单片机系统组成

大学前两年半我们学习了基础课，本学期主要学习专业课，通过一个礼拜来对《单片机原理及接口技术》课本的预习，我个人感觉该门课程是应用性、实践性很强的一门课。不仅需要掌握AT89C51单片机的结构、工作原理、接口技术、应用，程序设计、中断、定时器、计时器等。而且要通过实践环节学习，学会单片机的串行扩展技术、程序的编译调试以及整个设计系统的调试。

第一章只要是对单片机的概述，单片机主要有以下特点：（1）片内存储容量越来越大。（2）抗干扰性好，可靠性高。（3）芯片引线齐全，容易扩展。（4）运行速度高，控制功能强。（5）单片机内部的数据信息保存时间很长，有的芯片可以达到100年以上。单片机应用比较广泛，可以应用在工业、仪器仪表、消费类电子产品、通信、武装设备、各终端及外部设备控制、汽车电子设备、多机分布式系统等。

第二章是AT89C51单片机片内硬件结构，AT89C51单片机在片内集成了以下主要逻辑功能部件：CPU(中央处理器):8位、片内RAM:128B、特殊功能寄存器:21个、程序存储器:4KB、并行I/O口:8位，4个、串行接口:全双工，1个、定时器/计数器:16位，2个以及内时钟电路:1个。其中当EA端接高电平时，CPU只访问片内并执行内部程序，存储器。EA端接低电平时，CPU只访问外部ROM，并执行片外程序存储器中的指令。EA端保持高电平时，CPU执行内部存储器中的指令。AT89C51单片机有4个双向的8位并行I/O端p0、p1、p2、p3,其中p0可用作地址/数据总线，此时仅从外部存储器（或外部I/O）读入信息，对应的控制号为0，MUX接通锁存器的Q端口。也可用作通用I/O，此时有两种读入方式：读锁存和读引脚。P1只能作为通用的I/O口使用，p2口既可作通用I/O，也可作地址总线。P3口可用作第二输入/输出功能，也可用作第一功能，即通用I/O端口。单片机复位方法有:上电自动复位、按键电平复位和外部脉冲三种方式，复位后机器的初始状态,即各寄存器的状态:PC之外,复位操作还对其他一些特殊功能寄存器有影响，一般开机复位后都是选择第一组通用工作寄存器作为工作寄存器的，一共有4组，分别为0.1.2.3连续位于00h到1FH地址，然后在机器中有个程序状态字PSW，它的第四和第三位RS1，RS0是用来选择工作寄存器组的，可能不同机器地址稍有不同。

单片机技术

一单片机概述

随着大规模集成电路的出现及其发展，将计算机的CPU 、RAM 、 ROM 、定时/数器和多种I/O接口集成在一片芯片上，形成芯片级的计算机，因此单片机早期的含义称为单片微型计算机，直译为单片机 。

单片微型计算机简称单片机，它因将其主要组成部分集成在一个芯片上而得名，就是把中央处理器 CPU(Central processing unit)、随机存储器RAM（Random access memory）、只读存储器ROM（Read only memory）、中断系统、定时器／计数器以及 I\O（Input/output）接口电路等主要微型机部件集成在一个芯片上。虽然单片机只是一个芯片， 但从组成和功能上看，它已具有了计算机系统的属性。

1、 单片机主要应用与控制领域，用以实现各种测试和控制功能， 为了强调起控制属性，也可以把单片机称为微控制器 MCU（Micro controller unit）。在国际上，“微控制器”的叫法似乎更通用一些，而在我国则比较习惯与“单片机”这一名称。单片机在应用时，通常是处于控制系统的核心地位并融入其中，即以嵌入的方式进行使用，为了强调其“嵌入”的特点，也常常将单片机称为嵌入式微控制器 EMCU（Embedded micro controller unit）。单片机根据控制应用的需要分为通用单片机和专用单片机。其中通用单片机是一种基本芯片，内部资源丰富、性能全面、适用性较强，用户可根据自己的需要，以其为控制核心，配以不同的外围电路设计成不同的单片机应用系统；专用单片机是针对性特别强，具有结构的最简化、资源利用的最优化、可靠性和成本的最佳化的特点。

2、 单片机与单片机系统

单片机通常是指芯片本身，它是有芯片制造商生产的，在它上面集成的是一些作为基本组成部分的运算器电路、控制器电路、存储器、中断系统、定时器/计数器以及输入/输出口电路等。但一个单片机芯片并不能把计算机的全部电路都集成到其中，例如组成谐振电路和复位电路的石英晶体、电阻、电容等，这些元件在单片机系统中只能以散件的形式出现。此外，在实际的控制应用中，常常需要扩展外围电路和外围芯片。从中可以看到单片机和单片机系统的差别：单片机只是一块芯片，而单片机系统则是在单片机芯片的基础上扩展其它电路或芯片构成的具有一定应用功能的计算机系统。

简述单片机系统的开发流程

单片机系统是指由单片机芯片、外围电路和软件程序组成的一种嵌入式系统。单片机系统的开发流程包括硬件设计、软件开发和系统调试等多个阶段。

1. 硬件设计阶段

硬件设计是单片机系统开发的第一步，主要包括电路设计和PCB设计两个部分。

(1) 电路设计：根据系统需求，选择合适的单片机芯片和外围器件，设计电路原理图。在电路设计过程中，需要考虑功耗、时钟频率、IO口数量、通信接口等因素，并根据需求进行电源供应、时钟电路、外设接口电路等设计。

(2) PCB设计：根据电路原理图，进行PCB的布线设计。通过布线设计，将电路原理图中的元器件进行合理的布局和连接，以满足信号传输、电源供应等要求。在PCB设计过程中，需要注意信号完整性、电源稳定性、阻抗匹配等问题。

2. 软件开发阶段

软件开发是单片机系统开发的核心部分，主要包括编写程序和调试两个环节。

(1) 编写程序：根据系统需求和硬件设计，选择合适的开发工具和编程语言，编写单片机的软件程序。在编写程序过程中，需要了解单片机的指令集、寄存器配置、中断处理等相关知识，并根据需求实现系统的各项功能。

(2) 调试：将编写好的软件程序下载到单片机芯片中，通过调试工具进行调试。调试过程中，可以通过单步执行、断点调试等方式，逐步检查程序的运行情况，发现并解决程序中的错误和问题。调试完成后，可以对系统的功能进行验证和优化。

3. 系统调试阶段

系统调试是单片机系统开发的最后一步，主要包括硬件调试和软件调试两个环节。

(1) 硬件调试：通过仪器设备和测试工具，对硬件电路进行测试和验证。主要包括电源稳定性、信号传输、外设功能等方面的测试。在硬件调试过程中，可以使用示波器、逻辑分析仪等工具对信号进行观测和分析，发现并解决硬件电路中的问题。

(2) 软件调试：在硬件调试完成后，对软件程序进行全面的功能测试。通过输入不同的参数和数据，验证系统的各项功能是否正常运行。在软件调试过程中，可以使用调试工具和仿真器对程序进行调试和测试，以确保系统的稳定性和可靠性。

第4章 单片机系统的设计

33 第4章 单片机系统的设计

4.1 引言

用V/F变换器作A/D转换时，通常由一些硬件电路如振荡器、二分频器、计数器和门电路组成，而由计数器计得的计数值即A/D转换结果再通过接口电路送入微计算机进行处理，较为复杂和不便，或者采用F/BCD变换电路将V/F变换器输出的频率信号变为BCD码再通过接口电路送入微计算机，也较为复杂，而且还要对BCD码进行变换。这些方法成本都较高。

本设计介绍一种以单片机直接与V/F变换器接口进行A/D转换的方法，不须额外的硬件电路，完全利用单片机内部的硬件资源，简单方便，成本最低，大大地提高了V/F变换器作为A/D转换电路的可行性。

当前，单片机特别是Intel公司的MCS-51系列单片机已在智能仪器仪表和过程控制等方面得到广泛应用，大有取代Z80之势，因此A/D转换电路与单片机的接口方法也是人们所关注的。下面将主要介绍MCS-51系列的单片机8031为主控器件的硬件电路。

4.2 主控器Intel 8031简介

P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7P3.0P3.1P3.2P3.3P3.4P3.5P3.6P3.7XTAL1

XTAL2

VSS RST/VPDRXDTXDT0T10INT

P0.0P0.1P0.2P0.3P0.4P0.5P0.6P0.7P2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.01INT

WR

RD EA/VPP ALEVCC

PSEN 403938373635343332313029282726252423222120191817161514131211109876543218031P1.0

图4-1 8031引脚图

Fig.4-1 8031 cite-feet figure 燕山大学工学学士学位论文

34 根据应用系统功能要求,考虑低成本、小体积等因素,本设计采用Intel