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/a07819112.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）
8051是MCS-51系列单片机的典型产品，我们以这一代表性的机型进行系统的讲解。 8051单片机包含中央处理器、程序存储器(ROM)、数据存储器(RAM)、定时/计数器、并行接口、串行接口和中断系统等几大单元及数据总线、地址总线和控制总线等三大总线，现在我们分别加以说明： 中央处理器(CPU)是整个单片机的核心 部件，是8位数据宽度的处理器，能处理 8位二进制数据或代码，CPU负责控制、 指挥和调度整个单元系统协调的工作，完 成运算和控制输入输出功能等操作。 ·数据存储器(RAM)： 8051内部有128个8位用户数据存储 单元和128个专用寄存器单元，它们是统 一编址的，专用寄存器只能用于存放控制 指令数据，用户只能访问，而不能用于存 放用户数据，所以，用户能使用的的RAM 只有128个，可存放读写的数据，运算的 中间结果或用户定义的字型表。 ·程序存储器(ROM)： 8051共有4096个8位掩膜ROM，用于存放用户程序，原始数据或表格。 ·定时/计数器(ROM)： 8051有两个16位的可编程定时/计数器，以实现定时或计数产生中断用于控制程序转向。 ·并行输入输出(I/O)口： 8051共有4组8位I/O口(P0、P1、P2或P3)，用于对外部数据的传输。 ·全双工串行口： 8051内置一个全双工串行通信口，用于与其它设备间的串行数据传送，该串行口既可以 用作异步通信收发器，也可以当同步移位器使用。 ·中断系统： 8051具备较完善的中断功能，有两个外中断、两个定时/计数器中断和一个串行中断，可 满足不同的控制要求，并具有2级的优先级别选择。 ·时钟电路： 8051内置最高频率达12MHz的时钟电路，用于产生整个单片机运行的脉冲时序，但8051 单片机需外置振荡电容。
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)
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
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
第1部分 89C51单片机硬件结构和原理 1. 89C51单片机片内包含哪些主要逻辑功能部件? 答：89C51单片机是个完整的单片微型计算机。芯片内部包括下列硬件资源： （1）8位CPU； （2）4KB的片内Flash ROM。可寻址64KB程序存储器和64KB外部数据存储器；（3）256B内部 RAM/SFR； （4）21个 SFR； （5）4个8位并行I/O口P0～P3（共32位I/O线）； （6）一个全双工uart的异步串行I/O口，用于实现单片机之间或单片机与PC机之间的串行通讯； （7）两个16位定时器/计数器； （8）5个中断源，两个中断优先级； （9）内部时钟发生器。 2. 89C51的ＥＡ端有何用途? 答：作外部程序存储器地址允许输入端和固化编程电压输入端。 3. 89C51的存储器分哪几个空间?如何区别不同空间的寻址? 答：89C51存储器包括程序存储器和数据存储器，从逻辑结构上看，可以分为三个不同的空间： （1）64KB的程序存储器地址空间：0000H~FFFFH，其中0000H~0FFFH为片内4KB的Flash ROM地址空间，1000H~FFFFH为外部ROM地址空间； （2）256B的内部数据存储器地址空间，00H~FFH，分为两大部分，其中00H~7FH（共128B单元）为内部静态RAM的地址空间，80H~FFH为特殊功能寄存器的地址空间，21个特殊功能寄存器离散地分布在这个区域； （3）64KB的外部数据存储器地址空间：0000H~FFFFH，包括扩展I/O地址空间。 MCS-51单片机存储器三类空间地址存在重叠，单片机设计了不同的数据传送指令符号来区分：CPU访问片内、片外ROM指令用MOVC，访问片外RAM指令用MOVX，访问片内RAM 指令用MOV。 4. 简述89C51片内RAM的空间分配。 答：89C51内部256B的数据RAM区，包括有工作寄存器组区、可直接位寻址区和数据缓冲区、特殊功能寄存器组区。各区域的特性如下： （1）00H~1FH为工作寄存器组区，共分4组，每组占用8个RAM字节单元，每个单元作为一个工作寄存器，每组的8个单元分别定义为8个工作寄存器 R0~R7。当前工作寄存器组的选择是由程序状态字PSW的RS1、RS0两 位来确定。如果实际应用中并不需要使用工作寄存器或不需要使用4组
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
2系统方案设计 2.1 数字示波器的工作原理 图2.1 数字示波器显示原理 数字示波器的工作原理可以用图2.1 来描述，当输入被测信号从无源探头进入到数字示波器，首先通过的是示波器的信号调理模块，由于后续的A/D模数转换器对其测量电压有一个规定的量程范围，所以，示波器的信号调理模块就是负责对输入信号的预先处理，通过放大器放大或者通过衰减网络衰减到一定合适的幅度，然后才进入A/D转换器。在这一阶段，微控制器可设置放大和衰减的倍数来让用户选择调整信号的幅度和位置范围。 在A/D采样模块阶段，信号实时在离散点采样，采样位置的信号电压转换为数字值，而这些数字值成为采样点。该处理过程称为信号数字化。A/D采样的采样时钟决定了ADC采样的频度。该速率被称为采样速率，表示为样值每秒（S/s）。A/D模数转换器最终将输入信号转换为二进制数据，传送给捕获存储区。 因为处理器的速度跟不上高速A/D模数转换器的转换速度，所以在两者之间需要添加一个高速缓存，明显，这里捕获存储区就是充当高速缓存的角色。来自ADC的采样点存储在捕获存储区，叫做波形点。几个采样点可以组成一个波形点，波形点共同组成一条波形记录，创建一条波形记录的波形点的数量称为记录长度。捕获存储区内部还应包括一个触发系统，触发系统决定记录的起始和终止点。 被测的模拟信号在显示之前要通过微处理器的处理，微处理器处理信号，包括获取信号的电压峰峰值、有效值、周期、频率、上升时间、相位、延迟、占空比、均方值等信息，然后调整显示运行。最后，信号通过显示器的显存显示在屏幕上。 2.2 数字示波器的重要技术指标 （1）频带宽度 当示波器输入不同频率的等幅正弦信号时，屏幕上显示的信号幅度下降3dB 所对应的输入信号上、下限频率之差，称为示波器的频带宽度，单位为MHz或GHz。
注：标红题要重点掌握。题后加（略）的不要求。 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。
单片机应用设计
概述 单片机是一种大规模的具有计算机基本功能的单片 单片机是一种大规模的具有计算机基本功能的单片集成电路。可以与少量外围电路构成一个小而完善的计算机系统。芯片内置和外围的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。 单片机具有体积小、功耗低、控制功能强、扩 单片机具有体积小、功耗低、控制功能强、扩展灵活、使用方便等优点，广泛应用于仪器仪表、家用电器、医用设备、航空航天、通信产品、智能玩具、汽车电子、专用设备的智能化管理及过程控制等领域。 制等领域。
单片机类型 集中指令集（CISC）和精简指令集（RISC）–采用CISC结构的单片机数据线和指令线分时复 用，即所谓冯.诺伊曼结构。它的指令丰富，功 能较强，但取指令和取数据不能同时进行，速度 受限，价格亦高。 –采用RISC结构的单片机，数据线和指令线分离 ，即所谓哈佛结构。这使得取指令和取数据可同 时进行，且由于一般指令线宽于数据线，使其指 令较同类CISC单片机指令包含更多的处理信息 ，执行效率更高，速度亦更快。同时，这种单片 机指令多为单字节，程序存储器的空间利用率大 大提高，有利于实现超小型化。
常用的几个系列单片机 MCS-51及其兼容系列： –英特尔公司的MCS-51系列单片机是目前应 用最广泛的8位单片机之一，并且ATMEL、 PHILIPS、ADI、MAXIM、LG、 SIEMENS等公司都有其兼容型号的芯片。 这个系列的单片机具有运算与寻址能力强， 存储空间大，片内集成外设丰富，功耗低等 优点，其中大部分兼容芯片都含有片内 FLASH程序存储器，价格便宜。适合应用于 仪器仪表、测控系统、嵌入系统等开发。