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1、内容提要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、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。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
2、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
3、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，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
4、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。 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。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
5、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。1 引言1.1 设计目的本设计包括确定控制任务、系统总体方案设计、硬件系统设计、软件程序的设计等，以便使学生掌握有关单片机控制的设计思想和设计方法。为学生今后从事单片机控制系统开发工作打下基础。1.2 设计内容和要求 本课程设计的基
6、本要求是使学生全面掌握单片机控制系统设计的基本理论熟悉掌握MCS-51系列单片机的编程方法，具体要求如下： 利用电平转换器件RS-232实现单片机与PC间的串口通信，利用虚拟终端仿真单片机与PC间的串行通信。PC先发送从键盘输入的数据，单片机接收后会发给PC机，双方收发数据是相同的单片机将收发到的30-39H间的数据转换成0-9显示，其他数据直接显示为字符的ASCII码。2 单片机的介绍2.1 单片机的基本概念单片机是一种集成电路芯片，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、定时器/计时器等功能（可能还包括显示驱
7、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微型计算机系统，在工业控制领域的广泛应用。单片微型计算机简称单片机，是典型的嵌入式微控制器，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。由于单片机在工业控制领域的广泛应用，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。现代人类生活中所用的几乎每件电子和机械产品中都会
8、集成有单片机。手机、电话、计算机、家用电器、电子玩具、掌上电脑以及鼠标等电脑配件中都用1-2部单片机。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。2.2 基本结构单片机由运算器、控制器、存储器、输入输出设备构成。2.3 硬件特性 1、主流单片机包括CPU、4KB容量的ROM、2个16位定时器/计数器、4个8位并行口、全双工串口行口、ADC/DAC、SPI、I2C、ISP、IAP； 2、系统结构简单，使用方便，实现模块化； 3、单片机可靠性高； 4、处理功能强，速度快； 5、低电压，低功
9、耗，便于生产便携式产品； 6、控制功能强； 7、环境适应能力强。2.4 应用分类 单片机作为计算机发展的一个重要分支领域，根据目前发展情况，从不同角度单片机大致可以分为通用型/专用型，总线型/非总线型及工控型/家电型。3 系统设计内容3.1 从PROTEUS库中选取元器件及结构框图1. AT89C51/AY89C2051：单片机如图1所示： 图1 AT89C2051：单片机2. RES：电阻如图2所示： 图2 RES：电阻3. 7SEG-BCD-RED：红色BCD数码管如图3所示： 图3 7SEG-BCD-RED:红色BCD数码管4. CAP、CAP-ELEC:电容、电解电容如图4所示： 图4
10、 CAP、CAP-ELEC：电容、电解电容5. CRYSTAL：晶振如图5所示：图5 CRYSTAL:晶振6. MAX232/MAX220：RS-232收发器如图6所示：图6 MAX232：RS-232收发器3.2 原理图中用到的部分元器件的功能、原理及引脚说明 1. 串口模型COMPIM及其引脚功能如图7所示： 图7 串口模型COMPIM及其引脚功能2. MAX232/MAX220：RS-232收发器的功能 实现电平转换，也就是将CMOS电平转换成TTL电平3. RS232(DB9)引脚定义 （1）：DCB：载波检测。主要用于Modem通知计算机其处于在线状态，即Modem检测到拨号音，处于
11、在线状态。 （2）：RXD：此引脚用于接收外部设备送来的数据；在使用Modem时，会发现RXD指示灯在闪烁，说明RXD引脚上有数据进入。 （3）：TXD：此引脚将计算机的数据发送给外部设备；在使用Modem时，会发现TXD指示灯在闪烁，说明计算机正在通过TXD引脚发送数据。 （4）：DTR：数据终端就绪；当此引脚高电平时，通知Modem可以进行数据传输，计算机已经准备好。 （5）：GND：信号地； （6）：DSR：数据设备就绪；此引脚高电平时，通知计算机Modem已经准备好，可以进行数据通讯了。 （7）：RTS：请求发送；此引脚由计算机来控制，用以通知Modem马上传送数据至计算机；否则，Mo
12、dem将收到的数据暂时放入缓冲区中。 （8）：CTS：清除发送；此引脚由Modem控制，用以通知计算机将欲传的数据送至Modem。 （9）：RI：Modem通知计算机有呼叫进来，是否接听呼叫由计算机决定4. MAX232原理 MAX232芯片是专门为电脑的RS-232标准串口设计的接口电路，使用+5V单电源供电。 内部结构基本可分三个部分： 第一部分是电荷泵电路。由1、2、3、4、5、6脚和4只电容构成。功能是产生+12V和-12V两个电源，提供给RS-232串口电平的需要。 第二部分是数据转换通道。由7、8、9、10、11、12、13、14脚构成两个数据通道。其中13脚（R1IN）、12脚（
13、R1OUT）、11脚（T1IN）、14脚（T1OUT）为第一数据通道。8脚（R2IN）、9脚（R2OUT）、10脚（T2IN）、7脚（T2OUT）为第二数据通道。 TTL/CMOS数据从T1IN、T2IN输入转换成RS-232数据从T1OUT、T2OUT送到电脑DP9插头；DP9插头的RS-232数据从R1IN、R2IN输入转换成TTL/CMOS数据后从R1OUT、R2OUT输出。 第三部分是供电。15脚DNG、16脚VCC（+5V）。5. AT89C2051单片机引脚介绍 AT89C2051为20引脚小型封装，2K内部程序存储器，15个可编程I/O口线，没有P0口和P2口的16根I/O线，内
14、部集成了一个模拟比较器。 AT89C2051单片机的引脚排列如图8所示： 图8 AT89C2051单片机的引脚排列 芯片共有20个引脚，引脚的排列顺序为从靠芯片的缺口（见上图）左边那列引脚逆时针数起，依次为1、2、320，在单片机的20个引脚中，电源引脚2根，外接晶体振荡器引脚2根，复位引脚1根以及P1、P3口可编程I/O引脚15根。（1） 主电源引脚（2根）VCC(Pin20)：电源输入，接+5V电源GND(Pin10)：接地线（2） 外接晶振引脚（2根） XTAL1(Pin5)：片内振荡电路的输入端 XTAL2(Pin4)：片内振荡电路的输出端（3） 控制引脚（1根） RST/VPP(Pi
15、n1)：复位引脚，引脚上出现2个机器周期的高电平将使单片机复位（4） 可编程输入/输出引脚（15根）P1口：8位准双向I/O口线，P1.0P1.7，共8根P3口：8位准双向I/O口线，P3.0P3.5、P3.7，共7根4 硬件设计4.1 系统各组成部分硬件设计（1）、硬件设计电路图如图9所示： 图9 硬件设计电路4.2 电路图的原理（1）、利用电平转换器件RS-232实现单片机与PC间的串行通信。本次试验利用虚拟终端仿真单片机与PC间的串行通知。PC先发送从键盘输入的数据，单片机接收后回发给PC机，双方收发数据是相同的单片机将接收30-39H间的数据转换成0-9显示，其他数据直接显示为字符的ASCII码。（2）、4个虚拟终端，分别给单片机的串行口及COMPIM的2脚、3脚，COMPIM的3脚与
