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1、本 科 毕 业 论 文论文题目： 89S51单片机及其外围电路设计 院 系： 物理科学与技术学院 摘 要单片机以其低廉的价格和优异的性能广泛应用于生活各个领域，如智能仪表、工业控制、家用电器等方面，可以说单片机无处不在，由于其体积小、功能强、可靠性好、性价比高，所以应用也日益广泛深入。现在社会也需要单片机的开发与应用的人才。单片机是一门实践性很强的学科，要想学好单片机一定要多动手，多实践。如果不注重实践，学完后很可能不懂单片机的应用与开发，没有达到实用的目的。学习单片机的主要方法是：增强实践环节，培养动手能力。单片机现在的应用成果体体现在以下几个方面：智能化仪器仪表、自动化装置、家用电器、医用
2、设备、计算机网络和通信领域等领域，此外，单片机在工商、金融、交通、教育、国防航空航天等领域都有着十分广泛的用途。关键词：单片机；实践；应用领域AbstractMicrocontroller is widely applied in all areas of life because of its low price and excellent performance such as intelligent instruments, industrial control, home appliances, etc. It can be said that microcontroller exis
3、ts everywhere. The application of microcontroller is increasingly extensive due to its small size, superior function, high capabiliby. the contemporary society demands the persons who can do the research and development of the microcontroller. The microcontroller is a subject which involves more pra
4、ctice. If you want to study the microcontroller well, you must practice it frequently, otherwise you wont comprehend the development and application of it. The practical purpose is not achieved. The main methods of studying the microcontroller are enhancing the practice aspect and cultivating the ab
5、ility of the manipulation. The main application and achievents of the microcontroller now includes: the intelligent instruments, automatic devices, household appliances, medical equipment, computer networks and other fields. In addition, the microcontroller is widely applied in the business, finance
6、, transportation, education, national defense, networks and aerospace and other fields communications and other fields.Keywords: microcontroller; practice; applications fileds目 录引 言4一、单片机的发展与应用5（一）、单片机的发展5（二）、单片机的应用领域6（三）、单片机的未来发展趋势7二、89S51单片机的结构特点8（一）、89S51单片机引脚图及说明8（二）、AT89S51单片机特性8三、89S51单片机外围电路设
7、计9（一）、广告灯的设计9（二）、报警产生器12结 论15参考文献16致 谢17引 言 现今，在世界范围内，一个微电子技术，计算机和通信技术为先导的，以信息技术和信息产业为中心的信息革命方兴未艾。为使我国经济信息化，必须加速发展我国信息技术和信息产业。计算机技术怎样与实际应用更有效地结合有效的发挥其作用是科学界最热门的话题，也是计算机应用最活跃的领域。单片机是一种集成电路芯片，采用超大规模技术把具有数据处理能力(如算术运算、逻辑运算、数据传送、中断处理)的微处理器(CPU)，随机存取数据存储器(RAM)，只读程序存储器(ROM)，输入输出电路(I/O口)，可能还包括定时/计数器，串行通信口(S
8、CI)，显示驱动电路(LCD 或LED 驱动电路)，脉宽调制电路(PWM)，模拟多路转换器及A/D转换器等电路集成到一个单块芯片上，构成一个小而完善的计算机系统。这些电路能在软件的控制下准确、迅速、高效地完成程序设计者事先规定的任务。单片机以其低廉的价格和优异的性能广泛应用于生活各个领域，如智能仪表、工业控制、家用电器等方面，可以说单片机无处不在，由于其体积小、功能强、可靠性好、性价比高，所以应用也日益广泛深入。现在社会也需要单片机的开发与应用的人才。MCS-51单片机是美国Intel公司于1980年推出的产品，典型产品有8031、8051和8751等通用产品，一直到现在MCS-51内核系列接
9、容得单片机仍是应用。不过在市场方面，原来的89C51受到了PIC单片机阵营的挑战，89C51最致命的缺陷在于不支持ISP(在线更新程序)功能，必须加上ISP功能等新功能才能更好延续MCS-51的传奇。89S51就是在这样的背景下取代89C51的，现在89S51目前已经成为市场上的新宠儿。一、单片机的发展与应用（一）、单片机的发展 1946 年第一台电子计算机诞生至今，只有60 年的时间，依靠微电子技术和半导体技术的进步，从电子管晶体管集成电路大规模集成电路，现在一块芯片上完全可以集成几百万甚至上千万只晶体管，使得计算机体积更小，功能更强。特别是近20年时间里，计算机技术获得飞速的发展，计算机在
10、工农业、科研、教育、国防和航空航天领域获得了广泛的应用。单片机诞生于20 世纪70 年代，1976 年Intel公司推出了MCS48 单片机，这个时期的单片机才是真正的8 位单片微型计算机，并推向市场。它以体积小，功能全，价格低赢得了广泛的应用，为单片机的发展奠定了基础，成为单片机发展史上重要的里程碑。在 MCS48的带领下，其后，各大半导体公司相继研制和发展了自己的单片机，Zilog公司的Z8系列，Intel公司的MCS51系列，Motorola 公司的6801 和6802 系列，Rokwell公司的6501 及6502 系列等等，约有几十个系列，几百个品种，此时的单片机均属于真正的单片化，
11、大多集成了CPU、RAM、ROM、数目繁多的I/O 接口、多种中断系统，甚至还有一些带A/D转换器的单片机，功能越来越强大，RAM 和ROM 的容量也越来越大，寻址空间甚至可达64KB，可以说，单片机发展到了一个全新阶段，应用领域更广泛。90 年代以后，单片机获得了飞速的发展，世界各大半导体公司相继开发了功能更为强大的单片机。美国Microchip 公司发布了一种完全不兼容MCS51 的新一代PIC 系列单片机，引起了业界的广泛关注，特别它的产品只有33条精简指令集吸引了不少用户，使人们从Intel公司MCS51单片机的111 条复杂指令集中走出来。PIC 单片机获得了快速的发展，在业界中占有
12、一席之地。Atmel 公司则把单片机技术与先进的Flash 存储技术完美地结合起来，发布了性能相当优秀的AT89系列单片机。现在市场方面，原来的89C51受到了PIC单片机阵营的挑战，89C51最致命的缺陷在于不支持ISP(在线更新程序)功能。Atmel公司现在已经停止生产AT89C51型号的单片机，被其具有ISP在线编程功能的89S51型号的单片机所代替。自 1976 年Intel 公司推出MCS48系列单片机之后，迄今为止，单片机经历了由4 位机到8 位机，16 位机再到32 位机的发展过程。单片机制造商很多，Intel 公司凭着其雄厚的技术、性能优秀的机型和良好的基础，目前仍是单片机的主
13、流产品。除了Intel 公司之外，还有Philips、Siemens、AND、OKI、MATRA-MHS、Atmel、Dallas 公司都生产各种8051及其派生型单片机。（二）、单片机的应用领域 单片机有着体积小、功耗低、功能强、性能价格比高、易于推广应用等显著特点，具体体现在以下几个方面：智能化仪器仪表、自动化装置、家用电器、医用设备、计算机网络和通信领域等领域，大致可分如下几个范畴：1、在智能仪器仪表上的应用可实现如电压、功率、频率、温度、流量、重量、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，且功能更强。例如精密的测量设备中电子称、功率计、数字示波器等。2、在
14、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。如智能传感器、数控机床、工业机器人、电梯智能化控制、自动生产线控制系统等。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，如电饭煲、微波炉、洗衣机、电冰箱、空调机、电视机、DVD 机、游戏机、录像机、音响设备等。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，从调制解调器、集群移动通信、小型程控交换机、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
15、见的电话机、移动电话和无线电对讲机等。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。6、其它领域的应用此外，单片机在工商、金融、交通、教育、国防航空航天等领域都有着十分广泛的用途。如自动售货机、电子收款机、银行统计机；交通指示灯、加油机、汽车内部的自动装置；传真机、复印机、打印机、绘图仪、磁盘驱动器、显示器、图形终端机、智能终端机；导弹制导、雷达、目标识别、跟踪、航天事业等。（三）、单片机的未来发展趋势现在可以说单片机是百花齐放，百家争鸣的时期，世界上各大芯片制造公司都推出了自己的单片机，从8 位、16 位
16、到32位，数不胜数，应有尽有，有与主流C51 系列兼容的，也有不兼容的，但它们各具特色，互成互补，为单片机的应用提供广阔的天地。纵观单片机的发展过程，可以预示单片机的发展趋势，大致包括：1、低功耗CMOS化MCS51 系列的8031 推出时的功耗达630mW，而现在的单片机普遍都在100mW 左右，随着对单片机功耗要求越来越低，现在的各个单片机制造商基本都采用了CMOS(互补金属氧化物半导体工艺)。CHMOS 具备了高速和低功耗的特点，这些特征，更适合于在要求低功耗如电池供电的应用场合。所以这种工艺将是今后一段时期单片机发展的主要途径。2、微型单片化现在常规的单片机普遍都是将中央处理器(CPU
17、)、随机存取数据存储(RAM)、只读程序存储器(ROM)、并行和串行通信接口，中断系统、定时电路、时钟电路集成在一个单一的芯片上，增强型的单片机集成了如A/D 转换器、PMW(脉宽调制电路)、WDT(看门狗)，有些单片机将LCD(液晶)驱动电路都集成在单一的芯片上，这样单片机包含的单元电路就更多，功能就越强大。甚至单片机厂商还可以根据用户的要求量身定做，制造出具有个性特色的单片机芯片。3、主流与多品种共存现在虽然单片机的品种繁多，各具特色，但仍以80C51 为核心的单片机占主流，兼容其结构和指令系统的有PHILIPS 公司的产品、ATMEL 公司的产品和中国台湾的Winbond系列单片机。所以
18、80C51 为核心的单片机占据了半壁江山，现在89S51逐渐取代80C51的地位。而Microchip 公司的PIC 精简指令集(RISC)也有着强劲的发展势头，中国台湾的HOLTEK 公司近年的单片机产量与日俱增，与其低价质优的优势，占据一定的市场分额。此外还有MOTOROLA 公司的产品。在一定的时期内，这种情形将得以延续，将不存在某个单片机一统天下的垄断局面，走的是依存互补，相辅相成，共同发展的道路。综上所述，由于8 位单片机在性能价格比上占有绝对优势，而且8 位增强型单片机在速度和功能上向现在的16 位单片机挑战，因此在未来相当长的时期内，无论是从全国范围还是全球范围来看，使用最为广泛
19、的应属MCS51 单片机，8 位单片机仍是单片机的主流机型。二、89S51单片机的结构特点（一）、89S51单片机引脚图及说明图 一 89S51单片机引脚图（1）电源引脚Vcc和GND 。Vcc（40脚）：电源，接+5V；GND（20脚）：接地端。 （2）时钟电路引脚XTAL1（19脚）和XTAL2（18脚）。（3）控制信号引脚RST（复位信号输入端），PSENE（程序存储允许输出信号端）和 EA（外部程序存储器地址允许输入端）。（4）输入/输出端口P0，P1，P2和P3。 （二）、AT89S51单片机特性与MCS-51产品指令系统完全兼容；片内存储器含有4KB的Flash存储器，允许在线编程
20、，擦写周期可达1000次；存储数据保存时间为十年；片内数据存储器内含128字节的RAM；I/O口具有32根可编程I/O线；全双工串行UART通道；中断系统具有6个中断源，5个终端矢量，2个中断优先级结构；具有两个数据指针DPTR0和DPTR1；低功耗节电模式有节电模式和掉电模式；包含3级程序锁定位；电源电压为4.0-5.5V；振荡频率为0-33MHz；具有看门狗定时器；灵活的片内编程模式；具有断电标志模式POF。三、89S51单片机外围电路设计（一）、广告灯的设计1、实验任务做单一灯的左移右移，硬件电路如图二所示，八个发光二极管L1L8分别接在单片机的P1.0P1.7接口上，输出“0”时，发光
21、二极管亮，开始时P1.0P1.1P1.2P1.3P1.7P1.6P1.0亮，重复循环，周期为1秒。2、电路原理图图二3、系统板上硬件连线把“单片机系统”区域中的P1.0P1.7用8芯排线连接到“八路发光二极管指示模块”区域中的L1L8端口上，要求：P1.0对应着L1，P1.1对应着L2，P1.7对应着L8。4、程序设计内容我们可以运用输出端口指令MOVP1，A或MOVP1，DATA，只要给累加器值或常数值，然后执行上述的指令，即可达到输出控制的动作。每次送出的数据是不同，具体的数据如下表1所示P1.7P1.6P1.5P1.4P1.3P1.2P1.1P1.0说明L8L7L6L5L4L3L2L11
22、1111110L1亮11待添加的隐藏文字内容3111101L2亮11111011L3亮11110111L4亮11101111L5亮11011111L6亮10111111L7亮01111111L8亮表一5、程序框图图三6、汇编源程序ORG 0START:MOV R0, #8MOV A, #0FEHLOOP:MOV P1, ALCALL DELAYRLC ADJNZ R0, LOOPMOV R0, #8LOOP1:MOV P1, ALCALL DELAYRRC ADJNZ R0, LOOP1LJMP STARTDELAY:MOV R5, #25DLY1: MOV R6, #100DLY2:MOV
23、R7, #100DJNZ R7, $DJNZ R6, DLY2DJNZ R5, DLY1RETEND（二）、报警产生器1、实验任务用P1.0输出1KHz和500Hz的音频信号驱动扬声器，作报警信号，要求1KHz信号响100ms，500Hz信号响200ms,交替进行，P1.7接一开关进行控制，当开关合上响报警信号，当开关断开告警信号停止，编出程序。2、电路原理图图四3、系统板上硬件连线1把“单片机系统”区域中的P1.0端口用导线连接到“音频放大模块”区域中的SPK IN端口上。2在“音频放大模块”区域中的SPK OUT端口上接上一个8欧的或者是16欧的喇叭。3把“单片机系统”区域中的P1.7/R
24、D端口用导线连接到“四路拨动开关”区域中的K1端口上。4、程序设计内容信号产生的方法500Hz信号周期为2ms，信号电平为每1ms变反1次，1KHz的信号周期为1ms，信号电平每500us变反1次。5、程序框图图五 6、C语言源程序#include void main( )unsigned char i, j; for(;) while(p1_7=0) for(i=0;i200;i+) P1_0=p1_0;for(j=0;j50;j+); for(i=0;i200;i+) P1_0=p1_0;for(j=0;j100;j+); 结 论此次我做的毕业设计是89S51单片机及其外围电路设计，通过一
25、个月的努力设计终于顺利完成，这次设计给了我一个很好的机会，让我学习了有关单片机的知识，在学习中也增加了我对单片机的兴趣。单片机发展到了一个全新阶段，应用领域广泛，特别是家用电器从此走上了利用单片机控制的智能化发展道路。论文设计过程中遇到了很多困难，如以前了解的汇编语言和C语言的知识有限，所以当真正到使用时才显得捉襟见肘，不过在指导教师的指导和我的努力下，困难也都得到了很好的解决。虽然我的论文不是什么创新设计课题，但是通过我的学习和总结，了解了89S51单片机的结构特点，通过我的动手操作，是理论和实际相结合，为以后能对单片机外围电路的创新设计奠定了基础。在不断学习和试验中，深化和巩固了所学过的专
26、业理论知识。由于以前文化功底差，所以在论文完成过程中自学了有关知识，如C语言,模拟电路等知识，求教了一些老师，上网查了相关信息。毕业论文设计过程中，不断地探索、学习、总结，最终完成设计使我有种劳动后喜获丰收的感觉，我相信在以后的学习和工作中，我会很好的解决问题，提高自己的能力，尽快适应工作和社会的发展。参考文献1李萍.AT89S51单片机原理、开发与应用实例M.中国电力出版社.20082周国雄,晏密英.单片机应用系统设计精讲M.中国铁道出版社.2011:1-8,235-2383杨欣，王玉凤，刘湘黔，张延强.51单片机应用实例详解M.清华大学出版社.2010:22-45 4徐春河.浅谈AT89S
27、51,制造业自动化B.2010.33(12):80-825刘昆山.用AT89S51单片机控制八路LED显示J. 6李静，程安宇，陈卓.51单片机C语言程序设计M.人民邮电出版社.2010:51-647王守中.51单片机开发入门与典型实例M.人民邮电出版社.2008：41-67,265-276，288-2978冯育长.单片机系统设计与实例分析M.西安电子科技大学出版社,2007 9祈伟. 单片微型计算机原理与接口技术教程M.北京航空航天大学出版社,200710李秀忠.单片机应用技术M.人民邮电出版社200711 Yang. Y., Yi. J., Woo, Y.Y., and Kim. B.: Optimum design for linearityand efficiency of microwave Doherty amplifier using a new loadmatching technique, Microw. J., 2001, 44, (12), pp. 2036
