摘要
随着国民经济的发展，远程测控技术在工业自动化、环境监控、智能家居以及安防系统等方面都得到了长足的发展和广泛的应用，在由单片机作为终端控制器的远程监控系统中，合理的实现单片机的远程通信功能是系统成败的关键因素,因而有必要对单片机远程通信技术进行充分的研究。单片机远程通信系统的实现方法多种多样，它们在数据传输中使用的通信协议和网络也多不相同。单片机远程通信系统按通信网络是否需要专门铺设可以划分为单片机专用网络远程通信系统和单片机已有远程网络通信系统，单片机现场总线远程通信系统属于前一类，单片机因特网，电力网和电话网远程通信系统属于后一类。各种单片机远程通信系统的通信带宽也有着较大差别，其中基于因特网和现场总线系统的带宽要远远大于基于电力网和电话网系统的带宽。现阶段，在我国以电话线路为传输介质的窄带网络十分普及且成本低廉，在对通信带宽要求不高的环境监控，智能家居及安防系统等方面都有着广泛的应用。AVR单片机远程通信的多种原理、方式和方法进行研究的基础上对其进行了合理的分类，并着重研究了广泛应用于流体参数远程测量和智能住宅的单片机远程通信技术，且首创性的将现有的普通电话来电显示服务功能应用于基于AVR单片机远程通信技术的智能住宅安防系统中，显著提高了该系统的
关键词：单片机，远程通信，AVR，通信协议
Abstract
With the rapid development of national economics, remote supervisory and control technology have made quiet great development and extensive usingin the industrial automation ,environmental monitoring ,smart-house and Security Automation System. If want to realize the remote supervisory and controlling in the systems that use the MCU as the terminal controller we must achieve the remote data exchange between the MCU and control terminal, i.e. we should achieved the remote communication of MCU. So, the researching of the remote communication of MCU is very important.There are many kind of achievement of the remote communication MCU systems,and the communication protocols and networks are different in those systems. The remote communication A VR MCU systems are separated into private network communication system and existing system network communication by the networks whether need paved. The Internet system, power-line system and telephone system are belongs to existing network, the field-bus systems are belong to private network communication system. Bandwidth is also different in those communication systems, the bandwidth in internet and field-bus systems are wider then that in the power-line and telephone systems. Today, in our country the telephone system are universally used in the narrow band environmental monitoring、smart-house and Security Automation System for it’s Low-cost.Rational categorized the philosophies and systems of the remote communication of A VR MCU based on analysis and studying, thorough searched the remote communication of MCU based on technology, observably improved the response speed and character of service of Security Automation System based on DTMF technology in smart-house by first used the Call Identify-ration service in the system,
Key words：A VR MCU Remote communication Communication protocol
目录
摘要................................................ I Abstract ............................................... II 1 绪论. (1)
1.1 国内外研究现状 (1)
1.2本文研究的背景和意义 (1)
1.3单片机远程通信概述 (2)
1.4本文研究的主要内容： (2)
2系统平台介绍 (4)
2.1 单片机概述 (4)
2.2单片机的应用 (6)
2.3AVR单片机选择 (7)
3 单片机远程通信概述 (10)
3.1 OSI结构概括 (10)
3.2 单片机专用网络远程通信 (12)
3.3单片机使用已有网络远程通信 (14)
3.4 通信基本原理 (22)
3.5电路接口设计 (22)
3.6 MODEM实现远程通信 (23)
3.7软件设计 (23)
4 AVR单片机的RS485通信系统的设计与实现 (25)
4.1 系统硬件组成 (25)
4.2 信协议及数据传输过程 (25)
4.3 通信实现 (25)
4.4ATmegal6 AVR单片机的通信程序 (28)
结论 (29)
致谢 (30)
参考文献 (31)
附录一 (32)
附录二 (35)
1 绪论
1.1 国内外研究现状
1.1.1国内外研究现状
1971年美国德州仪器(TexaxInstrument)公司推出了第一款单片机TMS-1000(4位,无通信端口),它的出现无疑是近代计算机技术发展史上的重要事件，它的发展使嵌入式计算机系统实现了单片集成，并促进了通用微处理器(CPU)向嵌入式微处理器发展。如今，嵌入式微控制器与嵌入式微处理器作为嵌入式系统中两个重要组成部分、使现代电子技木进入到一个崭新的智能化时代，在这一发展过程中单片机的通信能力在不断提高,1978年各大单片机生产厂商推出的8位单片提供了全双工串口,单片机开始具有了初步的通信能力.在这之后,为了提高单片机有限的通信能力,世界各大电子组织和厂商又先后制定了多种通信接口标准和通信协议.如采用串行通信方式的RS-232、RS485、SPI、I2C、USB等接接口标准和协议但随着分布式测控的发展，在单片机的实际应用中又提出了使其具有总线通信能力的新要求，为此各大电子组织和厂商又分别独立和联合推出了各种通信总线协议和接口，如广泛使用的CAN总线接口协议等。近年来随着计算机技术和信息技术的迅猛发展，Internet的使用越来越普及，具有网络通信能力就成为了单片机的一种新的发展方向，为此各大厂商也都推出了各自的实现方式，在通信协议的使用中主要有以下几种；一、使用完整的TCP/IP协议，优点是功能强大，但对硬件要求高。
二、采用精简过的TCP/IP协议即嵌入式ICP/IP协议。三、开发专用的通信协议如emNet 和emGateway.现在国内大多厂家使用的是前二者，自己开发专门用协议的很少。[1]同时，曾在程控电话系统和通信设备中广泛使用的DTMF(双音多频)技术由于信号抗干扰能力强,且适合于远距离通信,在单片机远程通信中也占有重要的地位，并在通信系统、家庭自动化、通过电话线远程控制，及安全系统中有着广泛的应用，总之单片机通信能力正在不断的扩展和提高之中
1.1.2单片机远程通信中需要解决的问题
①现有单片机远程方式方法多种多样，但没有相应的分类标准，不利于对其
进行系统的研究和分析。
②单片机远程通信中的各种软件协议，尤其是网络通信中的各种通信协议较
为复杂需要用一种共周期的标准进行比对分析。
③DTMF技术在单片机远程通信中占有重要地位需要深入研究。
④基于DTMF技术的普通电话安防系统，依赖振铃记数来决定电话是否自
动摘机，既影响用户正常使用电话，又降低了安防系统的反应速度，需要一种可行的方法来解决这个问题。
1.2本文研究的背景和意义
目前，为了实现远程监测，监控设备就必须具有远程通信终端，而这种通信终端大多用单片机或数字信号处理器来实现。由于监控系统的分布性及工作环境的特殊性，具
有远程通信能力的单片机终端已经成为一种普遍需要，而实现单片机远程通信的方式方法也多种多样，为了在考虑成本的前提下提高单片机通信的质量，对单片机远程通信的接口和通信协议进行充分的研究就显得极为必要。本论文试图通过对单片机远程通信的各种实现方式的综合研究，对其进行科学合理的分类，并引入共同的通信协议分析对比模型，明析各种通信协议中不同模块的做用，同时试图通过对基于DTMF技术的家庭安防系统进行系统的分析，找出其存在问题利用现有技术和新技术对其性能进行提高。1.3单片机远程通信概述
1.3.1单片机远程通信的概念
单片机远程通信从其字面理解，远程是指非近距离的，通信则指的是信息交流，通信的双方或多方共同构成一个物理系统，如分布在因特网，电话网两端的两个或多个单片机终端就可构成一个单片机远程通信系统。确切的理解，单片机远程通信是指本地单片机终端系统通过网络系统与远端的单片机或其他控制设备进行信息交流，如基于Internet的单片机远程通信系统是指以Internet作为通信平台的单片机远程信息交流系统。
1.3.2单片机远程通信的模式
单片机远程通信的模式一般是相距一定距离的单片机终端之间，或单片机终端与其它控制终端之间以共同的标准——也就是通信协议，完成信息的交流。而通信协议中往往包括通信中信号的电气特性和信息的传输规则，其中信号的电气特性通常是由硬件电路来实现，而通信规则通常是由软件来实现的。单片机远程通信的过程通常是；信息的发送端按照通信协议将信息包装后发送到接口电路，再由接口电路将其转换为符合通信协议电气规定的信号传输到通信网络中(如因特网，电话网)，接收端接收到通信网络中传来的信号后，再按通信协议中的规定将它还原成原来的信息。
1.3.3单片机远程通信的分类
按照通信中信用的通信网络是否需要铺设可将单片机分为两大类：
①单片机专用网络远程通信单片机专用网络通信是指在单片机远程通信中所使用的网络平台要专门铺其中主要包括各种现场总线技术：基金会现场总线FF(Foundation Field bus)、控制局域网络CAN(ControllerArea Network)、局部操作网络LonWorks(Local Operating Network)、过程现场总线PROFIBUS(Process Field Bus)和HART协议(HighwayAddressable RemoteTransducer)等。
②单片机已有网络远程通信
单片机已有网络远程通信是指在单片机远程通信中所使用的网络平台不需专门铺设，而是利用已有的网络作为通信平台，其中主要包括以下几种：因特网远程通信、电力线载波通信和电话网络通信，其中电话网通信又可细分为有线和无线两种。
1.4本文研究的主要内容：
①研究现有单片机远程通信的各种实现方法，依据其在通信使用网络的不同将其进
行分类。
②引入通信技术中的OSI七层模型，并以此为基准对单片机远程通信中的使用的各种通信协议进行分析，明晳各种通信通信协议中各个模块的层次和具体作用。
③完成单片机使用DTMF技术实现远程通信的系统设计，其中包括具体电路的设计和软件编写，并对其抗干扰能力进行一定的分析。
④对基于单片机和DTMF技术的电话网家庭安防系统进行分析，着重解决由于依赖振铃记数来决定电话是否自动摘机而影响用户正常使用电话的问题，提高了安防系统的反应速度。
2系统平台介绍
2.1 单片机概述
单片微型计算机（单片机）作为微型计算机的一个很重要的分支，自问世以来，以其极高的性价比，受到人们的重视和关注，因此应用广泛，发展迅速。相对而言，单片机体积小、重量轻、抗干扰能力强，对环境要求不高，并且价格低廉、可靠性高、灵活性好，开发较为容易。目前，在我国，单片机已经广泛地用于智能仪表、机电设备过程控制、自动检测、家用电器和数据处理等各个方面。
2.1.1单片机的发展
单片机诞生于20世纪70年代。最初的单片机是利用大规模集成电路技术把中央处理单元（Center Process Unit,也即简称CPU）、数据存储器（RAM）、程序存储器(ROM)及其他I/O通信口集成在一块芯片上，构成一个最小的计算机系统。现代的单片机则增加了更多的片内外设（比如定时器、计数器、串行口、中断、并行I/O口，甚至包括A/D转换器、脉宽调制器PWM等），使得单片机的功能越来越强大，应用领域越来越广泛。因为这样一块芯片就具有一台计算机的功能，因而被称为单片微型计算机，简称单片机。由于单片机的硬件结构和指令系统都是按照工业控制要求来设计的，常用在工业的检查、控制装置中，因而也被称为微控制器（Micro-Controller）。
单片机按照其用途可以划分为通用型和专用型两大类。通常所说的单片机是指通用型单片机。通用型单片机是把可开发资源（如ROM，RAM，I/O口）全部提供给使用者。专用型单片机的硬件结构和指令是按照某个特定用途而设计的，如：频率合成调谐器（DDS）、USB控制器、收音机机芯控制器、打印机控制器等。
1．单片机发展历史
20世纪70年代，微电子技术正处于发展阶段，集成电路属于中规模发展时期，各种新材料、新工艺尚未成熟。单片机仍处在初级的发展阶段，元器件集成规模还比较小，功能相对比较简单，一般只集成了CPU和RAM，有的还将一些简单的I/O口集成到芯片上，像Farichild公司的产品就属于这一类。这样的单片机通常还需要扩展其他外围处理电路才能构成完整的系统。类似的单片机还有Zilog公司的Z80微处理器。
1976年Intel公司推出了MCS-48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、价格低廉赢得了广泛的应用，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。
其后在MCS-48的鼓舞下，各半导体公司相继研制和发展了自己的单片机，如Zilog 公司的Z8系列。到了80年代初，单片机已经发展到了高性能阶段，如Intel公司的MCS-51系列，Motorola公司的6801和6802系列Rokwell公司的6501及6502系列等，此外，日本的著名电气公司NEC和HITACHI都相继开发了具有自己特色的专用单片机。
80年代，世界各大公司竞相研制出品种多、功能强的单片机，约有几十个系列，300多个品种，此时的单片机均属于真正的单片化，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。单片机的功能越来越强大，ROM和RAM的容量也越来越大，其发展到了一个全新的阶段，应用领域更加广泛，许多电子产品均走向利用单片机控制的智能化发展道路。
在众多品种的单片机中，MCS-51系列是我国较早引进的Intel公司的单片机产品。由于其性能优良，已经被国内外用户广泛认可和采用，占据了重要的市场份额。单片机产品的性能在不断提高，技术在不断更新换代。近几年，一些公司面向市场推出以8051为内核、独具特色、性能卓越的新型系列单片机，如ATMEL公司的AT89系列，Philips 公司的80C51系列，ADI公司的ADuC系列，以及SIEMENS等公司也都在8051的基础上先后推出了新型兼容机。就通用单片机而言，世界上著名的计算机厂家投放市场的产品就有50多个系列，400多个品种。单片机产品已占整个微机产品的80%以上，其中8位单片机的产量又占整个单片机产量的60%以上，8位单片机在最近若干年将仍是工业检测，控制应用的主角。
1997年,由ATMEL公司挪威设计中心利用ATMEL公司的Flash新技术, 共同研发出RISC精简指令集的高速8位单片机，简称A VR。
2.1.2 单片机的特征和应用
单片机已广泛地应用于军事、工业、家用电器、智能玩具、便携式智能仪表和机器人制作等领域，使产品功能、精度和质量大幅度提升，且电路简单，故障率低，可靠性高，成本低廉。
一、简便易学，费用低廉
首先，对于非专业人员来说，选择A VR单片机的最主要原因，是进入A VR单片机开发的门槛非常低，只要会操作电脑就可以学习A VR单片机的开发。单片机初学者只需一条ISP下载线，把编辑、调试通过的软件程序直接在线写入A VR单片机，即可以开发A VR单片机系列中的各种封装的器件。A VR单片机因此在业界号称“一线打天下”。
其次，A VR单片机便于升级。A VR程序写入是直接在电路板上进行程序修改、烧录等操作，这样便于产品升级。
再次，A VR单片机费用低廉。学习A VR单片机可使用ISP在线下载编程方式(即把PC机上编译好的程序写到单片机的程序存储器中)，不需购买仿真器、编程器、擦抹器和芯片适配器等，即可进行所有A VR单片机的开发应用，这可节省很多开发费用。程序存储器擦写可达10000次以上，不会产生报废品。
二、高速、低耗、保密
首先，A VR单片机是高速嵌入式单片机：
1、A VR单片机具有预取指令功能，即在执行一条指令时，预先把下一条指令取进来，使得指令可以在一个时钟周期内执行。
2、多累加器型，数据处理速度快。A VR单片机具有32个通用工作寄存器，相当于有32条立交桥，可以快速通行。
3、中断响应速度快。A VR单片机有多个固定中断向量入口地址，可快速响应中断。
其次，A VR单片机耗能低。对于典型功耗情况，WDT关闭时为100nA，更适用于电池供电的应用设备。有的器件最低1.8 V即可工作。
再次，A VR单片机保密性能好。它具有不可破解的位加密锁Lock Bit技术，保密位单元深藏于芯片内部，无法用电子显微镜看到。
三、I/O口功能强,具有A/D转换等电路
1. A VR单片机的I/O口是真正的I/O口，能正确反映I/O口输入/输出的真实情况。工业级产品，具有大电流(灌电流)10～40 mA,可直接驱动可控硅SCR或继电器，节省了外围驱动器件。
2. A VR单片机内带模拟比较器，I/O口可用作A/D转换，可组成廉价的A/D转换器。ATmega48/8/16等器件具有8路10位A/D。
3. 部分A VR单片机可组成零外设元件单片机系统，使该类单片机无外加元器件即可工作，简单方便，成本又低。
4. A VR单片机可重设启动复位,以提高单片机工作的可靠性。有看门狗定时器实行安全保护,可防止程序走乱(飞),提高了产品的抗干扰能力。
四、有功能强大的定时器/计数器及通讯接口
定时/计数器T/C有8位和16位,可用作比较器。计数器外部中断和PWM(也可用作D/A)用于控制输出，某些型号的A VR单片机有3～4个PWM，是作电机无级调速的理想器件。
A VR单片机有串行异步通讯UART接口,不占用定时器和SPI同步传输功能,因其具有高速特性，故可以工作在一般标准整数频率下,而波特率可达576K。
2.2单片机的应用
单片机以其卓越的性能、小巧的体积、极高的性价比，在国民经济的各个域中得到了广泛的应用。但是由于单片机自身的一些特点，在实际应用中又有着自己的应用特性和应用范围。
1．应用特点
(1)小巧灵活由于单片机内部包含了计算机的基本功能部件，能满足很多应用领域对硬件功能的基本要求，因此能方便地组装成各种智能式测控设备及各种智能仪器仪表。
(2)可靠性高单片机内CPU访问存储器和各种外设的接口的总线大多数在芯片内部，因此不易受到外界环境的干扰；同时由于体积小，在很多恶劣的环境下，容易采取对系统进行电磁屏蔽等措施。
(3)使用方便，容易扩展系统扩展方便，简化了硬件设计，同时市场上提供了各种成熟的开发工具，具有很强的软硬件调试功能和辅助设计手段。
(4)性价比高，容易产品化单片机市场需求量大，厂商一次可以进行大量的生产，
同时很多厂商竞争，单片机的价格一直很具有优势。很多特性缩短了单片机应用系统从样机到正式产品的过渡过程，缩短了研制周期，可使成果迅速转换成生产力。
2．应用领域
智能化管理及过程控制等领域，大致可分如下几个方面。
(1)在智能仪器仪表上的应用单片机广泛应用于仪器仪表中，结合不同类型的传感器，可实现诸如电压、功率、频率、湿度、温度、流量、速度、厚度、角度、长度、硬度、元素和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、智能化和微型化，且功能比起采用分立器件或数字电路更加强大。例如精密的测量设备(功率计、示波器和各种分析仪)。
(2)在工业控制中的应用单片机可以构成形式多样的控制系统和数据采集系统。例如工厂流水线的智能化管理、电梯智能化控制和各种报警系统、与计算机联网构成二级控制系统等。
(3)在家用电器中的应用现在的家用电器基本上都采用了单片机控制，从电饭煲、洗衣机、电冰箱、空调机、彩电和其他音响视频器材，再到电子秤量设备，五花八门，无所不在。家用电器涉及到千家万户，需求非常大，配上单片机后的家用电器在功能上更加智能化，深得用户的欢迎。廉价的单片微机在家用电器上的应用前途十分广阔。
(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。
2.3A VR单片机选择
2.3.1 A VR单片机的型号标识解析
在现代化工业生产和高精度测试中，我们需要相当精确的信号来帮助判断设备性能指标。采用压控振荡器得到的频率不够精确。Mega系列单片机是Atmel公司于2002年起陆续推出的。这款A VR增强型单片机具有速度快，抗干扰能力强，价格低廉等诸多好处。为了加快A VR单片机的软件编制，Atmel及第三方提供的研发工具多种多样，程式研发方便有效。该单片机内部FLASH结构功能灵活，加锁后非常难解密，能最大限度地保护知识产权。A VR单片机能广泛应用于通信、野外测试、汽车电子、医疗器械等领域，并且适用于各种低电压、低功耗的场合。
1.型号紧跟的字母，表示电压工作范围。带“V”：1.8-5.5V；若缺省，不带“V”：
2.7-5.5V。
例：ATmega48-20AU，不带“V”表示工作电压为2.7-5.5V。
2. 后缀的数字部分，表示支持的最高系统时钟。
例：ATmega48-20AU，“20”表示可支持最高为20MHZ的系统时钟。
3. 后缀第一（第二）个字母，表示封装。“P”：DIP封装，“A”：TQFP封装，“M”：MLF封装。
例：ATmega48-20AU，“A”表示TQFP封装。
4. 后缀最后一个字母，表示应用级别。“C”：商业级，“I”：工业级（有铅）、“U”
工业级（无铅）。
例：ATmega48-20AU，“U”表示无铅工业级。ATmega48-20AI，“I”表示有铅工业级。
2.3.2 A VR 8-Bit MCU的最大特点
与其它8-Bit MCU相比，A VR 8-Bit MCU最大的特点是：
·哈佛结构，具备1MIPS / MHz的高速运行处理能力；
·超功能精简指令集（RISC），具有32个通用工作寄存器，克服了如8051 MCU采用单一ACC进行处理造成的瓶颈现象；
·快速的存取寄存器组、单周期指令系统，大大优化了目标代码的大小、执行效率，部分型号FLASH非常大，特别适用于使用高级语言进行开发；
·作输出时与PIC的HI/LOW相同，可输出40mA（单一输出），作输入时可设置为三态高阻抗输入或带上拉电阻输入，具备10mA-20mA灌电流的能力；
·片内集成多种频率的RC振荡器、上电自动复位、看门狗、启动延时等功能，外围电路更加简单，系统更加稳定可靠；
·大部分A VR片上资源丰富：带E2PROM，PWM，RTC，SPI，UART，TWI，ISP，AD，Analog Comparator，WDT等；
·大部分A VR除了有ISP功能外，还有IAP功能，方便升级或销毁应用程序。
2.3.3 A VR单片机的应用区域
目前，A VR已被广泛用于：空调控制板、打印机控制板、智能电表、智能手电、LED控制屏、医疗设备、GPS。
2.3.4 键盘输入设备和相应软件
本设计采用了4×4键盘作为频率输入设备。由于按键个数少，只有16个，需要表示从1Hz — 10MHz的广泛频率，故在软件设计中采用了A VR单片机扫描方式。将端口A 的8根I/O引脚全部作为扫描键盘使用。键盘定义除了0??9共10个数字之外，还定义了“退格”键、“全删”键、“输入”键、“+1Hz”键和“-1Hz”键，这样就能极大地方便用户随时修改频率和微调频率。读入用户输入的频率值时，采用了延时防抖抗干扰的软件程式。扫描变量的初始值设置为0xFE，以低电平0依次变化实现扫描。
为了方便现代化工业生产和精确的频率测试，我们设计了基于A VR单片机的高精度频率调节器。在本设计中，能使用小键盘上的“+1Hz”键和“-1Hz”键，方便地进行频率精确到1Hz的调节。此频率调节器体积小而功能强，由Atmel公司的A VR单片机Atmega16L作控制核心，用户可随时调整系统输出频率。采用了4×4键盘输入用户设定的频率值，占位小而效率高，编制程式让A VR单片机扫描即可得到频率，省去了专用键盘接口芯片8279。液晶显示模块可实时显示当前频率，显示界面友好，操作可控性强。本系统能产生方波和正弦波。
2.3.5液晶显示模块
用户在多次进行输入频率及“+1Hz”和“-1Hz”微调后，专注于观察信号输出对下一级
电路的影响，往往忘了目前系统的输出频率。这样导致在精确测试中需求微调时也不知该向高调整还是向低调整。为了告知用户系统所处的当前频率，我们扩展了液晶显示模块，实现了当前频率在液晶显示模块上实时显示。液晶显示模块占用了单片机Atmega16L的PD0-PD7作为数据接口，采用了单片机的PB0-PB4作为控制端口。PB0引脚选择液晶显示模块的数据存储器或指令存贮器，PB1引脚表明此次操作是读液晶显示模块还是写液晶显示模块，PB2则构成上升沿和下降沿完成读写时序。PB3负责选中液晶显示模块的左半部分，PB4负责选中右半部分，通常PB3和PB4都置为1。需要注意的是，在数据或指令准备好了之后，再让PB2进行电平变化，否则读写会出错。
本设计的硬件在工业生产和测试使用表明，本设计简化了频率调节过程，用户使用方便，具有节电、低成本、抗干扰能力强、频率控制精度高速度快的特点。
3 单片机远程通信概述
3.1 OSI结构概括
为了研究单片机远程通信中的各种通信协议本文引入了OSI七层模型作为参考模型，OST模型是国际标准化组织(International Organization forStandardization)于20世纪80年代初制定的“开放系统互联参考模型”(Open SystemInterconnection Reference Mode)，该模型在规范计算机网络体系结构方面起到了不可替代的作用。OSI七层模型是指从物理层到应用层这七层，如图3.1它不涉及通信的物理介质。随着网络技术的发展，特别是局域网的发展，后来对OSI七层模型进行了改进。修订之一就是非正式地增加了一些子层和新层，如增加了第0层，使之覆盖了像电缆连接器和光纤这样的硬件细节。
①物理层
物理层是OSI模型的最低层，它建立在物理通信介质的基础上，规定了机械的、电气的功能；该层负责建立、保持和拆除物理链路；规定如何在此链路上传送原始比特流；比特如何编码，使用的电平，极性，连接插头插座的插脚如何分配等。所以在物理层数据的传送单位是比特(bit)。
②数据链路层
它把相邻两个节点间不可靠的物理链路变成可靠的无差错的逻辑链路，包括把原始比特流分帧(frame)、顺序、排序、设置检错、确认、重发、流控等功能；数据链路层传动信息的单位是frame，每帧(frame)包括一定数量的数据和一些必要的控制信息，在每帧(frame)的控制信息中，包括同步信息、地址信息、流量信息等；同物理层相似，数据链路层负责建立、维护和释放数据链路。
③网络层
它连接网络中任何两个计算机点，从一个节点上接收数据，正确的传送到另一个节点；在网络层，传送的信息单位是分组或包(packet)。网络层的主要任务是要选择合适的路由和交换节点，透明地向目的站交付发送站所发的分组或包，这里的透明表示收发两端好象是直接连通的，另外网络层还要解决网络互连、拥挤控制和记帐等问题。
上述三层组成了所谓的通信子网，用户计算机连接到此子网上。通信子网负责把一个地方的数据可靠地传送到另一个地方，但并未实现两个地方主机上进行进程之间的通信，通信子网的主要功能是面向通信的。
④传输层
真正地实现了端——端间通信，把数据可靠地从一方的用户进程或程序送到另一方的用户进程或程序。这一层的控制通常由通信两端的计算机完成。中间节点一般不提供这一层的服务，这一层的通信与通信子网无关。从这一层开始的以上各层全部是针对通信的最终的源端——目的端计算机的进程之间的。传输层传送的信息单位是报文(message)。传输层向上一层提供一个可靠的端——端服务，使上一层看不见下面几层的
通信细节。正因为如此，传输层成为网络体系结构中最关键的一层，对于传输层的功能，主要在主机内实现。而对于物理层、数据链路层以及网络层的功能均能在报文接口机中实现。对于传输层以上的各个层次的功能通常在主机中实现。
⑤会话层又称对话层
会话层允许两个计算机上的用户进程建立对话连接，双方相互确认身份，协商对话连接的细节；它可管理对话是双向同时进行的，还是任何时刻只能一个方向进行。在后一种情况下，对话层控制哪一方有权发送数据；对话层还提供同步机制，在数据流中插入同步点机制，在每次网络出现故障后可以仅重传最近一个同步点以后的数据，而不必从头开始。以上两层为两个计算机上的用户进程或程序之间提供了正确传送数据的手段。
⑥表示层
主要解决用户信息的语法表示问题。表示层将数据从适合于某一系统的语法转变为适合于OST系统内部使用的语法。具体地讲，表示层对传送的用户数据进行翻译、编码和变换，使得不同类型的机器对数据信息的不同表示方法可以相互理解，另外，数据加密／解密信息压缩等都是本层的典型功能。
⑦应用层
主要处理资源可用性和安全问题，它包含了大量人们普遍需要的协议，如FTP、TELNET、HTTP、SMTP等。最近几年，应用层协议发展很快，出现了很多新的应用，如ICQ、Multimedia stream等。
OSI模型的各层的工作模式一般为：发送时接收上层的数据，将其分割打包，然后交给下层；接收时接收下层的数据包，将其拆包重组，然后交给上层。这样，一个包的传输过程是：发送主机的应用程序将数据传递给网络协议栈实现(网络通信程序)，网络协议栈实现将数据层层打包，最后交由物理层在数据链路上发送；接收主机收到数据后，逐层拆包向上传递，直到最后达到应用层，应用程序得到对等方的数据。
图3.1 ISO/OSI七层参考模型
3.2 单片机专用网络远程通信
3.2.1现场总线的概念
现场总线兴起于上世纪90年，目前还没有统一的国际标准，但一般认为现场总线就是集控制、计算机、通信技术为一体的互连通信网络，可用于各种生产自动化现场智能仪表仪器、控制器、执行机构间数字化、串行、双向、多点的相互连接，被看作是一个由数字通讯设备和监控设备组成的用于现场仪表与控制室主机系统之间的一种开放的、全数字化、双向、多站的通信系统。美国仪表协会(ISA)于1984年开始制订现场总线标准以来陆续形成了多种现场总线，其中主要的有：基金会现场总线FF(Foundation Field bus)、控制局域网络CAN(ControllerArea Network)、局部操作网络LonWorks(Local OperatingNetwork)、过程现场总线PROFIBUS(Process FieldBus)和HART协议(HighwayAddressable Remote Transducer)等。
3.2.2 主要的现场总线及其通信能力比较
①FF总线
基金会现场总线,即FoundationFieldbus,简称FF。它以ISO/OSI开放系统互连模型为基础,取其物理层、数据链路层、应用层为FF通信模型的相应层次,并在应用层上增加了用户层。基金会现场总线分低速H1和高速H2两种通信速率。H1的传输速率为3125kbps,
通信距离可达1900m(可加中继器延长),可支持总线供电,支持本质安全防爆环境。H2的传输速率为1Mbps和25Mbps两种,其通信距离为750m和500ｍ。FF可采用总线型、树型、菊花链等网络拓扑结构，网络中的设备数量取决于总线带宽、通信段数、供电能力和通信介质的规格等因素。FF的物理传输介质可支持双绞线、光缆和无线发射,协议符合IEC1158-2标准。其物理媒介的传输信号采用曼彻斯特编码,每位发送数据的中心位置或是正跳变,或是负跳变。正跳变代表0,负跳变代表1,从而使串行数据位流中具有足够的定位信息,以保持发送双方的时间同步。
②PROFIBus
PROFIBus(Process Field Bus)，过程现场总线，有三种系列：Profibus-FMS(Fieldbus Message Specification)、Profibus-PA(ProcessAutomation)和Profibus-DP(Distributive Peripheral)。其中Profibus-DP应用于现场级，实现分散的外围设备之间的高速数据传输，它采用了RS-485传输；Profibus-PA专为过程自动化设计，它采用了IECII58-2标准，可用于有爆炸危险的环境中；Profibus-FMS用于车间级，要求面向对象，提供较大数据量的通信服务，它有被ETHERNET取代的趋势，它也采用了RS-485传输。使用PROFIBus 技术的核心公司有Siemens、E+H、Sanson和Softing等。
③HART总线
HART协议是由Rosemount公司于1986年提出的通信协议。它是用于现场智能仪表和控制室设备间通信的一种协议。它包括ISO/OSI模型的物理层、数据链路层和应用层。HART通信可以有点对点或多点连接模式。这种协议是可寻址远程传感器高速通道的开放通信协议，其特点是在现有模拟信号传输线上实现数字信号通信，属于模拟系统向数字系统转变过程中的过渡产品。
④CANBus
CAN总线最早是由德国Bosch公司推出，用于汽车内部测量与执行部件之间的数据通信协议。其总线规范已被ISO国际标准组织制定为国际标准，并且广泛应用于离散控制领域。它也是基于OSI模型，但进行了优化，采用了其中的物理层、数据链路层、应用层，提高了实时性。其节点有优先级设定，支持点对点、一点对多点、广播模式通信。各节点可随时发送消息。传输介质为双绞线，通信速率与总线长度有关。CAN支持四类报文帧(数据帧、远程帧、出错帧、超载帧)，CAN总线采用短帧结构，每一帧有效字节数为8个，传输时间短，受干扰的概率低。当节点出错时，能够自动切断与总线的联系，使总线上其它节点不受影响。CAN是所有总线中最为可靠的。
⑤LONWORKS
LonWorks技术是美国ECHELON公司开发，并与Motorola和东芝公司共同倡导的现场总线技术。它采用了OSI参考模型全部的七层协议结构。LonWorks技术的核心是具备通信和控制功能的Neuron芯片。Neuron芯片实现完整的LonWorks的LONTALK 上集成有三个8位CPU。一个CPU完成OSI模型第一层和第二层的功能，称为介质访
问处理器。一个CPU是应用处理器，运行操作系统与用户代码。还有一个CPU为网络处理器，作为前两者的中介，它进行网络变量寻址、更新、路径选择、网络通信管理等。由神经芯片构成的节点之间可以进行对等通信。LonWorks支持多种物理介质并支持多种拓扑结构，组网方式灵活。LonWorks应用范围主要包括楼宇自动化、工业控制等，在组建分布式监控网络方面有较优越的性能。
3.2.3单片机利用现场总路线通信的实现方式
①硬件部分
图3.2接口电路原理图
单片机采用现场总线技术进行通信时通常要设计相应的接口电路来实现总路线协议中的低层电气性能要求，并实现与总线的物理联接。
②软件部分
软件部分的主要功能是实现各种总线通信协议，保证数据的传输以总路线协议规定的方式和格式进行，最终完成通信的功能。
3.3单片机使用已有网络远程通信
单片机远程通信使用的已有网络主要有因特网、电力网和电话网。
①单片机因特网通信概述
随着信息技术的发展，互联网越来越深入到人们的日常工作和生活中，各种控制系统和家用电器逐渐趋于网络化。以TCP／IP协议或其它针对单片机网络通信的专用协议为核心，以太网接口作为一种较为通用的网络连接方式广泛应用于各领域，嵌入式系统如何实现以太网互联成为近些年来较热门的研究课题。以高性能单片机为核心，外接以太网控制芯片，然后嵌入到其它产品中成为一种有效的联网方式，在工业上和日常生活中有着广泛的应用前景。
②TCP/IP协议概述
1984年，国际标准化组织ISO(International Standard Organization)发布了计算机互联通信的基本体系结构模型－－开放系统互联OSI(Open systemInterconnection)七层模型；而TCP/IP体系结构是当前流行Internet网络所使用的体系结构，尽管它不是国际标准，
但在计算机网络体系结构中占有非常重要的地位。TCP/IP协议是一个应用于Internet的非常重要的协议簇，它包括IP(InternetProtocol)协议、TCP(Transfer Control Protocol)协议、UDP(User Datagram Protocol)协议、ICMP(Internet Control Messages Protocol)协议等，其核心是IP协议和TCP协议。TCP/IP协议是一个四层协议系统，包括应用层、传输层、网络层和链路层。网络通讯发生在两个协议系统之间。进行网络通讯之前，本地用户的应用请求发生在本地协议系统的最高层，即应用层。应用请求要传给异地用户，则本地高层协议，先要和本地TCP层进行通讯，这通过本地高层的一套独立原语机制——Socket来实现，通过Socket机制，高层协议可以完全不管底层的网络和计算机体系结构，所有的工作交给TCP/IP协议来处理就可以了。在传输层主要为两个协议系统上的应用程序提供端到端通信服务。而在网络层处理分组在网络中的活动，两个协议系统之间真正发生作用是在链路层。通过链路层本地用户的要求就传到了异地协议系统的链路层，然后通过异地协议系统的网络层、传输层，通过异地的Socket机制，连接到异地的高层，这样就完成了网络通讯。
③TCP/IP协议的体系结构
TCP/IP协议是当今异种机互联的工业标准，它支持不同厂家、不同操作系统的计算机之间的通信.TCP/IP协议的第一实现方式出现在1983年。UNIX BSD提供了一种应用程序访问通信协议的系统调用接口——Socket，后来称为Berkeley Socket，以表明它和Berkeley版UNIX的渊源。需要说明的是，TCP/IP协议不是单个协议，而是一组协议，它们用分层的方式开发，以协作方式完成在具体物理介质上的通信功能。在众多协议中，以TCP(Transmission ControlProtocol，传输控制协议)和IP(Internet Protocol，网际协议)最为著名。TCP/IP协议体系在和OSI的竞争中取得了决定性的胜利，得到了广泛的认可，成为了事实上的网络协议体系标准。TCP/IP协议体系和OSI参考模型一样，也是一种分层结构。它是由基于硬件层次上的四个概念性层次构成，即网络接口层、互联网层、传输层和应用层。，还包括OSI会话层的部分功能。但是，这样的对应关系并不是绝对的，它只有参考意义，因为TCP/IP各层功能和OSI模型的对应层还是有一些区别的。
表3.1 TCP/IP协议体系及其与OSI模型的对应关系
TCP/IP协议集主要包括下列协议：
TCP：传送控制协议(Transmission Control Protocol)这是一种提供给用户进程的可靠的全双工字节流面向连接的协议。它要为用户进程提供虚电路服务，并为数据可靠传输建立检查。(注：大多数网络用户程序使用TCP)TCP协议可以使用IPv4或IPv6。
UDP：用户数据报协议(User Datagram Protocol)这是提供给用户进程的无连接协议，用于传送数据而不执行正确性检查。不能保证每个UDP数据报可以到达目的地。协议可以使用IPv4或IPv6。
IP：网间协议(Internet Protocol)分为IPv4(版本4)IPv6(版本6)。
IPv4自80年代早期以来一直是TCP/IP协议族中的主要协议。它使用32位的地址。IPv4协议为TCP，UDP、ICMP、IGMP协议提供传送分组的服务。IPv6在90年代中期设计出来，用以替代IPv4，主要变化是使用128位的大地址以处理90年代Internet网络爆发性的增长。IPv6协议为TCP、UDP和ICMPｖ6协议提供传送分组的服务。
ICMP：Internet控制消息协议(Internet Control Message Protocol)
此协议处理路由器和主机间的差错和控制信息。这些信息一般由TCP/IP网络软件自身产生和处理。ICMPｖ6综合了ICMPｖ4、IGMP和ARP的功能。
ARP：地址解析协议(Address Resolution Protocol)此协议将网络地址映射到硬件地址。
RARP：反向地址解析协议(Reverse Address Resolution Protocol)此协议将硬件地址映射到网络地址。
整个TCP/IP协议簇分为4层：
1)网络接口层
也称为数据链路层，它是TCP/IP的最底层，通常包括操作系统中的设备驱动程序和计算机中对应的网络接口卡，它们和具体的物理媒介(如电缆)一起，向高层提供物理链路。该层包含的协议有：ARP(地址转换协议)和RARP(反向地址转换协议)。
2)互联网层
俗称IP层，它处理机器之间的通信。网络层的主要任务是做出数据分组的路由选择。它是由IP协议(网际协议)和ICMP协议(Internet互联网控制报文协议)以及IGMP(Internet组管理协议)组成。
3)传输层
基本任务是提供应用层之间的通信，即端到端的通信。它分为两个不同的协议：TCP(传输控制协议)和UDP(用户数据报协议)。TCP协议提供端到端的质量保证的数据传输，该层负责数据的分组、质量控制和超时重发等，应用层则可以忽略这些工作。UDP 协议则只提供简单的把数据报从一端发送到另一端，至于数据是否到达或按时到达、数据是否损坏都必须由应用层来做。
4)应用层
该层负责处理具体的TCP/IP协议应用的细节。包括Telnet(远程登陆)、HTTP(超文
本文件传输协议)、FTP(文件传输协议)、SMTP(简单邮件传输协议)等著名协议。
TCP/IP协议体系和OSI模型的分层结构虽然不完全相同，但它们的分层原则是一致的，即都遵循这样一个思想：分层的协议要被设计成达到这样的效果，即目标机的第n层所收到的数据就是源主机的第n层所发出的数据。就像OSI模型一样，当数据被送到网络时，沿堆栈向下传送。而当收到网络来的数据时，沿堆栈向上传送。当数据由应用层沿堆栈向下传往底层的物理网络时，TCP/IP的四层结构就说明了数据处理的方式。堆栈中的每一层都加入控制数据以确保传送正常。这些控制数据称为“报头(header)”，因为它们被放在传送数据的前面。每一层都把上一层传来的所有信息视为一般数据，并在那些信息前面加上自己的报头。
这种动作称为“封装(Encapsulation)”，见图2.3的说明。当收到数据时，动作刚好相反。每一层把信息传递给上层以前，先剥去它的报头。当信息沿堆栈向上回流时，从下层收到的信息，都被解释成为“报头”加“数据”。
图3.3数据封装
每一层都有自己独立的数据结构。理论上，各层都不知道它的上层和下层所用的数据结构。但实际上，每一层的数据结构都设计得与邻层所用的数据结构相容，以增加数据传输的效率。当然，每层仍有自己的数据结构及说明此结构的专门用语。图2.4显示TCP/IP传送数据时，TCP/IP不同层次对数据所使用的名称。使用TCP的应用程序称数据为“流(stream)”，但使用用户数据报协议(UDP)的应用程序则称数据为报文“(Message)”。TCP把数据叫作“数据段(segment)”，而UDP称它的数据结构为“分组(packet)”。互联网层将所有数据视为区块，称为“数据报(datagram)”。TCP/IP使用各种不同形态的底层网络，每一种对它所传送的数据，可能都有一个独特的专用术语。大部分网络称传送的数据为“分组”或“帧(frame)”。在图3.4中，我们将假设网络传送的数据称为帧。
单片机原理及应用技术苏家建 课后习题参考答案 第三章MCS-51指令系统 3-1 MCS-51指令系统有哪几种寻址方式？按功能分类有哪几种指令？ 3-2 设A=0FH,R0=30H,片内RAM的（30H）=0AH, （31H）=0BH, （32H）=0CH,下列程序段运行后的结果？ MOV A,@R0 ;A=0AH MOV @R0,32H ;(30H)=0CH MOV 32H,A ;(32H)=0AH MOV R0,#31H ;R0=31H MOV A,@R0;A=(31H)=0BH 3-3 （1）R0的内容传送到R1 MOV A,R0 MOV R1,A (2)内部RAM 20H单元的内容传送到A MOV A,20H (3)外部RAM 30H单元的内容传送到R0 MOV R1,#30H MOVX A,@R1 MOV R0,A (4) 外部RAM 30H单元的内容传送到内部RAM 20H单元 MOV R1,#30H MOVX A,@R1 MOV 20H,A (5) 外部RAM 1000H单元的内容传送到内部RAM 20H单元 MOV DPTR,#1000H MOVX A,@DPTR MOV 20H,A (6)程序存储器ROM 2000H单元的内容传送到R1 MOV DPTR,#2000H CLR A MOVC A,@A+DPTR MOV R1,A (7) RAM 2000H单元的内容传送到内部RAM 20H单元 MOV DPTR,#2000H MOVX A,@DPTR MOV 20H,A (8) RAM 2000H单元的内容传送到外部RAM 30H单元 MOV DPTR,#2000H MOVX A,@DPTR MOV R0,#30H MOVX @R0,A (9) RAM 2000H单元的内容传送到外部RAM 1000H单元
单片机原理及应用 第一章绪论 1.什么叫单片机？其主要特点有哪些？ 在一片集成电路芯片上集成微处理器、存储器、I/O接口电路，从而构成了单芯片微型计算机，即单片机。 特点：控制性能和可靠性高、体积小、价格低、易于产品化、具有良好的性价比。 第二章80C51的结构和原理 1.80C51的基本结构 a.CPU系统 ●8位CPU，含布尔处理器； ●时钟电路； ●总线控制逻辑。 b.存储器系统 ●4K字节的程序存储器 （ROM/EPROM/FLASH，可外扩 至64KB）； ●128字节的数据存储器（RAM，可 外扩至64KB）； ●特殊功能寄存器SFR。 c.I/O口和其他功能单元 ●4个并行I/O口； ●2个16位定时/计数器； ●1个全双工异步串行口； ●中断系统（5个中断源，2个优先 级） 2.80C51的应用模式 a.总线型单片机应用模式 ◆总线型应用的“三总线”模式； ◆非总线型应用的“多I/O”模式 3.80C51单片机的封装和引脚 a.总线型DIP40引脚封装 ●RST/V PO：复位信号输入引脚/备用 电源输入引脚； ●ALE/PROG：地址锁存允许信号 输出引脚/编程脉冲输入引脚；●EA/V PP：内外存储器选择引脚/片 内EPROM编程电压输入引脚；●PSEN：外部程序存储器选通信号 输出引脚 b.非总线型DIP20封装的引脚 ●RST：复位信号输入引脚 4.80C51的片内存储器 增强型单片机片内数据存储器为256 字节，地址范围是00H~FFH。低128字节的配情况与基本型单片机相同。高128字节一般为RAM，仅能采用寄存器间接寻址方式询问。注意：与该地址范围重叠的特殊功能寄存器SFR 空间采用直接寻址方式询问。 5.80C51的时钟信号 晶振周期为最小的时序单位。一个时钟周期包含2个晶振周期。晶振信号12分频后形成机器周期。即一个机器周期包含12个晶振周期或6个时钟周期。 6.80C51单片机的复位 定义：复位是使单片机或系统中的其他部件处于某种确定的初始状态。 a.复位电路 两种形式：一种是上电复位；另一种是上电与按键均有效的复位。 b.单片机复位后的状态 单片机的复位操作使单片机进入初始化状态。初始化后，程序计数器 PC=0000H，所以程序从0000H地址单元开始执行。 特殊功能寄存器复位后的状态是确定的。P0~P3为FFH，SP为07H，SBUF 不定，IP、IE和PCON的有效位为0，其余的特殊功能寄存器的状态为00H.相应的意义为： ●P0~P3=FFH，相当于各口锁存器已 写入1，此时不但可用于输出，也 可以用于输入； ●SP=07H，堆栈指针指向片内RAM
《单片机原理与应用技术》教学大纲 一、课程名称 单片机原理与应用技术 二、先修课程 电子技术类基础课程和微机应用类基础课程 三、课程性质与任务 课程性质： 本课程是高职高专电子类相关专业的的一门专业课程。本大纲可作为（高中后大专、对口单招、五年制高职）层次学生的教学参考。 课程的任务： 它以MCS-51单片机为例，详细介绍片内结构、工作原理、接口技术和单片机在各领域中的应用。为学生进一步学习微机在智能仪表、工业控制领域中的应用技术奠定必要的基础。 四、课程教学目标 1、知识目标 （1）熟练掌握单片机内部硬件结构、工作原理及指令系统，掌握程序的设计基本方法，能够较熟练地设计常用的汇编语言源程序； （2）掌握单片机的接口技术，熟悉常用的外围接口芯片及典型电路。 （3）熟悉设计、调试单片机的应用系统的一般方法，具有初步的软、硬件设计能力。 （4）能够熟练地掌握一种单片机开发系统的使用方法。 2、能力目标 初步具备应用单片机进行设备技术改造、产品开发的能力。 五、教学内容 第一章微机基础知识 (一)教学目的 熟悉微处理器、微型机和单片机的概念及组成。掌握计算中常用数制及数制间的转换，了解BCD码和ASCII码。熟悉数据在计算机中的表示方法。 （二）教学重点与难点 重点：
计算中常用数制及数制间的转换。 难点： 微处理器、微型机和单片机的概念及组成，微机的工作过程 （三）教学内容 1、微处理器、微机和单片机的概念； 2、微机的工作过程。 （四）本章小结 1、数制有二进制、十进制、十六进制等。 2、计算机系统中常包含有地址总线、数据总线、控制总线 3、微处理器是由运算器、控制器两部组成 4、单片机是由输入、输出、接口电路、时钟电路、存储器、运算器、控 制器几部分组成 （五）思考题 1、试用计算机汇编语言指令完成12*34+56÷7-8的计算步骤？ 第二章 MCS-51单片机的结构和原理 （一）教学目的 熟悉MCS- 51单片机内部结构、引脚功能以及单片机执行指令的时序；掌握单片机存储器结构和输入/输出端口结构特点。掌握堆栈的使用。 （二）教学重点与难点 重点： 1、8051的存储器配置及特点； 2、21个特殊功能寄存器（SFR）的功能； 3、堆栈的概念； 4、复位电路。 难点： 1、MCS- 51单片机内部结构； 2、CPU时序。 （三）教学内容
***数学计算机科学系实验报告 专业：计算机科学与技术班级：实验课程：单片机原理与应用技术姓名：学号：实验室：硬件实验室 同组同学： 实验时间：2013年3月20日指导教师签字：成绩： 实验项目：发光二极管闪烁 一实验目的和要求 1.使用单片机的P1.5口做输出口，使该位发光二极管闪烁。 2.掌握单片机使用。 二实验环境 PC机一台，实验仪器一套 三实验步骤及实验记录 1.在pc机上,打开Keil C。 2.在Keil C中，新建一个工程文件，点击“Project->New Project…”菜单。 3.选择工程文件要存放的路径 ,输入工程文件名 LED, 最后单击保存。 4. 在弹出的对话框中选择 CPU 厂商及型号。 5.选择好 Atmel 公司的 89c51 后 , 单击确定。 6.在接着出现的对话框中选择“是”。 7.新建一个 C51 文件 , 点击file菜单下的NEW，或单击左上角的 New File快捷键。 8.保存新建的文件，单击SAVE。 9.在出现的对话框中输入保存文件名MAIN.C，再单击“保存”。 10.保存好后把此文件加入到工程中方法如下 : 用鼠标在 Source Group1 上单击右键 , 然后再单击 Add Files to Group ‘Source Group 1'。 11.选择要加入的文件 , 找到 MAIN.C 后 , 单击 Add, 然后单击Close。 12.在编辑框里输入代码如下： #include "reg51.h" //包含头文件 sbit led=P1^5; //表示用led等效于P1^5, P1^0就是指头文件里定义的P1寄存器的第5BIT #define uchar unsigned char #define uint unsigned int
《单片机原理及应用》教学大纲 大纲说明 课程代码：3335014 总学时：48学时（讲课40学时，实验8学时） 总学分：3 课程类别：专业模块选修课 适用专业：机械设计制造及其自动化专业、电气工程及自动化专业 预修要求：数字电子技术、模拟电子技术、电路、计算机基础、微机原理、汇编语言 一、课程的性质、目的、任务： 性质：是机电一体化专业的专业必修课。是一门面向应用的、具有很强实践性与综合性的课程。 目的：通过学习利于改善学生的知识结构，使其获得利用单片机解决某些工程技术问题所需的知识，为学习后续课程及在今后工作中利用单片机实现电器控制、过程控制、信息处理和管理奠定必要的基础。 任务：通过学习要求学生掌握单片机的工作原理，了解有关单片机的基本知识，掌握该单片机的指令系统及汇编语言设计的基本方法，掌握单片机的基本功能及典型接口技术，获得相关领域内应用单片机的初步能力。 二、课程教学的基本要求： 原理部分以讲授为主；程序设计提倡多读程序、多写、多上机；硬件接口应在掌握了硬件的工作原理的基础上结合实验提高动手能力；教学手段应多样化避免单调的教学模式；实验环节重点学习单片机的硬件组成、工程应用及系统开发；课后作业的主要目的是掌握本章的学习要点，巩固前面所学的内容，为下一章学习做好准备；考试采用闭卷理论考试，结合实验和平时成绩，在内容上尽量体现单片机的基本常识性问题，结合实际，做到质、量结合。 三、大纲的使用说明： 本课程的先修课程为：《电路》《电子技术》《计算机基础》《程序设计》《微机原理》；电子机械专业学生应掌握大纲所要求的大部分内容；课程可根据总课时数而定。 大纲正文 第一章绪论学时：1学时（讲课1学时实验0学时）本章讲授要点：有关微型机的基本知识，包括分类、结构和组成，以及单片机的结构、典型产品及应用，单片机应用系统开发。 重点：单片机的特点、开发方式。 难点：单片机开发方式。 §1.1 电子计算机的发展概述 §1.2 单片机的发展过程及产品近况 §1.3 单片机的特点及应用领域
思考与练习题1 1.1单项选择题 （1）单片机又称为单片微计算机，最初的英文缩写是（ D ） A.MCP B.CPU C.DPJ D.SCM （2）Intel公司的MCS-51系列单片机是（ C ）的单片机。 A.1位 B.4位 C.8位 D.16位 （3）单片机的特点里没有包括在内的是（ C ） A.集成度高 B.功耗低 C.密封性强 D.性价比高 （4）单片机的发展趋势中没有包括的是（ B ） A.高性能 B.高价格 C.低功耗 D.高性价比 （5）十进制数56的二进制数是（ A ） A.00111000B B.01011100B C.11000111B D.01010000B （6）十六进制数93的二进制数是（ A ） A.10010011B B.00100011B C.11000011B D.01110011B （7）二进制数11000011的十六进制数是（ B ） A. B3H B.C3H C.D3H D.E3H （8）二进制数11001011的十进制无符号数是（ B ） A. 213 B.203 C.223 D.233 （9）二进制数11001011的十进制有符号数是（ B ） A. 73 B.-75 C.-93 D.75 （10）十进制数29的8421BCD压缩码是（ A ） A.00101001B B.10101001B C.11100001B D.10011100B （11）十进制数-36在8位微机中的反码和补码是（ D ） A.00100100B、11011100B B.00100100B、11011011B C.10100100B、11011011B D.11011011B、11011100B （12）十进制数+27在8位微机中的反码和补码分别是（ C ） A.00011011B、11100100B B.11100100B、11100101B C.00011011B、00011011B D.00011011B、11100101B （13）字符9的ASCII码是（ D ） A.0011001B B.0101001B C.1001001B D.0111001B （14）ASCII码1111111B的对应字符是（ C ） A. SPACE B.P C.DEL D.{ （15）或逻辑的表达式是（ B ） A.A?B=F B. A+B=F C. A⊕B=F D.(A?B)=F （16）异或逻辑的表达式是（ C ） A.A?B=F B. A+B=F C. A⊕B=F D.(A?B)=F （17）二进制数10101010B与00000000B的“与”、“或”和“异或”结果是（ B ） A.10101010B、10101010B、00000000B B.00000000B、10101010B、10101010B C.00000000B、10101010B、00000000B D.10101010B、00000000B、10101010B （18）二进制数11101110B与01110111B的“与”、“或”和“异或”结果是（ D ） A.01100110B、10011001B、11111111B B.11111111B、10011001B、01100110B C.01100110B、01110111B、10011001B D.01100110B、11111111B、10011001B （19）下列集成门电路中具有与门功能的是（ D ） A.74LS32 B.74LS06 C.74LS10 D.74LS08
作业答案0-1 绪论 1．单片机是把组成微型计算机的各功能部件即（微处理器（CPU））、（存储器（ROM和RAM））、（总线）、（定时器/计数器）、（输入/输出接口（I/O口））及（中断系统）等部件集成在一块芯片上的微型计算机。 2．什么叫单片机其主要特点有哪些 解： 将微处理器（CPU）、存储器（存放程序或数据的ROM和RAM）、总线、定时器/计数器、输入/输出接口（I/O口）、中断系统和其他多种功能器件集成在一块芯片上的微型计机，称为单片微型计算机，简称单片机。 单片机的特点：可靠性高、便于扩展、控制功能强、具有丰富的控制指令、低电压、低功耗、片内存储容量较小、集成度高、体积小、性价比高、应用广泛、易于产品化等。 第1章 MCS-51单片机的结构与原理 15. MCS-51系列单片机的引脚中有多少根I/O线它们与单片机对外的地址总线和数据总线之间有什么关系其地址总线和数据总线各有多少位对外可寻址的地址空间有多大 解： MCS-51系列单片机有4个I/O端口，每个端口都是8位双向口，共占32根引脚。每个端口都包括一个锁存器（即专用寄存器P0～P3）、一个输入驱动器和输入缓冲器。通常把4个端口称为P0～P3。在无片外扩展的存储器的系统中，这4个端口的每一位都可以作为双向通用I/O端口使用。在具有片外扩展存储器的系统中，P2口作为高8位地址线，P0口分时作为低8位地址线和双向数据总线。 MCS-51系列单片机数据总线为8位，地址总线为18位，对外可寻址空间为64KB。25. 开机复位后，CPU使用的是哪组工作寄存器（R0-R n）它们的地址是什么CPU如何确定和改变当前工作寄存器组（R0-R n） 解： 开机复位后，CPU使用的是第０组工作寄存器。它们的地址是00H－07H。CPU通过对程序状态字PSW中RS1和RS0的设置来确定和改变当前工作寄存器组。 27. MCS-51单片机的时钟周期、机器周期、指令周期是如何定义的当主频为12MHz的时候，一个机器周期是多长时间执行一条最长的指令需要多长时间 解：
单片机原理实验报告 专业：计算机科学与技术 学号： :
实验1 计数显示器 【实验目的】 熟悉Proteus仿真软件，掌握单片机原理图的绘图方法 【实验容】 （1）熟悉Proteus仿真软件，了解软件的结构组成与功能 （2）学习ISIS模块的使用方法，学会设置图纸、选元件、画导线、修改属性等基本操作 （3）学会可执行文件加载及程序仿真运行方法 （4）理解Proteus在单片机开发中的作用，完成单片机电路原理图的绘制【实验步骤】 （1）观察Proteus软件的菜单、工具栏、对话框等基本结构 （2）在Proteus中绘制电路原理图，按照表A.1将元件添加到编辑环境中（3）在Proteus中加载程序，观察仿真结果，检测电路图绘制的正确性 表A.1
Switches&Relays BUT BUTTON 【实验原理图】 【实验源程序】 #include
for(;time<0;time--) for(k=200;k>0;k--) for(j=500;j<0;j--); } void init() { P0=buf[x1]; delay(10); P2=buf[x2]; delay(10); } void main() { init(); while(1) { x1=count/10; x2=count%10; P0=buf[x1]; delay(10);
1：单片机8031的XTAL1和XTAL2引脚是（）引脚。 1.外接定时器 2.外接串行口 3.外接中断 4.外接晶振 2：LU表示（）。 1.累加器 2.程序状态字寄存器 3.计数器 4.算术逻辑部件 3：单片机上电复位后，PC的内容和SP的内容为（）。 1.0000H，00H 2.0000H，07H 3.0003H，07H 4.0800H，08H 4：8031单片机的定时器T1用作定时方式时是（）。 1.由内部时钟频率定时，一个时钟周期加1 2.由内部时钟频率定时，一个机器周期加1 3.由外部时钟频率定时，一个时钟周期加1 4.由外部时钟频率定时，一个机器周期加1 5：INTEL8031的P0口，当使用外部存贮存器时它是一个（）。 1.传输高8位地址口 2.传输低8位地址口 3.传输高8位数据口 4.传输低8位地址/数据口 6：当需要从MCS-51单片机程序存储器取数据时，采用的指令为（） 1.MOV A, @R1 2.MOVC A, @A + DPTR 3.MOVX A, @ R0 4.MOVX A, @ DPTR 7：若PSW的RS1/RS0=10则单片机工作寄存器工作在（）。 1.0区 2.1区
3.2区 4.3区 8：假定设置堆栈指针SP的值为37H，在进行子程序调用时把断点地址进栈保护后，SP的值为（）。 1.6H 2.37H 3.38H 4.39H 9：单片机上电复位后，堆栈区的最大允许范围是个单元。 1.64 2.120 3.128 4.256 10：在MCS-51指令中，下列指令中（）是无条件转移指令。 1.LCALL addr16 2.DJNZ direct,rel 3.SJMP rel 4.ACALL addr11 11：INTEL 8031的P0口，当使用外部存贮存器时它是一个（）。 1.传输高8位地址口 2.传输低8位地址口 3.传输高8位数据口 4.传输低8位地址/数据口 12：单片机中的程序计数器PC用来（）。 1.存放指令 2.存放正在执行的指令地址 3.存放下一条指令地址 4.存放上一条指令地址 13：8051单片机中，输入/输出引脚中用于专门的第二功能的引脚是（）。 1.P0 2.P1 3.P2 4.P3
*****数学计算机科学系实验报告 专业：计算机科学与技术班级：实验课程：单片机原理与应用技术 姓名：学号：实验室：硬件实验室 同组同学： 实验时间：2013年3月20日指导教师签字：成绩： 实验项目：定时器 一实验目的和要求 定时器0实现1s定时，流水灯显示上的数据每秒加1。 二实验环境 PC机一台，实验仪器一套 三实验步骤及实验记录 1.在pc机上,打开Keil C。 2.在Keil C中，新建一个工程文件，点击“Project->New Project…”菜单。 3.选择工程文件要存放的路径 ,输入工程文件名 M, 最后单击保存。 4. 在弹出的对话框中选择 CPU 厂商及型号。 5.选择好 Atmel 公司的 89c51 后 , 单击确定。 6.在接着出现的对话框中选择“是”。 7.新建一个 C51 文件 , 点击file菜单下的NEW，或单击左上角的 New File快捷键。 8.保存新建的文件，单击SAVE。 9.在出现的对话框中输入保存文件名MAIN.C，再单击“保存”。 10.保存好后把此文件加入到工程中方法如下 : 用鼠标在 Source Group1 上单击右键 , 然后再单击 Add Files to Group ‘Source Group 1'。 11.选择要加入的文件 , 找到 MAIN.C 后 , 单击 Add, 然后单击Close。 12.在编辑框里输入代码如下： #include "reg51.h" //包含头文件 sbit LE1=P2^0; //位选573锁存器使能 sbit LE2=P2^1; //段选573锁存器使能 #define uchar unsigned char #define uint unsigned int
《单片机原理及应用》 实验报告 2017/2018 学年第1 学期 系别计算机学院 专业软件工程 班级17软件工程班 姓名XXXXXX 学号8888888888 授课老师******
实验一：流水灯实验 1．实验目的 （1）学习编译和仿真环境使用 （2）学习P3口的使用方法 （3）学习延时子程序的编写 2实验内容 （1）通过对P3口地址的操作控制8位LED流水点亮，从而认识单片机的接口；（2）通过改变并行口输出电平控制LED灯的点亮与否，通过延时程序控制亮灯时间。 3．实验运行结果图 4．源代码 //流水灯实验 #include
操作 /**************************************** 函数功能：延时一段时间 *****************************************/ void delay(void) { unsigned char i,j; for(i=0;i<255i++) for(j=0;j<255j++) ; //利用循环等待若干机器周期，从而延时一段时间 } /***************************************** 函数功能：主函数 ******************************************/ void main(void) { while(1) { x=0xfe; //第一个灯亮 delay(); //调用延时函数 x=0xfd; //第二个灯亮 delay(); //调用延时函数 x=0xfb; //第三个灯亮 delay(); //调用延时函数 x=0xf7; //第四个灯亮 delay(); //调用延时函数 x=0xef; //第五个灯亮 delay(); //调用延时函数 x=0xdf; //第六个灯亮
《单片机原理及应用》课程标准 课程名称：《单片机原理及应用》 课程类型：专业基础课 总学时：100 适应专业：电子类专业 制订人：段安红 2010年6月
《单片机原理及应用》课程标准 课程名称：《单片机原理及应用》 课程类型：专业基础课 总学时： 适应专业：电子类专业 一、课程概述 1.课程性质 单片机技术是现代电子工程领域一门飞速发展的技术，其在教学及产业界的技术推广仍然是当今科学技术发展的热点，学习单片机并掌握其设计应用技术已经成为电子类学生必须掌握的一门技术，也是现代工科学生的一个基本条件。 《单片机原理及应用》是应用电子技术的一门专业基础课。它以模拟电子技术、数字电子技术、C语言或汇编语言等课程为基础。它可以充分体现学生利用自己所掌握的知识解决实际工程问题的能力。 通过本课程的学习，使学生掌握单片机技术及其在工业控制和日常生活中的应用，培训学生实践能力、创新能力和新产品设计开发能力，为将来从事电子电器新产品设计开发，电子产品的检测和维护等工作奠定坚实的基础，为学生将来在电子类专业领域进一步发展打下良好基础。 2.课程基本理念 本课程的设计突破了学科体系模式，打破了原来各学科体系的框架，将学科的内容按“项目”进行整合。本课程的“项目”包含了单片机就用技术的四个项目，每个项目均由若干个具体的典型工作任务组成，每个任务均将相关知识和实践过程有机结合，力求体现“做中学”，“学中做”的教学理念；本课程内容的选择上降低理论重心，突出实际应用，注重培养学生的应用能力和解问题的实际工作能力。 3.课程设计思路 本课程标准注重培养分析问题、解决问题的能力、强化学生动手实践能力，遵循学生认知规律，紧密结合应用电子专业的发展需要，为将来从事应用电子产品的设计、检测奠定坚实的基础。将本课程的教学活动分析设计成若干项目或工作情景，以项目为单位组织教学、并以典型设备为载体，通过具体案例，按单片机项目实施的顺序逐步展开，让学生在掌握技能的同时，引出相关专业理论知识，使学生在技术训练过程中加深对专业知识、技能的理解和应用、培养学生的综合职业能力，满足学生职业生涯发展的需要。
单片机原理及应用实验指导书 罗钧付丽编 重庆大学光电工程学院 2010年5月 目录 实验规则 (2 实验一单片机监控程序实验(4学时 (3 附1.1:LAB2000P实验仪 (9 附1.2:验证实验程序 (10 附1.3:K EIL的使用步骤参考 (17 实验二 A/D转换实验 (3学时 (21 附2.1:验证实验程序 (24 实验三 D/A转换实验 (2学时 (25
附3.1:DA转换实验程序 (27 实验四单片机系统综合实验( 3学时 (28 附4.1:实验仪中的温度传感器电路 (30 附4.2:直流电机和步进电机控制接口电路 (31 实验规则 为了维护正常的实验教学次序,提高实验课的教学质量,顺利的完成各项实验任务,确保人身、设备安全,特制定如下实验规则: 一、实验前必须充分预习,完成指定的预习内容,预习要求如下: 1.认真阅读本实验指导书,分析掌握本次实验的基本原理; 2.完成各实验预习要求中指定的内容; 3.明确实验任务。 二、实验时,认真、仔细的写出源程序,进行调试,有问题向指导老师举手提问; 三、实验时注意观察,如发现有异常现象(电脑故障或实验箱故障,必须及时报告指导老师,严禁私自乱动。 四、实验过程中应仔细观察实验现象,认真记录实验数据、波形、逻辑关系及其它现象,记录的原始结果必须经指导教师审阅签字后,方可离开。 五、自觉保持实验室的肃静、整洁;实验结束后,必须清理实验桌,将实验设备、工具、导线按规定放好,并填写仪器设备使用记录。 六、凡有下列情况之一者,不准做实验: 1.实验开始后迟到10 分钟以上者;
2.实验中不遵守实验室有关规定,不爱护仪器,表现不好而又不服从教育者; 七、实验后,必须认真作好实验报告,在规定时间里必须交给实验指导老师,没交实验报告者,视为缺做一次实验。实验报告要求必须包括: 1.写出设计实验程序; 2.总结实验步骤和实验结果; 八、一次未做实验,本实验课成绩视为不及格。 以上实验规则,请同学们自觉遵守,并互相监督。 实验一单片机监控程序实验(4学时 实验预习要求: 1.按照附3学习使用Keil软件。 2.熟悉键盘和显示器接口及工作原理。 3.根据实验原理,读懂验证实验程序,并写出设计性实验源程序。 4.思考题: (1从附1.2监控程序可以看出:六位数码管显示的数据存放在单片机哪个位置? (2参考图1.1A与监控程序,键盘上若数字键7被按下,单片机怎样判断该键被按下? 一、实验目的 1.掌握8031系统中,键盘和显示器的接口方法。 2.掌握键盘扫描和LED八段码显示器的工作原理。
第一章 EM78系列单片机简介 台湾义隆公司推出的八位EM78系列单片机已有多年，并广泛应用在家用电器、工业控制、仪器等方面，其优良的单片机结构和性能为用户所认同，但与AT89系列、PIC系列、Z86系列、GMS97系列等单片机比较而言，EM78系列单片机进入内地市场稍晚一些，所以一般人并不太了解。本章将对EM78系列单片机的主要特点作一个概述，供大家参考（以EM78X56为例）。 第一章一、先进的单片机结构 EM78系列单片机将众多功能集于一身，这其中包括ALU、ROM、RAM、I/O、堆栈、中断控制器、定时/计数器、看门狗、电压检测器、复位电路、振荡电路等，成为真正意义上的单片机小系统。 第二章二、优越的数据处理性能 EM78系列单片机采用RISC结构设计、单周期、单字节及流水线指令、五级堆栈、RAM 数量从32~157个，最短指令周期100ns，程序页面为1K（多至4页），与其它一些单片机相比，EM78系列单片机具有更高、更快的运行处理速度。 第三章三、强大的单片机新功能 这包括： ①①三个中断源：定时器中断、I/O唤醒中断、外部信号输入中断 ②②R-OPTION功能：如果用户程序有几个版本，希望能放在同一ROM内，则通过 R-OPTION功能便可实现此想法，R-OPTION功能设置是在相关I/O上上拉或下拉电阻，通过判断相关I/O的状态来选择执行内部何种版本程序。 ③③内置电压检测器：当电源电压掉在一额定值以下时单片机始终处于复位状态，以此提 高系统的复位性能。 ④④低功耗设计：正常工作电流2mA、休眠状态电流1μA ⑤⑤多功能I/O口：可程序设置为I/O上拉、下拉、开路等方式 ⑥⑥I/O唤醒功能：通过I/O变化唤醒处于休眠状态的单片机 ⑦⑦内置看门狗定时器：提高单片机抗干扰能力 第四章四、灵活的功能选择设计 通过软件分别设置： ①①指令周期的时钟周期数（2/4） ②②特殊指令的指令周期数（1/2） ③③振荡方式（内部RC、外部RC 、XTAL低频、XTAL高频等） ④④R-OPTION功能开/关 ⑤⑤WDT开/关 第五章五、通俗易懂的指令系统
《单片机原理及应用》试题库 一、填空题 1、MCS－51有 5 个中断源，有 2 个中断优先级，优先级由软件填写特殊功能寄存器IP 加以选择。 2、MOV PSW，＃10H是将MCS－51的工作寄存器置为第2区。 3、用串口扩并口时，串行接口工作方式应选为方式0。 4、寄存器PC复位后为0000H。 5、PSW中RS1RS0＝10时，R2的地址为12H。PSW中RS1RS0＝11时，R7的地址为1FH。 6、MCS－51中，T0中断服务程序入口地址为000BH。 7、80C51中断有2个优先级。 8、80C51中断嵌套最多级。 9、MCS－51单片机访问片外存贮器时，利用ALE信号锁存来自P0口的低8位地址信号。 10、12根地址线可选4K个存储单元，32KB存储单元需要15根地址线。 11、三态缓冲寄存器输出端的“三态”是指高电平态、低电平态和高阻态。 12、74LS138是具有3个输入的译码器芯片，其输出作为片选信号时，最多可以选中8块芯片。 13、A/D转换器的作用是将模拟量转为数字量，D/A转换器的作用是将数字量转为模拟量。 14、单片机系统复位后，PSW＝00H，因此片内RAM寄存区的当前寄存器是第0组，8个寄存器的地址为00H~07H。 15、假定SP＝60H，ACC＝30H，B＝70H，执行下列指令： PUSH ACC PUSH B 后，SP的内容为，61H单元的内容为，62H单元的内容为。 16、假定SP＝62H，（61H）＝30H，（62H）＝70H，执行下列指令： POP DPH POP DPL 后，DPTR的内容为7030H，SP的内容为60H。 17、单片机的数据通信方式有二种，即串行方式和并行方式，其中串行方式传输距离较远，成本较低。 18、异步串行通信有单工、半双工和全双工共三种传送方向形式。 19、异步串行通信的帧格式由起始位、数据位、奇偶校验位和停止位组成。 20、波特率的含义为每秒传二进制的位数，其单位为bps。 21、MOVX指令用来对片外RAM进行读写操作。 22、80C51的T1作为串行口方式1和方式3的波特率发生器。 23、定时器0和定时器1的中断标志分别为TF0和TF1。 24、外部中断0和外部中断1的中断标志分别为IE0和IE1。 25、T0和T1两引脚也可作为外部中断输入引脚，这时TMOD寄存器中的C/位应当为1。(我认为“作为外部中断输入引脚”就是计数器方式，故为1) 26、通过设置TMOD中的M1M0位可以定义定时/计数器的工作方式，其中0为00 ，方式1为01 ，方式2为10 。 27、MCS－51内有5个中断源，按其自然优先级从高到低的排列顺序为外部0、定时器/计数器0、外部1、定时器/计数器1、串口，它们所对应的中断入口地址分别为0003H、00BH、0013H、001BH、0023H。 28．8051单片机片内有4个8位的I/O口，它们分别是P0、P1、P2和P3，其中具有第二功能的I/O口为P3。 29．8051单片机低128单元随机存贮器，按其用途可划分为寄存器区、位寻址区、 字节寻址区，它们的地址范围分别为00H-1FH、20H-2FH、30H-7FH。
《单片机原理及应用实验》课程教学大纲 一、课程性质和目的 本课程是电气信息类 (电子信息工程、自动化、生物医学工程、电气工程及其自动化、通信工程) 专业的一门实验教学必修课程。 本课程的主要任务是完成《单片机原理及应用》理论课程的实验教学。通过本实验课程，使学生能理论联系实际，培养学生的设计能力、动手能力、创新能力，全面提高学生的综合运用能力，为后续的课设计和将来参加工作打下坚实的应用基础。 二、课程的基本要求 1、使学生掌握单片机原理与应用的基础知识，建立起单片机应用系统的概念； 2、能够运用已掌握的知识分析并设计单片机应用系统的基本软件、硬件模块； 3、熟练掌握单片机仿真开发系统的使用并能使用该系统完成软、硬件的调试； 4、掌握单片机应用系统设计的基本技能和方法，注重学生的系统概念和综合设计分析能力的培养。 三、课程的内容与要求 《单片机原理及应用》实验（20学时），占1个学分，同时，根据理论课程的教学安排，在第6学期开设《单片机原理及应用》实验。
实验一实验环境使用及指令系统实验 1、实验目的和要求 通过实验熟悉软件仿真环境和MCS-51系列单片机指令系统；掌握简单的程序编制、调试方法、熟练掌握单字节及多字节二进制无符号数的运算方法。 2、实验内容 掌握软件仿真环境，掌握数据传送类指令，包括内RAM数据间传输、外RAM数据间传输、内外RAM之间数据传输、查表指令、堆栈操作等；掌握数据运算类指令、逻辑运算类指令，包括加、减、乘、除、逻辑与、逻辑或、位取反等指令，同时掌握多字节的二进制运算等。 实验二顺序、分支、循环、子程序等程序结构设计实验 1、实验目的和要求 熟悉并掌握顺序结构、分支结构、程序循环结构、子程序的编程方法和技巧。 2、实验内容 顺序：对给定的变量进行查表，表格形式可以是字节、字类型。 分支：统计给定数据块正、负数的个数；简单的分段函数计算。 循环：连续地址数据块的复制；给定数据块中找最小值；多个数据的算术运算等。 子程序：多个数据的ASCII码转换，编制多个数据的排序的子程序。 实验三外部中断系统的应用 1、实验目的和要求 熟悉并掌握外部中断的编程方法和技巧，并加深对MCS-51系列单片机中断系统硬件结构的认识。 2、实验内容 采用下降沿触发的中断方式设计一个事故检测装置。要求：设备正常工作时，绿色指示灯亮，红色指示灯灭；设备出现故障时，绿色指示灯灭，红色指示灯亮。 实验四外部中断及定时器应用实验 1、实验目的和要求
第1章思考题及习题1参考答案 一、填空 1. 除了单片机这一名称之外，单片机还可称为或。答：微控制器，嵌入式 控制器. 2.单片机与普通微型计算机的不同之处在于其将、、和三部分，通 过内部连接在一起，集成于一块芯片上。答：CPU、存储器、I/O口、总线 3. AT89S52单片机工作频率上限为 MHz。答：33 MHz。 4. 专用单片机已使系统结构最简化、软硬件资源利用最优化，从而大大降低和提 高。答：成本，可靠性。 二、单选 1. 单片机内部数据之所以用二进制形式表示，主要是 A．为了编程方便B．受器件的物理性能限制 C．为了通用性D．为了提高运算速度 答：B 2. 在家用电器中使用单片机应属于微计算机的。 A．辅助设计应用B．测量、控制应用 C．数值计算应用D．数据处理应用 答： B 3. 下面的哪一项应用，不属于单片机的应用范围。 A．工业控制 B．家用电器的控制 C．数据库管理 D．汽车电子设备 答：C 三、判断对错 1. STC系列单片机是8051内核的单片机。对 2. AT89S52与AT89S51相比，片内多出了4KB的Flash程序存储器、128B的RAM、1个中断 源、1个定时器（且具有捕捉功能）。对 3. 单片机是一种CPU。错 4. AT89S52单片机是微处理器。错
5. AT89C52片内的Flash程序存储器可在线写入，而AT89S52则不能。错 6. 为AT89C51单片机设计的应用系统板，可将芯片AT89C51直接用芯片AT89S51替换。对 7. 为AT89S51单片机设计的应用系统板，可将芯片AT89S51直接用芯片AT89S52替换。对 8. 单片机的功能侧重于测量和控制，而复杂的数字信号处理运算及高速的测控功能则是DSP 的长处。对 四、简答 1. 微处理器、微计算机、微处理机、CPU、单片机、嵌入式处理器它们之间有何区别？ 答：微处理器、微处理机和CPU它们都是中央处理器的不同称谓，微处理器芯片本身不是计算机。而微计算机、单片机它们都是一个完整的计算机系统，单片机是集成在一个芯片上的用于测控目的的单片微计算机。 2. AT89S51单片机相当于MCS-51系列单片机中的哪一型号的产品？“S”的含义是什么？ 答：相当于MCS-51系列中的87C51，只不过是AT89S51芯片内的4K字节Flash存储器取代了87C51片内的4K字节的EPROM。 3. 单片机可分为商用、工业用、汽车用以及军用产品，它们的使用温度范围各为多少？ 答：商用：温度范围为0～+70℃；工业用：温度范围为-40～+85℃；汽车用：温度范围为-40～+125℃；军用：温度范围为-55～+150℃。 4. 解释什么是单片机的在系统编程（ISP）与在线应用编程（IAP）。 答：单片机的在系统编程ISP（In System Program），也称在线编程，只需一条与PC机USB口或串口相连的ISP下载线，就可把仿真调试通过的程序代码从PC机在线写入单片机的Flash存储器内，省去了编程器。在线应用编程（IAP）就是可将单片机的闪存内的应用程序在线修改升级。 5. 什么是“嵌入式系统”? 系统中嵌入了单片机作为控制器，是否可称其为“嵌入式系统”? 答：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，都称其为“嵌入式系统”。但多数人把“嵌入”嵌入式微处理器的系统，称为“嵌入式系统”。目前“嵌入式系统”还没有一个严格和权威的定义。目前人们所说的“嵌入式系统”，多指后者。 6. 嵌入式处理器家族中的单片机、DSP、嵌入式微处理器各有何特点？它们的应用领域有何 不同？ 答：单片机体积小、价格低且易于掌握和普及，很容易嵌入到各种通用目的的系统中，
单片机原理与应用实验指导书 2009年5月
第一章实验箱系统概述一、系统地址分配 （1），存贮器地址分配 （2），I/O地址分配 二、系统接口定义 （1），CZ11：用户实验通讯接口； （2），CZ4：打印接口；
（3），JX0，JX17为系统提供的数据总线接口 （4），CZ7：系统提供的扩展接口； （5），JX12、JX14：液晶显示接口 三、通用电路简介 （1）LED发光二极管指示电路：实验台上包括16只发光二极管及相应驱动电路。见图1-1，Ll—L16为相应发光二极管驱动信号输入端, 该输入端为低电平 “0”时发光二极管亮
图1-6 （2）逻辑电平开关电路：见图1－2。实验台上有8只开关Kl-K8, 与之相对应的K1-K8个引线孔为逻辑电平输出端。开关向上拨相应插孔输出高电平“l”, 向下拨相应插孔输出低电平“0”。 图1-7 （3）单脉冲电路：实验台上单脉冲产生电路如图1-3，标有“”和“”的两个引线插孔为正负单脉冲输出端。附近按钮AN为单脉冲产生按钮,每按一次产生一个单脉冲。 图1-8
（4）分频电路：该电路由一片74LS393组成,见图1-4。T0—T7为分频输出插孔。 该计数器在加电时由RESET信号清零。当脉冲输入为8.0MHZ时,T0—T7输出脉 冲频率依次为4.0MHZ，2.0MHZ，1.0MHZ，500KHZ，250KHZ，125KHZ，62500HZ，31250HZ。 图1-9 （5）脉冲发生电路：实验台上提供一8MHZ的脉冲源，见图1-5，实验台上标有8MHZ 的插孔，即为脉冲的输出端。 图1-10 （6）485接口电路： 图1-11
第一章习题参考答案 1-1：何谓单片机？与通用微机相比，两者在结构上有何异同？ 答：将构成计算机的基本单元电路如微处理器(CPU)、存储器、I/O接口电路和相应实时控制器件等电路集成在一块芯片上，称其为单片微型计算机，简称单片机。 单片机与通用微机相比在结构上的异同： (1)两者都有CPU，但通用微机的CPU主要面向数据处理，其发展主要围绕数据处理功能、计算速度和精度的进一步提高。例如，现今微机的CPU都支持浮点运算，采用流水线作业，并行处理、多级高速缓冲(Cache)技术等。CPU的主频达到数百兆赫兹(MHz)，字长普遍达到32位。单片机主要面向控制，控制中的数据类型及数据处理相对简单，所以单片机的数据处理功能比通用微机相对要弱一些，计算速度和精度也相对要低一些。例如，现在的单片机产品的CPU大多不支持浮点运算，CPU还采用串行工作方式，其振荡频率大多在百兆赫兹范围内;在一些简单应用系统中采用4位字长的CPU，在中、小规模应用场合广泛采用8位字长单片机，在一些复杂的中、大规模的应用系统中才采用16位字长单片机，32位单片机产品目前应用得还不多。 (2) 两者都有存储器，但通用微机中存储器组织结构主要针对增大存储容量和CPU对数据的存取速度。现今微机的内存容量达到了数百兆字节(MB)，存储体系采用多体、并读技术和段、页等多种管理模式。单片机中存储器的组织结构比较简单，存储器芯片直接挂接在单片机的总线上，CPU对存储器的读写按直接物理地址来寻址存储器单元，存储器的寻址空间一般都为64 KB。 (3) 两者都有I/O接口，但通用微机中I/O接口主要考虑标准外设(如CRT、标准键盘、鼠标、打印机、硬盘、光盘等)。用户通过标准总线连接外设，能达到即插即用。单片机应用系统的外设都是非标准的，且千差万别，种类很多。单片机的I/O接口实际上是向用户提供的与外设连接的物理界面。用户对外设的连接要设计具体的接口电路，需有熟练的接口电路设计技术。 另外，单片机的微处理器(CPU)、存储器、I/O接口电路集成在一块芯片上，而通用微机的微处理器(CPU)、存储器、I/O接口电路一般都是独立的芯片 1-4 IAP、ISP的含义是什么？ ISP：In System Programable，即在系统编程。用户可以通过下载线以特定的硬件时序在线编程（到单片机内部集成的FLASH上），但用户程序自身不可以对内部存储器做修改。 IAP:In Application Programable，即在应用编程。用户可以通过下载线对单片机进行在线编程，用户程序也可以自己对内部存储器重新修改。 1-6 51单片机与通用微机相比,结构上有哪些主要特点? （1）单片机的程序存储器和数据存储器是严格区分的，前者为ROM，后者为RAM； （2）采用面向控制的指令系统，位处理能力强； （3）I/O引脚通常是多功能的； （4）产品系列齐全，功能扩展性强； （5）功能是通用的，像一般微处理机那样可广泛地应用在各个方面。 1-7 51单片机有哪些主要系列产品? （1）Intel公司的MCS-51系列单片机：功能比较强、价格比较低、较早应用的单片机。此系列三种基本产品是：8031/8051/8751； （2）ATMEL公司的89系列单片机：内含Flash存储器，开发过程中可以容易地进