单片机与单片机应用系统

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　　一、什么是单片机 单片机是由单芯片组成的计算机系统，故称单片微型计算机（或微控制器）。单片机内部包括中央处理器CPU、存储器、输入/输出口，定时/计数器、A/D转换等功能部件，只要配合适当的外部设备，就可以构成能满足不同应用领域需要的控制系统。　　早期的单片机，由于内部无法集成较大容量的存储器和接口电路，因而将单片机和外围扩展芯片组成一台单片单板机来实施控制。随着单片机应用领域的扩展，对其内部资源的配备、运行速度、可靠性及功耗等提出了更高的要求。环顾单片机的百花园，满足各种类型应用需求的单片机应有尽有：组成测量和控制系统所需的众多的接口电路，如ADC、DAC、可由用户配置的高速I/O口、定时计数器、电压比较器、EEPROM存储器、PWM、DMA等，各类串行通信总线（如UART、I2C总线、SPI、MICrowire），以及保证程序可靠运行的看门狗定时器WDT等都集成到了芯片内部，人们可以为不同的控制对象，选择最适合的单片机，实现真正意义上的单片控制。　　MCS-51系列单片机奠定了8位单片机的基础，目前许多学校的单片机课程都是以80C51为基础，与它相关的教材、开发工具和应用实例比比皆是；众多半导体厂商推出了许多与8051单片机兼容的CHMOS单片机，如Atmel公司的89C2051、89C51、Philips公司的89C51/P87LPC7xx/P89LPC900系列、Sygnal公司的C8051Fxxx系列……，这些都是近年来备受用户青睐，得到广泛应用的产品。基于以上原因，本次讲座选择了89S5l系列51兼容单片机。 　二、单片机应用系统的构建 下面是一个带语音提醒的家用多功能定时器的主要功能和技术要求：　　（1）能够预置并存储16个定时时间； （2）定时时间1秒～24小时，定时误差小于10ms； （3）用数码管显示预置时间及剩余时间的时、分、秒； （4）具有语音和数码显示两种时间到提示方式； （5）用按键预置定时时间； （6）有时间到开关量输出功能。　　电路框图如图1，工作流程如图2。实际上，尽管单片机内部资源丰富，但如果没有程序控制，各功能部件根本就不会做任何事。用一条条按照系统工作流程要求的语句控制各个功能部件，如从接有按键的I/0口读取按键信息，根据按键的情况，或向接有显示器的I／O口送显示数据，或启动片内的定时计数器工作，可见正确地编写程序，是确保应用系统按工作流程工作的至关重要的一环。三、单片机系统设计 流程图3是单片机系统设计的流程图。　　1.软件及硬件功能分配 明确系统的功能要求以后，就必须对软件和硬件各自完成哪些功能进行分配。通常，对速度要求很高的功能多用硬件完成，而对速度要求不高的场合则尽量用软件实现。此外，还与系统对成本的要求、开发工具，以及单片机的资源配备情况有关。　　2.硬件电路设 计硬件设计必须建立在熟悉单片机的片内资源，以及清楚其I/O口的功能分配和电气特性的基础上。　　比如说，应清楚I/O口的驱动能力、某I/O口是否能作为双向口、有无中断响应功能等等。　　3.软件设计 软件设计是单片机系统设计中工作难度和工作量最大的部分，也是初学者最头疼的地方。在进行软件设计前，设计者只有清楚地了解所选单片机内部的硬件资源及指令系统，才能通过编程有效地调动单片机的片内资源，实现系统所要求的测试和控制功能。　　4.软件调试和软硬件联调 编制的程序能否实现预想的功能要通过实践的检验，软件调试是分阶段检验程序的过程，软硬件联调是检验程序能否与硬件系统有机结合的过程。　　软硬件联调需要借助于单片机开发工具，用一个具体的、编制了正确程序的单片机对系统进行控制，该单片机系统是透明的，其片内资源的状况以及程序执行后的结果，都可以通过电脑观察到，同时该单片机又是可控的，使用者可以直接修改相关的寄存器的内容，改变程序运行的结果，其次，该单片机内的程序可以用多种方式运行，以方便使用者分阶段或整体地检测程序运行的情况。对于这些开发工具，我们统称为仿真器。　　5.程序固化 程序固化是将在仿真器中调试通过的程序写入到真实的单片机的过程。要将程序写进单片机，必须按照单片机规定的时序把指令一条一条地送到单片机相关口线上去，并检验写入的指令是否正确。这些工作是由专门的写入工具，也就是写入器来完成的。上一页1