師們

44、，多年以來(lái)在學(xué)習(xí)與生活上對(duì)我的幫助與鼓勵(lì)，使我能夠順利完成學(xué)業(yè)。在以后走上工作崗位的時(shí)候，我會(huì)時(shí)刻銘記你們的教導(dǎo)與關(guān)懷。再次感謝和同一小組的同學(xué)們能夠?qū)⒄业降馁Y料與我共享,這種無(wú)私的精神使我的論文完成的進(jìn)度大大增加,在此也向他們表示深深的感謝!最后感謝參與過本論文的寫作,修改,和審核的所有人,為他們的不辭辛苦與孜孜不倦的勞作精神表示感謝!參考文獻(xiàn)1 趙文博，劉文淘 語(yǔ)言 C51程序設(shè)計(jì) 人民郵電出版社2 馬忠梅 單片機(jī)的語(yǔ)言程序設(shè)計(jì) 北京航天出版社3 張志良 單片機(jī)原理與控制技術(shù) 機(jī)械工業(yè)出版社4 嚴(yán)勢(shì)，王洪成 單片機(jī)環(huán)境uvision使用指南及USB固件編程與調(diào)試 北京航空出版社5 何立民

45、單片機(jī)高級(jí)教程 北京航空航天大學(xué)出版社 6 趙曉安 MCS-51單片機(jī)原理及應(yīng)用 天津大學(xué)出版社 7 李廣第 單片機(jī)基礎(chǔ) 北京航空航天大學(xué)出版社附錄1:元件清單元件類別參數(shù)個(gè)數(shù)備注電阻36024電阻1.5k5電阻10k5電阻8.2k1電阻10k24電容20pF2電容1043電容10uF5電容470uF1晶振12M1LED16按鍵 5三極管90125四位一體共陽(yáng)數(shù)碼管1單片機(jī)AT89S51174LS1641MAX232 1RS2321USB1二極管41484附錄2：實(shí)驗(yàn)源程序本設(shè)計(jì)主要在于硬件電路的設(shè)計(jì)及其電路的制作，在軟件方面涉及的較少。在軟件方面， 主要用南京偉福來(lái)編寫一些測(cè)試硬件電路的小程

46、序。和其他一些程序應(yīng)用基本相同，打開軟件后新建文件。編寫需要的程序，定義為ASM格式的保存。經(jīng)過匯編成HEX格式即可被下載到單片機(jī)中。B1.實(shí)驗(yàn)一： LED循環(huán)流水燈實(shí)驗(yàn)本例實(shí)驗(yàn)主要用到了延時(shí)子程序，clr，lcall，ajmp 指令， 通過輪流點(diǎn)亮p1.0 .P1.7 本實(shí)驗(yàn)用DJNZ指令編寫的延時(shí)程序，取一個(gè)名稱，并在最后加上子程序返回指令，就構(gòu)成了一個(gè)延時(shí)子程序，用它作為循環(huán)流水燈的延時(shí)子程序，就能實(shí)行運(yùn)行的效果。ORG 0000H ;開始LJMP SETUPORG 0030H ;到0030H處避開00-30的敏感地址SETUP:CLR P1.0 ;第一個(gè)燈亮LCALL DELAY ;調(diào)延時(shí)子程序SETB P1.0 ;第一個(gè)