安徽工贸学院毕业论文设计.doc

1、安徽工贸职业技术学院 2008 届毕业生论文1安徽工贸职业技术学院毕业论文设计学生姓名： 王维新 专 业： 电子信息工程技术 班 级： 08 电信（2）班 学 号： 2008240233 指导老师： 张友能 安徽工贸职业技术学院 2008 届毕业生论文2内容摘要近年来随着工业的发展，人们对过程控制的精密度和可靠性提出了更多更高的要求，因而液位控制也向着功能齐全，控制灵活，操作简单，控制精度准确的方向发展。液位调节器是生产中应用很广液位测量和控制的设备，所以测量的精确性和控制的准确性是本设备的关键。单片机应用于液位测量控制中，既提高了产品的功能和质量，又降低了成本。本系统还具有结构先进合理、功能

2、完善、满足控制精度的要求、抗干扰能力强、较高的灵活性和可靠性、通用性好、价格低，使用方便等特点。近年来随着计算机在社会领域的渗透和大规模集成电路的发展，单片机的应用正在不断的走向深入，由于它具有功能强，体积小，功耗低，价格便宜，工作可靠，使用方便等特点，因此特别适合与控制有关的系统，越来越广泛地应用于自动控制，智能化仪器，仪表，数字采集，军工产品以及家用电器等各个领域，单片机往往是作为一个核心部件来使用，在根据具体硬件结构，以及针对具体应用对象特点的软件结合，以作完善。本次设计中以单片机的发展过程和发展方向为背景，介绍了单片机的输入输出的工作原理和操作方法，中断的工作原理和操作方法，单片机音乐

3、演奏的基本原理，LED 的内部结构，电路设计及调试过程。安徽工贸职业技术学院 2008 届毕业生论文3目录第一章 绪论4第二章 单片机简介.52.1 单片机结构52.2 单片机介绍72.3 单片机发展史9第三章 单片机在电子技术中的应用.113.1 单片机的学习.113.2 单片机在电子技术中各个领域的应用233.3 单片机的未来发展前景25第四章 结论.32致谢信33参考文献34安徽工贸职业技术学院 2008 届毕业生论文4第一章 绪论单片机是一种集成在电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器 CPU 随机存储器 RAM、只读存储器ROM、多种 I/O 口和中断系统

4、、定时器/计时器等功能（可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D 转换器等电路）集成到一块硅片上构成的一个小而完善的计算机系统。20 世能进一步提高，产品更新换代的节奏也越来越快。 时间对人纪末，电子技术获得了飞速的发展，在其推动下，现代电子产品几乎渗透了社会的各个领域，有力地推动了社会生产力的发展和社会信息化程度的提高，同时也使现代电子产品性们来说总是那么宝贵，工作的忙碌性和繁杂性容易使人忘记当前的时间。忘记了要做的事情，当事情不是很重要的时候，这种遗忘无伤大雅。但是，一旦重要事情，一时的耽误可能酿成大祸目前，单片机正朝着高性能和多品种方向发展趋势将是进一步向着 CMOS

5、 化、低功耗、小体积、大容量、高性能、低价格和外围电路内装化等几个方面发展。下面是单片机的主要发展趋势。单片机应用的重要意义还在于，它从根本上改变了传统的控制系统设计思想和设计方法。从前必须由模拟电路或数字电路实现的大部分功能，现在已能用单片机通过软件方法来实现了。这种软件代替硬件的控制技术也称为微控制技术，是传统控制技术的一次革命安徽工贸职业技术学院 2008 届毕业生论文5第二章 单片机简介1.1 单片机结构1.1.1 单片机图片：1.1.2 单片机结构：一个典型的单片机是由 CPU 系统、CPU 外围单元、基本功能单元和外围扩展单元组成一、CPU 系统CPU 系统包括了 CPU、时钟系统

6、、复位电路、和总线控制逻辑1、CPU。在单片机中的 CPU 与通用的 CPU 不同，它是按照面向测控对象、嵌入式应用和单芯片结构要求专门设计的，要保证有突出的控制功能。2、时钟系统。时钟系统要满足 CPU 及片内各单元电路对时钟的要求，同时在 CMOS单片机中要满足功能消耗对时钟系统电路的可控要求。3、复位电路，能满足上电复位和信号控制复位的最简化电路。4、总线控制逻辑。总线控制逻辑要满足 CPU 对内部总线和外部总线的控制。内部总线控制用以实现片内各单元电路的协调工作；外部总线控制用以单片机外围扩展时的操作管理。安徽工贸职业技术学院 2008 届毕业生论文6二、CPU 外围单元CPU 外围单

7、元是与 CPU 运行直接相关的单元电路，与 CPT 构成了单片机的最小系统。1、程序存储器 ROM。程序存储器为只读存储器 ROM（Read Only Memory），用于固化单片机的应用程序代码和存放一些表格、常数。2、数据存储器 RAM。由于面向测控系统，单片机中的数据存储器容量较小，通常都不多于 256B，而且都使用静态随机存储器 SRAM（static random access memory）。3、输入/输出（I/O）端口。（I/O）端口是计算机的输入/输出接口，单片机中的（I/O）端口都是芯片的输入/输出引脚。4、操作管理寄存器。操作管理寄存器是用于单片机内的各功能单元运行控制和管

8、理的寄存单元。片内每个功能单元都对应有一个或多个单元的操作管理寄存器，可通过指令系统对其编程操作，以实现这些功能单元的方式设置、启动运行和状态读取等。三、基本功能单元安徽工贸职业技术学院 2008 届毕业生论文7基本功能单元是满足单片机测控功能要求的基本计算机外围电路，是用来完善和扩大计算机功能的一些基本电路，如定时器/计时器、中断系统和串行通信接口等。四、外围扩展电路外围扩展电路是满足不同嵌入式应用要求的外围功能电路扩展，如满足数据采集要求而扩展的 ADC，满足伺服驱动控制的 PWM 和满足程序可靠运行的监视定时器WDT 等。通常，每个系列单片机都有自己的基核，即在基核上扩展不同的外围。1.

9、2 单片机介绍单 片 微 型 计 算 机 简 称 单 片 机 ， 是 典 型 的 嵌 入 式 微 控 制 器（ Microcontroller Unit） ， 常 用 英 文 字 母 的 缩 写 MCU 表 示 单 片 机 ， 它 最 早 是被 用 在 工 业 控 制 领 域 。 单 片 机 由 芯 片 内 仅 有 CPU 的 专 用 处 理 器 发 展 而 来 。 最早 的 设 计 理 念 是 通 过 将 大 量 外 围 设 备 和 CPU 集 成 在 一 个 芯 片 中 ， 使 计 算 机 系 统更 小 ， 更 容 易 集 成 进 复 杂 的 而 对 体 积 要 求 严 格 的 控 制 设

10、 备 当 中 。 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 。 早 期 的 单 片 机 都 是 8 位 或 4 位 的 。 其 中 最 成 功 的 是 INTEL 的 8031， 因 为简 单 可 靠 而 性 能 不 错 获 得 了 很 大 的 好 评 。 此 后 在 8031 上 发 展 出 了 MCS51 系 列单 片 机 系 统 。 基 于 这 一 系 统 的 单 片 机 系 统 直 到 现 在 还 在 广 泛 使 用 。 随 着 工 业 控制 领 域 要

11、 求 的 提 高 ， 开 始 出 现 了 16 位 单 片 机 ， 但 因 为 性 价 比 不 理 想 并 未 得 到很 广 泛 的 应 用 。 90 年 代 后 随 着 消 费 电 子 产 品 大 发 展 ， 单 片 机 技 术 得 到 了 巨 大 提高 。 随 着 INTEL i960 系 列 特 别 是 后 来 的 ARM 系 列 的 广 泛 应 用 ， 32 位 单 片 机 迅速 取 代 16 位 单 片 机 的 高 端 地 位 ， 并 且 进 入 主 流 市 场 。 而 传 统 的 8 位 单 片 机 的性 能 也 得 到 了 飞 速 提 高 ， 处 理 能 力 比 起 80 年 代

12、 提 高 了 数 百 倍 。 目 前 ， 高 端 的安徽工贸职业技术学院 2008 届毕业生论文832 位 单 片 机 主 频 已 经 超 过 300MHz， 性 能 直 追 90 年 代 中 期 的 专 用 处 理 器 ， 而 普通 的 型 号 出 厂 价 格 跌 落 至 1 美 元 ， 最 高 端 1的 型 号 也 只 有 10 美 元 。 当 代 单 片机 系 统 已 经 不 再 只 在 裸 机 环 境 下 开 发 和 使 用 ， 大 量 专 用 的 嵌 入 式 操 作 系 统 被 广泛 应 用 在 全 系 列 的 单 片 机 上 。 而 在 作 为 掌 上 电 脑 和 手 机 核 心

13、处 理 的 高 端 单 片 机甚 至 可 以 直 接 使 用 专 用 的 Windows 和 Linux 操 作 系 统 。 单 片 机 比 专 用 处 理 器 更 适 合 应 用 于 嵌 入 式 系 统 ， 因 此 它 得 到 了 最 多 的 应 用 。事 实 上 单 片 机 是 世 界 上 数 量 最 多 的 计 算 机 。 现 代 人 类 生 活 中 所 用 的 几 乎 每 件 电子 和 机 械 产 品 中 都 会 集 成 有 单 片 机 。 手 机 、 电 话 、 计 算 器 、 家 用 电 器 、 电 子 玩具 、 掌 上 电 脑 以 及 鼠 标 等 电 脑 配 件 中 都 配 有

14、1-2 部 单 片 机 。 而 个 人 电 脑 中 也 会有 为 数 不 少 的 单 片 机 在 工 作 。 汽 车 上 一 般 配 备 40 多 部 单 片 机 ， 复 杂 的 工 业 控制 系 统 上 甚 至 可 能 有 数 百 台 单 片 机 在 同 时 工 作 ！ 单 片 机 的 数 量 不 仅 远 超 过 PC机 和 其 他 计 算 的 总 和 ， 甚 至 比 人 类 的 数 量 还 要 多 。单 片 机 又 称 单 片 微 控 制 器 ,它 不 是 完 成 某 一 个 逻 辑 功 能 的 芯 片 ,而 是 把 一个 计 算 机 系 统 集 成 到 一 个 芯 片 上 。 相 当 于

15、 一 个 微 型 的 计 算 机 ， 和 计 算 机 相 比 ，单 片 机 只 缺 少 了 I/O 设 备 。 概 括 的 讲 ： 一 块 芯 片 就 成 了 一 台 计 算 机 。 它 的 体 积小 、 质 量 轻 、 价 格 便 宜 、 为 学 习 、 应 用 和 开 发 提 供 了 便 利 条 件 。 同 时 ， 学 习 使用 单 片 机 是 了 解 计 算 机 原 理 与 结 构 的 最 佳 选 择 。 单 片 机 内 部 也 用 和 电 脑 功 能 类 似 的 模 块 ， 比 如 CPU， 内 存 ， 并 行 总 线 ， 还有 和 硬 盘 作 用 相 同 的 存 储 器 件 ， 不

16、同 的 是 它 的 这 些 部 件 性 能 都 相 对 我 们 的 家 用电 脑 弱 很 多 ， 不 过 价 钱 也 是 低 的 ， 一 般 不 超 过 10 元 即 可 用 它 来 做 一 些 控 制 电器 一 类 不 是 很 复 杂 的 工 作 足 矣 了 。 我 们 现 在 用 的 全 自 动 滚 筒 洗 衣 机 、 排 烟 罩 、VCD 等 等 的 家 电 里 面 都 可 以 看 到 它 的 身 影 ！ 它 主 要 是 作 为 控 制 部 分 的 核 心 部 件 。 它 是 一 种 在 线 式 实 时 控 制 计 算 机 ， 在 线 式 就 是 现 场 控 制 ， 需 要 的 是 有

17、较 强的 抗 干 扰 能 力 ， 较 低 的 成 本 ， 这 也 是 和 离 线 式 计 算 机 的 （ 比 如 家 用 PC） 的 主要 区 别 。 单 片 机 是 靠 程 序 运 行 的 ， 并 且 可 以 修 改 。 通 过 不 同 的 程 序 实 现 不 同 的 功 能 ，尤 其 是 特 殊 的 独 特 的 一 些 功 能 ， 这 是 别 的 器 件 需 要 费 很 大 力 气 才 能 做 到 的 ， 有安徽工贸职业技术学院 2008 届毕业生论文9些 则 是 花 大 力 气 也 很 难 做 到 的 。 一 个 不 是 很 复 杂 的 功 能 要 是 用 美 国 50 年 代 开发 的

18、 74 系 列 ， 或 者 60 年 代 的 CD4000 系 列 这 些 纯 硬 件 来 搞 定 的 话 ， 电 路 一 定是 一 块 大 PCB 板 ！ 但 是 如 果 要 是 用 美 国 70 年 代 成 功 投 放 市 场 的 系 列 单 片 机 ，结 果 就 会 有 天 壤 之 别 ！ 只 因 为 单 片 机 的 通 过 你 编 写 的 程 序 可 以 实 现 高 智 能 ， 高效 率 ， 以 及 高 可 靠 性 ！ 由于单片机对成本是敏感的，所以目前占统治地位的软件还是最低级汇编语言，它是除了二进制机器码以上最低级的语言了，既然这么低级为什么还要用呢？很多高级的语言已经达到了可视化

19、编程的水平为什么不用呢？原因很简单，就是单片机没有家用计算机那样的 CPU，也没有像硬盘那样的海量存储设备。一个可视化高级语言编写的小程序里面即使只有一个按钮，也会达到几十 K 的尺寸！对于家用 PC的硬盘来讲没什么，可是对于单片机来讲是不能接受的。 单片机在硬件资源方面的利用率必须很高才行，所以汇编虽然原始却还是在大量使用。一样的道理，如果把巨型计算机上的操作系统和应用软件拿到家用 PC 上来运行，家用 PC 的也是承受不了的。 可以说，二十世纪跨越了三个“电”的时代，即电气时代、电子时代和现已进入的电脑时代。不过，这种电脑，通常是指个人计算机，简称 PC 机。它由主机、键盘、显示器等组成。

20、还有一类计算机，大多数人却不怎么熟悉。这种计算机就是把智能赋予各种机械的单片机（亦称微控制器）。顾名思义，这种计算机的最小系统只用了一片集成电路，即可进行简单运算和控制。因为它体积小，通常都藏在被控机械的“肚子”里。它在整个装置中，起着有如人类头脑的作用，它出了毛病，整个装置就瘫痪了。现在，这种单片机的使用领域已十分广泛，如智能仪表、实时工控、通讯设备、导航系统、家用电器等。各种产品一旦用上了单片机，就能起到使产品升级换代的功效，常在产品名称前冠以形容词“智能型”，如智能型洗衣机等。现在有些工厂的技术人员或其它业余电子开发者搞出来的某些产品，不是电路太复杂，就是功能太简单且极易被仿制。究其原因

21、，可能就卡在产品未使用单片机或其它可编程逻辑器件上。1.3 单片机发展史安徽工贸职业技术学院 2008 届毕业生论文101971 年 Intel 公 司 研 制 出 世 界 上 第 一 个 4 位 的 微 处 理 器 ； Intel 公 司 的霍 夫 研 制 成 功 世 界 上 第 一 块 4 位 微 处 理 器 芯 片 Intel 4004， 标 志 着 第 一 代 微处 理 器 问 世 ， 微 处 理 器 和 微 机 时 代 从 此 开 始 。 因 发 明 微 处 理 器 ， 霍 夫 被 英 国 经 济 学 家 杂 志 列 为 “二 战 以 来 最 有 影 响 力 的 7 位 科 学 家

22、”之 一 。 1971 年 11 月 ， Intel 推 出 MCS-4 微 型 计 算 机 系 统 （ 包 括 4001 ROM 芯 片 、4002 RAM 芯 片 、 4003 移 位 寄 存 器 芯 片 和 4004 微 处 理 器 ） 其 中 4004（ 下 图 ）包 含 2300 个 晶 体 管 ， 尺 寸 规 格 为 3mm4mm， 计 算 性 能 远 远 超 过 当 年 的ENIAC， 最 初 售 价 为 200 美 元 。 1972 年 4 月 ， 霍 夫 等 人 开 发 出 第 一 个 8 位 微 处 理 器 Intel 8008。 由 于8008 采 用 的 是 P 沟 道

23、 MOS 微 处 理 器 ， 因 此 仍 属 第 一 代 微 处 理 器 。 1973 年 Intel 公 司 研 制 出 8 位 的 微 处 理 器 8080； 1973 年 8 月 ， 霍 夫 等 人研 制 出 8 位 微 处 理 器 Intel 8080， 以 N 沟 道 MOS 电 路 取 代 了 P 沟 道 ， 第 二 代微 处 理 器 就 此 诞 生 。 主 频 2MHz 的 8080 芯 片 运 算 速 度 比 8008 快 10 倍 ， 可 存 取 64KB 存 储 器 ，使 用 了 基 于 6 微 米 技 术 的 6000 个 晶 体 管 ， 处 理 速 度 为 0.64MI

24、PS（ Million Instructions Per Second ） 。 1975 年 4 月 ， MITS 发 布 第 一 个 通 用 型 Altair 8800， 售 价 375 美 元 ， 带有 1KB 存 储 器 。 这 是 世 界 上 第 一 台 微 型 计 算 机 。 1976 年 Intel 公 司 研 制 出 MCS-48 系 列 8 位 的 单 片 机 ， 这 也 是 单 片 机 的 问世 。 Zilog 公 司 于 1976 年 开 发 的 Z80 微 处 理 器 ， 广 泛 用 于 微 型 计 算 机 和 工 业 自动 控 制 设 备 。 当 时 ， Zilog、 Motorola 和 Intel 在 微 处 理 器 领 域 三 足 鼎 立 。 20 世 纪 80 年 代 初 ， Intel 公 司 在 MCS-48 系 列 单 片 机 的 基 础 上 ， 推 出了 MCS-51 系 列 8 位 高 档 单 片 机 。 MCS-51 系 列 单 片 机 无 论 是 片 内 RAM 容 量 ，I/O 口 功 能 ， 系 统 扩 展 方 面 都 有 了 很 大 的 提 高 。