1、 單片機原理及接口技術結課論文 學院：電子信息科學與技術 班級：電科09-1 第一部分第一章：緒論 本章主要講單片機的特點及應用領域、命名規則，單片機是微型計算機技術發展的產物，經歷了探索階段、完善階段、微控制器形成階段和微控制器發展階段。單片機在一塊芯片上集成了CPU、一定容量的RAM和ROM（或EPROM、FlashROM）、定時/計數器及I/O接口電路等部件，構成一個微型計算機。第二章：89C51單片機的結構及原理 本章主要講89C51單片機的結構。單片機的CPU包括控制器和運算器，控制器負責識別指令，并根據指令的性質控制單片機內哥哥功能的協調作用；運算器主要實現算術邏輯運算和數據中轉。

2、51單片機的存儲器組織，從物理上分4個部分，從邏輯分3個地址空間。內部、外部程序存儲器由CPU統一訪問，內部、外部數據存儲器使用不同的指令訪問。內部RAM中有位尋址空間。特殊功能寄存器占用了內部RAM空間的128個地址，與同樣地址的內部RAM使用不同的尋址方式相區別。單片機軟件開發完畢后需要對EPROM編程，加電時需要上電復位電路將單片機復位，然后轉入程序實執行方式，還要考慮單片機的低功耗方式。單片機引腳具有三總線（地址總線、控制總線、數據總線）結構。第三章：8951單片機的指令系統本章主要講51單片機的指令系統。指令系統是CPU執行的所有指令的集合及其編碼系統，在計算機中以二進制表示，在編寫

3、程序時通常使用助記符形式。51單片機的CPU有種尋址方式：立即數尋址,直接尋址，寄存器尋址，寄存器間接尋址，變址尋址，相對尋址和位尋址。可以實現對內部寄存器、內部RAM、特殊功能寄存器、程序存儲器、外部RAM、位空間各個存儲區域的訪問。單片機指令按功能分為類：數據傳送指令，可實現CPU內部寄存器、內部RAM、外部RAM、I/O端口、程序存儲器之間的數據傳送，還能完成數據交換和堆棧操作；算術運算指令，實現對操作數的加、減、乘、除等運算；邏輯運算與移位指令，實現對操作數按位進行邏輯與、或、異或、取反等操作，以及對累加器A中所有位向左或向右移位；位操作指令，實現位的傳送、修改、運算和位控制轉移；控制

4、轉移指令，實現無條件轉移、條件轉移、子程序調用和返回等操作。第四章：匯編語言程序設計 本章主要講單片機的匯編語言。匯編語言是使用助記符、符號地址、標號等符號來編寫程序的計算機語言，可以產生最高效的可執行代碼。匯編語言程序要經過編輯、匯編、連接、符號轉換、運行幾個階段。匯編語言中的語句有指令語句、偽指令語句、匯編控制語句和注釋語句四種。語言中的數值可以用表達式表示，由匯編程序負責求值。偽指令指定匯編程序在匯編想期間的一些操作，常用的有ORG、END、EQU、SET、DATA、IDATA、XDATA、CODE、DS、DB、DW、PUBLIC等。匯編語言程序通常是一個無限循環形式。在內部，可以有順序

5、、分支、 循環各種結構，每種結構還可以嵌套其他結構，每種結構也可以有多種實現方式。第五章：定時/計數器 本章主要講51單片機中定時/計數器T0、T1、T2的結構、特點、控制方式、工作方式和應用等。T0有4種工作方式，T1有3種，T2有3種。T0、T1的方式0、1、2分別為13位的定時器/計數器、16位的定時/計數器和自動重裝初值的8位定時/計數器方式。T0的方式3為兩個8位定時/計數器方式。T2有自動重裝載方式、捕獲方式和波特率發生器方式。每種工作方式下，都可以選擇是對內部機器周期技術還是對外部引腳 脈沖計數。所有的控制都使用特殊功能寄存器TMOD、TCON、T2CON實現，定時時間、計數個數

6、由THX、TLX的初值控制。若系統中使用了串行口，則串行口的波特率總算與T1或T2的溢出率有關。第六章：串行接口 本章主要講51單片機串行接口的結構和工作方式。51單片機的串行口有4種工作方式，方式0為同步移位寄存器方式，方式1為8位UART方式，方式2和3為9位UART方式。方式的選擇由SCON中的SM1位控制。各種方式的波特率設置分別為：方式0固定為震蕩頻率的1/12，方式2為震蕩頻率的1/32或1/64，取決于PCON中SMOD位；方式1和方式3的波特率最靈活，由定時器/計數器T1或T2的溢出率與PCON中的SMOD共同控制，有較大波特率選擇范圍。串行口的方式0可以用來擴展并行I/O接口

7、，只需外接移位寄存器。方式1主要用于雙機通信，這時要與對方設置相同的幀格式和波特率。方式2和 方式3可以用于多機通信，構成簡單的集散控制系統。第七章：中斷系統 本章主要講51單片機的中斷源、中斷標志、中斷處理過程及應用。中斷的主要目的是將外部信號及時通知CPU，并盡量降低對CPU正常工作的影響。51單片機有5個中斷源，分別是兩個外部中斷、兩個定時/計數器中斷，一個串行中斷；51子系列有6個中斷源，增加了一個定時器/計數器中斷。有兩個中斷優先級，高優先級和低優先級。外部中斷源的觸發方式由TCON中相應位確定。個中斷源的允許與否由IE確定，優先級由IP確定，中斷狀態分別在TCON、SCON、T2C

8、ON中鎖存，以備CPU查詢。 CPU響應中斷需要一定的時間，最短為3.25個機器周期。根據不同的觸發方式、不同的中斷源，CPU響應后中斷請求標志可能自動撤銷，無法自動撤銷者必須用軟件或硬件撤銷，否則會引發第二次中斷。中斷系統的控制的通過第特殊功能寄存器TCON、SCON、T2CON、IE、IP的編程實現的，對中斷源的具體處理需要編寫相應的中斷服務程序，中斷服務程序在系統中的起始位置固定在中斷向量處。第八章：89C51單片機的系統擴展 本章主要講程序存儲器的分類、擴展方法及并行接口的擴展。程序存儲器一般分掩膜編程ROM、PROM、EPROM、EEPROM、FlashROM。51單片機有4個并行端

9、口PO-P3。可以按字節操作或為操作。P0是多功能8位雙向端口，可作低8位地址/數據總線，P1為準雙向端口，輸入前要先向鎖存器寫1.P2為多功能口，作高8位地址總線，P3的各位都有第二功能，可為系統提供控制總線以及定時器/計數器和串行口的信號線。鍵盤有獨立式和矩陣式兩種結構。前者軟件簡單，后者節約資源。矩陣式鍵盤的按鍵識別方法常用的有行掃描法和反轉法，單片機系統常用的顯示器件有單個LED、LED數碼管、LCD模塊等。擴展程序存儲器和數據存儲器時，要考慮與單片機時序的配合、容量選擇、地址分配等問題。第九章：89C51單片機的接口技術 本章主要講A/D,D/A轉換器。DAC0832是最常見的8位D

10、/A轉換器之一，輸入數字量為8位，輸入方式有直通、單緩沖、雙緩沖三種，直通方式適用于無計算機控制的系統，單緩沖方式用于單個DAC0832轉換的系統，雙緩沖用于多個DAC0832需同步輸出模擬信號的系統。DAC0832與單片機之間的數字量輸出使用無條件傳送方式。DAC1208是12位的D/A轉換器，向其輸出數字量時應先送高8位，后送低8位。ADC0809S是典型的8位逐次逼近式A/D轉換器，可以對8路模擬信號分時進行A/D轉換。具體應用中應先向其路數選擇和啟動脈沖，轉換成功后ADC0809會產生轉換結束信號，該信號可以用作單片機的一個中斷源。第二部分設計一個數字電壓表，要求電壓測量范圍05V；能

11、用數碼管顯示電壓值；采集電壓的大小(保留小數點后3位)；整個電壓采集顯示過程通過兩個按鍵控制啟動和停止;系統具有復位功能。方案：使用單片機與A/D轉換芯片結合的方法實現電壓表的設計。使用的基本元器件是：AT89C52單片機，AD0809模數轉換芯片，LED顯示器，開關，電容，電阻，晶振，標準電源等等。原理：利用單片機系統與模數轉換芯片、顯示模塊等的結合構建數字電壓表。利用單片機系統的軟硬件結合，可以組裝出許多的應用電路來。模數（A/D）轉換芯片的基準電壓端，被測量電壓輸入端分別輸入基準電壓和被測電壓。模數（A/D）轉換芯片將被測量電壓輸入端所采集到的模擬電壓信號轉換成相應的數字信號，然后通過對

12、單片機系統進行軟件編程，使單片機系統能按規定的時序來采集這些數字信號，通過一定的算法計算出被測量電壓的值。最后單片機系統將計算好了的被測電壓值按一定的時序送入顯示電路模塊加以顯示。基本框圖如下（圖1）：單片機系統模塊LED顯示模塊A/D轉換模塊輸入電路模塊按鍵模塊使用的單片機的簡介 AT89S52具有以下標準功能： 8k字節Flash，256字節RAM，32 位I/O 口線，看門狗定時器，2 個數據指針，三個16 位定時器/計數器，一個6向量2級中斷結構，全雙工串行口，片內晶振及時鐘電路。空閑模式下，CPU停止工作，允許RAM、定時器/計數器、串口、中斷繼續工作。掉電保護方式下，RAM內容被保

13、存，振蕩器被凍結，單片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復位為止。而且，它還具有一個看門狗（WDT）定時/計數器，如果程序沒有正常工作，就會強制整個系統復位，還可以在程序陷入死循環的時候，讓單片機復位而不用整個系統斷電，從而保護你的硬件電路。AT89S52有40個引腳，32個外部雙向輸入/輸出（I/O）端口，內含2個外中斷口，2個16位可編程定時計數器,2個全雙工串行通信口，片上Flash允許程序存儲器在系統可編程，亦適于常規編程器。其將通用的微處理器和Flash存儲器結合在一起，特別是可反復擦寫的Flash存儲器可有效地降低開發成本。其芯片外觀及引腳圖如下： 圖22.LED顯示器件簡介采用

14、4段LED數碼管來顯示電壓值。LED由4個發光二極管組成，其中7個按8字型排列，另一個發光二極管為圓點形狀，位于右下角，常用于顯示小數點。把8個發光二極管連在一起，公共端接高電平，叫共陽極接法，相反，公共端接低電平的叫共陰極接法，我們采用共陽極接法。當發光二極管導通時，相應的一段筆畫或點就發亮，從而形成不同的發光字符。其8段分別命名為dp g f e d c b a。例如，要顯示“0”，則dp g f e d c b a分別為：1100 0000B；要顯示“A”，則dp g f e d c b a分別為：0001 0001B（共陽極）。此次設計的顯示電路需要至少4位LED數碼管來顯示電壓值，再

15、多加一位用來顯示電壓單位“V”，則有4位LED循環顯示。利用單片機的I/O口驅動LED數碼管的亮滅，由P0口驅動LED的段碼顯示，即顯示字符，由P2口選擇LED位碼，即選擇點亮哪位LED來顯示。另外，一般I/O接口芯片的驅動能力是很有限的，在LED顯示器接口電路中，輸出口所能提供的驅動電流一般是不夠的尤其是設計中需要用到多位LED，此時就需要增加LED驅動電路。常用的是TTL或MOS集成電路驅動器，此次設計中采用了ADC0804芯片驅動電路。采用逐次逼近式A/D轉換器的ADC0804芯片。ADC0804具有20引腳8位CMOS連續近似的A/D轉換器，引腳功能說明：1. PIN1 (CS )：C

16、hip Select，與RD、WR 接腳的輸入電壓高低一起判斷讀取或寫入與否，當其為低位準(low) 時會active。2. PIN2 ( RD )：Read。當CS 、RD 皆為低位準(low) 時，ADC0804 會將轉換后的數字訊號經由DB7 DB0 輸出至其它處理單元。3. PIN3 (WR )：啟動轉換的控制訊號。當CS 、WR 皆為低位準(low) 時ADC0804 做清除的動作，系統重置。當WR 由01且CS 0 時，ADC0804會開始轉換信號，此時INTR 設定為高位準(high)。4. PIN4、PIN19 (CLK IN、CLKR)：頻率輸入/輸出。頻率輸入可連接處理單元

17、的訊號頻率范圍為100 kHz 至800 kHz。而頻率輸出頻率最大值無法大于640KHz，一般可選用外部或內部來提供頻率。若在CLK R 及CLK IN 加上電阻及電容，則可產生ADC 工作所需的時序，其頻率約為：5. PIN5 ( INTR )：中斷請求。轉換期間為高位準(high)，等到轉換完畢時INTR 會變為低位準(low)告知其它的處理單元已轉換完成，可讀取數字數據。6. PIN6、PIN7 (VIN(+)、VIN(-)：差動模擬訊號的輸入端。輸入電壓VINVIN(+) VIN(-)，通常使用單端輸入，而將VIN(-)接地。7. PIN8 (A GND):模擬電壓的接地端。8. P

18、IN9 (VREF) 圖3： ADC0804引腳電路圖4.系統硬件電路設計數字電壓測量電路由A/D轉換、數據處理及顯示控制等組成。A/D轉換由集成電路0809完成。0809具有8路擬輸入端口，地址線（23- 25腳）可決定對哪一路模擬輸入作A/D換。22腳為地址鎖存控制，當輸入為高電平時，對地址信號進行鎖存。6腳為測試控制，當輸入一個2uS寬高電平脈沖時，就開始A/D轉換。7腳為A/D轉換結束標志，當A/D轉換結束時，7腳輸出高電平。9腳為A/D轉換數據輸出允許控制，當OE腳為高電平時，A/D轉換數據從該端口輸出。10腳為0809的時鐘輸入端，利用單片機30腳的六分頻晶振頻率再通過14024二

19、分頻得到1MHz時鐘。單片機的P1、P3.0P3.3端口作為四位LED數碼管顯示控制。P3.5端口用作單路顯示/循環顯示轉換按鈕，P3.6端口用作單路顯示時選擇通道。P0端口作A/D轉換數據讀入用，P2端口用作0809的A/D轉換控制。5.硬件電路系統模塊的設計（1）單片機系統：單片機最小系統包括晶振電路，復位電路，電源。其原理圖如下： 圖4此模塊中，單片機的晶振是12MHZ，C1和C2的電容是20UF，C3可選10UF。R1電阻為10K。（2）A/D轉換芯片與單片機的連接 此設計中選擇的是A/D轉換芯片的通道0，A/D芯片的數據輸入口連接單片機的P1.3口，數據輸出口連接單片機的P1.4口，

20、芯片使能端連接單片機的P1.5口，脈沖端連接單片機的P1.6口。模塊連接如下圖所示。圖5：A/D轉換芯片與單片機的連接（3）時鐘電路就單片機內部每個部件要想協調一致地工作，必須在統一口令時鐘信號的控制下工作。單片機工作所需要的時鐘信號有兩種產生方式，即內部時鐘方式和外部時鐘方式。圖6.3是內部時鐘方式：單片機內部有一個構成振蕩器的增益反相放大器，引腳XTAL1和XTAL2分別是此放大器的輸入端和輸入端，這個放大器與作為反饋元件的片外晶振一起構成自激振蕩器。在該圖中，電容C1和C2取30pf，晶體的振蕩頻率取12Mhz，晶體振蕩頻率高，則系統的時鐘頻率也高，單片機運行速度也就快。實際連接如圖6.

21、3所示 圖6： 時鐘電路圖 （4）復位電路用AT89S51的復位電路如圖6.4所示。當單片機一上電，立即復位。電容C和電阻R1實現上電自動復位。復位也是使單片機退出低功耗工作方式而進入正常狀態的一種操作。 圖7： 上電及按鍵復位電路圖（5）顯示電路顯示模塊主要由一個4位一體的7段LED數碼管構成，用于顯示測量到的電壓值。它是一個共陽極的數碼管，每一位數碼管的a,b,c,d,e,f,g和dp端都各自連接在一起，用于接收AT89S52的P1口產生的顯示段碼。S1，S2，S3，S4引腳端為其位選端，用于接收AT89S52的P2口產生的位選碼。本系統采用動態掃描方式。掃描方式是用其接口電路把所有數碼管

22、的8個比劃段ag和dp同名端連在一起，而每一個數碼管的公共極COM各自獨立地受I/O線控制。CUP從字段輸出口送出字型碼時，所有數碼管接收到相同的字型碼，但究竟是哪個數碼管亮，則取決于COM端。COM端與單片機的I/O接口相連接，由單片機輸出位位選碼到I/O接口，控制何時哪一位數碼管被點亮。在輪流點亮數碼管的位掃描過程中，每位數碼管的點亮時間極為短暫。具體原理圖如圖 圖8：數碼管動態顯示電路6.軟件編程#includereg51.h#define data_point P0sbit EOC=P20;sbit ADDA=P21;sbit ADDB=P22;sbit ADDC=P23;sbit O

23、E=P25;sbit START=P26;sbit CLK=P27;unsigned char disp3=0,0,0;unsigned char t0count=0;void display( ) unsigned char i,j,k=0 x80;for(i=0;i=1;for(j=200;j0;j-);P1=0; unsigned char ADC0808() unsigned char d;ADDC=0;ADDB=0;ADDA=0;TR1=1;START=1;START=0;while(EOC=0);OE=1;d=data_point;OE=0;return d; void cover

24、t (unsigned char x)charcode dispcode=0 x3f,0 x06,0 x5b,0 x4f,0 x66,0 x6d,0 x7d,0 x07,0 x7f,0 x6f;disp0=dispcodex/50;disp2=disp0+0 x80;x=(x%50)*2;disp1=dispcodex/10;disp0=dispcodex%10;void main () TMOD=0 x21;TH0=(65536-10000)/256;TL0=(65536-10000)%256;TH1=256-2;ET0=1;ET1=1;EA=1;TR0=1;OE=0;START=0;EOC

25、=1;while (1) display ();void time0() interrupt 1 TH0=(65536-10000)/256;TL0=(65536-10000)%256;t0count+;if(t0count=100) t0count=0;covert(ADC0808();void time1() interrupt 3 CLK=CLK;7.硬件調試硬件調試的主要目的是排除硬件故障，其中包括設計的錯誤和工藝性故障等。1.檢查所設計的硬件電路板所有的器件和引腳是否正確，尤其是電源的連接是否正確；檢查各總線是否有短路的故障。檢查開關/按鍵是否正常，是否連接正確，為了保護芯片，應先對各IC座電位進行檢查，確認無誤后再插入芯片。2.