单片机实验板电路设计

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1、单片机实验板电路设计单片机实验板电路设计本文由 minjiaa 贡献doc 文档可能在 WAP 端浏览体验不佳。建议您优先选择 TXT，或下载源文件到本机查看。单片机课程设计报告题 学 专 班目 : 单片机系统设计 院 : 信息工程学院 业 : 电子信息工程 级 :学生姓名 : 学 号 :指导教师 ： 8 月 14 日至 8 月 29 日共 2 周课程设计任务书： 课程设计任务书：一、设计内容设计一单片机教学实验板电路， 要求实现大多数单片机实验功能， 尽量简化接口管理软 件的设计。在本设计中，运用 STC 系列单片机 STC89C52RC 可编程芯片，经过模拟调试无误 后，可以直接使用 IS

2、P 软件将程序通过串口线下载到实验板上，并观察程序运行结果功能。二、设计原始资料（1）单片机接口设计的研究意义及国内外发展方向； （2）单片机接口的基本特性； （3）ECMT-1 型单片机教学实验板 （4）keilVision 集成开发工具 （5）STC-ISP.exe 软件三、设计完成后提交的文件和图表1. 计算说明书部分： （1）开题报告； （2）设计原理比较； （3）各集成电路原理及参数。 2、图纸部分： ： （1）综合电路图； （2）部分调用程序源代码；五、主要参考资料1 孔德任，仪表总线技术应用，北京：国防工业出版社，2005 年 8 月 2 赵茂泰，智能仪器原理应用，二版，北京：电

3、子工业出版社，2004 年 7 月 3 于英民，计算机接口技术 L，二版，北京：电子工业出版社，1999 年 10 月 4 戚新波，检测技术与智能仪器，北京：电子工业出版社，2005 年 8 月 5 张弥左，微型计算机接口技术，北京：机械工业出版社，2004 年 8 月 6 高春甫，微机测控技术，北京：科学出版社，2005 年开题报告一、单片机介绍随着大规模集成电路的发展，组成微型计算机的各功能部件：中央处理器、存储器、 串/并行输入输出接口、定时器/计数器、中断控制器，以及许多特殊功能单元，如：A/D、 D/A 转换器、高速输入输出部件、DMA、浮点运算等已集成在一块半导体芯片上，构成一完

4、整的微型计算机单片机。 单片机是指一个集成在一块芯片上的完整计算机系统。 尽管他的大部分功能集成在一块 小芯片上，但是它具有一个完整计算机所需要的大部分部件：CPU、内存、内部和外部总线 系统，目前大部分还会具有外存。同时集成诸如通讯接口、定时器，实时时钟等外围设备。 而现在最强大的单片机系统甚至可以将声音、图像、网络、复杂的输入输出系统集成在一块 芯片上。 单片机也被称为微控制器（Microcontroller） ，是因为它最早被用在工业控制领域。 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。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

5、、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。 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

6、电脑以及鼠标等电脑配件中都 配有 1-2 部单片机。 。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。 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 机和其他计算的综合，甚至比人类的数量 还要多。 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。 单片机是靠程序的，并且可以修改。通过不同的程序实现不同的功能

7、，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 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， 很多高 级的语言已经达到了可视化编程的水平,没有用的原因很简单，就是单片机没有家用计算机 那样的 CPU，也没有像

8、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。 单片机历史 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。

9、随着工业控制领域要求的提高，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 得到了巨大的提高。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 年代提高了数百倍。目前，高端的 32 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 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

10、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。 单片机诞生于 20 世纪 70年代末，经历了 SCM、MCU、SoC 三大阶段。 1.SCM 即单片微型计算机（Single Chip Microcomputer）阶段，主要是寻求最佳的单 片形态嵌入式系统的最佳体系结构。 “创新模式”获得成功，奠定了 SCM 与通用计算机完全 不同的发展道路。在开创嵌入式系统独立发展道路上，Intel 公司功不可没。 2.MCU 即微控制器（Micro Controller Uni

11、t）阶段，主要的技术发展方向是：不断扩 展满足嵌入式应用时， 对象系统要求的各种外围电路与接口电路， 突显其对象的智能化控制 能力。它所涉及的领域都与对象系统相关，因此，发展 MCU 的重任不可避免地落在电气、电 子技术厂家。从这一角度来看，Intel 逐渐淡出 MCU 的发展也有其客观因素。在发展 MCU 方 面，最著名的厂家当数 Philips 公司。 Philips 公司以其在嵌入式应用方面的巨大优势， MCS-51 从单片微型计算机迅速发展 将 到微控制器。 3.单片机是嵌入式系统的独立发展之路， MCU 阶段发展的重要因素， 向 就是寻求应用系 统在芯片上的最大化解决；因此，专用单片

12、机的发展自然形成了 SoC 化趋势。随着微电子技 术、IC 设计、EDA 工具的发展，基于 SoC 的单片机应用系统设计会有较大的发展。因此，对 单片机的理解可以从单片微型计算机、单片微控制器延伸到单片应用系统。二、单片机的应用领域目前单片机渗透到我们生活的各个领域，几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。 导弹的导航装置，飞机上各种仪表的控制，计算机的网络通讯与数据传输，工业自动化过程 的实时控制和数据处理，广泛使用的各种智能 IC 卡，民用豪华轿车的安全保障系统，录像 机、摄像机、全自动洗衣机的控制，以及程控玩具、电子宠物等等，这些都离不开单片机。 更不用说自动控制领域的机器人、智能仪表、医

13、疗器械了。因此，单片机的学习、开发与应 用将造就一批计算机应用与智能化控制的科学家、工程师。 单片机广泛应用于仪器仪表、家用电器、医用设备、航空航天、专用设备的智能化管理 及过程控制等领域，大致可分如下几个范畴： 1.在智能仪器仪表上的应用 单片机具有体积小、功耗低、控制功能强、扩展灵活、微型化和使用方便等优点，广泛 应用于仪器仪表中，结合不同类型的传感器，可实现诸如电压、功率、频率、湿度、温度、流量、速度、厚度、角度、长度、硬度、元素、压力等物理量的测量。采用单片机控制使得 仪器仪表数字化、智能化、微型化，且功能比起采用电子或数字电路更加强大。例如精密的 测量设备（功率计，示波器，各种分析仪

14、） 。 2.在工业控制中的应用 用单片机可以构成形式多样的控制系统、 数据采集系统。 例如工厂流水线的智能化管理， 电梯智能化控制、各种报警系统，与计算机联网构成二级控制系统等。 3.在家用电器中的应用 可以这样说， 现在的家用电器基本上都采用了单片机控制， 从电饭褒、 洗衣机、 电冰箱、 空调机、彩电、其他音响视频器材、再到电子秤量设备，五花八门，无所不在。 4.在计算机网络和通信领域中的应用 现代的单片机普遍具备通信接口， 可以很方便地与计算机进行数据通信， 为在计算机网 络和通信设备间的应用提供了极好的物质条件， 现在的通信设备基本上都实现了单片机智能 控制，从手机，电话机、小型程控交换

15、机、楼宇自动通信呼叫系统、列车无线通信、再到日 常工作中随处可见的移动电话，集群移动通信，无线电对讲机等。 5.单片机在医用设备领域中的应用 单片机在医用设备中的用途亦相当广泛，例如医用呼吸机，各种分析仪，监护仪，超声 诊断设备及病床呼叫系统等等。 6.在各种大型电器中的模块化应用 某些专用单片机设计用于实现特定功能， 从而在各种电路中进行模块化应用，而不要求 使用人员了解其内部结构。如音乐集成单片机，看似简单的功能，微缩在纯电子芯片中（有 别于磁带机的原理） ，就需要复杂的类似于计算机的原理。如：音乐信号以数字的形式存于 存储器中（类似于 ROM） ，由微控制器读出，转化为模拟音乐电信号（类

16、似于声卡） 。 在大型电路中， 这种模块化应用极大地缩小了体积， 简化了电路， 降低了损坏、 错误率， 也方便于更换。 7.单片机在汽车设备领域中的应用 单片机在汽车电子中的应用非常广泛， 例如汽车中的发动机控制器， 基于 CAN 总线的汽 车发动机智能电子控制器，GPS 导航系统，abs 防抱死系统，制动系统等等。 此外，单片机在工商， 金融， 科研、 教育， 国防航空航天等领域都有着十分广泛的用途。三、单片机的开发过程我们假设已设计并制作好硬件，下面就是编写软件的工作。在编写软件之前，首先要确 定一些常数、地址，事实上这些常数、地址在设计阶段已被直接或间接地确定下来了。如当 某器件的连线设计好后，其地址也就被确定了，当器件的功能被确定下来后，其控制字也就 被确定了。然后用文本编辑器（如 EDIT、CCED 等）编写软件，编写好后，用编译器对源程 序文件编译，查错，直到没有语法错误，除了极简单的程序外，一般应用仿真机对软件进行 调试，直到程序运行正确为止。运行正确后，就可以写片（将程序固化在 EPROM 中） 。在源 程序被编译后，生成了扩展名为 H