2013 基于单片机的电子密码锁设计毕业论文 75页

'基于单片机的电子密码锁设计毕业论文3 潍坊科技学院电子密码锁设计要求课程单片机原理及应用课程设计题目电子密码锁的设计专业班级姓名许世锦学号一、设计目的：训练学生综合运用己学课程的基本知识，独立进行单片机应用技术开发工作，掌握单片机程序设计、调试，应用电路设计、分析及调试检测。二、设计要求：1.应用MCS-51单片机设计电子密码锁电路；2.电子密码锁电路选用8位控制，连续三次输入错误密码，密码锁输出报警信号，输入正确密码解除报警；3.硬件设计根据设计的任务选定合适的单片机，根据控制对象设计接口电路。设计的单元电路必须有工作原理，器件的作用，分析和计算过程；4.软件设计根据电路工作过程，画出软件流程图，根据流程图编写相应的程序，进行调试并打印程序清单；5.原理图设计根据所确定的设计电路，利用Protel等有关工具软件绘制电路原理图、PCB板图、提供元器件清单。三、参考资料：[1]李朝青.单片机原理及接口技术(简明修订版)［M］.北京:北京航空航天大学出版社，1998[2]李全利.单片机原理及接口技术［M］.高等教育出版社，2003[3]PROTEL99SE电路设计与制板［M］.机械工业出版社，2007[4]杨将新，李华军，刘到骏等.单片机程序设计及应用（从基础到实践）［J］．电子工业出版社，2006完成期限指导教师专业负责人2013年月日3 摘要随着电子产品向智能化和微型化的不断发展，单片机已成为电子产品研制和开发中首选的控制器。随着人们生活水平的提高，如何实现家庭防盗这一问题也变的尤其的突出，传统的机械锁由于其构造的简单，安全性能低，无法满足人们的需要。根据这一实际情况，本文由经济实用的角度出发，设计了以单片机系统为控制核心，由矩阵键盘系统、LED显示系统和报警系统等为被控对象组成电子密码锁，系统能够完成开锁、超时报警、超次锁定、管理员解密、修改用户、修改用户密码等基本的密码锁功能。除了上述所说的基本的密码锁功能外，还具有掉电存储、声光提示等功能，依据实际情况还可以进行功能扩展。本系统成本低廉，功能实用，方便广大用户。关键词：密码锁；单片机；报警；掉电存储3 ×××大学毕业设计(论文)1绪论1.1电子密码锁简介电子锁是采用电子电路控制，以电磁铁或者卫星电机和锁体作为执行装置的机电一体化所锁，相比传统的锁具，电子锁不使用金属钥匙，保密性、精度都很高。电子锁的发明思路，源自古代的自动机械，它们以重力或蒸汽压力驱动，最广泛用途是用在古代古墓的地下机关。电子工业的诞生，使得以微小电量驱动机械成为可能，于是有了电子锁一日千里的跃进。电子密码锁是在电子锁的基础上设计的，一种通过密码输入来控制电路或是芯片工作，从而控制机械开关的闭合，完成开锁、闭锁任务的电子产品。它的种类很多，有简易的电路产品，也有基于芯片的性价比较高的产品。现在应用较广的电子密码锁是以芯片为核心，通过编程来实现的。在安全技术防范领域，具有防盗报警功能的电子密码锁逐渐代替传统的机械式密码锁，克服了机械式密码锁密码量少、安全性能差的缺点，使密码锁无论是在技术上还是在性能上都大大提高。随着大规模集成电路技术的发展，特别是单片机的问世，出现了带处理器的智能密码锁，它除了具有电子密码锁的功能外，还引入了智能化管理、专家分析系统等功能，从而使密码锁具有很高的安全性、可靠性，应用日益广泛。1.2电子密码锁的发展趋势在日常的生活和工作中，住宅与部门的安全防范、单位的文件档案、财务报表以及一些个人资料的保存多以加锁的办法来解决。在以前科技不发达的年代，只能使用传统的机械锁，使用传统的机械钥匙开锁，不但人们需要携带多把钥匙，使用极其不方便，而且钥匙一旦丢失，安全性就大大降低，所以机械锁安全性低、使用不方便。随着科学技术的不断发展，人们需要保密防盗的东西越来越多，因此人们对日常生活中安全器件的性能要求也越来越高。为了满足人们对安全性的要求，提高锁的性能，增加其安全性、方便性，用密码代替钥匙的电子密码锁应运而生。在科学技术的不断发展过程中，许多电子智能锁（如指纹识别、IC卡辨认等）已经在国内外相继面世，但是这些产品的特点是面对特定的指纹和有效卡，只能适用于保密安全性低的门、柜等，而且指纹识别与IC辨认存在很多缺点，例如使用不方便、适用范围窄、易于损坏等。鉴于这些缺点的存在，技术水平和市场的接受水平，寻找和发现新的防盗产品已经成为这些电子防盗产品的主流。72 ×××大学毕业设计(论文)因为电子密码锁具有保密性好、编码量多、密码可变、误码输入保护、电子密码锁操作简单易行、干扰码功能、在输入正确密码前可输入任意码、安保功能等功能。使用电子密码锁这些问题都能够解决，这也就是电子密码锁成为电子防盗产品主要研究对象的原因。1.3本设计所要实现的目标本设计主要是实现电子密码锁安全性高，成本低，功耗低等特点，最主要的是方便用户的使用。本文采用以51单片机为核心的控制方案[1]，利用单片机灵活的编程设计和丰富的I/O端口，及其控制的准确性，不但能实现基本的密码锁功能，还能添加声光提示功能甚至还能添加掉电存储和遥控控制等功能，能在很大程度上扩展功能，方便对系统进行升级。该电子密码锁主要实现的功能是:1设置8位密码,密码由矩阵键盘输入，若密码正确,则锁打开；2密码可以由用户自己修改设定，但是只支持8位密码,只有锁打开之后才能修改密码,修改新密码之前还要输入旧密码，输入新密码时需要确认二次,以防止错误的发生。3报警锁定键盘功能,如果密码输入错误，则LED显示会出现错误提示,如果连续出现三次输入密码错误,蜂鸣报警系统会发出声报警。第1章概述1.1引言1.1电子密码锁简介电子密码锁是一种通过密码输入来控制电路或是芯片工作，从而控制机械开关的闭合，完成开锁、闭锁任务的电子产品。它的种类很多，有简易的电路产品，也有基于芯片的性价比较高的产品。现在应用较广的电子密码锁是以芯片为核心，通过编程来实现的。其性能和安全性已大大超过了机械锁。其特点如下：1)保密性好，编码量多，远远大于弹子锁。随机开锁成功率几乎为零。2)密码可变，用户可以随时更改密码，防止密码被盗，同时也可以避免因人员的更替而使锁的密级下降。3)误码输入保护，当输入密码多次错误时，报警系统自动启动。4)无活动零件，不会磨损，寿命长。5)使用灵活性好，不像机械锁必须佩带钥匙才能开锁。6)电子密码锁操作简单易行，一学即会。1.2电子密码锁的发展趋势72 ×××大学毕业设计(论文)在日常生活和工作中，住宅与部门的安全防范、单位的文件档案、财务报表以及一些个人资料的保存多以加锁的办法来解决。目前门锁主要用弹子锁，其钥匙容易丢失；保险箱主要用机械密码锁，其结构较为复杂，制造精度要求高，成本高，且易出现故障，人们常需携带多把钥匙，使用极不方便，且钥匙丢失后安全性即大打折扣。针对这些锁具给人们带来的不便若使用机械式钥匙开锁，为满足人们对锁的使用要求，增加其安全性，用密码代替钥匙的密码锁应运而生。它的出现为人们的生活带来了很大的方便，有很广阔的市场前景。由于电子器件所限，以前开发的电子密码锁，其种类不多，保密性差，最基本的就是只依靠最简单的模拟电子开关来实现的，制作简单但很不安全，在后为多是基于EDA来实现的，其电路结构复杂，电子元件繁多，也有使用早先的20引角的2051系列单片机来实现的，但密码简单，易破解。随着电子元件的进一步发展，电子密码锁也出现了很多的种类，功能日益强大，使用更加方便，安全保密性更强，由以前的单密码输入发展到现在的，密码加感应元件，实现了真真的电子加密，用户只有密码或电子钥匙中的一样，是打不开锁的，随着电子元件的发展及人们对保密性需求的提高出现了越来越多的电子密码锁。出于安全、方便等方面的需要许多电子密码锁已相继问世。但这类产品的特点是针对特定有效卡、指纹或声音有效，且不能实现远程控制，只能适用于保密要求高且供个人使用的箱、柜、房间等。由于数字、字符、图形图像、人体生物特征和时间等要素均可成为钥匙的电子信息，组合使用这些信息能够使电子防盗锁获得高度的保密性，如防范森严的金库，需要使用复合信息密码的电子防盗锁，这样对盗贼而言是“道高一尺、魔高一丈”。组合使用信息也能够使电子防盗锁获得无穷扩展的可能，使产品多样化，对用户而言是“千挑百选、自得其所”。可以看出组合使用电子信息是电子密码锁以后发展的趋势。1.3本设计所要实现的目标本设计采用单片机为主控芯片，结合外围电路，组成电子密码锁，用户想要打开锁，必先通过提供的键盘输入正确的密码才能将锁打开，密码输入错误有提示，为了提高安全性，当密码输入错误三次将报警。密码可以由用户自己修改设定，锁打开后才能修改密码。修改密码之前必须再次输入密码，在输入新密码时候需要二次确认，以防止误操作。1.2电子密码锁的背景72 ×××大学毕业设计(论文)随着社会科技的进步，锁已发展到了密码锁、磁性锁、电子锁、激光锁、声控锁等等。在传统钥匙的基础上，加了一组或多组密码，不同声音，不同磁场，不同声波，不同光束光波，不同图像。（如指纹、眼底视网膜等）来控制锁的开启。从而大大提高了锁的安全性，使不法之徒无从下手，人们也就能对自身财产安全有了更多的保障。当今安全信息系统应用越来越广泛，特别在保护机密、维护隐私和财产保护方面起到重大作用，而基于电子密码锁的安全系统是其中的组成部分，因此研究它具有重大的现实意义。1.3电子锁设计的意义的本设计特点单片机，亦称单片微电脑或单片微型计算机。它是把中央处理器（CPU）、随机存取存储器（RAM）、只读存储器（ROM）、输入/输出端口（I/0）等主要计算机功能部件都集成在一块集成电路芯片上的微型计算机。计算机的产生加快了人类改造世界的步伐，但是它毕竟体积大。微计算机（单片机）在这种情况下诞生了，它为我们改变了什么？纵观我们现在生活的各个领域，从导弹的导航装置，到飞机上各种仪表的控制，从计算机的网络通讯与数据传输，到工业自动化过程的实时控制和数据处理，以及我们生活中广泛使用的各种智能IC卡、电子宠物等，这些都离不开单片机。以前没有单片机时，这些东西也能做，但是只能使用复杂的模拟电路，然而这样做出来的产品不仅体积大，而且成本高，并且由于长期使用，元器件不断老化，控制的精度自然也会达不到标准。在单片机产生后，我们就将控制这些东西变为智能化了，我们只需要在单片机外围接一点简单的接口电路，核心部分只是由人为的写入程序来完成。这样产品的体积变小了，成本也降低了，长期使用也不会担心精度达不到了，且容易升级改善。电子锁可以在日常生活和现代办公中，住宅与办公室的安全防范、单位的文件档案、财务报表以及一些个人资料的保存等多种场合使用。大大提高了主人物资的安全性，安全可以代替老式机械锁。目前使用的密码锁种类繁多，各具特色。本文从经济实用的角度出发，采用AT89C2051单机，研制了一款具有防盗自动报警功能的电子密码锁。该密码锁设计方法合理，简单易行，成本低，符合住宅、办公室用锁要求，具有一定的推广价值。（1）系统设置4位密码，密码通过键盘输入，若密码正确，则将锁打开。（2）密码由用户自己设定，在开锁状态下，用户可自行修改密码。（372 ×××大学毕业设计(论文)）具有自动报警功能。自动报警分现场报警和远程报警两种。现场报警由扬声器发出报警声。（4）两种情况下可报警：一是密码输入错误3次，则报警；二是非正常开门，如破门而入的情况，可通过系统的红外监视装置监测，同时报警，保证了系统的安全性。系统工作时，用户通过按键输入4位密码，单片机将输入密码与设定密码进行比较，若密码正确，则发出开锁信号，将门打开，系统不报警；若密码不正确，则有相应的指示灯闪动，并要求重新输入密码，重新输入密码的次数不能超过3次，若3次输入的密码都不正确，则发出报警信号。第二章硬件电路设计及描述第1章概述2设计方案2.1总体设计方案本文采用以51单片机为核心的控制方案，利用单片机灵活的编程设计和丰富的I/O端口，及其控制的准确性，不但能实现基本的密码锁功能，还能添加声光提示功能甚至还能添加掉电存储和遥控控制功能等，能在很大程度上扩展功能，方便对系统进行升级[2]。主要由单片机系统、矩阵键盘、LED显示和报警系统组成。电子密码锁的设计主要是4*4矩阵键盘接口电路的设计,密码锁的控制电路设计，输出八段显示电路设计,以及凤鸣报警系统电路的设计，另外还有LED提示灯.其中矩阵键盘主要包括0-9十个数字键,还包括菜单,确认,返回功能键,菜单建中又包括密码输入，密码清除，密码修改等功能键。2.2系统硬件设计方案系统硬件的设计主要就是电路的功能单元设计以及选择电子元件，主要有开锁机构电路设计、按键电路设计、密码锁的电源电路设计、掉电存储系统电路设计以及总体电路图的设计，这些电路图的设计主要是应用所学过的Protel软件，根据设计方案画出实际电路图，再通过调试、检测电路是否可行方可使用。2.3系统软件设计方案系统软件设计主要就是对51单片机的使用，了解51单片机的基本特点，根据电路图以及电子密码锁要实现的功能进行编程，只有在程序编好的情况下，5172 ×××大学毕业设计(论文)单片机核心才能够对硬件进行控制，所以说只有设计好了系统软件，也就是整个电子密码锁的核心系统，整个系统才可以使用，软件设计是基础也是根本。2.4预期结果该电子密码锁的设计主要是实现电子密码锁安全性高，成本低，功耗低等特点，最主要的是方便用户的使用。该电子密码锁主要实现的功能是:1设置8位密码,密码由矩阵键盘输入,若密码正确,则锁打开;2密码可以由用户自己修改设定,但是只支持8位密码,只有锁打开之后才能修改密码,修改新密码之前还要输入旧密码,输入新密码时需要确认二次,以防止错误的发生；3报警锁定键盘功能,如果在密码输入错误,则LED显示会出现错误提示,如果连续出现三次输入密码错误,蜂鸣报警系统会发出声报警。72 ×××大学毕业设计(论文)3主要元器件介绍3.1主控芯片AT89S51AT89S51是一个低功耗，高性能CMOS8位单片机，片内含4kBytesISP(In-systemprogrammable)的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构，芯片内集成了通用8位中央处理器和ISPFlash存储单元，AT89S51在众多嵌入式控制应用系统中得到广泛应用[3]。3.1.1主要性能特点1、4kBytesFlash片内程序存储器；2、128bytes的随机存取数据存储器(RAM)；3、32个外部双向输入/输出（I/O）口；4、5个中断优先级、2层中断嵌套中断；5、6个中断源；6、2个16位可编程定时器/计数器；7、2个全双工串行通信口；8、看门狗（WDT）电路；9、片内振荡器和时钟电路；10、与MCS-51兼容；11、全静态工作：0Hz-33MHz；12、三级程序存储器保密锁定；3.1.2管脚说明VCC：电源电压输入端。GND：电源地。P0口：P0口为一个8位漏极开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据地址的第八位。在FIASH编程时，P0口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高[4]。72 ×××大学毕业设计(论文)图3-1PDIP封装的AT89S51管脚图Figure3-1PDIPpackagepinmapAT89S51P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。72 ×××大学毕业设计(论文)P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。P3口除了作为普通I/O口，还有第二功能：lP3.0RXD（串行输入口）lP3.1TXD（串行输出口）lP3.2/INT0（外部中断0）lP3.3/INT1（外部中断1）lP3.4T0（T0定时器的外部计数输入）lP3.5T1（T1定时器的外部计数输入）lP3.6/WR（外部数据存储器的写选通）lP3.7/RD（外部数据存储器的读选通）lP3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号[5]。I/O口作为输入口时有两种工作方式，即所谓的读端口与读引脚。读端口时实际上并不从外部读入数据，而是把端口锁存器的内容读入到内部总线，经过某种运算或变换后再写回到端口锁存器。只有读端口时才真正地把外部的数据读入到内部总线。89C51的P0、P1、P2、P3口作为输入时都是准双向口。除了P1口外P0、P2、P3口都还有其他的功能。RST：复位输入端，高电平有效。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。ALE/PROG：地址锁存允许/编程脉冲信号端。当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的低位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时，ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效[6]。PSEN：外部程序存储器的选通信号，低电平有效。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。72 ×××大学毕业设计(论文)EA/VPP：外部程序存储器访问允许。当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。XTAL1：片内振荡器反相放大器和时钟发生器的输入端。XTAL2：片内振荡器反相放大器的输出端。3.2存储芯片AT24C02AT24C02是由ATMEL公司提供的，I2C总线串行EEPROM，其容量为1KB，工作电压在1.8V～5.5V之间，生产工艺是CMOS工艺，其引脚如图3-2所示。图3-224C02引脚图Figure3-224C02Pin各引脚功能如下。A2～A0：这3个引脚是器件地址选择引脚。将这3个引脚配置成不同的编码值，在同一串行总线上最多可扩充8片同一容量或不同容量的24系列串行EEPROM芯片。SDA：串行数据输入输出口，是一个双向的漏极开路结构的引脚，容量扩展时可以将多片24系列的SDA引脚直接相连，实际使用时该引脚必须接一个5.1k的上拉电阻[7]。SCL：串行移位时钟控制端。写入时上升沿起作用，读出时下降沿起作用。TEST：硬件写保护控制引脚。当其为低电平时，正常写操作，高电平时，对EEPROM部分存储区域提供硬件写保护功能，即对被保护区域只能读不能写。GND：接地。VCC：接+5V电压。3.3LED显示器LED显示屏（LEDpanel），是一种通过控制半导体发光二极管的显示方式，用来显示文字、图形、图像、动画、行情、视频、录像信号等各种信息的显示屏幕。72 ×××大学毕业设计(论文)3.3.1发展历史LED的技术进步是扩大市场需求及应用的最大推动力。最初，LED只是作为微型指示灯，在计算机、音响和录像机等高档设备中应用，随着大规模集成电路和计算机技术的不断进步，LED显示器正在迅速崛起，近年来逐渐扩展到证券行情股票机、数码相机、PDA以及手机领域[8]。LED显示器集微电子技术、计算机技术、信息处理于一体，以其色彩鲜艳、动态范围广、亮度高、寿命长、工作稳定可靠等优点，成为最具优势的新一代显示媒体。目前，LED显示器已广泛应用于大型广场、商业广告、体育场馆、信息传播、新闻发布、证券交易等，可以满足不同环境的需要。3.3.2LED显示器结构及参数通过发光二极管芯片的适当连接（包括串联和并联）和适当的光学结构。可构成发光显示器的发光段或发光点。由这些发光段或发光点可以组成数码管、符号管、米字管、矩阵管、电平显示器管等等。通常把数码管、符号管、米字管共称笔画显示器，而把笔画显示器和矩阵管统称为字符显示器。基本的半导体数码管是由七个条状发光二极管芯片按图12排列而成的。可实现0～9的显示。其具体结构有“反射罩式”、“条形七段式”及“单片集成式多位数字式”等。（1）反射罩式数码管一般用白色塑料做成带反射腔的七段式外壳，将单个LED贴在与反射罩的七个反射腔互相对位的印刷电路板上，每个反射腔底部的中心位置就是LED芯片。在装反射罩前，用压焊方法在芯片和印刷电路上相应金属条之间连好φ30μm的硅铝丝或金属引线，在反射罩内滴入环氧树脂，再把带有芯片的印刷电路板与反射罩对位粘合，然后固化。反射罩式数码管的封装方式有空封和实封两种。实封方式采用散射剂和染料的环氧树脂，较多地用于一位或双位器件。空封方式是在上方盖上滤波片和匀光膜，为提高器件的可靠性，必须在芯片和底板上涂以透明绝缘胶，这还可以提高光效率。这种方式一般用于四位以上的数字显示（或符号显示）[9]。（2）条形七段式数码管属于混合封装形式。它是把做好管芯的磷化镓或磷化镓圆片，划成内含一只或数只LED发光条，然后把同样的七条粘在日字形“可伐”框上，用压焊工艺连好内引线，再用环氧树脂包封起来。（3）单片集成式多位数字显示器是在发光材料基片上（大圆片），利用集成电路工艺72 ×××大学毕业设计(论文)制作出大量七段数字显示图形，通过划片把合格芯片选出，对位贴在印刷电路板上，用压焊工艺引出引线，再在上面盖上“鱼眼透镜”外壳。它们适用于小型数字仪表中。（4）符号管、米字管的制作方式与数码管类似。（5）矩阵管（发光二极管点阵）也可采用类似于单片集成式多位数字显示器工艺方法制作。由于LED显示器是以LED为基础的，所以它的光、电特性及极限参数意义大部分与发光二极管的相同。但由于LED显示器内含多个发光二极管，所以需有如下特殊参数：1．发光强度比由于数码管各段在同样的驱动电压时，各段正向电流不相同，所以各段发光强度不同。所有段的发光强度值中最大值与最小值之比为发光强度比。比值可以在1.5～2.3间，最大不能超过2.5。2．脉冲正向电流若笔画显示器每段典型正向直流工作电流为IF，则在脉冲下，正向电流可以远大于IF。脉冲占空比越小，脉冲正向电流可以越大。3.3.3LED的技术优势LED显示器与LCD显示器相比，LED在亮度、功耗、可视角度和刷新速率等方面，都更具优势。LED与LCD的功耗比大约为1:10，而且更高的刷新速率使得LED在视频方面有更好的性能表现，能提供宽达160°的视角，可以显示各种文字、数字、彩色图像及动画信息，也可以播放电视、录像、VCD、DVD等彩色视频信号，多幅显示屏还可以进行联网播出。有机LED显示屏的单个元素反应速度是LCD液晶屏的1000倍，在强光下也可以照看不误，并且适应零下40度的低温。利用LED技术，可以制造出比LCD更薄、更亮、更清晰的显示器，拥有广泛的应用前景[10]。3.4矩阵键盘3.4.1矩阵式键盘的结构与工作原理在键盘中按键数量较多时，为了减少I/O口的占用，通常将按键排列成矩阵形式，如图所示72 ×××大学毕业设计(论文)。在矩阵式键盘中，每条水平线和垂直线在交叉处不直接连通，而是通过一个按键加以连接。这样，一个端口（如P1口）就可以构成4*4=16个按键，比之直接将端口线用于键盘多出了一倍，而且线数越多，区别越明显，比如再多加一条线就可以构成20键的键盘，而直接用端口线则只能多出一键（9键）。由此可见，在需要的键数比较多时，采用矩阵法来做键盘是合理的[11]。在本设计中，由于电子密码锁的开锁、修改密码等都要输入八个数字，所需键数比较多，因此我选择了矩阵键盘做输入设备，这样不仅减少了I/O口的使用，而且如果键盘使用需要扩展，也更加方便[12]。3.4.2矩阵式键盘的按键识别方法虽然键盘的使用方便，节约I/O口的使用，但是矩阵式结构的键盘显然比直接法要复杂一些，识别也要复杂一些，在上图中，列线通过电阻接正电源，并将行线所接的单片机的I/O口作为输出端，而列线所接的I/O口则作为输入。这样，当按键没有按下时，所有的输入端都是高电平，代表无键按下。行线输出是低电平，一旦有键按下，则输入线就会被拉低，这样，通过读入输入线的状态就可得知是否有键按下了。具体的识别方法如下所述。<1>确定矩阵式键盘上何键被按下第一种方法是“行扫描法”。行扫描法行扫描法又称为逐行（或列）扫描查询法，是一种最常用的按键识别方法，如上图所示键盘，介绍过程如下。1、判断键盘中有无键按下将全部行线Y0-Y3置低电平，然后检测列线的状态。只要有一列的电平为低，则表示键盘中有键被按下，而且闭合的键位于低电平线与4根行线相交叉的4个按键之中。若所有列线均为高电平，则键盘中无键按下。2、判断闭合键所在的位置72 ×××大学毕业设计(论文)在确认有键按下后，即可进入确定具体闭合键的过程。其方法是：依次将行线置为低电平，即在置某根行线为低电平时，其它线为高电平。在确定某根行线位置为低电平后，再逐行检测各列线的电平状态。若某列为低，则该列线与置为低电平的行线交叉处的按键就是闭合的按键。下面给出一个具体的例子：图仍如上所示。AT89S51单片机的P1口用作键盘I/O口，键盘的列线接到P1口的低4位，键盘的行线接到P1口的高4位。列线P1.0-P1.3分别接有4个上拉电阻到正电源+5V，并把列线P1.0-P1.3设置为输入线，行线P1.4-P.17设置为输出线。4根行线和4根列线形成16个相交点。1、检测当前是否有键被按下。检测的方法是P1.4-P1.7输出全“0”，读取P1.0-P1.3的状态，若P1.0-P1.3为全“1”，则无键闭合，否则有键闭合。2、去除键抖动。当检测到有键按下后，延时一段时间再做下一步的检测判断。3、若有键被按下，应识别出是哪一个键闭合。方法是对键盘的行线进行扫描。P1.4-P1.7按下述4种组合依次输出：P1.71110P1.61101P1.51011P1.40111在每组行输出时读取P1.0-P1.3，若全为“1”，则表示为“0”这一行没有键闭合，否则有键闭合。由此得到闭合键的行值和列值，然后可采用计算法或查表法将闭合键的行值和列值转换成所定义的键值4、为了保证键每闭合一次CPU仅作一次处理，必须去除键释放时的抖动。<2>确定矩阵式键盘上何键被按下的第二种方法是“高低电平翻转法”。首先让P1口高四位为1，低四位为0。若有按键按下，则高四位中会有一个1翻转为0，低四位不会变，此时即可确定被按下的键的行位置。然后让P1口高四位为0，低四位为1。若有按键按下，则低四位中会有一个1翻转为0，高四位不会变，此时即可确定被按下的键的列位置。最后将上述两者进行或运算即可确定被按下的键的位置。键盘处理程序就作这么一个简单的介绍，实际上，键盘、显示处理是很复杂的，它往往占到一个应用程序的大部份代码，可见其重要性，但说到，这种复杂并不来自于单片机的本身，而是来自于操作者的习惯等等问题，因此，在编写键盘处理程序之前，最好先把它从逻辑上理清，然后用适当的算法表示出来，最后再去写代码，这样，才能快速有效地写好代码[13]。72 ×××大学毕业设计(论文)4系统硬件构成4.1设计原理本文采用以AT89S51为核心的单片机控制方案，利用单片机灵活的编程设计和丰富的I/O端口，及其控制的准确性，不但能实现基本的密码功能，还能添加掉电存储、声光提示甚至添加遥控控制功能[14]。其原理图如图4-1所示。图4-1电子密码锁控制框图Figure4-1Controlblockdiagramoftheelectroniccodelock4.2密码锁控制电路开锁部分作为电子密码锁的主要部分之一，是通过单片机发送信号给开锁执行机构，电路驱动电磁锁吸合，从而达到开锁闭锁的目的。其原理图如图4-2所示。图4-2开锁原理流程图Figure4-2PrincipleflowchartofUnlock72 ×××大学毕业设计(论文)当用户输入的密码正确而且是在规定的时间内（不同用户要求在12s内输入正确的密码，管理员要求在5s内输入正确的密码）输入的话，单片机便输出开锁信号，送到开锁驱动电路，然后驱动电磁锁，达到开锁的目的。其电路图如图4-3所示。开锁控制电路由电路驱动和开锁两级组成。由D5、R16、T4组成驱动电路，其中T4可以选择普通的小功率三极管，如9014、9018都可以满足要求。D5作为开锁的提示，由D、C11、T6组成开锁电路。其中D、C11是为了消除电磁锁可能产生的反向高电压以及可能产生的电磁干扰。T6可选用中功率三极管，如8050。电磁锁的选用要视情况而定，但是吸合力要足够切有一定的余量。图4-3电磁锁驱动电路Figure4-3ElectromagneticLockDriver在本次设计中，基于节省材料，降低成本价格的原则，暂时用发光二极管代替电磁锁，如果发光二极管亮，说明开锁，如果发光二极管暗，说明没有开锁。4.3按键电路设计由于在本设计中需要输入多位数字密码，所以采用矩阵键盘作为输入工具，在本设计中采用行列式键盘，方便而且减少键盘与单片机接口时所占用的I/O线的数目，减少I/O口的使用量，在按键数目比较多的时候都会采用这种方法。每一条水平线（行线）与垂直线（列线）的交叉处不相通，而是通过一个按键来连通，利用这种行列式矩阵结构只需要N条行线和M条列线，就可以组成具有N*M个按键的矩阵键盘。72 ×××大学毕业设计(论文)在这种行列式矩阵键盘非键盘编码的单片机系统中，按键处理程序首先执行等待按键并确认有无按键按下的程序段。当确认有按键按下后，下一步就要识别是哪一个按键被按下，对键的识别通常有两种方法，一种是常用的逐行扫描查询法；另一种是速度较快的线翻转法[15]。首先辨别键盘中有无键按下，有单片机I/O口向键盘送全扫描字，然后读入行线状态来判断。方法是：向行线输出全扫描字00H,把全部列线置为低电平，然后将列线的电平状态读入累加器A中，如果有按键按下，总会有一根行线电平被拉至低电平从而使行线不全为1。判断键盘中哪一个键被按下使通过键列线逐列至低电平后，检查行输入状态来实现的。方法是：一次给列线送低电平，然后查询所有行线状态，如果全为1，则所按下的键不在系此列，如果不全为1，则所按下的键必在此列，而且是在与零电平行线相交的交点上那个键。操作面板如图4-4所示，共有数字键10个，功能键4个，还有四个指示灯和一个蜂鸣报警器，外加一个LED显示器。上锁01确认23456789菜单返回LED显示器图4-4操作面板示意图Figure4-4Schematicdiagramofthecontrolpanel72 ×××大学毕业设计(论文)10个数字键用来输入密码，六个功能键上锁、确认、菜单、返回，主要是上锁和对输入密码的确认，对于菜单键，当按下菜单键后，在LCD显示器上将会出现，修改密码、开锁、密码清除等提示，根据提示进行操作，上下箭头是用于选择功能的。上面的4个指示灯是用来指示操作的状态，锁合（左一）指示状态灯，正常的情况下显示红色，表示上锁。当键盘动作的时候，键有效（左三）灯开始闪动，当输入错误时则没有反应，指示灯也显示红色。锁开（左二）指示灯，当用户在规定的时间内正确的输入了密码，此灯转变为绿色，表示开锁，否则不显示。错误（左四）指示灯是当用户输入密码三次错误时灯亮，自动启动报警系统，进行蜂鸣报警。面板上的蜂鸣器一个作用是对用户的操作进行语言提示，另一个作用是在用户输入错误密码次数超过三次后自动启动报警系统进行蜂鸣报警。在本设计中，键盘电路设计如图4-5所示。图4-5键盘电路Figure4-5KeyboardCircuit4.4AT24C02掉电存储单元的设计掉电存储单元的作用是在电源突然断开的时候，存储当前设定的信息，防止数据丢失。AT24C02是由ATMEL公司提供的，I2C总线串行EEPROM，其容量为1KB，工作电压在1.8V～5.5V之间，生产工艺是CMOS工艺。芯片内的资料可以保存很久，而且使用方便。图4-6AT24C02掉电存储电路Figure4-6AT24C02memorycircuitpower-down72 ×××大学毕业设计(论文)如图4-6中R8、R10是上拉电阻，其作用是减少AT24C02的静态功耗，由于AT24C02的数据线和地址线是复用的，采用串行口的方式传送数据，所以只用两根线SCL（以为脉冲）和SDA（数据/地址）与单片机传送数据[16]。每当出现一次数据变化，系统就会自动调用存储程序，将新的数据保存在芯片当中，当系统重新上电的时候，系统会自动调用读存储器程序，将存储期内的数据读到缓存单元中，供主程序使用。4.5显示模块显示电路采用八个共阳极LED数码管，从P0并行输出温度段码，用P1.0～P1.7八个端口输出选择脉冲，控制数码管的点亮。其具体电路图如图4-7所示。图4-7显示电路Figure4-7showsthecircuit其工作过程如下：1、并行数据由P0口送至八个数码管。2、这时P1.0～P1.7轮流输出低电平，LED数码管依次被点亮，显示P0传送来的数据。由于数码管余辉效应和人眼的视觉延迟，当数码管每秒点亮50次时，就会出现静止显示的密码值。4.6电源电路设计72 ×××大学毕业设计(论文)电源是一个系统正常工作的基础，电源模块为系统其他各个模块提供所需要的能源保证，因此电源模块的设计至关重要。系统中接受供电的部分包括：显示模块、单片机模块、开锁电路模块、以及其它的外围辅助模块等。设计中，除了需要考虑电压范围和电流容量等基本参数外，还要在电源转换效率、噪声、干扰和电路简单等方面进行优化。可靠的电源方案是整个硬件电路稳定可靠运行的基础。为了防止停电情况的发生，本电路后备了UPS电源，它包括市电供电电路，停电检测电路，电子开关切换电路，蓄电池充电电路和蓄电池组。电源电路图如图4-8所示。图4-8市电供电电路Figure4-8mainspowersupplycircuit220V市电通过变压器降压成12V的交流电，在经过整流桥整流，稳压到5V送往电子切换电路，由于本电路功耗较少，所以选用10W的小型变压器。由R14、R15、R18、R19以及IC14构成电压比较器，正常情况下，V+V-IC14输出高电平，由T3、T4构成的达林顿管使继电器J开启，用其常开触点将蓄电池和电路相连，实现市电和蓄电池供电的切换，保证电子密码锁的正常工作（电池容量决定持续时间）。其电路图如图4-8所示。图4-9停电检测及电子开关切换电路Figure4-9andelectronicswitchingpowerfailuredetectioncircuit72 ×××大学毕业设计(论文)T1、T2构成蓄电池的自动充电电路，它在电池充满后自动停止充电，其中D1亮为正在充电，D2为工作指示。由R12、R5、T1构成电压检测电路，蓄电池电压低。则T1、T2导通，实现对其充电；充满后，T1、T2截止，停止充电，同时D1熄灭，电路中C13的作用是滤除干扰信号。其电路图如图4-10所示。图4-10蓄电池自动充电电路Figure4-10Automaticbatterychargingcircuit全部硬件电路的电源由6V电源提供。由于电路中的不同电路模块所需要的工作电流容量各不相同，因此电源模块应该包含多个稳压电路，将充电电池电压转换成各个模块所需要的电压。电源模块由若干相互独立的稳压电源电路组成。在本系统中，5V电源的实现是通过电源管理芯片LM7805来实现的。LM7805为3端正稳压电路,TO-220封装，能提供多种固定的输出电压，应用范围广。内含过流、过热和过载保护电路。带散热片时，输出电流可达1A。虽然是固定稳压电路，但使用外接元件，可获得不同的电压和电流。应用电路如图4-11所示：图4-115v电路应用电Figure4-115vpowercircuitapplications由于系统中有多个模块需要5V供电，考虑到电流不足的问题，所以系统中有多个独立的5V电源为不同的模块供电。72 ×××大学毕业设计(论文)4.7电路总体构成通过上面各个单元的设计可以知道，在本设计中总体电路图主要包括四个大的部分，开锁部分、掉电存储部分、电源输入部分和按键输入部分。总体电路图详见附录C。72 ×××大学毕业设计(论文)5系统软件设计5.1keilC编译环境KeilC51软件是众多单片机应用开发的优秀软件之一，它集编辑，编译，仿真于一体，支持汇编，PLM语言和C语言的程序设计，界面友好，易学易用。KeilC51µVision2集成开发环境是KeilSoftware，Inc/KeilElektronikGmbH开发的基于80C51内核的微处理器软件开发平台，内嵌多种符合当前工业标准的开发工具，可以完成从工程建立到管理、编译、链接、目标代码的生成、软件仿真、硬件仿真等完整的开发流程尤其是C编译工具在产生代码的准确性和效率方面达到了较高的水平，而且可以附加灵活的控制选项，在开发大型项目时非常理想。KeilC51集成开发环境的主要功能有以下几点：1）µVision2forWindows：是一个集成开发环境，它将项目管理、源代码编辑和程序调试等组合在一个功能强大的环境中；2）C51国际际准化C交叉编译器：从C源代码产生可重定位的目标模块；3）A51宏汇编器：从80C51汇编源代码产生可重定位的目标模块；4）BL51链接器/定位器：组合由C51和A51产生的可重定位的目标模块，生成绝对目标模块；5）LIB51库管理器：从目标模块生成连接器可以使用的库文件；6）OH51目标文件至HEX格式的转换器，从绝对目标模块生成IntelHex文件；7）RTX-51实时操作系统：简化了复杂的实时应用软件项目的设计。这个工具套件是为专业软件开发人员设计的，但任何层次的编程人员都可以使用，并获得80C51单片机的绝大部分应用。KeilSoftware提供了一流的80C51系列开发工具软件，下面描述每个套件及其内容：1）PK51专业开发套件。PK51专业开发套件提供了所有工具，适合专业开发人员建立和调试80C51系列微控制器的复杂嵌入式应用程序。专业开发套件可针对80C51及其所有派生系列进行配置使用。2）DK51开发套件。DK51开发套件是PK51的精简版，它不包括RTX51Tiny实时操作系统。开发套件可针对80C51及其所以派生系列进行配置使用。3）CA51编译器套件。如果开发者只需要一个C编译器而不需要调试系统，则CA51编译器套件就是最好的选择。CA51编译器套件只包含µVision272 ×××大学毕业设计(论文)IDE集成开发环境，CA51不提供µVision2调试器的功能。这个套件包括了要建立嵌入式应用的所有工具软件，可针对80C51及其所有派生系列进行配置使用。4）A51汇编器套件。A51汇编器套件包括一个汇编器和创建嵌入式应用所需要的所有工具。它可针对80C51及其所有派生系列进行配置使用。5）RTX51实时操作系统（FR51）。RTX51实时操作系统是80C51系列微控制器的一个实时内核。RTX51Full提供RTX51Tiny的所以功能和一些扩展功能，并且包括CAN通信协议接口子程序。6）比较表。列出了每个套件的功能，表的顶上一栏为工具套件名称，表的左边一列为软件组成部分，使用这个对照表可以选择符合需要的套件。5.2程序设计程序设计（Programming）是指设计、编制、调试程序的方法和过程。它是目标明确的智力活动。在进行微机控制系统设计时，除了系统硬件设计外，大量的工作就是如何根据每个产生对象的实际需要设计应用程序。因此，软件设计在微机控制系统设计中占重要地位。在单片机控制系统中，大体上可以分为数据处理、过程控制两个基本类型。数据处理包括：数据采集、数据滤波、标度变换等。过程控制程序主要是使单片机按一定的方法进行计算，然后再输出，以便控制生产。为了完成上述任务，在进行软件设计时，通常把整个过程分为若干个部分，每一个部分叫做一个模块。把一个程序分成具有多个明确任务的程序模块，分别编制、调试后再把它们连接在一起形成一个完整的程序，这样的程序设计方法称为模块化程序设计。所谓“模块”，实质上就是能完成一定功能，并相对独立的程序段，这种程序段设计方法称为模块程序设计法。l模块程序设计法的主要优点是：l单个模块比一个完整的程序易编写、调试及修改；l程序易读性好；l程序的修改可局部化；l模块可以共存，一个模块可以被多个任务在不同条件下调用；l模块程序允许设计者分割任务和利用已有程序，为设计者提供方便。5.3模块介绍72 ×××大学毕业设计(论文)在本设计中，软件设计主要分为主程序模块、键盘扫描及识别子程序、掉电存储服务程序、显示子程序四个部分。以下是对各部分的分别介绍。5.3.1主程序模块主程序模块要完成初始化、设置中断向量、检查有无按键按下以及调用显示等等。5.3.2键盘扫描及识别子程序键盘采用查询的方式，放在主程序中，当没有按键按下的时候，单片机循环主程序，一旦有按键按下，便转向相应的子程序处理，处理结束再返回。5.3.3掉电存储服务程序当比较密码的时候，需要读AT24C02程序，将存储在芯片内的数据读到RAM中，然后和输入的密码相比较。当修改密码的时候，需要把输入的密码保存到AT24C02中。5.3.4显示子程序由于是分屏显示数据，所以就要用到5个显示子程序，分别是关闭状态显示子程序、开锁状态显示子程序、密码输入及修改状态显示子程序、密码输入错误后的提示子程序，以及密码在规定的时间内输入错误次数超过3次后的锁定状态显示子程序。5.4程序流程图主程序流程图如图5-1所示：72 ×××大学毕业设计(论文)图5-1程序流程图Figure5-1Programflowchart72 ×××大学毕业设计(论文)5.5源程序代码；R3——输入错误次数；R4——密码个数；R7——输入密码暂存；R2——键值暂存；R6——延时参数ORG00HSJMPSTARTORG0BHSTART:；设置初始密码PASSWORD:MOVR4，#08H;密码个数8个MOVR0，#40H;密码暂存区MOVA,#00H;初始密码0,1,2,3,4,5,6,7PASSNEXT:MOV@R0，AINCR0INCADJNZR4，PASSNEXTMLOOP:CLRP3.0;锁合SETBP3.1；锁开SETBP3.2；键有效SETBP3.3;错误SETBP3.4;报警MOVR3，#03H；错误次数3次；输入密码GETPW:MOVR4，#08H;密码个数72 ×××大学毕业设计(论文)MOVR0，#30H;输入密码暂存区AGAIN:ACALLKEY;输入密码CJNZA,#0AH,CONTIUE;按确认键无效SJMPAGAINCONTIUE:MOV@R0，AACALLDISPLED;按键有效显示INCR0DJNZR4，AGAINAGAIN1：ACALLKEY;按键确认CJNEA,#0AH,AGAIN1ACALLDIAPLED;按确认键有效显示ACALLCOMP;比较密码SETBP3.0;息锁合CLRP3.1;开锁WAIT:MOVC,P3.5;是否重新上锁JNCMLOOP;主循环ACALLTestKey；是否右键按下，是否修改密码JZWAIT;累加器的内存为0，则转移；否则执行下一条指令ACALLCHPSW;修改密码子程序SJMPWAITCOMP:MOVR4，#08HMOVR0，#30HAGAI:MOV50H,@R0;取输入密码到50H72 ×××大学毕业设计(论文)MOVA,R0ADDA,#010H;40HMOVR0，AMOVA,@R0;取密码MOVB,AMOVA,R0SUBBA,#010H;30HMOVR0，AMOVA,BCJNEA,50H,ONCEMORE;比较INCR0DJNZR4，AGAIRET;正确返回ONCEMORE:CLRP3.3;输入错误MOVR6，#0FFHACALLDELAYMOVR6，#0FFHACALLDELAYSETBP3.3DJNZR3，GETPW;3次错误输入CLRP3.4;声报警CLRP3.3;光报警W:SJMPW;修改密码子程序CHPSW:MOVR4，#07HMOVR0，348hACALLKEYCJNEA,#0AH,CONTIUE2;按确认键无效72 ×××大学毕业设计(论文)LJMPWAIT;返回CONTIUE2：MOV@R0，AINCR0ACALLDISPLED;按键有效显示ANOTHER:ACALLKEYCJNZA,#0AH,CONTIUE3;按确认键无效SJMPANOTHERCONTIUE3：MOV@R0，AINCR0ACALLDISPLED;按键有效显示DJNZR4，ANOTHERAGAIN2：ACALLKEY;按确认键CJNZA,#0AH,AGAIN2ACALLDISPLED;按确认键有效显示MOVR4，#08HMOVR0#40HMOVR1，#48HCHANGE:确认后修改密码MOVA,@R1MOV@R0，AINCR0INCR1DJNZR4，CHANGERET;按键有效显示DISPLED:CLRP3.2;按键有效显示MOVR6，#80H72 ×××大学毕业设计(论文)ACALLDELAYSETBP3.2RETTestKey:MOVP1，#0FHMOVA,P1;读入键状态CPLA;累加器取数据ANLA,#0F0HRET;取键值子程序，阵列式键盘KEY:MOVP1，#0F0HMOVA,P1CJNEA,#0F0H,K11K10：AJMPKEYK11：MOVR6，#02HACALLDELAYMOVP1，#0F0HMOVA,P1CJNEA,0F0H,K12SJMPK10K12：MOVB,AMOVP1，#0FHMOVA,P1CJNEA,#0FH,K122K121：AJMPKEYK122：MOVR6，#02HACALLDELAY72 ×××大学毕业设计(论文)MOVP1，#0FHMOVA,P1CJNEA,0FH,K13AJMPK10K13：ANLA,BMOVB,AMOVR1，#11MOVR2，#0MOVDPTR,#K1TABK14：MOVA,R2MOVCA,@A+DPTRCJNEA,B,K16MOVP1，#0FHK15：MOVA,P1CJNEA,#0FH,K15MOVR6，#02HACALLDELAYMOVA,R2RETK16：INCR2DJNZR1，K14AJMPK10;键码表K1TAB:DB81H,41H,21H,11HDB82H,42H,22H,12HDB84H,44H,24H72 ×××大学毕业设计(论文)；延时子程序DELAY:MOVR6，#80HAA1：MOVR5，#0F8HAA:NOPDJNZR5，AADJNZR6，AA1RETEND72 ×××大学毕业设计(论文)6结论本论文是基于单片机的电子密码锁的设计，通过了解可以知道电子密码锁具有软硬件设计简单、易于开发、成本较低、安全可靠、操作方便等特点。同时，还具有按键有效提示，输入错误提示，修改密码等多种功能。可在意外泄密的情况下及时修改密码，保密性强,灵活性高,特别适合在家庭、办公室、学生宿舍及宾馆等场所使用。使用电子密码锁非常方便大众，这就是这次毕业设计的初衷。通过本次设计，让我对单片机的使用有了新的认识，熟悉了单片机系统的开发流程级注意事项，并了解了电子产品的一半开发过程，学会设计简单的电路图，并使用Protel进行电路图的绘制，应用编程软件进行程序的编写，学会了发现问题并解决问题，这次设计锻炼了自己的动手能力和动脑能力，使自己的综合能力得到了提高，为以后的学习和工作打下良好的基础。72 ×××大学毕业设计(论文)致谢大学四年匆匆而过，我完成了设计和毕业论文。我更加体会到的是充实、紧张、快乐。在整个过程中无不倾注着老师的心血，同学的帮助；在这里特别要感谢×××老师，在设计期间不辞辛劳的给予我帮助和关心，对我的整个设计过程严格要求。才使得我的毕业设计能够顺利完成。感谢×××大学电信学院为学生提供了这个设计的宝贵机会，这是一次理论联系实际，以实践知识和感性知识来巩固课堂知识的重要过程。通过此次设计，我加深了对理论知识的理解，了解电子产品的设计流程，提高对专业知识的感性认识，进一步培养了我分析和解决问题的能力。同时也非常感谢电信学院领导及教研室的全体教师，对我们毕业生的关心，为我们在校内校外的毕业生提供无微不至的帮助。感谢所有一同参加毕业实习的同学，感谢你们在整个设计过程中对我的帮助。千言成语汇集成动力，我只能用我的实际行动，认真完成设计任务，不辜负领导、老师对我的关心，也为自己在大学的最后时刻画上一个圆满的句号。在大学生活即将结束之际，诚挚的祝愿所有的老师和同学们在今后的日子里工作顺利、万事如意、身体健康！72 ×××大学毕业设计(论文)参考文献[1]张美金，刘卉，谢国民等.80C51单片机微机原理及应用教程[M]沈阳：辽宁人民出版社，2008.10.[2]李群芳等.单片机原理、接口及应用[M].北京：清华大学出版社，2005.[3]李朝青.单片机原理及接口技术[M].北京:北京航空航天大学出版社，2003.[4]李伯成.基于MCS-51单片机的嵌入式系统设计[M]北京：电子工业出版社，2004.[5]华成英，童师白.模拟电子技术基础[M]北京:高等教育出版社.2006.5.[6]李林功等.单片机原理与应用[M].北京:机械工程出版社,2008.[7]徐安等.单片机原理与应用[M].北京:北京希望电子出版社,2003.[8]李华等.MCS-51系列单片机实用接口技术[M].北京:北京航空航天大学出版社,2002.[9]陈丹萍.基于AT89S51单片机的电子密码锁设计.2010年第6期[10]王守中,聂元铭.51单片机开发入门与典型实例[M].人民邮电出版社,第二版.2009[11]郭天祥,新概.51单片机C语言教程[M].电子工业出版社,2009[12]万福君,潘松峰,刘芳.51单片机原理系统设计与应用[M].清华大学出版社,2008[13]李承,电路原理与电机控制[M].清华大学出版社,2008[14]AT89C51DATASHEEPPhilipsSemiconductors1999.dec[15]Yang.Y.,Yi.J.,Woo,Y.Y.,andKim.B.:‘OptimumdesignforlinearityandefficiencyofmicrowaveDohertyamplifierusinganewloadmatchingtechnique’,Microw.J.,2001,44,(12),pp.20–36[16]Vizimuller,P.:‘RFdesignguide-systems,circuits,andequations’(ArtechHouse,Boston,MA,1995)[6]R.Dye,“VisualObject-OrientatedProgramming,”Dr.DobbsMacintoshJournal,Sept.1st(1991).72 ×××大学毕业设计(论文)附录A：中文译文单片机简介单片机是一片半导体硅片集成：中央处理单元（CPU）、存储器（RAM、ROM）、并行I/O、串行I/O、定时器/计数器、中断系统、系统时钟电路及系统总线的微型计算机。具有微型计算机的属性，因而被称为单片微型计算机，简称单片机。主要应用于测控领域。单片机使用时，通常是处于测控系统的核心地位并嵌入其中，所以国际上通常把单片机称为嵌入式控制器（EMCU，EmbeddedMicroControllerUnit），或微控制器（MCU，MicroControllerUnit）。我国习惯于使用“单片机”这一名称。单片机是计算机技术发展史上的一个重要里程碑，标志着计算机正式形成了通用计算机系统和嵌入式计算机系统两大分支。单片机体积小、成本低，嵌入到工业控制单元、机器人、智能仪器仪表、汽车电子系统、武器系统、家用电器、办公自动化设备、金融电子系统、玩具、个人信息终端及通讯产品中。按照其用途可分为通用型和专用型两大类。（1）通用型单片机就是其内部可开发的资源（如存储器、I/O等各种外围功能部件等）可以全部提供给用户。用户根据需要，设计一个以通用单片机芯片为核心，再配以外围接口电路及其它外围设备，并编写相应的软件来满足各种不同需要的测控系统。通常所说的和本书介绍的是指通用型单片机。（2）专用型单片机是专门针对某些产品的特定用途而制作的单片机。由于在设计中，已经对“专用”单片机的系统结构最简化、可靠性和成本的最佳化等方面都做了全面的综合考虑，所以“专用”单片机具有十分明显的综合优势。无论“专用”单片机在用途上有多么“专”，其基本结构和工作原理都是以通用单片机为基础的。单片机的发展历史是如何划分的呢？单片机按其处理的二进制位数主要分为：4位单片机、8位单片机、16位单片机和32位单片机。发展大致分为4个阶段。第一阶段（1974年～1976年）：单片机初级阶段。因工艺限制，单片机采用双片的形式而且功能比较简单。1974年12月，仙童公司推出了8位的F8单片机，实际上只包括了8位CPU、64BRAM和2个并行口。第二阶段（1976年～1978年）：低性能单片机阶段。1976年Intel的MCS-4872 ×××大学毕业设计(论文)单片机（8位）极大地促进了单片机的变革和发展，1977年GI公司推出了PIC1650，但这个阶段仍处于低性能阶段。第三阶段（1978年～1983年）：高性能单片机阶段。1978年，Zilog公司推出Z8单片机，1980年，Intel公司在MCS-48系列基础上推出MCS-51系列，Mortorola推出6801单片机。使单片机的性能及应用跃上新的台阶。此后，各公司的8位单片机迅速发展。推出的单片机普遍带有串行I/O口、多级中断系统、16位定时器/计数器，片内ROM、RAM容量加大，且寻址范围可达64KB，有的片内还带有A/D转换器。由于这类单片机的性能价格比高，所以被广泛应用，是目前应用数量最多的单片机。第四阶段（1983年～现在）：8位单片机巩固发展及16位单片机、32位单片机推出阶段。16位典型产品Intel公司的MCS-96系列单片机。而32位单片机除了具有更高的集成度外，其数据处理速度比16位单片机提高许多，性能比8位、16位单片机更加优越。20世纪90年代单片机制造业大发展时期，Mortorola、Intel、ATMEL、德州仪器（TI）、三菱、日立、飞利浦、LG等公司开发一大批性能优越的单片机，极大推动单片机的应用。近年，又有不少新型的高集成度的单片机产品涌现出来，出现了产品丰富多彩的局面。目前，除8位单片机得到广泛应用外，16位单片机、32位单片机也得到广大用户青睐。单片机的特点:单片机是集成电路技术与微型计算机技术高速发展的产物。体积小、价格低、应用方便、稳定可靠，因此，给工业自动化等领域带来了一场重大革命和技术进步。由于体积小，很容易地嵌入到系统之中，以实现各种方式的检测、计算或控制，这一点，一般微机根本做不到。由于单片机本身就是一个微型计算机，因此只要在单片机的外部适当增加一些必要的外围扩展电路，就可以灵活地构成各种应用系统，如工业自动检测监视系统、数据采集系统、自动控制系统、智能仪器仪表等。为什么应用广泛？具有以下优点：（1）功能齐全，应用可靠，抗干扰能力强。（2）简单方便，易于普及。单片机技术是易掌握技术。应用系统设计、组装、调试已经是一件容易的事情，工程技术人员通过学习可很快掌握其应用设计技术。（3）发展迅速，前景广阔。短短几十年，单片机经过4位机、8位机、16位机、3272 ×××大学毕业设计(论文)位机等几大发展阶段。尤其是集成度高、功能日臻完善的单片机不断问世，使单片机在工业控制及工业自动化领域获得长足发展和大量应用。目前，单片机内部结构愈加完美，片内外围功能部件越来越完善，向更高层次和更大规模的发展奠定坚实的基础。（4）嵌入容易，用途广泛，体积小、性能价格比高，应用灵活性强等特点在嵌入式微控制系统中具有十分重要的地位。单片机出现前，制作一套测控系统，大量的模拟电路、数字电路、分立元件完成，以实现计算、判断和控制功能。系统的体积庞大，线路复杂，连接点多，易出现故障。单片机出现后，测控功能的绝大部分由单片机的软件程序实现，其它电子线路则由片内的外围功能部件来替代。单片机的应用:软硬件结合、体积小，容易嵌入到各种应用系统中。得到广泛应用。1．工业检测与控制主要应用：工业过程控制、智能控制、设备控制、数据采集和传输、测试、测量、监控等。在工业自动化的领域中，机电一体化技术将发挥愈来愈重要的作用，在这种集机械、微电子和计算机技术为一体的综合技术（如机器人技术）中，单片机发挥着非常重要的作用。2．仪器仪表目前对仪器仪表的自动化和智能化要求越来越高。单片机的使用有助于提高仪器仪表的精度和准确度，简化结构，减小体积而易于携带和使用，加速仪器仪表向数字化、智能化、多功能化方向发展。3．消费类电子产品例如，洗衣机、电冰箱、空调机、电风扇、电视机、微波炉、加湿机、消毒柜等。嵌入了单片机后，功能和性能大大提高，并实现智能化、最优化控制。4．通讯在调制解调器、各类手机、传真机、程控电话交换机、信息网络及各种通讯设备中，单片机也已经得到广泛应用。5．武器装备在现代化的武器装备中，如飞机、军舰、坦克、导弹、鱼雷制导、智能武器装备、航天飞机导航系统，都有单片机嵌入其中。6．各种终端及计算机外部设备72 ×××大学毕业设计(论文)计算机网络终端（如银行终端）以及计算机外部设备（如打印机、硬盘驱动器、绘图机、传真机、复印机等）中都使用了单片机作为控制器。7．汽车电子设备已经广泛地应用在各种汽车电子设备中，如汽车安全系统、汽车信息系统、智能自动驾驶系统、卫星汽车导航系统、汽车紧急请求服务系统、汽车防撞监控系统、汽车自动诊断系统以及汽车黑匣子等。8．分布式多机系统在较复杂多节点的测控系统中，常采用分布式多机系统。一般由若干台功能各异的单片机组成，各自完成特定的任务，它们通过串行通信相互联系、协调工作。在这种系统中，单片机往往作为一个终端机，安装在系统的某些节点上，对现场信息进行实时的测量和控制。从工业自动化、自动控制、智能仪器仪表、消费类电子产品等方面，直到国防尖端技术领域，单片机都发挥着十分重要的作用。单片机的发展趋势：单片机的发展趋势将是向大容量、高性能化，外围电路内装化等方面发展。为满足不同用户的要求，各公司竞相推出能满足不同需要的产品。1．CPU的改进（1）增加CPU数据总线宽度。例如，各种16位单片机和32位单片机，数据处理能力要优于8位单片机。另外，8位单片机内部采用16位数据总线，其数据处理能力明显优于一般8位单片机。（2）采用双CPU结构，以提高数据处理能力。2．存储器的发展（1）片内程序存储器普遍采用闪烁（Flash）存储器。可不用外扩展程序存储器，简化系统结构。（2）加大存储容量。目前有的单片机片内程序存储器容量可达128KB甚至更多。3．片内I/O的改进（1）增加并行口驱动能力，以减少外部驱动芯片。有的单片机可以直接输出大电流和高电压，以便能直接驱动LED和VFD（荧光显示器）。（2）有些单片机设置了一些特殊的串行I/O功能，为构成分布式、网络化系统提供方便条件。4．低功耗化72 ×××大学毕业设计(论文)CMOS化，功耗小，配置有等待状态、睡眠状态、关闭状态等工作方式。消耗电流仅在µA或nA量级，适于电池供电的便携式、手持式的仪器仪表以及其它消费类电子产品。5．外围电路内装化众多外围电路全部装入片内，即系统的单片化是目前发展趋势之一。例如，美国Cygnal公司的C8051F0208位单片机，内部采用流水线结构，大部分指令的完成时间为1或2个时钟周期，峰值处理能力为25MIPS。片上集成有8通道A/D、两路D/A、两路电压比较器，内置温度传感器、定时器、可编程数字交叉开关和64个通用I/O口、电源监测、看门狗、多种类型的串行接口（两个UART、SPI）等。一片芯片就是一个“测控”系统。综上所述，单片机正在向多功能、高性能、高速度（时钟达40MHz）、低电压（2.7V即可工作）、低功耗、低价格（几元钱）、外围电路内装化以及片内程序存储器和数据存储器容量不断增大的方向发展。MCS-51系列与AT89C5x系列单片机：20世纪80年代以来，发展迅速，世界一些著名厂商投放市场的产品就有几十个系列，数百个品种，Intel公司的MCS-48、MCS-51，Motorola公司的6801、6802，Zilog公司的Z8系列，Rockwell公司的6501、6502等。此外，荷兰的Philips公司、日本的NEC公司、日立公司等也相继推出了各自的产品。尽管机型很多，但是在20世纪80年代以及90年代，在我国使用最多的8位单片机还是Intel公司的MCS-51系列单片机以及与其兼容的单片机（称为51系列单片机）。MCS-51系列单片机MCS是Intel公司单片机的系列符号，如MCS-48、MCS-51、MCS-96系列单片机。MCS-51系列是在MCS-48系列基础上于20世纪80年代初发展起来的，是最早进入我国，并在我国得到广泛应用的单片机主流品种。MCS-51系列品种丰富，经常使用的是基本型和增强型。基本型：8031/8051/8751（低功耗型80C31/80C51/87C51）增强型：8032/8052/8752。已为我国广大技术人员所熟悉和掌握。在上世纪80年代和90年代，MCS-51系列是在我国应用最为广泛的单片机机型之一。典型产品：8031/8051/8751。8031内部包括1个8位CPU、128BRAM，21个特殊功能寄存器（SFR）、4个8位并行I/O口、1个全双工串行口，2个16位定时器/计数器，5个中断源，但片内无程序存储器，需外扩程序存储器芯片。8051是在8031的基础上，片内又集成有4KBROM作为程序存储器。所以805172 ×××大学毕业设计(论文)是一个程序不超过4KB的小系统。ROM内的程序是公司制作芯片时，代为用户烧制的。8751与8051相比，片内集成的4KBEPROM取代了8051的4KBROM来作为程序存储器。增强型：Intel公司在基本型基础上，推出增强型-52子系列，典型产品：8032/8052/8752。内部RAM增到256B，8052、片内程序存储器扩展到8KB，16位定时器/计数器增至3个，6个中断源，串行口通信速率提高5倍。表1-1基本型和增强型的MCS-51系列单片机片内的基本硬件资源型号片内程序储存器片内数据出现存器(B)I/O口线(位)定时器/计数器(个)中断源个数(个)基本型8031无128322580514KBROM128322587514KBRPROM1283225增强型8032无256323680528KBROM256323687528KBEPROM2563236AT89C5x（AT89S5x）系列单片机20世纪80年代中期以后，Intel精力集中在高档CPU芯片的开发、研制上，淡出单片机芯片的开发和生产。MCS-51系列设计上的成功，以及较高的市场占有率，已成为许多厂家、电气公司竞相选用的对象。Intel公司以专利形式把8051内核技术转让给ATMEL、Philips、Cygnal、ANALOG、LG、ADI、Maxim、DALLAS等公司。生产的兼容机与8051兼容，采用CMOS工艺，因而常用80C51系列单片机来称呼所有这些具有8051指令系统的单片机，这些兼容机的各种衍生品种统称为51系列单片机或简称为51单片机，是在8051的基础上又增加一些功能模块（称其为增强型、扩展型子系列单片机）。近年来，世界上单片机芯片生产厂商推出的与8051（80C51）兼容的主要产品如表1-2所示。72 ×××大学毕业设计(论文)生产厂家单片机型号ATMEL公司AT89C5X系列(89C51/89S51)Philips公司80C518XC552系列Cyganal公司C80c51f系列高速SOC单片机LG公司GMS90/97系列低价高速单片机ADIAduc8xx系列高精度单片机美国MAXIM公司Ds89c420高速(50MIPS)单片机系列台湾华邦公司W78c51w77c51系列高速低价单片机AMD公司8-515/535单片机Siemens公司SAB80512单片机表1-28051（80C51）兼容的主要产品在众多的衍生机型中，ATMEL公司的AT89C5x/AT89S5x系列，尤其是T89C51/AT89S51和AT89C52/AT89S52在8位单片机市场中占有较大的市场份额。ATMEL公司1994年以E2PROM技术与Intel公司的80C51内核的使用权进行交换。ATMEL公司的技术优势是闪烁（Flash）存储器技术，将Flash技术与80C51内核相结合，形成了片内带有Flash存储器的AT89C5x/AT89S5x系列单片机。AT89C5x/AT89S5x系列与MCS-51系列在原有功能、引脚以及指令系统方面完全兼容。此外，某些品种又增加了一些新的功能，如看门狗定时器WDT、ISP（在系统编程也称在线编程）及SPI串行接口技术等。片内Flash存储器允许在线（+5V）电擦除、电写入或使用编程器对其重复编程。另外，AT89C5x/AT89S5x单片机还支持由软件选择的两种节电工作方式，非常适于低功耗的场合。与MCS-51系列的87C51单片机相比，AT89C51/AT89S51单片机片内的4KBFlash存储器取代了87C51片内的4KBEPROM。AT89S51片内的Flash存储器可在线编程或使用编程器重复编程，且价格较低。因此AT89C51/AT89S51单片机作为代表性产品受到用户欢迎，AT89C5x/AT89S5x单片机是目前取代MCS-51系列单片机的主流芯片之一。本书重点介绍AT89S51单片机的原理及应用系统设计。AT89S5x的“S”档系列机型是ATMEL公司继AT89C5x72 ×××大学毕业设计(论文)系列之后推出的新机型，代表性产品为AT89S51和AT89S52。基本型的AT89C51与AT89S51以及增强型的AT89C52与AT89S52的硬件结构和指令系统完全相同。使用AT89C51的系统，在保留原来软硬件的条件下，完全可以用AT89S51直接代换。与AT89C5x系列相比，AT89S5x系列的时钟频率以及运算速度有了较大的提高，例如，AT89S51工作频率的上限为24MHz，而AT89S51则为33MHz。AT89S51片内集成有双数据指针DPTR，看门狗定时器、具有低功耗空闲工作方式和掉电工作方式。目前，AT89S5x系列已逐渐取代AT89C5x系列。表1-3为ATMEL公司AT89C5x/AT89S5x系列单片机主要产品片内硬件资源。由于种类多，要依据实际需求来选择合适的型号。表1-3ATMEL公司AT89C5x/AT89S5x系列单片机主要产品型号片内flash(KB)片内RAM(B)I/O口线(位)定时器/计数器(个)中断源个数(个)AT89C105111281513AT89C205121281525AT89C5141283225AT89S5141283226AT89S5282563238AT89S5282563238AT89LV5141283226AT89LV5282563238AT89C55202563238表1-3AT89C1051与AT89C2051为低档机型，均为20只引脚。当低档机满足设计需求时，就不要采用较高档次的机型。例如，当系统设计时，仅仅需要一个定时器和几位数字量输出，那么选择AT89C1051或AT89C2051即可，不需选择AT89S51或AT89S52，因为后者要比前者的价格高，且前者体积也小。如对程序存储器和数据存储器的容量要求较高，还要单片机运行速度尽量要快，可考虑选择AT89S5172 ×××大学毕业设计(论文)/AT89S52，因为它们的最高工作时钟频率为33MHz。当程序需要多于8KB以上的空间可考虑选用片内Flash容量20KB的AT89C55。表1-3中，“LV”代表低电压，它与AT89S51的主要差别是其工作时钟频率为12MHz，工作电压为2.7～6V，编程电压VPP为12V。AT89LV51的低电压电源工作条件可使其在便携式、袖珍式、无交流电源供电的环境中应用，特别适于电池供电的仪器仪表和各种野外操作的设备中。尽管AT89C5x/AT89S5x系列单片机有多种机型，但掌握好基本型AT89S51单片机十分重要，因为它们是具有8051内核的各种型号单片机的基础，最具典型性和代表性，同时也是各种增强型、扩展型等衍生品种的基础。本文以AT89S51作为51单片机的代表性机型来介绍单片机的原理及应用。在我国，除8位单片机得到广泛应用外，16位单片机也得到了广大用户的青睐，例如，美国TI公司的16位单片机MSP430和台湾的凌阳16位单片机。本身带有A/D转换器，一片芯片就构成了一个数据采集系统。设计使用非常方便。尽管这样，16位单片机还远远没有8位单片机应用的那样广泛和普及，因为目前的主要应用中，8位单片机的性能已能够满足大部分的实际需求，况且8位单片机的性能价格比也较好。在众多厂家生产的各种不同的8位单片机中，与MCS-51系列单片机兼容的各种51单片机，目前仍然是8位单片机的主流品种，若干年内仍是自动化、机电一体化、仪器仪表、工业检测控制应用的主角。世界各半导体器件厂家推出的以8051为内核的，各种集成度高、功能强的的增强型单片机。这些单片机目前也得到广大设计工程师的青睐。ADμC812单片机美国ADI(AnalogDevicelnc)公司生产的高性能单片机，内部包含高精度的自校准8通道12位模数转换器，2通道12位数模转换器以及可编程的8位的与8051单片机兼容的MCU内核，指令系统与MCS-51系列兼容。片内有8KBFlash程序存储器、640BFlash数据存储器、256B数据SRAM(支持可编程)。片内集成看门狗定时器、电源监视器以及ADC DMA功能。为多处理器接口和I/O扩展提供了32条可编程的I/O线、包含有与I2C兼容的串行接口、SPI串行接口和标准UART串行接口I/O。ADμC812的MCU内核和模数转换器均设有正常、空闲和掉电工作模式，软件可控制从正常模式到空闲模式，也可切换到更省电的掉电模式。掉电模式，消耗总电流约5µA。C8051Fxxx单片机72 ×××大学毕业设计(论文)美国Cygnal公司产品，集成度高，8051内核。典型产品为C8051F020。内部采用流水线结构，大部分指令的完成时间为1或2个时钟周期，峰值处理能力为25MIPS。片内资源：1个8位ADC、1个12位ADC、1个双12位DAC；64kB片内Flash程序存储器，256BRAM，128BSFR；8个I／O端口共64根I／O口线；5个16位通用定时器；5个捕捉／比较模块的可编程计数／定时器阵列（PCA），1个UART串行口、1个SMBus/I2C串口、1个SPI串行口；2路电压比较器，VDD监视器(电源监测)，内置温度传感器。C8051Fxxx单片机最突出的改进是引入了数字交叉开关。数字交叉开关，改变以往内部功能与外部引脚的固定对应关系。它是一个大的数字开关网络，允许将内部数字系统资源分配给端口I/O引脚。与具有标准复用数字I/O的单片机不同，该结构可支持所有功能组合。可通过设置交叉开关控制寄存器将片内计数器/定时器、串行总线、硬件中断、ADC转换启动输入、比较器输出及单片机内部的其它数字信号配置为出现在端口I/O引脚。允许用户根据自己的特定应用，选择通用端口I/O和所需数字资源的组合。台湾华邦公司W78系列和W77系列单片机台湾华邦公司(Winbond)W78系列单片机与AT89C5x系列完全兼容，W77系列为增强型。W77系列对8051的时序作了改进：每个指令周期只需要4个时钟周期，速度提高了三倍，工作频率最高可达40MHz。W77系列增加看门狗WatchDog、两组UART、两组DPTR数据指针（编写程序非常便利）、ISP（在系统可编程）等功能。片内集成了USB接口，语音处理等功能，具有6组外部中断源。华邦公司的W741系列的4位单片机带液晶驱动，在线烧录，保密性高，低工作电压(1.2V-1.8V)。AVR系列单片机与PIC系列单片机除了51单片机外，目前某些非51单片机也得到了较为广泛的应用，目前应用较广泛是AVR系列与PIC系列单片机，它们博采众长，具独特技术，受到广大设计工程师的关注。AVR系列单片机AVR系列是1997年ATMEL公司挪威设计中心的A先生与V先生共同研发出的精简指令集(RISC—ReducedInstructionSetComputer)的高速8位单片机，简称AVR。特点如下：72 ×××大学毕业设计(论文)（1）高速、高可靠性、功能强、低功耗和低价位。早期单片机采取稳妥方案：即采用较高的分频系数对时钟分频，使指令周期长，执行速度慢。以后的单片机虽采用提高时钟频率和缩小分频系数等措施，但这种状态并未被彻底改观(例如51单片机)。虽有某些精简指令集单片机问世，但依旧沿袭对时钟分频的作法。AVR单片机的推出，彻底打破这种旧设计格局，废除了机器周期，抛弃复杂指令计算机(CISC)追求指令完备的做法。采用精简指令集，以字作为指令长度单位，将操作数与操作码安排在一字之中，指令长度固定、指令格式与种类相对较少、寻址方式也相对较少，绝大部分指令都为单周期指令。取指周期短，又可预取指令，实现流水作业，故可高速执行指令。当然这种“高速度”是以高可靠性来保障的。（2）采用片内Flash存储器给用户的开发带来方便。片内大容量的RAM不仅能满足一般场合的使用，同时也更有效的支持使用高级语言开发系统程序，并可像MCS-51单片机那样扩展外部RAM。（3）丰富的片内外设。定时器/计数器、看门狗电路、低电压检测电路BOD，多个复位源(自动上下电复位、外部复位、看门狗复位、BOD复位)，可设置的启动后延时运行程序，增强了单片机应用系统的可靠性。多种串口：如通用的异步串行口（UART），面向字节的高速硬件串行接口TWI（与I2C接口兼容）、SPI。此外还有ADC、PWM等部件。（4）I/O口功能强、驱动能力大。AVR的工业级产品，具有大电流(最大可达40mA)，驱动能力强，可省去功率驱动器件，直接驱动可控硅SSR或继电器。AVR单片机的I/O口能正确反映I/O口输入/输出的真实情况。I/O口的输入可设定为三态高阻抗输入或带上拉电阻输入，以便于满足各种多功能I/O口应用的需要，具备10mA-20mA灌电流的能力。（5）低功耗。具有省电功能(PowerDown)及休眠功能(Idle)的低功耗的工作方式。一般耗电在1～2.5mA；典型功耗，WDT关闭时为100nA，更适用于电池供电。有的器件最低1.8V即可工作。（6）支持程序的在系统编程（ISP—InSystemProgram）即在线编程，开发门槛较低。只需一条ISP并口下载线，就可以把程序写入AVR单片机，所以使用AVR门槛低、花钱少。其中MEGA系列还支持在线应用编程（IAP，可在线升级或销毁应用程序）。（7）程序保密性好，不可破解的位加密锁LockBit技术，且具有多重密码保护锁死(Lock)功能，使得用户编写的应用程序不被读出。AVR单片机系列全，3个档次，适于各种不同要求：（1）低档Tiny系列:Tiny11/12/13/15/26/28等；（2）中档AT90S系列:AT90S1200/2313/8515/8535等；（3）高档ATmega系列:有ATmega8/16/32/64/128（存储容量为8/16/32/64/128KB）以及ATmega8515/8535等。PIC系列单片机72 ×××大学毕业设计(论文)美国Microchip公司的产品。特性如下：（1）最大的特点是从实际出发，重视性能价格比，已经开发出多种型号来满足应用需求。例如，一个摩托车的点火器需要一个I/O较少、RAM及程序存储空间不大、可靠性较高的小型单片机，若用40脚功能强的单片机，投资大，使用也不方便。PIC系列从低到高有几十个型号。其中，PIC12C508单片机仅有8个引脚，是世界最小的单片机。有512字节ROM、25字节RAM、一个8位定时器、一根输入线、5根I/O线，价格非常便宜。用在摩托车点火器非常适合。PIC的高档型，如PIC16C74（尚不是最高档型号）有40个引脚，其内部资源为ROM共4K、192字节RAM、8路A/D、3个8位定时器、2个CCP模块、3个串行口、1个并行口、11个中断源、33个I/O脚。可以和其它品牌的高档型号媲美。（2）精简指令集使执行效率大为提高。PIC系列8位单片机采用精简指令集（RISC），数据总线和指令总线分离的哈佛总线（Harvard）结构，指令单字长，且允许指令代码的位数可多于8位的数据位数，这与传统的采用复杂指令结构（CISC）结构的8位单片机相比，可以达到2:1的代码压缩，速度提高4倍。（3）优越的开发环境。51单片机的开发系统大都采用高档型仿真低档型，实时性不理想。PIC推出一款新型号单片机的同时推出相应的仿真芯片，所有的开发系统由专用的仿真芯片支持，实时性非常好。（4）其引脚具有防瞬态能力，通过限流电阻可以接至220V交流电源，可直接与继电器控制电路相连，无须光电耦合器隔离，给应用带来极大方便。（5）保密性好。PIC以保密熔丝来保护代码，用户在烧入代码后熔断熔丝，别人再也无法读出，除非恢复熔丝。目前，PIC采用熔丝深埋工艺，恢复熔丝的可能性极小。（6）片内集成了看门狗定时器，可以用来提高程序运行的可靠性。（7）设有休眠和省电工作方式。可大大降低系统功耗并可采用电池供电。PIC单片机分低档型、中档型和高档型：（1）低档8位单片机PIC12C5XXX／16C5X系列。PIC16C5X系列最早在市场上得到发展，价格低，有较完善的开发手段，因此在国内应用最为广泛；而PIC12C5XX是世界第一个8脚低价位单片机可用于简单的智能控制等要求体积小的场合，前景广阔。（2）中档8位单片机72 ×××大学毕业设计(论文)PIC12C6XX/PIC16CXXX系列。PIC中档产品是Microchip公司近年来重点发展的系列产品，品种最为丰富，其性能比低档产品有所提高，增加了中断功能，指令周期可达到200ns，带A／D，内部E2PROM数据存储器，双时钟工作，比较输出，捕捉输入，PWM输出，I2C和SPI接口，异步串行接口（UART），模拟电压比较器及LCD驱动等等，其封装从8脚到68脚，可用于高、中、低档的电子产品设计中，价格适中，广泛应用在各类电子产品中。（3）高档8位单片机PIC17CXX系列。适合高级复杂系统开发的产品，在中档位单片机的基础上增加了硬件乘法器，指令周期可达成160ns，它是目前世界上8位单片机中性价比最高的机种，可用于高、中档产品的开发，如电机控制等。各类嵌入式处理器简介随着集成电路技术及电子技术的飞速发展，各种体系结构的处理器品种繁多，且都嵌入到系统中实现数据处理、数据传输和控制功能，各类嵌入式处理器为核心的嵌入式系统的应用，是当今电子信息技术应用的一大热点。具有各种不同体系结构的处理器，构成了嵌入式处理器家族，是嵌入式系统的核心。全世界嵌入式处理器的品种总量已经超过1000多种，按体系结构主要分为如下几类：嵌入式微控制器（单片机）、嵌入式数字信号处理器（简称DSP）、嵌入式微处理器以及片上系统（SOC）等。嵌入式微控制器（单片机）将用于测控目的的计算机小系统集成到一块芯片中。一般以某一种微处理器内核为核心，片内集成ROM/EPROM、RAM、总线及总线控制逻辑、定时/计数器、WatchDog、I/O、串行口、脉宽调制输出、A/D、D/A、Flash存储器等各种必要的功能部件和外设。一个系列的单片机具有多种衍生产品，每种衍生产品的处理器内核都是一样的，不同的是存储器和外设的配置及封装。使单片机与需求相匹配，减少功耗和成本。单片机最大特点是单片化，价廉，功耗和成本下降、可靠性提高。是目前嵌入式系统工业的主流。嵌入式DSP处理器(DSP)DSP（DigitalSignal72 ×××大学毕业设计(论文)Processor)，非常擅长于高速实现各种数字信号处理运算（如数字滤波、FFT、频谱分析等）。由于硬件结构和指令的特殊设计，使其能够高速完成各种数字信号处理算法。1981年，TI公司研制出TMS320系列的首片低成本、高性能DSP处理器芯片，使DSP技术向前跨出意义重大的一步。上世纪90年代，由于无线通信、各种网络通信、多媒体技术的普及和应用，高清晰度数字电视的研究，极大地刺激了DSP在工程上的推广应用。DSP大量进入嵌入式领域。推动DSP快速发展的是嵌入式系统的智能化，例如各种带有智能逻辑的消费类产品，生物信息识别终端，实时语音压解系统、数字图像处理等。这类智能化算法一般都是运算量较大，特别是向量运算、指针线性寻址等较多，而这些正是DSP的长处所在。但在一些实时性要求很高的场合，单片DSP的处理能力还是不能满足要求。因此，又研制出了多总线、多流水线和并行处理的包含多个DSP处理器的芯片，大大提高了系统的性能。与单片机相比，DSP的高速运算能力和多总线，处理的算法的复杂度和大的数据处理流量是单片机不可企及的。DSP的主要厂商有美国TI、ADI、Motorola、Zilog等公司。TI公司位居榜首，占全球DSP市场约60％左右。DSP代表性的产品是TI公司的TMS320系列。TMS320系列处理器包括用于控领域的C2000系列，移动通信的C5000系列，以及应在通信和数字图像处理的C6000系列等。今天，随着全球信息化和Internet网的普及，多媒体技术的广泛应用，尖端技术向民用领域迅速的转移，数字技术大范围进入消费类电子产品，使DSP不断更新换代，性能指标不断提高，价格不断下降，已成为新兴科技：通信、多媒体系统、消费电子、医用电子等飞速发展的推动力量，据国际著名市场调查研究公司ForwardConcepts发布的一份统计和预测报告显示，目前世界DSP产品市场每年正以30％的增幅大幅度增长，是目前最有发展和应用前景的嵌入式处理器之一。嵌入式微处理器嵌入式微处理器(EmbeddedMicroProcessorUnit，EMPU)的基础是通用计算机中的CPU。与单片机相比，单片机本身（或稍加扩展）就是一个小的计算机系统，可独立运行，具有完整的功能。而嵌入式微处理器仅仅相当于单片机中的CPU。在应用设计中，将嵌入式微处理器装配在专门设计的电路板上，只保留和嵌入式应用有关的母板功能，可大幅减小系统体积和功耗。为满足嵌入式应用的特殊要求，嵌入式微处理器虽然在功能上和标准微处理器基本是一样的，但在工作温度、抗电磁干扰、可靠性等方面一般都做了各种增强。代表性产品为ARM系列，ARM是AdvancedRISCMachines的缩写，其中RISC是精简指令集计算机的缩写。同时ARM也是设计ARM处理器的美国公司的简称。ARM家族主要有5个产品系列：ARM7、ARM9、ARM9E、ARM10和SecurCore。72 ×××大学毕业设计(论文)下面以ARM7为说明嵌入式微处理器基本性能。嵌入式处理器的地址线为32条，能扩展较大的存储器空间，所以可配置实时多任务操作系统(RTOS)。RTOS是嵌入式应用软件的基础和开发平台。常用的RTOS为Linux（数百KB）和VxWorks（数MB）以及µC-OSⅡ。由于嵌入式实时多任务操作系统具有高度灵活性，可很容易地对它进行定制或作适当开发，即对它进行“裁减”、“移植”和“编写”，从而设计出用户所需的应用程序，来满足需要。由于能运行实时多任务操作系统，所以能处理复杂的系统管理任务和处理工作。因此，在移动计算平台、媒体手机、工业控制和商业领域（例如，智能工控设备、ATM机等）、电子商务平台、信息家电（机顶盒、数字电视）、军事等，已成为继单片机、DSP之后的电子信息技术应用的又一大热点广义上讲，凡是系统中嵌入了“嵌入式处理器”，如单片机、DSP、嵌入式微处理器，都称为“嵌入式系统”。也有仅把“嵌入”嵌入式微处理器的系统，称为“嵌入式系统”。还没有严格的定义。目前的“嵌入式系统”，多指后者。嵌入式片上系统SOC(SystemOnChip)随着超大规模集成电路设计技术发展，一个硅片上实现一个复杂的系统，即SystemOnChip(SOC)，即片上系统。核心思想是把整个电子系统全部集成在一个芯片中。避免大量PCB板设计及板级的调试工作。设计者面对的不再是电路及芯片，而是根据系统的固件特性和功能要求，把各种通用处理器内核及各种外围功能部件模块作为SOC设计公司的标准库，成为VLSI设计中的标准器件，用VHDL等语言描述，存储在器件库中。用户只需定义整个应用系统，仿真通过后就可以将设计图交给半导体器件厂商制作样品。除无法集成的器件外，整个系统大部分均可集成到一块或几块芯片中去，系统电路板简洁，对减小体积和功耗、提高可靠性非常有利。SOC使系统设计技术发生革命性变化，标志着一个全新时代到来。至此，已介绍了嵌入式处理器家族的各成员。由于单片机体积小、价格低、很容易嵌入到系统中，应用十分广泛，且易掌握和普及，市场占有率最高。据统计，8051体系结构的单片机的用量占全部嵌入式处理器总用量的50%以上。因此，8051体系结构的单片机技术是首先要掌握的。72 ×××大学毕业设计(论文)附录B：英文原文IntroductionofSCMSCMisasemiconductorwaferintegration:thecentralprocessingunit(CPU),memory(RAMandROM),parallelI/O,serialI/O,timer/counters,interruptsystem,thesystemclockcircuitandthesystembusmicrocomputer.Withminiaturecomputerproperties,thuscalledthesinglechipcomputer,abbreviationmicrocontroller.Mainlyusedinmeasurementandcontrolfield.Whenusingsinglechip,areusuallyofthemeasureandcontrolsysteminthecorestatusandEmbeddedthemsooftencalledoninternationalchipEmbeddedcontroller(EMCUMicroController,Embeddedsecurityunit.and),ormicrocontroller(MCU,MicroControllerunit.and).Ourcountryusedtouse"one-chipcomputer"thisname.MCUiscomputertechnologyanimportantmilestoneinthehistoryofcomputer,marksformalformationofthegeneralcomputersystemsandembeddedcomputersystemtwobranches.SCMsmallvolume,lowcost,embeddedinindustrialcontrolunit,robot,intelligentinstrumentation,automotiveelectronicsystem,theweaponsystem,homeappliances,officeautomationequipment,financialelectronicsystem,toys,personalinformationterminalsandcommunicationproducts.Accordingtoitsusecanbedividedintogeneraltypeandspecialtwokindsbig.(1)universalsingle-chipmicrocomputeristheinternaldevelopmentresources(suchasthememoryandI/O,etc.Variouskindsofperipheralfunctionparts)canalltogiveusers.Usersaccordingtotheneeds,designasingle-chipmicrocomputerchipongeneralasthecore,matchagainwithperipheralinterfacecircuitandotherperipheralequipment,andwritethecorrespondingsoftwaretomeetthevariousdifferentneedofmeasurementandcontrolsystem.Usuallysaidandbookintroducesisuniversalmicrocontroller.(2)specialMCUisspecifictocertainproductsandmakethespecificuseofthemicrocontroller.Becausethedesignof"special",hasthemostsimplifiedstructureofthissystem,reliabilityandcostoptimization,etcalldidcomprehensiveconsideration,so"special"SCMhasobviouslycomprehensiveadvantage.Whatever"special"purposesmicrocomputerinhow"designed",thebasicstructureand72 ×××大学毕业设计(论文)workingprincipleisbasedongeneralsingle-chipmicrocomputer.MCUdevelopmenthistoryishowtodivide?SCMaccordingtotheprocessingbinarydigitsmainlydividedinto:fourmicrocontroller,8-bitmicrocontroller,16SCMand32-bitSCM.Developmentcanbedividedintofourstages.Thefirststage(1974~1976):SCMprimarystage.Becauseofcraft,microcontrollerwithdoublepiecelimitedformofandthefunctionissimple.InDecember1974,XianTongcompanyhasreleasedeightF8microcontroller,infactonlyincludedeightCPU,RAMand64Btwoparallelport.Thesecondstage(1976~1978):lowperformancemicrocontrollerstage.In1976theMCS-48intel-basedmicrocontroller(eight)greatlypromotethereformanddevelopmentofsinglechip,1977launchoftheGIPIC1650,butthisstageisstillatlowperformancestage.Thethirdstage(1978~1983):highperformancemicroprocessorstage.In1978,theZilogZ8microcontroller,launchedin1980,theIntelcompanyinMCS-48serieslaunchedMCS-basedon51series,6801microcontroller.MortorolalaunchTomakeSCMperformanceandtheapplicationoftheleapinthenewstage.Sincethen,eachcompany8-bitmicrocontrollerrapiddevelopment.ThelaunchofthesinglechipwithuniversalserialI/Omouth,multilevelinterruptsystem,andAtimer/counter,withinthecapacityofROM,RAM,andaddressingrangeincreasedto64KB,somewithinthepiecewithA/Dconverter.BecausethiskindofMCUhighperformance-to-price,soarewidelyused,iscurrentlythelargestnumberofMCUapplication.Thefourthstage(1983~now):8-bitmicrocontrollerconsolidatesand16-bitsinglechip,32-bitSCMlaunchphase.16typicalproductoftheIntelcompanyseriesmicrocontroller-96MCS.And32-bitSCM,exceptforitshigherlevelofintegration,thedataprocessingthe16-bitsinglechipimprovefasterthanmanythan8bits,andperformance16-bitsinglechipmoresuperior.1990slargedevelopmentperiod,microcontrollermanufacturingMortorola,Intel,ATMEL,Texasinstruments(TI),mitsubishi,Hitachi,philipsandLGcompanydevelopedalargenumberofthesuperiorperformanceofmicrocontroller,pushtheMCUapplication.Inrecentyears,andtherearemanynewtypeofhighlevelofintegrationofthesinglechipproducts,theproductsemergingintherichandcolorfulsituation.Currently,except8-bitmicrocontrollerwidelyused72 ×××大学毕业设计(论文)outside,the16-bitsinglechip,32-bitSCMalsogetbroadcustomers.MCUcharacteristics:MCUisintegratedcircuittechnologyandmicrocomputertechnology,high-speeddevelopmentoftheproduct.Smallsize,lowpricesandeasyapplication,stableandreliable,andtherefore,toindustrialautomationareassuchasamajorrevolutionandtechnologyprogress.Forsmallvolume,easilyintothesystem,inordertoachievetheofallkindsoftest,calculationorcontrol,this,generalmicrocomputercannotdo.Duetothemicrocontrolleritselfisaminiaturecomputers,soaslongasthemicrocontrollerexternalappropriatelyincreasesomenecessaryperipheralexpansioncircuit,itcanbeflexiblyconstitutevariousapplicationsystem,suchasindustrialautomaticdetectionmonitoringsystem,dataacquisitionsystem,automaticcontrolsystem,intelligentinstruments,etc.Whywideapplication?Hasthefollowingadvantages:(1)completefunction,applicationandreliable,stronganti-jammingcapability.(2)issimple,easytopopularize.Microcontrollertechnologyiseasycontroltechnology.Applicationsystemdesign,construction,commissioningisaneasything,engineeringandtechnicalpersonnelthroughlearningcanquicklygraspitsapplicationdesigntechnology.(3)therapiddevelopmentandbroadprospects.Onlylastsforafewdecades,microcontrollerafterfourmachine,eightmachine,16-bitmachine,32-bitmachineandsoonseveralbigstageofdevelopment.Especiallytheintegrationhigh,functionever-improvingsingle-chipmicrocomputerinthemarket,makecontinuousindustrialcontrolandindustrialautomationareaachievedgreatprogressandlotsofapplications.Atpresent,moreperfect,microcontrollerinternalstructurepieces(functionalcomponentsincreasinglyperfectperiphery,toahigherlevelandthedevelopmentofmoremassivelaysolidfoundation.(4)embeddedeasy,versatility,smallsize,highratioofperformance,applicationcharacteristicsofflexibilityinembeddedmicrocontrollercontrolsysteminaveryimportantposition.SCMappearbefore,makingasetofmeasurementandcontrolsystem,alargenumberofanalogcircuit,digitalcircuit,divisionelementcomplete,inordertoachievecalculation,judgmentandcontrolfunction.Thehugevolume,thelinesystem,morecomplex,easyfailurepoint.SCMappearsaftermostof,anditsfunctionbyMCUsoftwareprogramrealization,other72 ×××大学毕业设计(论文)electroniccircuitconsistsoffunctionalcomponentsinouterpiecetoreplace.MCUapplication:Hardwareandsoftwareintegration,smallvolume,easilyembeddedinapplicationsystemtoallsorts.Widelyused1.IndustrialtestandcontrolMainapplication:industrialprocesscontrolandintelligentcontrol,equipmentcontrol,datacollectionandtransmission,test,measure,monitor,etc.Inindustrialautomationfield,electromechanicalintegrationtechnologywillplayamoreandmoreimportantroleinthissetmachinery,microelectronicsandcomputertechnologyisabodycomprehensivetechnology(suchasrobotics),SCMplaysaveryimportantrole.2.InstrumentsAtpresentautomationandintelligentinstrumentsareincreasinglydemanding.SCMusehelptoimprovetheaccuracyandprecisioninstrument,simplifiedstructure,reducingthevolumeandeasytocarryanduse,accelerateinstrumentstodigital,intelligent,muti_functionchangedirection.3.ConsumerelectronicproductsForexample,washingmachines,refrigerators,airconditioner,electricfan,television,microwaveoven,humidifyingmachine,alexipharmicark,etc.Embeddedmicrocontroller,thefunctionandperformancegreatlyimproved,andrealizeintelligent,optimizationcontrol.4.CommunicationInmodem,mobilephone,fax,program-controlledtelephoneexchanges,informationnetwork,andallkindsofcommunicationequipment,SCMhasalsobeenwidelyused.5.WeaponsInthemodernarmsandequipment,suchasships,aircraft,tanksandmissiles,torpedoguidance,intelligentweaponsandequipment,spaceshuttle,navigationsystem,haveasinglechipembeddedthem.6.AllkindsofterminalandcomputerexternalequipmentThecomputernetworkterminal(suchasbankingterminal)andcomputerexternalequipment(suchasprinter,harddiskdrives,drawingmachine,electrograph,photocopiers,etc.)useasinglechipmicrocomputerascontroller.72 ×××大学毕业设计(论文)7.AutomotiveelectronicequipmentHasbeenwidelyappliedinallkindsofautomobileelectronicequipment,suchascarsafetysystem,automotiveinformationsystem,intelligentautomaticdrivingsystem,satellitecarnavigationsystem,autoemergencyrequestservicesystem,automotiveanti-collisionmonitoringsystem,cartobeautomaticdiagnosissystemandcarindestructibleblackbox,etc.8.DistributedcomputersystemInmorecomplexofthecontrolsystem,andoftenthedistributedmoremachinesystem.Generalbyanumberofdifferentfunctionofsinglechip,theircompleteparticulartask,theythroughserialcommunicationmutualconnection,coordination.Inthissystem,themicrocontrolleroftenasaterminal,installedinthesystemofsomenodes,real-timefieldinformationofmeasurementandcontrol.Fromindustrialautomation,automaticcontrol,intelligentinstruments,consumerelectronicproductsandotheraspects,untilthesophisticatednationaldefensetechnologyfield,SCMhasplayedaveryimportantrole.MCUdevelopmenttrend:Thedevelopmenttrendofthechipwillbetolargecapacityandhighperformance-based,peripheralcircuitisinstalledinsideaspectsofdevelopment.Tomeettherequirementsofdifferentcustomers,thecompanycanmeetdifferentneedstolaunchtheproduct1.TheCPUimprovement(1)increaseCPUdatabuswidth.Forexample,allsortsof16SCMand32-bitSCM,dataprocessingabilityissuperiortothe8-bitmicrocontroller.Inaddition,8-bitmicrocontrollerinternalusing16-bitdatabus,itsdataprocessingabilityobviouslybetterthanthegeneral8-bitmicrocontroller.(2)usingdualCPU,inordertoimprovethestructureofdataprocessingability.2.Thedevelopmentofmemory(1)pieceinsidetheprogrammemorywidespreaduseoftheblink(Flash)memory.Theprogrammemory,noneedtoexpand,simplifysystemstructure.(2)increasingstoragecapacity.AtpresentsomeSCMpieceinsidetheprogrammemorycapacityofupto128KBevenmore.3.SlicetheimprovementintheI/O72 ×××大学毕业设计(论文)(1)increaseparallelportdriveability,toreducetheexternaldrivechip.SomeSCMcandirectlyoutputlargecurrentandhighvoltage,soastobeabletodirectdriveLEDandVFDfluorescencedisplay)(.(2)somesinglechipsetupsomespecialserialI/Ofunctions,adistributednetworksystem,toprovideconvenientconditions.4.ThelowpowerconsumptionThelowconsumption,CMOSconfigurationhavewaitedforstate,sleepstate,suchasclosedwaytowork.ConsumptiononlyinAcurrentmaximumtire-roadfrictioncoefficient,suitableformakingormagnitudeofportablebatterypower,Ahand-heldinstrumentsandotherconsumerelectronicproducts.5.TheoutercircuitisinstalledinsideManyperipheralcircuitof,thatisallinthesysteminthesinglechipisthedevelopmenttrendof.TheUnitedStates,forexample,thecompanyCygnalC8051F020eightmicrocontroller,internalstructure,mostofthelineofinstructionsfinishingtimefor1or2clockcyclepeak,processingpowerfortheMIPS25.ChipintegratedeightchannelA/D,twowayD/A,tworoadvoltagecomparator,built-intemperaturesensor,timer,programmabledigitalcrossoverswitchand64generalI/Oport,powermonitoring,thewatchdog,varioustypesofserialinterface(twoUART,SPI),etc.Achipisa"control"system.Tosumup,microcontrolleristomuti_function,highperformance,highspeed(40),MHzclocklowvoltage(2.7Vcanwork),lowpowerconsumption,lowpriceafew(dollars),peripheryinacircuitoftheprogrammemoryandwithinanddatastoragecapacityincreasingdevelopmentdirection.MCS-51seriesandAT89C5xseriesmicrocontroller:Sincethe1980s,therapiddevelopmentandtheworldsomefamousmanufactureronthemarketproductshavedozensofseries,hundredsofvarieties,thepaperdescribestheintel-based48,MCS-51,Motorola,and6801and6802,thecompanyZilogcompanyZ8series,Rockwellcompany"s6501,6502,etc.Inaddition,theDutchPhilipscompany,Japan"sNECcompany,Hitachiandsoonalsolaunchedtheirproducts.Althoughmanymodels,butinthe1980sand90s,inourcountrytouseamosteightSCMorthecompany"sMCS-intel-based51seriesmicrocontrollerandtheircompatiblesinglechip(called51seriesmicrocontroller).72 ×××大学毕业设计(论文)MCS-51seriesmicrocontrollerMCSischipcompanyintel-basedseriessymbols,suchasMCS-48,MCS-51,MCS-96seriesmicrocontroller.MCS-51seriesisinMCS-48seriesbasisintheearly"1980stobedeveloped,isthefirstenteringthecountry,andiswidelyusedinourcountrytheSCMmainstreamvariety.MCS-51seriesvariety,oftenuseisbasicandenhanced.Basic:8031/8051/8751(lowpowerconsumptiontype80C31/80C51/87C51)enhanced:8032/8052/8752.Hasthetechnicalpersonnelforthecountry"sfamiliarandmaster.Inthe1980sand90s,MCS-51seriesinChinaisthemostwidelyusedtypeofchip.Typicalproducts:8031/8051/8751.8031internalincludinga8bitsCPU,RAM,128B21specialfunctionregisters(SFR),foureightparallelI/Omouth,afull-duplexserialport,two16timer/counter,fiveinterruptsource,butwithinaprogrammemoryofno,needtooutsideenlargeprogrammemorychips.8051isin8031,onthebasisofthepieceandintegrationwithin4KBROMasprogrammemory.So8051isaprogramdoesnotexceed4KBlittlesystem.TheprocedureinROMismade,thechiptousersofthefire.8751comparedwith8051intheintegrationof4KBanEPROMreplacedthe80514KBROMasprogrammemory.Enhanced:companybasedinbasicintel-based,launchedenhanced-52son,atypicalproductseries:8032/8052/8752.Increasedto256BinternalRAM,8052,pieceinsidetheprogrammemoryexpansionto8KB,16timer/counterto3,6interruptsource,aserialportcommunicationrateimprove5times.Table1-1liststhebasicandenhancedtheMCS-51seriesmicrocontrollerpieceofhardwareresourcesinbasic.72 ×××大学毕业设计(论文)型号片内程序储存器片内数据出现存器(B)I/O口线(位)定时器/计数器(个)中断源个数(个)基本型8031无128322580514KBROM128322587514KBRPROM1283225增强型8032无256323680528KBROM256323687528KBEPROM2563236AT89C5x(AT89S5x)seriesmicrocontrollerSincethemid1980s,focusonthehigh-gradeintel-basedCPUchipdevelopment,thedevelopment,fadeoutthedevelopmentandproductionofsingle-chipmicrocomputerchip.MCS-51seriesdesignsuccess,andthehighertheshareofmarket,hasbecomealotofmanufacturer,theelectriccompanyscramblingtochooseobjects.Withthepatentintel-basedform8051kerneltechnologytransfer,Philips,ATMELtoCygnal,ANALOGtoproducestats,LG,ADI,Maxim,DALLAS,etc.Themainproductionwith8051compatible,usingCMOStechnology,andcommonlyused80C51seriesmicrocontrollertoaddressthealloftheseisa8051commandsystem,themainsinglechipallkindsofderivedvarietiescollectivelyreferredtoas51seriesmicrocontrollerorreferredtoas51SCMin8051,isthebasisandaddsomefunctionmodule(calledtheenhanced,expansiontypeareseriesmicrocontroller).Inrecentyears,theworldsingle-chipmicrocomputerchipmanufacturerslaunchedand8051(80C51)compatiblemainproductssuchastable1-2shows.Inmanyofthederivativemodel,ATMELcompanyAT89C5x/AT89S5xseries,especiallyT89C51/AT89S51andAT89C52singlechipineight/AT89S52devicesinthemarkethavealargeshareofthemarket.ATMELcompanyin1994totechnologyandtheintel-basedE2PROMchipswasintroducedtheuseof80C51kernelexchange.ATMELcompany"stechnicalsuperiorityisblink(Flash)memorytechnology,willFlashtechnologyandthe80C51kernel,andthecombinationoftheformationofwithFlashmemoryinAT89C5x/AT89S5xseriesmicrocontroller.AT89C5x/AT89S5xseriesandMCS-51seriesintheoriginalfunction,pinsand72 ×××大学毕业设计(论文)commandsystemisfullycompatible.Inaddition,somevarietiesandaddsomenewfunctions,suchasthewatchdogtimerWDT,ISP(insystemprogrammingalsosaysonlineprogramming)andSPIserialinterfacetechnology,etc.InFlashmemoryofpermitonline(+5V)erased,electricityoruseprogrammerwrittentorepeatitsprogramming.Inaddition,AT89C5x/AT89S5xmicrocontrolleralsosupportthechoiceoftwokindsofsoftwarebysavingelectricityworkway,suitableforlowpowerconsumptionoftheoccasion.生产厂家单片机型号ATMEL公司Philips公司Cyganal公司LG公司ADI美国MAXIM公司台湾华邦公司AMD公司Siemens公司AT89C5X系列(89C51/89S51)80C518XC552系列C80c51f系列高速SOC单片机GMS90/97系列低价高速单片机Aduc8xx系列高精度单片机Ds89c420高速(50MIPS)单片机系列W78c51w77c51系列高速低价单片机8-515/535单片机SAB80512单片机AndMCS-51seriesof87C51,AT89C51/comparedAT89S51withinthepiece4KBFlashmemoryinsteadof87C51withinanEPROM4KB.OftheFlashmemoryAT89S51inonlineprogrammingoruseprogrammerprogramming,andrepeatthepriceislow.SoAT89C51/AT89S51asrepresentativeofproductsbycustomers,AT89C5x/AT89S5xMCUiscurrentlyreplaceMCS-51seriesmicrocontrolleroneofthemainstreamchip.ThisbookintroducesthekeyAT89S51principleandapplicationofthesystemdesign.AT89S5x"S"fileseriesmodelisATMELcompanyfollowingtheAT89C5xseriesrollsoutafterofthenewmodels,representativeproductsforAT89S51andAT89S52devices.ThebasictypewithAT89S51andenhancedtheAT89C51AT89C52AT89S52devicesandhardwarestructureofthesystemandtheinstructionsexactlythesame.Usingthesystem,inthereservedAT89C51forsoftwareandhardwareconditions,canuseAT89S51directsubstitution.ComparedwithAT89C5xseries,AT89S5xseriesclockfrequency72 ×××大学毕业设计(论文)andspeedisdistinctlyimproved,forexample,theupperlimitoftheworkingfrequencyAT89S5124MHz,andis33MHzAT89S51.AT89S51withinadoubledataintegrationofDPTRpointer,thewatchdogtimer,withlowpowerconsumptionfreeworkmethodsandpowerlostwaytowork.Atpresent,AT89S5xserieshasbeengraduallyreplaceAT89C5xseries.Table1-3forATMELcompanyAT89C5x/AT89S5xseriesmicrocontrollerhardwareresourcesofmainproductsin.Becausevariety,accordingtoactualneedstochooseappropriatemodels.型号片内flash(KB)片内RAM(B)I/O口线(位)定时器/计数器(个)中断源个数(个)AT89C105111281513AT89C205121281525AT89C5141283225AT89S5141283226AT89S5282563238AT89S5282563238AT89LV5141283226AT89LV5282563238AT89C55202563238Table1-3AT89C1051andforcheapmodels,allAT89C2051for20onlypins.Whencheapmachinemeetthedesignrequirement,donotuserelativelyhighqualitymodel.Forexample,whenthesystemdesign,justneedatimerandseveraldigitaloutput,thenchoosetoAT89C1051orAT89C2051can,donotneedtochooseAT89S51orAT89S52devices,becausethelatterthantheformerpriceishigh,andtheformervolumeissmall.Suchastheprogrammemoryanddatastoragecapacityofthedemandishigher,andspeedfasterchipasfaraspossible,canconsidertochooseAT89S51/AT89S52devices,becausetheirhighestworkfor33MHzclockfrequency.WhentheproceduretoneedtomorethaneightKBmorespacecanconsidertochoosewithin20KBofFlashcapacityofAT89C55.Table1-3,"LV"representsthelowvoltage,itisthemaindifferencebetweenAT89S51anditsworkfor12MHzclockfrequency,workingvoltageof2.7~6V,programmingvoltageVPP72 ×××大学毕业设计(论文)for12V.AT89LV51lowvoltagepowersupplyworkingconditionscanmakeitsinportable,pockettype,nocommunicationpowersupplyenvironmentapplication,particularlysuitableforbatterypowertheinstrumentationandallkindsoffieldoperationequipments.AlthoughAT89C5x/AT89S5xseriesmicrocontrollerDuoZhongtype,buthavetomasterthebasicAT89S51isveryimportant,becausetheyarethecoreofvariousmodelswith8051chipfoundation,themosttypicalandrepresentative,butalsovariousenhanced,theexpansionofthefoundationofthederivedvarieties.BasedonAT89S51single-chipmicrocomputerastherepresentativeto51modelintroducedthesingle-chipmicrocomputerprincipleandapplication.Inourcountry,inadditiontoeightmicrocontrolleriswidelyused,the16-bitsinglechipalsogotthefavorfromthemassesofusers,theUnitedStates,forexample,theTIcompany16-bitsinglechipMSP430sunplusandTaiwan16-bitsinglechip.ItselfwithA/Dconverter,AchipintoAdataacquisitionsystem.Designisveryconvenienttouse.Despitethis,the16-bitsinglechipisfarfromeightSCMaswidelyandpopularization,becausethepresentmainapplication,eightSCMcanmeettheperformancehasbeenmostoftheactualdemand,andeightofthesinglechipperformancetopriceisbetteralso.Innumerousmanufacturersallsortsofdifferenteightmicrocontroller,andMCS-51seriesmicrocontrollercompatibleallkindsof51SCM,atpresentisstilleightSCMmainstreamvariety,severalyearsisstillautomation,electromechanicalintegration,instrumentsandmeters,industrialtestandcontroltheprotagonistoftheapplication.Theworldeachsemiconductordevicesmakersoffera8051core,allkindsofhighlevelofintegration,thestrongfunctionofofenhancedmicrocontroller.Thesingle-chipmicrocomputerisalsoreceivethedesignengineer"sfavor.ADmuonC812microcontrollerTheUnitedStates(AnalogtoproducestatsDevicelnc)companyADIproductionofhighperformance,highprecisionofthechipinsidecontainthecalibration8channel12aadc,2channel12bitdacandprogrammableeight8051singlechipmicrocomputercompatiblewithMCU,theinstructionsystemandkernelMCS-51seriescompatible.TherewereeightKBofFlashmemory,640BFlashprogramdatastorage,256BdataofanSRAM(cansupportaprogrammable).72 ×××大学毕业设计(论文)Insideofintegratedthewatchdogtimer,powermonitorandADCDMAfunction.WhichistheprocessorinterfaceandtheI/Oextensionprovides32programmableI/Olines,containstheI2Ccompatiblewiththeserialinterface,SPIserialinterfaceandstandardUARTserialinterfaceI/O.ADC812MCU,thekernelandmuonadcareequippedwithnormal,freeandpowerlostworkmode,softwarecanbecontrolledfromnormalmodetofreemode,canalsoswitchtomoreprovinceofelectricpowerlostmode.Powerlostmode,totalcurrentconsumptionofabout5µA.C8051FxxxmicrocontrollerTheUnitedStatesCygnalcompanyproducts,highlevelofintegration,8051kernel.TypicalproductsforC8051F020.Theinternalstructure,mostoftheinstructionoftheassemblylineforcompletiontimeoneortwoclockcyclepeak,processingpowerfortheMIPS25.Inoneofresources:eightADC,1of12ADC,adouble12bitDAC;64kBofFlashmemory,theprogramin256B,128BSFRRAM;8I/Oport64rootI/Omouthlines;Fiveofthe16generaltimer;Fivecapture/moremoduleprogrammablecount/timerarray(PCA),oneUART,aserialportSMBus/theI2Cserialports,1SPIserialmouth;2"voltagecomparator,VDDmonitor(powermonitoring),built-intemperaturesensor.ThemostprominentimprovementC8051Fxxxmicrocontrollerisintroducingdigitalcrossoverswitch.Digitalcrossoverswitch,changeinthepastwithexternalpinsinternalfunctionsfixedcorrespondingrelation.Itisabigdigitalswitchnetwork,willallowinternaldigitalsystemresourcestoporttheI/Opins.WithstandardmultiplexingdigitalI/Osingle-chipdifferent,thisstructurecansupportallfunctioncombination.Bysettingcancrossswitchcontrolregisterofcounter/timerwillwithin,serialbus,hardwareinterrupt,ADCconversionstartinput,outputandcomparisonofotherdigitalsignalmicrocontrollerinternalconfiguredtoappearinportI/Opins.Allowsusersaccordingtotheirspecificapplication,choosegeneralportI/Oandthecombinationofdigitalresources.Taiwansinoconcorp.W78seriesandW77seriesmicrocontrollerTaiwansinoconcorp.(Winbond)W78seriesmicrocontrollerandAT89C5xseriesfullycompatible,W77seriesforenhanced.W77seriesof8051ofthesuccessionoftheimproved:eachinstructioncycleneedonlyfourclockcycle,speedincreasedthreetimes,workingfrequencymaximumof40MHz.W77seriesWatchDogWatchDog,increasethetwogroups,72 ×××大学毕业设计(论文)twogroupsUARTDPTRdatapointer(programisveryconvenient),ISP(inthesystemprogrammable)etc.Function.IntheintegrationofUSBinterface,voiceprocessingfunctions,hassixgroupsoutsidetheinterruptsources.Sinoconcorp.W741seriesoffourofsingle-chipmicrocomputerwithliquidcrystaldrive,onlineprivacyhigh,lowburn,workingvoltage(1.2V1.8V).AVRseriesmicrocontrollerandPICseriesmicrocontrollerInadditionto51SCMoutside,atpresentsomethan51SCMalsogetawiderangeofapplication,atpresenttheapplicationmoreextensiveisAVRseriesandPICseriesmicrocontroller,theybocaizhongzhang,uniquetechnology,bythedesignengineer"sattention.AVRseriesmicrocontrollerAVRseriesis1997ATMELcompanyNorwaydesigncenterofMr.AandMrVdevelopedcommonReducedInstructionSet(RISCReducedInstructionSetComputer)-thehigh-speedeightsingle-chipmicrocomputer,theabbreviationAVR.Featuresbelow:(1)highspeed,highreliability,thefunctionisstrong,lowpowerconsumptionandlowprice.Earlymicrocontrollertakesafetyplan:namelyusinghighfrequencydivisionoftheclockfrequencydivision,coefficientofinstructioncycleislong,theexecutiontoslow.Thesingle-chipmicrocomputerisusedafterimprovingtheclockfrequencyandnarrowpointsfrequencycoefficientsandothermeasures,butthestatehasnotbeenthoroughlychange(forexample51SCM).Thoughsomereducedinstructionset,butstillfollowmicrocontrollercametotheclockfrequencydivisionofpractice.ThelaunchofasinglechipAVRthoroughlythisolddesignpattern,abolishedthemachinecycle,abandoncomplexinstructioncomputer(CISC)pursuitofthepracticeofthecompleteinstructions.Thereducedinstructionset,inwordsasinstructionlength,theoperationandoperationcodesnumberwillarrangeawordin,instructioninlength,instructionformatandkindsoffixedrelativelylittle,addressingwayalsorelativelyless,mostoftheinstructionsaresinglecycleinstructions.Takeshortperiod,butalsotoadvancetheinstructionfetchandrealizeflowoperation,itcanbehighspeedexecutesinstructions.Ofcoursethiskind"highspeed"istoguaranteethehighreliability.(2)oftheFlashmemorytotheusersindevelopment,bringconvenience.InsidethelargecapacityoftheRAMcannotonlysatisfytheuseofgeneraloccasion,atthesametimealsomoreeffectivesupporttheuseofadvancedlanguagedevelopmentsystem,andcanbelikeMCS72 ×××大学毕业设计(论文)program-51SCMthatexpandexternalRAM.(3)therichpieceofinternalandexternalasher.Thetimer/counters,watch-dogcircuit,lowvoltagedetectioncircuitBOD,DuoGeresetsource(automaticresetandexternalresetandelectricity,thewatchdogreset,BODreset),canbeinstalledafterthestartofthedelaytoruntheprogram,enhancethemicrocomputerapplicationsystemreliability.DuoZhongserial:suchasgeneralasynchronousserialofmouth(UART),facingthebytesofhigh-speedhardwareserialinterfaceTWI(andtheI2Cinterfacecompatibility),SPI.Inaddition,PWMsuchpartsasADC.(4)theI/Omouthfunctionofstrong,drivecapacity.Theindustrialproducts,withAVRlargecurrent(maximumof40mA),drive,andastrongabilitytosavepowerdrivedevice,directdrivesiliconcontrolledSSRorrelay.AVRSCM"sI/OmouthcancorrectlyreflecttheI/Omouthinput/outputtruecondition.TheI/Omouthinputcanbesetforthreestateshighimpedanceinputortakepullresistance,soastomeetthevariousinputmulti-functionI/Omouththeneedsoftheapplication,have10mA-20mAfillingtheabilityofthecurrent.(5)lowpowerconsumption.Hastheprovinceelectricityfunction(PowerDown)anddormancyfunction(Idle,thelowPowerconsumption)waytowork.Generalpowerconsumptionin1~2.5mA;Typicalpowerconsumption,WDTclosedfor100making,moresuitabletothebatteries.Somedeviceslowest1.8Vcanwork.(6)supporttheProgramInSystemprogramming(ISP-In-thatisonlineprogrammingSystem,developmentthresholdislow.JustaISPparallelline,candownloadtheprogramintoasingle-chipmicrocomputer,souseAVRAVRthresholdlow,littlemoney.OneseriesalsosupporttheMEGAonlineapplicationprogramming(IAP,canbeonlineupgradeordestroyedapplication).(7)program,notthesecrecygoodbreakaBittechnology,andeffectivelyforitsLockwithmultiplepasswordprotection()function,lockedLockallowstheusertowriteapplicationswillnotberead.AVRmicrocontrollerseries,allthreelevels,suitableforallkindsofdifferentrequirements:(1)anseries:Tiny11/low12/13/15/26/28;(2)mid-rangeAT90Sseries:AT90S1200/2313/8515/8535;(3)high-gradeATmegaseries:haveATmega8/16/32/64/128(storagecapacityfor8/16/32/64/128KB)andATmega8515/8535,etc.72 ×××大学毕业设计(论文)PICseriesmicrocontrollerTheUnitedStatesMicrochipcompany"sproducts.Characteristicsasfollows:(1)thebiggestcharacteristicsisfromsetoutactually,paygreatattentiontotheperformancetoprice,havedevelopedDuoZhongmodeltomeettheapplicationrequirements.Forexample,amotorcycleignitionneedanI/Oless,RAMandprogramstoragespaceisnotlarge,highreliability,ifusingsmallsinglechip40feetthestrongfunctionofsinglechip,largeinvestmentanduseisn"tveryconvenient.PICseriesfromlowtohighdozensofmodel.Amongthem,PIC12C508microcontrolleronly8pins,istheworld"ssmallestmicrocontroller.512bytesinROM,RAM,a25byteseighttimer,aninputline,5rootI/Olines,thepriceisverycheap.Usedinmotorcycleignitionverysuitable.PICofhigh-grademodel,suchasPIC16C74(stillisnotthemostupscalemodel)have40pins,theinternalresourcesfortotal4K,192ROM,RAM8bytesroadA/D,3eighttimer,twoCCPmodule,threeserialport,Aparallelport,11interruptsource,33feetI/O.Canotherbrandofhigh-grademodelandcomparable.(2)reducedinstructionsetmakeefficiencygreatlyimproved.Series8bitmicro-controllerPICwithreducedinstructionset(RISC),thedatabusandinstructionsbusseparationofHarvardbus(Harvard),theinstructionwordslong,structureandallowthecommandofthedigitscanbemorethan8bitsofdata,thistraditionaldoubledigitsbycomplexinstructionstructure(CISC)structureoftheeightmicrocontroller,canachievethethan2-1codecompression,speedincreasedfourtimes.(3)thesuperiordevelopmentenvironment.51SCMdevelopmentsystemmostusedhigh-grademodelsimulation,real-timelowtypeisnotideal.PICintroducedanewmodelofsinglechipalsoprovidethecorrespondingsimulationchip,allthedevelopmentsystemofthespecialchipsupportreal-timesimulation,isverygood.(4)thepinshavethetransientability,throughthecurrentlimitingresistorcanpickupto220Vacpower,whichcanbedirectlyandrelaycontrolcircuitislinkedtogether,neednotphotoelectricisolation,giveapplicationcausedcoupler.Ithas(5)goodsecrecy.PICtomeltsilktoprotectconfidentialcode,usersinthecodespreadafterweldingwire,othersfusecouldnolongerread,unlessrestoremeltsilk.Atpresent,theweldingwirePICburiedprocess,restoremeltthepossibilityofsilkisminimal.(6)intheintegrationofthewatchdogtimer,canbeusedtoimprovethereliabilityofthe72 ×××大学毕业设计(论文)program.(7)adormantandsaveelectricitywaytowork.Toreducethepowerconsumptionofthesystemandcanbeusedbatteries.PICmicrocontrollerpointslow-gradetype,intermediatemodelandhigh-grademodel:(1)cheapeightmicrocontrollerPIC12C5XXX/16C5Xseries.TheearliestPIC16C5Xseriesinthemarket,thepriceislow,developaperfectdevelopmentmethod,thereforethemostwidelyusedindomestic;AndPIC12C5XXistheworld"sfirst8feetlowpricecanbeusedforsinglechipsimpleintelligentcontrolfortheoccasionofsmallvolumeandbroadprospects.(2)mid-rangeeightmicrocontrollerPIC12C6XX/PIC16CXXXseries.MicrochipPICmiddle-gradeproductisthecompanyinrecentyears,focusonthedevelopmentofseriesproduct,themostabundantspecies,theperformanceoflowproductimproved,thanincreasetheinterruptfunction,theinstructioncyclecanbeupto200ns,takeA/D,internalE2PROMchipswasintroduced,thedoubledatamemoryclockwork,comparetheoutput,capturetheinput,output,theI2CPWMandSPIinterface,asynchronousserialinterface(UART,simulationvoltagecomparator)andLCDdrive,etc.,itspackagingfrom8feetto68feet,andcanbeusedforhigh,mediumandlow-gradeelectronicproductdesign,pricemoderate,widelyusedinallkindsofelectronicproducts.(3)topgradeeightmicrocontrollerPIC17CXXseries.Forthemoreadvancedthedevelopmentofcomplexsystemproducts,and,inthesinglechipgearonthebasisofthehardware,increaseontime-multiplierinstructioncyclecanreach160ns,itisatpresenttheworldeightSCMinperformanceofthehighestmodel,canbeusedforhigh,middle-gradeproductdevelopment,suchasmotorcontrol,etc.AllkindsofembeddedprocessorprofileWithintegratedcircuittechnologyandelectronictechnologyrapiddevelopment,allkindsofsystemstructureoftheprocessor,andarevariousembeddedintothesystemtorealizedataprocessing,datatransmissionandcontrolfunctions,allkindsofembeddedprocessorasthecoreoftheapplicationoftheembeddedsystem,istheelectronicinformationtechnologyapplicationofabigheat.Hasallkindsofdifferentsystemstructureoftheprocessor,constitutetheembedded72 ×××大学毕业设计(论文)processorfamily,isthecoreoftheembeddedsystem.Theworldoftheembeddedprocessorstotalmorethan1000varietieshaveDuoZhong,accordingtothesystemstructureismainlydividedintothefollowingcategories:embeddedmicrocontrollercontroller(SCM),embeddeddigitalsignalprocessor(DSP),asembeddedmicrocontrollerprocessorandthechipsystem(SOC),etc.Embeddedmicrocontrollercontroller(SCM)Willbeusedforthepurposeofthemeasurementandcontrolcomputersmallsystemintegrationtoachip.GeneralwithAkindofmicroprocessorkernelasthecore,inROM/anEPROMofintegration,RAM,busandbuscontrollogic,time/counters,WatchDog,theI/O,Aserialport,pulsewidthmodulationoutput,A/DandD/A,Flashmemory,etc.Variouskindsofnecessaryfunctioncomponentsandperipherals.AseriesofsinglechiphasDuoZhongderivativeproducts,eachderivativesprocessorcoreisthesame,thedifferenceisthememoryandperipheralsconfigurationandtheencapsulation.TomakeSCMandtomatchdemand,reducepowerconsumptionandcost.Singlechipthebiggestcharacteristicisthesinglechip,andlowprice,powerconsumptionandcostdown,reliability.Istheembeddedsystemofindustrymainstream.EmbeddedDSPprocessors(DSP)DSP(DigitalSignalProcessor),verygoodathighspeedimplementationofDigitalSignalprocessingoperations(suchasDigitalfilter,FFTspectrumanalysis,etc).Duetothehardwarestructureandthespecialdesigninstruction,soitcanfinishallkindsofhighspeeddigitalsignalprocessingalgorithm.In1981,TIcompanydevelopedthefirstpieceofTMS320seriesoflowcost,highperformanceDSPmicroprocessorchips,maketheDSPtechnologyforwardstepoutofthesignificantstep.Inthe1990s,becausewirelesscommunication,allkindsofnetworkcommunication,multimediatechnologyapplicationandpopularizationofthehighdefinitiondigitaltelevisionresearch,greatlystimulatedDSPinengineeringapplication.ADSPfield.EmbeddedintoTopromotetherapiddevelopmentofDSPisembeddedsystem,suchasallkindsofintelligentwithintelligentlogicofconsumerproducts,biologicalinformationtoidentifyterminal,real-timespeechpressuresolutionsystem,digitalimageprocessing,etc.Thiskindofintelligentalgorithmsusuallyarecomplicatedcomputation,especiallyvectoroperation,theneedlelinearaddressing,etc,andthesearejustmoreDSPstrengthsisin.72 ×××大学毕业设计(论文)Butinsomerealtimerequirementhighoccasions,monolithicDSPprocessingpowerorcan"tmeettherequirements.Therefore,anddevelopedmanybus,manylinesandparallelprocessingDuoGecontainstheDSPprocessorschip,greatlyimprovingthesystemperformance.Comparedwithsinglechip,DSPandhighspeedcomputingcapacitybus,processingalgorithmcomplexityandlargedataprocessingflowisthesinglechipofhard.ThemainmanufacturersintheUnitedStatesDSPTI,ADI,companiessuchasMotorola,Zilog.TIcompanyatthetopoftheglobalmarket,DSPabout60%.TheproductisTIDSPrepresentativeofthecompanyTMS320series.TMS320seriesprocessorsusedtocontroltheC2000fieldsincludingseries,themobilecommunicationC5000series,andshouldincommunicationanddigitalimageprocessingC6000series,etc.Today,withglobalinformationandInternetnetspopularization,thewideapplicationofmultimediatechnology,advancedtechnologytocivilareasquickly,digitaltechnologytransferlargerangeintoconsumerelectronicproducts,maketheDSPunceasingrenewal,continuouslyimprovetheperformanceindex,pricesaredown,andhasbecomeanewtechnology:communication,multimediasystems,consumerelectronics,medicalelectronicsoftherapiddevelopmentofthedrivingforce,accordingtotheinternationalfamousmarketresearchcompanyConceptscupb.itreleaseAstatisticsandreportforecasting,atpresenttheproductmarketayeararenowwithDSPgrowthof30%increased,isthemostdevelopmentandapplicationprospectofoneoftheembeddedprocessors.EmbeddedmicrocontrollerprocessorEmbeddedmicrocontrollerprocessor(EmbeddedsecurityMicroProcessor,EMPUunit.and)isthebasisofthegeneralcomputerCPU.Comparedwithsinglechip,microcontrolleritself(orslightlyexpansion)isasmallcomputersystem,canindependenceoperation,withcompletefunctions.AndembeddedchipmicroprocessorsonlyequivalenttotheCPU.Intheapplicationofdesign,embeddedmicrocontrollerprocessorassemblyinspecialdesignofthecircuitboard,tokeeponlyandembeddedapplicationsofthemotherboardcandramaticallyreducethesystemfunction,sizeandpowerconsumption.Tomeetthespecialrequirementsofembeddedapplication,embeddedmicrocontrollerprocessorthoughonthefunctionandstandardmicroprocessorbasicisthesame,butinworkingtemperature,resistancetoelectromagneticinterference,reliabilitygenerallydoallkindsofenhancement.72 ×××大学毕业设计(论文)RepresentativeforARMseriesproducts,theARMislessontheabbreviations,includingRISCRISCisreducedinstructionsetcomputersabbreviations.AtthesametimetheARMisalsodesignofAmericancompanyARMprocessorforshort.ARMfamilyfivemajorseriesproducts:ARM7,ARM9,ARM9E,ARM10andSecurCore.HereinARM7processorembeddedmicrocontrollertoillustratethebasicperformance.Embeddedprocessoraddresslinesfor32,canexpandlargermemoryspace,socanbeequippedwithreal-timemultitaskingoperatingsystem(RTOS).EmbeddedRTOSapplicationsoftwareisthefoundationanddevelopmentplatform.CommonlyusedRTOSforLinux(hundredsofKB)andVxWorks(severalMB)andµC-ⅡOS.Becauseoftheembeddedreal-timemultitaskingoperatingsystemwithhighflexibility,canbeeasilycustomizedtoitanddevelopment,thatisappropriateto"cuts","transplantation"and"writing",thusdesignedaccordingtouser"srequirements,tomeetapplicationneeds.Itcanrunreal-timemultitaskingoperatingsystem,socanhandlecomplexsystemadministrationtasksandwork.Therefore,inthemobilecomputingplatform,mediamobilephones,industrialcontrolandcommercialfield(forexample,intelligentindustrialcontrolequipment,ATMmachineetc),electroniccommercialplatform,informationhomeappliances(set-topbox,digitalTV),militaryandsoon,andhasbecometheDSPmicrocontroller,aftertheapplicationofelectronicinformationtechnologyandabigheatThebroadsense,allembeddedinthesystem"embeddedprocessor",suchastheSCM,DSP,embeddedmicrocontrollerprocessor,arecalled"embeddedsystem".Alsohaveonlyto"embedded"embeddedmicrocontrollerprocessorsystem,called"embeddedsystem".Stillnostrictdefinition.Thecurrent"embeddedsystem",thelatterrefersto.EmbeddedChipSystem(Chip)OntheSystemofSOCWithverylargescaleintegratedcircuitdesigntechnologydevelopment,asliceofsiliconrealizeacomplexSystem,whichSystemOnChip(SOC),namelyofSystem.Thecoreideaoftheelectronicsystemisallinachipintegrated.avoidAlargePCBdesignandtheadjustmentoftheboard-level.Designersfaceisnolongerthecircuitandchip,butaccordingtothesystem"sfirmwarecharacteristicsandfunctionrequirement,thevariousgeneralprocessorcoreandvariousperipheralfunctionmoduleastheSOCdesigncompanypartsofthestandardlibrary,becomethedesignofstandardsdevices,evolvable-orientedVLSIwithVHDLlanguage72 ×××大学毕业设计(论文)description,suchasstoragedeviceatlibrary.Userssimplydefinetheapplicationsystem,simulationthroughtheafteritisplottingtosemiconductordevicemanufacturersthesamples.Inadditiontotheintegrationofthedevice,notthewholesystemcanallbeintegratedintomostofablockorafewchips,system,reducingthevolumeofcircuitboardconciseandpowerconsumption,improvingthereliabilityveryfavorable.TheSOCmakesasystemdesigntechnologyrevolutionchange,marksanewera.Sofar,hasintroducedtheembeddedprocessorfamilymembers.Duetothesmallsize,lowpricechipandeasytoembeddedintothesystem,usedwidely,andeasytomasterandpopularization,themarketshareisthehighest.Accordingtostatistics,8051systemstructureofthetotalamountofthesinglechipembeddedprocessormorethan50%ofthetotalamount.Therefore,thesystemstructureof8051singlechipmicrocomputeristhefirsttomaster.72 ×××大学毕业设计(论文)附录C：系统原理图72'