单片机硬件系统设计 原则
●单片机硬件系统设计原则 ●一个单片机应用系统的硬件电路设计包含两部分内容：一是系统扩展，即单片机内部的功能单 元，如ROM、RAM、I/O、定时器/计数器、中断系统等不能满足应用系统的要求时，必须在片外进行扩展，选择适当的芯片，设计相应的电路。二是系统的配置，即按照系统功能要求配置外围设备，如键盘、显示器、打印机、A/D、D/A转换器等，要设计合适的接口电路。 ●系统的扩展和配置应遵循以下原则： ● 1、尽可能选择典型电路，并符合单片机常规用法。为硬件系统的标准化、模块化打下良好的基 础。 ● 2、系统扩展与外围设备的配置水平应充分满足应用系统的功能要求，并留有适当余地，以便进行 二次开发。 ● 3、硬件结构应结合应用软件方案一并考虑。硬件结构与软件方案会产生相互影响，考虑的原则 是：软件能实现的功能尽可能由软件实现，以简化硬件结构。但必须注意，由软件实现的硬件功能，一般响应时间比硬件实现长，且占用CPU时间。 ● 4、系统中的相关器件要尽可能做到性能匹配。如选用CMOS芯片单片机构成低功耗系统时，系统 中所有芯片都应尽可能选择低功耗产品。 ● 5、可靠性及抗干扰设计是硬件设计必不可少的一部分，它包括芯片、器件选择、去耦滤波、印刷 电路板布线、通道隔离等。 ● 6、单片机外围电路较多时，必须考虑其驱动能力。驱动能力不足时，系统工作不可靠，可通过增 设线驱动器增强驱动能力或减少芯片功耗来降低总线负载。 ● 7、尽量朝“单片”方向设计硬件系统。系统器件越多，器件之间相互干扰也越强，功耗也增大， 也不可避免地降低了系统的稳定性。随着单片机片内集成的功能越来越强，真正的片上系统SoC已经可以实现，如ST公司新近推出的μPSD32××系列产品在一块芯片上集成了80C32核、大容量FLASH 存储器、SRAM、A/D、I/O、两个串口、看门狗、上电复位电路等等。 ●单片机系统硬件抗干扰常用方法实践 ●影响单片机系统可靠安全运行的主要因素主要来自系统内部和外部的各种电气干扰，并受系统结 构设计、元器件选择、安装、制造工艺影响。这些都构成单片机系统的干扰因素，常会导致单片机系统运行失常，轻则影响产品质量和产量，重则会导致事故，造成重大经济损失。 ●形成干扰的基本要素有三个： ●（1）干扰源。指产生干扰的元件、设备或信号，用数学语言描述如下：du/dt， di/dt大的地 方就是干扰源。如：雷电、继电器、可控硅、电机、高频时钟等都可能成为干扰源。 ●（2）传播路径。指干扰从干扰源传播到敏感器件的通路或媒介。典型的干扰传播路径是通过导线 的传导和空间的辐射。 ●（3）敏感器件。指容易被干扰的对象。如：A/D、 D/A变换器，单片机，数字IC，弱信号放大器 等。 ● 1 干扰的分类 ● 1.1 干扰的分类 ●干扰的分类有好多种，通常可以按照噪声产生的原因、传导方式、波形特性等等进行不同的分 类。按产生的原因分： ●可分为放电噪声音、高频振荡噪声、浪涌噪声。 ●按传导方式分：可分为共模噪声和串模噪声。 ●按波形分：可分为持续正弦波、脉冲电压、脉冲序列等等。 ● 1.2 干扰的耦合方式
A VR的性价比远高于51： 高速、RISC：主频最高达20MHz 低功耗，宽电压：1.8V~5.5V，最低全速运行功耗<300uA IO口驱动能力强：推拉电流能力均达30mA，可以直接驱动蜂鸣器、继电器等 片内资源丰富：外部中断、定时/计数器、UART、SPI、IIC、ADC、模拟比较器 型号齐全，而且40脚以下的A VR均具有DIP的封装形式 软件开发环境 编辑与编译软件：WinA VR 仿真调试软件：A VR Studio 下载软件：MuCodeISP 硬件开发环境 仿真调试工具：JtagICE 下载线工具：STK200/300 学习板一块：LT-Mini-M16 技术手册 A VR官方中文版技术手册 《AVR 单片机与GCC 编程》 https://www.doczj.com/doc/f25394074.html, A VR的时钟源（晶振、内部RC等）不经过分频直接提供给CPU使用，而51的CPU主频等于晶振的12分频 A VR既具有简单的、可以自制的ISP下载线和Jtag仿真器，又有DIP直插的封装形式 A VR的C语言编程与C语言教科书上学习的标准C语言语法是几乎一样的，不像51的C 语言，一些bit、srf之类的变量定义在教科书中是找不到的，有利于后续嵌入式系统的学习 构建最小系统 电源： 数字电源VCC：任何场合必选 模拟电源A VCC：使用片上ADC或模拟比较器时必选 晶振：对时钟要求严格的场合，如使用USART时必选 复位按键：需要手动复位时必选 ISP下载线接口：需要进行ISP下载时必选 Jtag仿真器接口：需要进行Jtag仿真调试时必选 PCB技术与Protel简介 PCB是印刷电路板（Printed Circuit Board ）的缩写，顾名思义，就是把导线印刷在板子上。覆铜板 印刷感光胶 曝光 钻孔 化学腐蚀 金属化过孔 喷绝缘漆 印刷丝印层 切割Protel软件是最流行的PCB设计软件，可以在电脑上完成PCB的设计，然后送到PCB加工厂出板。 常用版本：Protel99SE，Protel DXP 2004，Altium Designer 6（AD6） AD6是最新版本，风格与Protel DXP 2004区别不大 Protel设计PCB步骤如下： 1.绘制元件的PCB封装库（.pcblib） 2.绘制元件的原理图库（.schlib）
本科生毕业设计（论文）开题报告 论文题目：嵌入式智能家居控制系统 软件设计 学院：电气工程学院 专业班级：自动化1204 学生姓名：刘芳春 学号： 120302433 导师姓名：王通 开题时间：2016年 3 月 18 日
1.课题背景及意义 1.1课题研究背景、目的及意义 目前，几乎所有家庭都有使用各种电器设备，电视、电灯、空调、冰箱等。然而，就当前情况来说，这些设备总是被看成单个的、独立的个体使用，而极少出现一个专门的系统来管理它们、或是将它们糅合为一个具有一定“智慧”的设备集合体。这不仅使得设备使用者不得不在控制和管理这些设备上消耗大量时间和精力，而且容易造成设备使用效率不高，浪费宝贵的能源，这不符合节能环保的国家政策方针。 基于这个事实，智能家居的概念应运而生。智能家居又被人们称智能住宅[1]，在国外也叫做Smart Home。智能家居是以个人住所为单位，以控制技术、通信技术计算机技术为基础，以提升人们的日常家居生活为目的的家居控制和管理系统[2]。 由于智能家居是一个最近才得到快速发展的行业，当前有许多地方并未得到充分的研究，也有许多研究成果并未能转化成为实际产品。探寻其本质因素有两个。其一，大多数已有的智能家居产品是针对高消费人群设计和开发的，而没有顾及到占人口绝大多数的低端消费人群。因此，其市场本身就不会太大。其二，许多开发出来的产品在性能上并不完全让消费者满意。当前已有的产品中的大多数，或是存在功能单调、或是存在使用不方便等各种缺乏吸引力的不足之处。 为了改善这一现状，软件部分设计就成了必不可少的工作，软件部分以软件开发平台为核心，向上提供应用编程接口，向下屏蔽具体硬件特性的板级支持包。嵌入式系统中，软件和硬件紧密配合，协调工作，共同完成系统预定的功能。嵌入式软件是应用程序和操作系统两种软件的一体化程序。对于嵌入式软件而言，系统软件和应用软件的界限并不明显，原因在于嵌入式环境下应用系统的配置差别较大，所需操作系统裁剪配置不同，I/O 操作没有标准化，驱动程序通常需要自行设计[3,4]。 嵌入式实时操作系统在目前的嵌入式系统中应用越来越广泛，尤其在功能复杂、系统庞大的应用中[5]。它与实时应用软件相结合成为有机的整体起着核心作用，由它来管理和协调各项工作，为应用软件提供良好的运行软件环境和开发环境。μC/OS-II 是一个完整的，可移植、固化、裁剪的占先式实时多任务内核。它通过了美国联邦航空管理局商用航行器的认可，符合航空无线电技术委员会对用于航空设备方面所使用的软件性能提出的DO-178B标准认可。目前已有数百个商业应用的μC/OS，该操作系统的稳定性和可靠性得到了充分的肯定[6,7]。该操作系统在智能家居领域中的应用也越来越广泛。因此对于嵌入式智能家居操作系统的研究也越来越有必要。
短学期实验报告 （单片机系统设计） 题目： 专业： 指导教师： 学生姓名： 学号： 完成时间： 成绩：
基于单片机的交流电压表设计 目录 1系统的设计要求 (2) 2系统的硬件要求 (2) 2.1真有效值转换电路的分析 (2) 2.2放大电路的设计 (3) 2.3A/D转换电路的设计 (3) 2.4单片机电路的分析 (4) 2.5显示电路 (4) 3 软件设计 (5) 3.1 软件的总流程图 (5) 3.2 初始化定义与定时器初始化流程图 (5) 3.3 A/D转换流程图 (6) 3.4 数据处理流程图 (6) 3.5 数据显示流程图 (7) 4 调试 (7) 4.1 调试准备 (7) 4.2 关键点调试 (7) 4.3 测试结果 (8) 4.4 误差分析 (8) 5结束语 (8) 5.1 总结 (9) 5.2 展望 (9) 附录1 总原理图 (10) 附录2 程序 (10) 附录3 实物图 (14)
基于单片机的交流电压表设计 ****学院 ****专业 姓名 指导老师：******* 1 设计要求 （1）运用单片机实现真有效值的检测和显示。 （2）数据采集使用中断方式，显示内容为有效值与峰值交替进行。 2 硬件设计 本系统是完成一个真有效值的测量和显示，利用AD737将交流电转换成交流电压的有效值，用ADC0804实现模数转换，再通过单片机用数码管来显示。系统原理框图如图2-1所示。系统框图由真有效值转换电路、放大电路、A/D 转换电路、单片机电路、数码管显示电路五部分。 图2-1 原理框图 2.1 真有效值转换电路 真有效值转换电路主要是利用AD737芯片来实现真有效值直流变换的，即将输入的交流信号转换成直流信号的有效值，其原理图如图2-2所示。 图2-2 真有效值转换电路 由于AD737最大输入电压为200mV, 所以需要接两个二极管来限制输入电压，起到限幅的作用。如图中D1、D2，由IN4148构成，电容C6是耦合电容，电阻R1是限流电阻。 2.2 放大电路设计 放大电路主要是利用运放uA741来进行放大，电路原理图如图2-3所示。 A/D 转换 单片机 电路 显示 电路 转换 电路 交流 信号 放大 电路
第三章硬件基础知识学习 通过上一课的学习，我们貌似成功的点亮了一个LED小灯，但是还有一些知识大家还没有 彻底明白。单片机是根据硬件电路图的设计来写代码的，所以我们不仅仅要学习编程知识，还有硬件知识，也要进一步的学习，这节课我们就要来穿插介绍电路硬件知识。 3.1 电磁干扰EMI 第一个知识点，去耦电容的应用，那首先要介绍一下去耦电容的应用背景，这个背景就是电磁干扰，也就是传说中的EMI。 1、冬天的时候，尤其是空气比较干燥的内陆城市，很多朋友都有这样的经历，手触碰到电脑外壳、铁柜子等物品的时候会被电击，实际上这就是“静电放电”现象，也称之为ESD。 2、不知道有没有同学有这样的经历，早期我们使用电钻这种电机设备，并且同时在听收音机或者看电视的时候，收音机或者电视会出现杂音，这就是“快速瞬间群脉冲”的效果，也称之为EFT。 3、以前的老电脑，有的性能不是很好，带电热插拔优盘、移动硬盘等外围设备的时候，内部会产生一个百万分之一秒的电源切换，直接导致电脑出现蓝屏或者重启现象，就是热插拔的“浪涌”效果，称之为Surge... ... 电磁干扰的内容有很多，我们这里不能一一列举，但是有些内容非常重要，后边我们要一点点的了解。这些问题大家不要认为是小问题，比如一个简单的静电放电，我们用手能感觉到的静电，可能已经达到3KV以上，如果用眼睛能看得到的，至少是5KV了，只是因为 这个电压虽然很高，电量却很小，因此不会对人体造成伤害。但是我们应用的这些半导体元器件就不一样了，一旦瞬间电压过高，就有可能造成器件的损坏。而且，即使不损坏，在2、3里边介绍的两种现象，也严重干扰到我们正常使用电子设备了。 基于以上的这些问题，就诞生了电磁兼容(EMC)这个名词。这节课我们仅仅讲一下去耦
四川现代职业学院《单片机原理及应用》课程设计红绿灯实训报告 题目：红绿灯项目设计报告 系别：电子信息技术系 专业：电子信息工程技术 组员：贺淼、纪鹏、邵文稳 指导老师：陶薇薇 2014年7月12日
摘要 交通在人们的日常生活中占有重要的地位，随着人们社会活动的日益频繁，这点更是体现的淋漓尽致。交通信号灯的出现，使交通得以有效管制，对于疏导交通流量、提高道路通行能力，减少交通事故有明显效果。近年来随着科技的飞速发展，单片机的应用正在不断深入，同时带动传统控制检测技术日益更新。在实时检测和自动控制的单片机应用系统中，单片机往往作为一个核心部件来使用，仅单片机方面知识是不够的，还应根据具体硬件结构软硬件结合，加以完善。本系统采用STC89C52点单片机以及数码管为中心器件来设计交通灯控制器，实现了南北方向为主要干道，要求南北方向每次通行时间为30秒，东西方向每次通行时间为25秒。启动开关后，南北方向红灯亮25秒钟，而东西方向绿灯先亮20秒钟，然后闪烁3秒钟，转为黄灯亮2秒钟。接着，东西方向红灯亮30秒钟，而南北方向绿灯先亮25秒，然后闪烁3秒钟，转为黄灯亮2秒钟，如此周而复始。 软件上采用C语言编程，主要编写了主程序，中断程序延时程序等。经过整机调试，实现了对十字路口交通灯的模拟。
目录 （一）硬件部分--------------------------- 3 1.1 STC89C52芯片简介-----------------------3 1.2 主要功能特性---------------------------4 1.3 STC89C52芯片封装与引脚功能-------------5 1.4 基于STC89C52交通灯控制系统的硬件电路分析及设计-------------------------------------------10 （二）软件部分----------------------------14 2.1 交通灯的软件设计流程图-----------------14 2.2 控制器的软件设计-----------------------15 （三）电路原理图与PCB图的绘制-------------16 3.1 电路原理图的绘制（见附录二）----------16 3.2 PCB图的绘制（见附录三）---------------16 3.3 印刷电路板的注意事项------------------16 （四）调试及仿真---------------------------------------19 4.1 调试----------------------------------19 4.2 仿真结果------------------------------20 （五）实验总结及心得体会---------------------------21 5.1 实验总结-----------------------------------------------21 5.2 实验总结-----------------------------------------------22 附录程序清单---------------------------22
单片机硬件系统设 计原则 1
单片机硬件系统设计原则 一个单片机应用系统的硬件电路设计包含两部分内容:一是系统扩展,即单片机内部的功能单元,如ROM、RAM、I/O、定时器/计数器、中断系统等不能满足应用系统的要求时,必须在片外进行扩展,选择适当的芯片,设计相应的电路。二是系统的配置,即按照系统功能要求配置外围设备,如键盘、显示器、打印机、A/D、D/A转换器等,要设计合适的接口电路。 系统的扩展和配置应遵循以下原则: 1、尽可能选择典型电路,并符合单片机常规用法。为硬件系统的标准 化、模块化打下良好的基础。 2、系统扩展与外围设备的配置水平应充分满足应用系统的功能要求,并留有适当余地,以便进行二次开发。 3、硬件结构应结合应用软件方案一并考虑。硬件结构与软件方案会产生相互影响,考虑原则是:软件能实现的功能尽可能由软件实殃,以简化硬件结构。但必须注意,由软件实现的硬件功能,一般响应时间比硬件实现长,且占用CPU时间。 2
4、系统中的相关器件要尽可能做到性能匹配。如选用CMOS芯片单片机构成低功耗系统时,系统中所有芯片都应尽可能选择低功耗产品。 5、可靠性及抗干扰设计是硬件设计必不可少的一部分,它包括芯片、器件选择、去耦滤波、印刷电路板布线、通道隔离等。 6、单片机外围电路较多时,必须考虑其驱动能力。驱动能力不足时,系统工作不可靠,可经过增设线驱动器增强驱动能力或减少芯片功耗来降低总线负载。 7、尽量朝”单片”方向设计硬件系统。系统器件越多,器件之间相互干扰也越强,功耗也增大,也不可避免地降低了系统的稳定性。随着单片机片内集成的功能越来越强,真正的片上系统SoC已经能够实现,如ST公司新近推出的μPSD32××系列产品在一块芯片上集成了80C32核、大容量FLASH 存储器、SRAM、A/D、I/O、两个串口、看门狗、上电复位电路等等。单片机系统硬件抗干扰常见方法实践 影响单片机系统可靠安全运行的主要因素主要来自系统内部和外部的各种电气干扰,并受系统结构设计、元器件选择、安装、制造工艺影响。这些都构成单片机系统的干扰因素,常会导致单片机系统运行失常,轻则影响产品质量和产量,重则会导致事故,造成重大经济损失。 3
第一部分硬件基础 1、单片机的组成； 2、单片机的并行I/O口在使用时，有哪些注意的地方？ 3、单片机的存储器；程序存储器和数据存储器的寻址范围，地址总线和数据总线的位数；数据存储器内存空间的分配；特殊功能寄存器区； 4、时钟及机器周期； 5、单片机的控制总线、地址总线及数据总线等。 例： 一、填空 1．MCS-51单片机有4个存储空间，它们分别是：、、、。 2、MCS-51单片机的一个机器周期包括个状态周期，个振荡周期。设外接12MHz晶振，则一个机器周期为μs。 3．程序状态字PSW由位组成。 4．在MCS-51单片机内部，其RAM高端128个字节的地址空间称 为区，但其中仅有个字节有实际意义。 5. MCS-51 系列单片机为位单片机，其数据总线为位，地址总线为位，可扩展的地址范围为。 6. MCS-51 单片机的4 个并行I/O 口若作为普通I/O 口使用时，输入操作分为读引脚和读锁存器，需要先向端口写“1”的操作是。 7. MCS-51 单片机的特殊功能寄存器分为可位寻址和不可位寻址两种，那么IE 为，TMOD 为。 8．通常MCS-51单片机上电复位时PC= H、SP= H、通用寄存器采用第组，这一组寄存器的地址范围 是 H。 9．MCS-51单片机堆栈遵循的数据存储原则。 10．在MCS-51单片机中，使用P2、P0口传送信号，且使用P0口来传送信号，这里采用的 是技术。 11．MCS-51单片机位地址区的起始字节地址为。
12．对于并行口在读取端口引脚信号时，必须先对端口写。13．PC的内容是。 14、MCS-51 单片机运行出错后需要复位，复位的方法是在复位引脚上加一个持续时间超过个时钟周期的高电平。 15、具有4KBytes 储存容量之存储器，其至少需具有根地址线。 二、问答 1.简述MCS-51 单片机的P0、P1、P2 和P3 口的功能。 2．MCS-51单片机的三总线是由哪些口线构成的。 3．MCS-51单片机的位寻址区的字节地址范围是多少？位地址范围是多少？ 4. MCS-51单片机存储器在结构上有什么特点？在物理上和逻辑上各有那几个地址空间？ 5．简述MCS-51单片机00H-7FH片内RAM的功能划分，写出它们的名称以及所占用的地址空间，并说明它们的控制方法和应用特性。 6．请写出MCS-51单片机的五个中断源的入口地址。 第二部分 C51程序设计 1、C51的指令规则；C51编程语句及规则； 2、C51表达式和运算符； 3、顺序程序、分支程序及循环程序设计； 4、C51的函数； 5、中断函数。 例： 1．程序的基本结构有。 2．C51的存储器模式有、、。 3．C51中int型变量的长度为，其值域为；unsigned char型变量的长度为位，其值域为。 4．C51中关键字sfr的作用，sbit的作 用。 5．函数定义由和两部分组成。 6．C51的表达式由组成。C51表达式语句由表达式和组成。
89c51单片机4*4键盘应用实例硬件仿真电路图如下： 程序如下（编译成功）： #include"reg51.h" #include"LCD1602.h" #include"hardware.h" char code tab[4][4]={ {'1','4','7','#'}, {'2','5','8','0'}, {'3','6','9','*'}, {'A','B','C','D'}}; //0到F的16个键植 void delay(unsigned char a) { unsigned char i; while(a--)
for(i=100;i>0;i--) ; } char kbscan() //键盘扫描 { unsigned char hang,lie,key; if(P3!=0x0f) delay(5); if(P3!=0x0f) { switch(P3&0x0f) { case 0x0e:lie=0;break; case 0x0d:lie=1;break; case 0x0b:lie=2;break; case 7:lie=3;break; } P3=0xf0; P3=0xf0; switch(P3&0xf0) { case 0xe0:hang=0;break; case 0xd0:hang=1;break; case 0xb0:hang=2;break; case 0x70:hang=3;break; } P3=0x0f; while(P3!=0x0f); key=tab[hang][lie]; } else key=0; return (key); } void main() { unsigned char temp; LCD_initial(); LCD_prints("piaoling"); P3=0x0f; P0=0xff; while(1)
中北大学 毕业设计开题报告 学生姓名：王小龙学号：07050541X14学院、系：信息与通信工程学院 专业：自动化 设计题目：基于MATLAB的控制系统设计软件开发 指导教师:林都 2011年4月2日
毕业设计开题报告
类专业技术基础课程,在教学与研究过程中,常需要对控制系统用MATLAB进行仿究, MATLAB虽功能强大,对这方面的分析都有相应命令,但命令繁多,分析起来过于零散的性质有个整体的掌握,况且像MATLAB这么大的软件学起来也较困难。为能够更快更好掌握控制系统的性质,把多而散的命令整合起来,开发了控制系统CAI应用软件。使用此软件时用户只需输入系统参数,然后点击相关按钮,就可以快速得到所求相应的结果。二．相关理论知识 控制工程基础是以讲述古典控制为主的机械类专业技术基础课程,在教学与研究过程中,常需要对控制系统用MATLAB进行仿真分析与研究,MATLAB虽功能强大,对这 方面的分析都有相应命令,但命令繁多,分析起来过于零散,难于对系统的性质有个整体的掌握,况且像MATLAB这么大的软件学起来也较困难.为能够更快更好掌握控制系统的性质,把多而散的命令整合起来,开发了控制系统CAI应用软件.使用此软件时用户只需输入系统参数,然后点击相关按钮,就可以快速得到所求相应的结果。 要将控制系统CAI应用软件结构图中的内容在用户界面里表现出来,就必须有参数输入、结果输出、图形仿真输出等,且这些都能进行对比分析,因此要求有个友好、操作简单、可读性强、易修改的图形用户界面,选择MATLAB中具有可视化编程能力的图形界面GUI,将它提供的工具与编程经验结合起来,完成软件界面的创建.。 图1控制系统CAI应用软件结构图
1.一个完整的微机系统由硬件和软件两大部分组成 2.微型计算机的性能指标： 字长、运算速度、存储容量、软件配置、外设扩展能力 字：一组二进制数，字长：该二进制数的位数，字长越大，计算机处理数据越快运算速度：表达方式：cpu主频，越高，运算速度越快 存储容量：内存储容量（cpu直接访问存储器）、外存储容量（硬盘容量） 2.计算机系统：硬件系统（冯.诺依曼结构）（运算器、存储器、控制器、输入输出设备）、软件系统（运行程序和相应文档) 3.CPU主要组成部分：运算器、控制器 ALU运算器核心、累加器A、标志寄存器FR（C进、借位，OF溢出标志）、（不影响标志位CY的指令：INC A） 寄存器组RS、控制器CU（pc程序计算器、ir指令寄存器、id指令译码器） 4.存储器：RAM、ROM，其中RAM 具有易失性，常用于存储临时性数据 存储器的地址范围是0000H~0FFFH，它的容量为4KB（16*16*16=4*1024） 5.总线bus：传递信息的公共通信公道 片总线、内总线、外总线 地址总线（AB）、控制总线（CB）、数据总线（DB） 6.单片机（芯片）包括五部分：运算器、存储器、控制器、输入部分、输出部分8051：8位单片机 8031：复位后，PC和SP为：0000H、07H 7.二进制B、八进制O、十进制D、十六进制H 8.原码、反码、补码、压缩BCD码
9.单片机引脚： P1.0VCC（40引脚）P1.1P0.0 P1.2P0.1 P1.3P0.2 P1.4P0.3 P1.5P0.4 P1.6P0.5 P1.7P0.6 RST P0.7 RXD EA/VPP TXD ALE/PROG ITR0PSDE ITR1P2.7 T0P2.6 T1P2.5 WR P2.4 RD P2.3 XTAL2P2.2 XTAL1P2.1 GND P2.0（21引脚）
ATmega128 单片机硬件电路设计 在本系统中，本小节主要讲ATmega128 单片机的内部资源、工作原理和硬件电路设计等。2.5.1 ATmega128 芯片介绍ATmega128 为基于AVR RISC 结构的8 位低功耗CMOS 微处理器。片内ISP Flash 可以通过SPI 接口、通用编程器，或引导程序多次编程。引导程序可以使用任何接口来下载应用程序到应用Flash 存储器。通过将8 位RISC CPU 与系统内可编程的Flash 集成在一个芯片内，ATmega128 为许多嵌入式控制应用提供了灵活而低成本的方案。ATmega128 单片机的功能特点如下：（1）高性能、低功耗的AVR 8 位微处理器（2）先进的RISC 结构①133 条指令大多数可以在一个时钟周期内完成② 32x8 个通用工作寄存器+外设控制寄存器③全静态工作④工作于16 MHz 时性能高达16 MIPS ⑤只需两个时钟周期的硬件乘法器（3）非易失性的程序和数据存储器① 128K 字节的系统内可编程Flash ②寿命: 10，000 次写/ 擦除周期③具有独立锁定位、可选择的启动代码区（4）通过片内的启动程序实现系统内编程① 4K 字节的EEPROM ② 4K 字节的内部SRAM ③多达64K 字节的优化的外部存储器空间④可以对锁定位进行编程以实现软件加密⑤可以通 过SPI 实现系统内编程（5）JTAG 接口（与IEEE 1149.1 标准兼容）①遵循JTAG 标准的边界扫描功能②支持扩
展的片内调试③通过JTAG 接口实现对Flash，EEPROM，熔丝位和锁定位的编程（6）外设特点①两个具有独立的预分频器和比较器功能的8 位定时器/ 计数器②两个具 有预分频器、比较功能和捕捉功能的16 位定时器/ 计数器③具有独立预分频器的实时时钟计数器④两路8 位PWM ⑤ 6 路分辨率可编程（2 到16 位）的PWM ⑥输出比较调制器⑦ 8 路10 位ADC ⑧面向字节的两线接口⑨两个可编程的串行USART ⑩可工作于主机/ 从机模式的SPI 串行接口（7）特殊的处理器特点①上电复位以及可编程的掉电检测②片内经过标定的RC 振荡器③片内/ 片外中断源④ 6 种睡眠模式: 空闲模式、ADC 噪声抑制模式、省电模式、掉电模式、Standby 模式以及扩展的Standby 模式⑤可以通过软件进行选择的时钟频率⑥通过熔丝 位可以选择ATmega103 兼容模式⑦全局上拉禁止功能ATmega128 芯片有64 个引脚，其中60 个引脚具有I/O 口功能，资源比较丰富，下面对ATmega128 的各个引脚做简单介绍：VCC：数字电路的电源。GND：接地。端口（PA7..PA0）、（PB7..PB0）、（PC7..PC0）、（PD7..PD0）、（PE7..PE0）、（PF7..PF0）、（PG4..PA0）：为8 位双向I/O 口，并具有可编程的内部上拉电阻。其输出缓冲器具有对称的驱动特性，可以输出和吸收大电流。作为输入使用时，若内部上拉电阻使能，则端口被外部电路拉低时将
空调自动控制系统软件设计及调试 尹海蛟 空调的硬件电路只是起到支持作用。因为作为自动化控制的大部分功能，只能采取软件程序来实现，而且软件程序的优点是显而易见的。它既经济又灵活方便，而且易于模块化和标准化。同时，软件程序所占用的空间和时间相对来说比硬件电路的开销要小得多。同时，与硬件不同，软件有不致磨损、复制容易、易于更新或改造等特点，但由于它所要处理的问题往往远较硬件复杂，因而软件的设计、开发、调试及维护往往要花费巨大的经历及时间。但相比之下，这些代价所取得的功能远优于仅依靠硬件电路所实现的功能。 1.空调自动控制系统软件程序设计思想 在硬件电路设计好以后，软件设计则是最重要的一个设计部分，由于空调自动控制的大部分智能化功能都是软件来完成，这样就使得硬件电路设计的简化和成本低可以得到实现。然而，8051单片机采用的是与其物理地址联系非常紧密地汇编语言来进行编程的。我们知道汇编语言相对于高级语言而言，它的速度是比较快的，而且它的指令代码也非常简单，但前提是编程人员要对8051单片机内部硬件电路非常熟悉。这对编程人员的要求是比较高的。 在进行软件编程时，我们仍然要采用结构化模块方式编程，从而可以把一些非常大的程序逐步分解为几个小程序，这对于编程人员非常重要的。对于本课题而言，由于它最终要设计成样机形式。因此，我们就得对整机进行监控，这个监控程序中应包括各种芯片的初始化程序、自诊断程序及许多中断子程序等事实上，在对空调器上电后，它应在单片机的控制下自动转入监控程序的执行。我们在编制时把监控程序作为本机的主程序来进行工作。任何故障都会从监控程序的执行中得到响应，而且任何故障给予的响应方式和代码不同，因此这很方便的可以查找到该故障部位。显然，这只对硬件电路的故障有效。对于软件程序的执行故障，我们目前只能通过软件程序的调试安装及仿真来判别它是否正常运行。因为单片机毕竟不是微机或上位机。它所能容纳的程序能力也是有限的。当然，我们可以采用各种技术进行优化，这样就可以最大限度的直至软件程序的出错运行。各种子程序模块都挂接在该主程序上。编制它时，我们尽可能充分利用8051单片机的软件资源及内部寄存器资源，这样可以提高其运行速度。 硬件和软件式空调温度控制的核心设计方面，本课题把研究重点特别投向软件设计，毕竟自动控制功能大部分都要靠软件程序来完成。在本课题设计过程中，软件调试要花大量时间来调试运行，而硬件电路我们只需简单调试。因此可见硬件设计和软件设计有很大区别，而且在总体调试中还要对其进行调整。这都是本课题所研究的内容。我们从总体上把握了空调自动控制系统的设计思路，初步了解到该研究项目主要的研究工作内容和其采用的优点。倘若要具体进行各个细节
单片机硬件设计经验总结 下面是总结的一些设计中应注意的问题，和单片机硬件设计原则，希望大家能看完 （1）在元器件的布局方面，应该把相互有关的元件尽量放得靠近一些，例如，时钟发生器、晶振、CPU的时钟输入端都易产生噪声，在放置的时候应把它们靠近些。对于那些易产生噪声的器件、小电流电路、大电流电路开关电路等，应尽量使其远离单片机的逻辑控制电路和存储电路（ROM、RAM），如果可能的话，可以将这些电路另外制成电路板，这样有利于抗干扰，提高电路工作的可靠性。 （2）尽量在关键元件，如ROM、RAM等芯片旁边安装去耦电容。实际上，印制电路板走线、引脚连线和接线等都可能含有较大的电感效应。大的电感可能会在Vcc走线上引起严重的开关噪声尖峰。防止Vcc走线上开关噪声尖峰的唯一方法，是在VCC与电源地之间安放一个0.1uF的电子去耦电容。如果电路板上使用的是表面贴装元件，可以用片状电容直接紧靠着元件，在Vcc引脚上固定。最好是使用瓷片电容，这是因为这种电容具有较低的静电损耗（ESL）和高频阻抗，另外这种电容温度和时间上的介质稳定性也很不错。尽量不要使用钽电容，因为在高频下它的阻抗较高。 在安放去耦电容时需要注意以下几点：
在印制电路板的电源输入端跨接100uF左右的电解电容，如果体积允许的话，电容量大一些则更好。 原则上每个集成电路芯片的旁边都需要放置一个0.01uF的瓷片电容，如果电路板的空隙太小而放置不下时，可以每10个芯片左右放置一个1～10的钽电容。 对于抗干扰能力弱、关断时电流变化大的元件和RAM、ROM等存储元件，应该在电源线（Vcc）和地线之间接入去耦电容。 电容的引线不要太长，特别是高频旁路电容不能带引线。 （3）在单片机控制系统中，地线的种类有很多，有系统地、屏蔽地、逻辑地、模拟地等，地线是否布局合理，将决定电路板的抗干扰能力。在设计地线和接地点的时候，应该考虑以下问题：逻辑地和模拟地要分开布线，不能合用，将它们各自的地线分别与相应的电源地线相连。在设计时，模拟地线应尽量加粗，而且尽量加大引出端的接地面积。一般来讲，对于输入输出的模拟信号，与单片机电路之间最好通过光耦进行隔离。 在设计逻辑电路的印制电路版时，其地线应构成闭环形式，提高电路的抗干扰能力。 地线应尽量的粗。如果地线很细的话，则地线电阻将会较大，造成接地电位随电流的变化而变化，致使信号电平不稳，导致电路的抗干扰能力下降。在布线空间允许的情况下，要保证主要地线的宽度至少在2～3mm以上，元件引脚上的接地线应该在1.5mm左右。 要注意接地点的选择。当电路板上信号频率低于1MHz时，由于
注黑体的题要重点掌握。 练习题一 1. 选择 (1) 单片机片内集成了基本功能单元( ③ ) ①微处理器②运算器③中央处理单元 (2) 工业自动化设备采用工控机实现自动控制，工控机属于( ① ) ①通用计算机②嵌入式计算机③微处理器 (3) 单片机的英文缩写为( ② ) ①SCM ②MCU ③PCL 2. 叙述单片机的含义 答：利用大规模集成技术，将计算机的各个基本功能单元集成在一块硅片上，这块芯片就具有一台计算机的属性，因而被称为单片微型计算机，简称单片机。 3. 叙述计算机发展的两大分支及其特点。 答：计算机形成了通用计算机系统和嵌入式计算机系统两大分支。通用计算机系统以高速数值计算为已任，不必兼顾控制功能，其数据总线宽度不断更新，通用操作系统不断完善，以突出发展海量、高速数值计算能力。以单片机为代表的嵌入式系统，以面向对象控制为已任，不断增加控制功能，提高可靠性，降低成本，减小体积，改善开发环境。 4. 叙述半导体工艺MOS、HMOS、CMOS和HCMOS的特点，说明新型单片机广泛采用HCMOS 工艺的目的。提示：从速度、密度和功耗三个方面比较。 答：HMOS工艺(高速MOS)，即高密度短沟道MOS工艺，虽然有较高的集成度和速度，但其功耗较大。HCMOS工艺，即互补金属氧化物的HMOS工艺，是CMOS和HMOS的结合，除了具有HMOS的高速高密度之外，还具有CMOS的低功耗的特点。 5. 试述单片机应用系统低功耗设计的主要内容。 答： （1）对于那些采用电池供电的单片机应用系统，降低功耗尤为必要。降低功耗的重要手段是采用CMOS技术。新型单片机广泛采用了HCMOS工艺，大大降低了功耗。 （2）降低单片机的工作电源电压也可降低功耗。 （3）选用低功耗的外围芯片及设备，也是降低功耗的措施之一。过去单片机的外围扩展多采用74TTL芯片，其功耗较大。为了降低功耗，应选用CMOS(HCMOS)工艺外围芯片。6. MCS-51、80C51、80C51系列这三个概念有何区别 答： （1）MCS-51指Intel公司推出的利用HMOS或HCMOS工艺制造的一个单片机系列，它又分成51和52两个子系列，其中51子系列是基本型，而52子系列属于增强型。每个子系列包含三种单片机。一般MCS-51常指51子系列。 （2）80C51一般指MCS-51系列中采用HCMOS工艺的单片机。 （3）80C51系列包括Intel公司采用HCMOS工艺的MCS-51系列，也包括其它公司以80C51作为内核与MCS-51完全兼容的单片机。 7. 单片机与经典电子技术在实施控制方法上有何不同 答：从前必须由模拟或数字等经典电子线路实现的控制功能，现在可以使用单片机通过软件方法实现。这种以软件取代传统电子电路并能提高系统性能的控制技术，称为微控制技术。 8. 填空单片机应用系统设计的主要内容包括：外围扩展电路的硬件结构设计、低功耗设计、应用软件设计、抗干扰技术设计。 练习题二
自动化控制系统设计方案 一、现地控制软件 现地采集控制软件采用业界领先的平台和面向对象机制的编程语言在数据库作业系统基础上进行高可靠性、实时性的现地控制应用软件 二、主控级 1、数据的采集及处理 接收现地控制单元的上送数据并进行处理及存入数据库，供分析计算、控制调节、画面显示、记录检索、操作指导、打印等使用。数据采集除周期性进行外，在所有时间内，可由操作员或应用程序发命令采集现地控制单元的过程信息。 2、运行监视、控制和调节 运行操作人员能通过上位机，对各闸门开度和启闭机的运行工况进行控制和监视。除了显示各孔闸门的位置图形和开度数据外，还设置“启动”、“停止”两个模拟操作按钮和“上升”、“下降”、“远程/现地”、“通讯状态”等模拟指示。主要内容如下： a、根据要求的过闸流量，计算出闸门当前应开启的高度（在 上下限范围内）电脑提示是否确认，若确认即可启动闸门； b、闸门启闭控制，根据给定值启闭闸门，到位停止； c图形、表格、参数限值、状态量等画面的选择和调用； d在主控级进行操作时，在屏幕上应显示整个操作过程中的每一步骤和执行情况； 三、打印记录 显示、记录、打印功能 所有监控对象的操作、实时参数都予记录，对故障信号进行事件顺序记录、显示，实行在打印机上打印出来。主要内容如下：（1）闸门动作过程动态显示； （2）给定开度值显示，闸门位置显示；
（3）闸门升降模拟显示图； （4）上、下游水位数据显示 （5）根据上下游水位和闸门开度，自动计算出当前流量，并进行累计 （6）运行显示、打印； 四、通信功能 主控级与现地控制单元采用RS485总线通信，当通讯不正常时，报警显示。 五、现地控制单元 1、实时自动采集闸门开度在现地显示并通过处理后传送至主控层； 2、根据主控层指令，或根据人工输入的合法控闸指令，在满足下列条件的情况下，自动控制闸门的升、降，并运行到指定位置； 3、当转换开关在现地状态时，可对闸门开度进行预置，并通过电控柜的升、降、停按钮实现闸门的启闭； 4、在现地控制单元，通过权限开关，可实现远程/现地切换； 5、保留原人工手动控闸功能，人工与自动并存，以便紧急状态及维护系统时使用。 六、系统组成 （1）系统主要由信息采集与控制、集中监控和信号传输三大部分组成。启闭机室设若干台现地控制柜(PLC),其中信息采集与控制由闸门开度传感器与开度仪、水位传感器等部件组成。集中监控由计算机、键盘鼠标、打印机、UPS电源及其他设备组成(不在供货范围)。而信号传输部分则是采用双绞屏蔽电缆来完成
全院选修课程 A VR单片机 嵌入式系统入门 作业题目：基于AVR单片机mega16的 密码防盗键盘设计 学生姓名： X X X 专业班级：自动化09-1 学号： 5409010101xx 院系：电气信息工程学院
密码防盗键盘 摘要：本实验是基于A VR mega16 单片机所设计的，可以实现键位与数字动态显示的一种新型密码防盗键盘。通过单片机内部产生随机数，使用LED数码七段数码管予以显示，每一个数码管对应一个键位。单片机对各个键位进行扫描，确定键位的输入。 关键词：mega16七段数码管ULN2003 密码防盗 一、目的、用途、功能 1. 目的： 设计一种投资少，简单易行，仅仅只是在现在的设备的基础之上稍加改造，又能从根本上解决摄像头拍摄盗取密码的设备。 2.用途与功能： 我们就设想让键上的10个数字位置分布可变。10个键上的数字是由七段数码管显示。每次取款时，键盘上数字的分布都会随机变化。因而知道了键的位置并不能绝对判断出键上的数字是多少。因此会给犯罪分子获得提款人的密码造成麻烦，从而解决摄像头盗取密码的难题。 二、硬件设计 2.1 硬件设计思想 键盘的数字和键位关系不固定，而且通过单片机内部产生随机数，通过LED数码管显示出来，每一个数码管对应一个键位。基本设备是基于AVR单片机，外围设备采用的是12个七段数码管，2个ULN2003芯片，11个七段数码管， 1个74LS248芯片，若干电阻，电源电池。 部分硬件方案论述 1 .七段数码管扫描显示方式的方案比较 方案一：静态显示方式：静态显示方式是指当显示器显示某一字符时，七段数码管的每段发光二极管的位选始终被选中。在这种显示方式下，每一个LED数码管显示器都需要一个8位的输出口进行控制。静态显示主要的优点是显示稳定，在发光二极管导通电流一定的情况下显示器的亮度大，系统运行过程中，在需要更新显示内容时，CPU才去执行显示更新子程序，这样既节约了CPU的时间，又提高了CPU的工作效率。其不足之处是占用硬件资源较多，每个LED数码管需要独占8条输出线。随着显示器位数的增加，需要的I/O口线也将增加。 方案二：动态显示方式：动态显示方式是指一位一位地轮流点亮每位显示器（称为扫描），即每个数码管的位选被轮流选中，多个数码管公用一组段选，段选数据仅对位选选中的数码管有效。对于每一位显示器来说，每隔一段时间点亮一次。显示器的亮度既与导通电流有关，也与点亮时间和间隔时间的比例有关。通过调整电流和时间参数，可以既保证亮度，又保证显示。若显示器的位数不大于8位，则显示器的公共端只需一个8位I/O口进行动态