数字温度计—毕业论文28737.doc

《数字温度计—毕业论文28737.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《数字温度计—毕业论文28737.doc（76页珍藏版）》请在三一办公上搜索。

1、摘要在现代化的工业生产中，电流、电压、温度、压力、流量、流速和开关量都是常用的主要被控参数。例如：在冶金工业、化工生产、电力工程、造纸行业、机械制造和食品加工等诸多领域中，人们都需要对各类加热炉、热处理炉、反应炉和锅炉中的温度进行检测和控制。采用单片机来对温度进行测试控制，不仅具有控制方便、组态简单和灵活性大等优点，而且可以大幅度提高被控温度的技术指标，从而能够大大提高产品的质量和数量。本数字温度计属于测试类，在市场上有两种方案可以选择，一：采用模拟传感器，利用a/d转换成数字信号进行处理；二：采用数字集成传感器；还可以附加不同的模块，以增强其功能，如可以进行上下限温度报警，温度自动调节控制等

2、。器件的选择和电路的设计以微型化为主，尽量减小体积。本文在深入了解各种方案的硬件设计和软件设计的基础上，制作了基于AT89C51控制的一个数字温度监测系统，完成了整个系统器件的选择，电路原理图的绘制，各功能模块的软件代码的编写，并利用仿真软件proteus进行测试，验证了整个系统的功能实现。关键词： 数字温度计 单片机AT89C51 DS18B20 显示AbstractIn the modern industrial production, the current, voltage, temperature, pressure, and flow, velocity, and switch q

3、uantity is accused of main parameters. Example: in metallurgical industry, chemical industry, electric power engineering, paper industry, machinery and food processing and so on many domains, people need to all kinds of heating furnace, heat treatment furnace, reactors and boiler temperature detecti

4、on and control. Adopts singlechip to control temperature testing, not only has the convenient control, simple and flexible configuration advantages, and can greatly improve the technical indexes are controlled temperature, which can greatly improve the products quality and quantity. The number of te

5、st, in the thermometer belongs to the market has two options, a simulated sensor, use, a/d conversion into digital signal processing, 2: adopting digital integrated sensor, Still can add different modules, in order to enhance its functions, such as the upper temperature can automatically adjust the

6、temperature control of alarm, etc. Device selection and design of the circuit in miniaturization, minimize volume. Based on thorough knowledge of the various solutions of hardware design and software design, and on the basis of the production of a digital control based on AT89C51 temperature monitor

7、ing system, complete the whole system components, circuit principle drawing, the functional modules of software code compiling, and using the simulation software testing, proteus verified the realization of the function of the whole system.Keywords ：digital data acquisition single flat machineAT89C5

8、1 DS18B20 show a thermometer目录课题背影- 7 -第一章 绪 论- 8 -1.1单片机简介- 8 -1.1.1单片机定义- 8 -1.1.2单片机的发展历史及趋势- 8 -1.1.3单片机应用系统概述- 13 -1.1.4 单片机应用系统及组成- 14 -1.1.5单片机应用的可靠性技术发展- 15 -1.1.6单片机的发展特点- 16 -1.2 MCS-51系列单片机- 18 -1.2.1 MCS-51系列单片机分类- 18 -1.2.2 MCS-51单片机内部结构及组成- 19 -1.2.3 MCS-51引脚及功能- 21 -第二章 温度控制的总体设计- 22

9、-2.1硬件电路设计- 22 -2.1.1 温度检测和变送器- 22 -2.1.2接口电路- 23 -2.1.3温度控制电路- 24 -2.2 温度控制的算法和程序- 24 -2.2.1温度控制算法- 24 -2.2.2温度控制程序- 24 -2.3主程序- 24 -2.3.1中断服务程序- 24 -2.3.2主要子服务程序- 25 -2.4 其它控制算法- 25 -第三章 单片机AT89C51的结构和原理- 25 -3.1 AT89C51单片机的结构- 25 -3.2 AT89C51单片机主要特性：- 26 -3.3 AT89C51单片机引脚功能说明：- 26 -第四章 DS18B20温度传

10、感器- 28 -4.1DS18B20产品介绍- 28 -4.2 DS18B20内部结构- 30 -4.3数字温度传感器原理与应用- 33 -4.4 DS18B20的主要特性- 40 -4.5 DS18B20工作原理- 41 -4.6高速暂存存储器- 44 -第五章 调试- 49 -5.1测试环境- 49 -5.2测试方法- 49 -5.3调试软件的简介- 49 -5.3.1 Keil C51开发系统基本知识- 49 -5.3.2 Keil C51单片机软件开发系统的整体结构- 50 -5.3.3 Keil C51工具包的安装- 50 -5.3.4 Keil C51工具包各部分功能及使用简介-

11、50 -5.4 Keil C51编译器的控制指令- 53 -5.4.1 C51编译器的控制指令- 53 -5.4.2 dScope51的使用- 54 -5.5 Keil C51 库函数参考- 54 -5.5.1本征库函数(intrinsic routines)和非本征证库函数- 54 -5.5.2几类重要库函数- 55 -5.5.3 Keil C51库函数原型列表- 55 -5.6 画硬件连线图工具- 59 -5.7测试结果分析- 62 -第六章 设计总结- 63 -致 谢- 64 -参考文献- 64 -附录- 65 -附录一、原理图- 65 -附录二、程序流程图- 66 -附录三、 程序清单

12、- 68 -课题背影随着电子技术的发展，特别是随着大规模集成电路的产生，给人们的生活带来了根本性的变化，如果说微型计算机的出现使现代的科学研究得到了质的飞跃，那么可编程控制器的出现则是给现代工业控制测控领域带来了一次新的革命。在现代社会中，温度控制不仅应用在工厂生产方面，其作用也体现到了各个方面。 随着人们生活质量的提高，酒店厂房及家庭生活中都会见到温度控制的影子，温度控制将更好的服务于社会目前，单片机控制器在从生活工具到工业应用的各个领域，例如生活工具的电梯、工业生产中的现场控制仪表、数控机床等。尤其是用单片机控制器改造落后的设备具有性价比高、提高设备的使用寿命、提高设备的自动化程度的特点。

13、 现代工业设计、工程建设及日常生活中常常需要用到温度控制,早期温度控制主要应用于工厂中，例如钢铁的水溶温度，不同等级的钢铁要通过不同温度的铁水来实现，这样就可能有效的利用温度控制来掌握所需要的产品了。 随着社会的发展，人们对食品温度的控制要求也越来越高，对于低温冷藏车的温度控制也就相应的不断提高，而我设计的低温冷藏车就是为了达到这样的温度控制要求而进行设计的。我所采用的控制芯片为AT89C51，此芯片功能强大，能够满足设计要求。通过对电路的设计，对芯片的外围扩展，来达到对冷藏车温度的控制和调节功能。第一章 绪 论1.1单片机简介 1.1.1单片机定义 单片机是指一个集成在一块芯片上的完整计算机

14、系统。尽管它的大部分功能集成在一块小芯片上，但是它具有一个完整计算机所需要的大部分部件：CPU、内存、内部和外部总线系统，目前大部分还会具有外存。同时集成诸如通讯接口、定时器，实时时钟等外围设备。而现在最强大的单片机系统甚至可以将声音、图像、网络、复杂的输入输出系统集成在一块芯片。1.1.2单片机的发展历史及趋势如果将8位单片机的推出作为起点，那么单片机的发展历史大致可分为以下几个阶段（1）第一阶段（1976-1978）：单片机的控索阶段。以Intel公司的MCS 48为代表。MCS 48的推出是在工控领域的控索，参与这一控索的公司还有Motorola 、Zilog等，都取得了满意的效果。这就

15、是SCM的诞生年代，“单机片”一词即由此而来。 （2）第二阶段（1978-1982）单片机的完善阶段。Intel公司在MCS 48 基础上推出了完善的、典型的单片机系列MCS 51。它在以下几个方面奠定了典型的通用总线型单片机体系结构。 完善的外部总线。MCS-51设置了经典的8位单片机的总线结构，包括8位数据总线、16位地址总线、控制总线及具有很多机通信功能的串行通信接口。 CPU外围功能单元的集中管理模式。 体现工控特性的位地址空间及位操作方式。 指令系统趋于丰富和完善，并且增加了许多突出控制功能的指令。 （3）第三阶段（1982-1990）：8位单片机的巩固发展及16位单片机的推出阶段，

16、也是单片机向微控制器发展的阶段。Intel公司推出的MCS 96系列单片机，将一些用于测控系统的模数转换器、程序运行监视器、脉宽调制器等纳入片中，体现了单片机的微控制器特征。随着MCS 51系列的广应用，许多电气厂商竞相使用80C51为内核，将许多测控系统中使用的电路技术、接口技术、多通道A/D转换部件、可靠性技术等应用到单片机中，增强了外围电路路功能，强化了智能控制的特征。 （4）第四阶段（1990）：微控制器的全面发展阶段。随着单片机在各个领域全面深入地发展和应用，出现了高速、大寻址范围、强运算能力的8位/16位/32位通用型单片机，以及小型廉价的专用型单片机我国开始使用单片机是在1982

17、 年，短短五年时间里 发展极为迅速。1986 年在上海召开了全国首届单片机开发与应用交流会，有的地区还成立了单片微型计算机应用 协会，那是全国形成的第一次高潮。截止今日，单片机应用技术飞速发展，我们上因特网输入一个“单片机”的搜 索，将会看到上万个介绍单片机的网站，这还不包括国外 的。与它相应的专业杂志现在也有很多，比如由单片机界 的权威何立民主编的单片机与嵌入式系统应用杂志现 以风靡电子界，在2003年7月，（91 猎头 网）在上海、广州、北京等大城市所做的一次专业人才需 求报告中，单片机人才的需求量位居第一。一块小小的片子，为何有这样的魔力？我们首先从它的构成说起：单片机，亦称单片微电脑

18、或单片微型计算机。它是把中央处理器（CPU）、随机存 取存储器（RAM）、只读存储器（ROM）、输入/输出端口 （I/0）等主要计算机功能部件都集成在一块集成电路芯片上的微型计算机。 计算机的产生加快了人类改造世界的步伐，但是它毕 竟体积大。微计算机（单片机）在这种情况下诞生了，它为我们改变了什么？纵观我们现在生活的各个领域，从导弹的导航装置，到飞机上各种仪表的控制，从计算机的网 络通讯与数据传输，到工业自动化过程的实时控制和数据 处理，以及我们生活中广泛使用的各种智能IC 卡、电子 宠物等，这些都离不开单片机。以前没有单片机时，这些 东西也能做，但是只能使用复杂的模拟电路，然而这样做 出来的

19、产品不仅体积大，而且成本高，并且由于长期使用， 元器件不断老化，控制的精度自然也会达不到标准。在单片机产生后，我们就将控制这些东西变为智能化了，我们 只需要在单片机外围接一点简单的接口电路，核心部分只是由人为的写入程序来完成。这样产品的体积变小了，成 本也降低了，长期使用也不会担心精度达不到了。所以，它的魔力不仅是在现在，在将来将会有更多的 人来接受它、使用它。据统计，我国的单片机年容量已达 13 亿片，且每年以大约16%的速度增长，但相对于 世界市场我国的占有率还不到1%。特别是沿海地区的玩具厂等生产产品多数用到单片机，并不断地辐射向内地。所以，学习单片机在我国是有着广阔前景的。 计算机系统

20、的发展已明显地朝三个方向发展；这三个方向就是：巨型化，单片化，网络化。以解决复杂系统计算和高速数据处理的仍然是巨型机在起作用，故而，巨型机在目前在朝高速及处理能力的方向努力。单片机在出现时，Intel公司就给其单片机取名为嵌入式微控制器（embedded microcontroller）。单片机的最明显的优势，就是可以嵌入到各种仪器、设备中。这一点是巨型机和网络不可能做到的。 数字单片机的技术进步反映在内部结构、功率消耗、外部电压等级以及制造工艺上。在这几方面，较为典型地说明了数字单片机的水平。在目前，用户对单片机的需要越来越多，但是，要求也越来越高。下面分别就这四个方面说明单片机的技术进步状

21、况。 1、内部结构的进步 单片机在内部已集成了越来越多的部件，这些部件包括一般常用的电路，例如：定时器，比较器，A/D转换器，D /A转换器，串行通信接口，Watchdog电路，LCD控制器等。有的单片机为了构成控制网络或形成局部网，内部含有局部网络控制模块CAN。例如，Infineon公司的C 505C，C515C，C167CR，C167CS-32FM，81C90；Motorola公司的68HC08AZ系列等。特别是在单片机C167CS-32FM中，内部还含有2个CAN。因此，这类单片机十分容易构成网络。特别是在控制，系统较为复杂时，构成一个控制网络十分有用。为了能在变频控制中方便使用单片机

22、，形成最具经济效益的嵌入式控制系统。有的单片机内部设置了专门用于变频控制的脉宽调制控制电路，这些单片机有Fujitsu公司的MB89850系列、MB89860系列；Motorola 公司的MC68HC08MR16、MR24等。在这些单片机中，脉宽调制电路有6个通道输出，可产生三相脉宽调制交流电压，并内部含死区控制等功能。特别引人注目的是：现在有的单片机已采用所谓的三核（TrCore）结构。这是一种建立在系统级芯片（System on a chip）概念上的结构。这种单片机由三个核组成：一个是微控制器和DSP核，一个是数据和程序存储器核，最后一个是外围专用集成电路（ASIC）。这种单片机的最大特

23、点在于把DSP和微控制器同时做在一个片上。虽然从结构定义上讲，DSP是单片机的一种类型，但其作用主要反映在高速计算和特殊处理如快速傅立叶变换等上面。把它和传统单片机结合集成大大提高了单片机的功能。这是目前单片机最大的进步之一。这种单片机最典型的有Infineon公司的TC10GP；Hitachi公司的SH7410，SH7612等。这些单片机都是高档单片机，MCU都是32位的，而DSP采用16或32位结构，工作频率一般在60MHz以上。 2、功耗、封装及电源电压的进步 现在新的单片机的功耗越来越小，特别是很多单片机都设置了多种工作方式，这些工作方式包括等待，暂停，睡眠，空闲，节电等工作方式。Ph

24、ilips公司的单片机P87LPC762是一个很典型的例子，在空闲时，其功耗为1.5 mA，而在节电方式中，其功耗只有0.5mA。而在功耗上最令人惊叹的是TI公司的单片机MSP430系列，它是一个 16位的系列，有超低功耗工作方式。它的低功耗方式有LPM1、LPM3、LPM4三种。当电源为3V时，如果工作于 LMP1方式，即使外围电路处于活动，由于CPU不活动，振荡器处于14MHz，这时功耗只有50?A。在LPM3 时，振荡器处于32kHz，这时功耗只有1.3?A。在LPM4时，CPU、外围及振荡器32kHz都不活动，则功耗只有0.1?A。 现在单片机的封装水平已大大提高，随着贴片工艺的出现，

25、单片机也大量采用了各种合符贴片工艺的封装方式出现，以大量减少体积。在这种形势中，Microchip公司推出的8引脚的单片机特别引人注目。这是PIC12CXXX系列。它含有0.52K程序存储器，25128字节数据存储器，6个I/O端口以及一个定时器，有的还含4道A/D ，完全可以满足一些低档系统的应用。扩大电源电压范围以及在较低电压下仍然能工作是今天单片机发展的目标之一。目前，一般单片机都可以在3.35.5V的条件下工作。而一些厂家，则生产出可以在2.26V的条件下工作的单片机。这些单片机有Fujitsu公司的MB8919189195，MB89121125A，MB89130系列等，应该说该公司的

26、F2MC-8L系列单片机绝大多数都满足2.26V的工作电压条件。而TI公司的MSP430X11X系列的工作电压也是低达2.2V的。 3、工艺上的进步 现在的单片机基本上采用CMOS技术，但已经大多数采用了0.6?m以上的光刻工艺，有个别的公司，如Motorola公司则已采用0.35?m甚至是0.25?m技术。这些技术的进步大大地提高了单片机的内部密度和可靠性。以单片机为核心的嵌入式系统单片机的另外一个名称就是嵌入式微控制器，原因在于它可以嵌入到任何微型或小型仪器或设备中。目前，把单片机嵌入式系统和Internet连接已是一种趋势。但是，Internet一向是一种采用肥服务器，瘦用户机的技术。这

27、种技术在互联上存储及访问大量数据是合适的，但对于控制嵌入式器件就成了杀鸡用牛刀了。要实现嵌入式设备和Int ernet连接，就需要把传统的Internet理论和嵌入式设备的实践都颠倒过来。为了使复杂的或简单的嵌入式设备，例如单片机控制的机床、单片机控制的门锁，能切实可行地和Internet连接，就要求专门为嵌入式微控制器设备设计网络服务器，使嵌入式设备可以和Internet相连，并通过标准网络浏览器进行过程控制。 4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Winb

28、ond系列单片机。所以C8051为核心的单片机占据了半壁江山。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，日本几大公司的专用单片机。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。目前，为了把单片机为核心的嵌入式系统和Internet相连，已有多家公司在进行这方面的较多研究。这方面较为典型的有emWare公司和TASKING公司。 EmWare公司提出嵌入式系统入网的方

29、案-EMIT技术。这个技术包括三个主要部分：即emMicro， emGateway和网络浏览器。其中，emMicro是嵌入设备中的一个只占内存容量1K字节的极小的网络服务器； emGateway作为一个功能较强的用户或服务器，它用于实现对多个嵌入式设备的管理，还有标准的Internet 通信接入以及网络浏览器的支持。网络浏览器使用emObjicts进行显示和嵌入式设备之间的数据传输。 如果嵌入式设备的资源足够，则emMicro和emGateway可以同时装入嵌入式设备中，实现Inter net的直接接入。否则，将要求emGateway和网络浏览器相互配合。EmWare的EMIT软件技术使用标准

30、的 Internet协议对8位和16位嵌入式设备进行管理，但比传统上的开销小得多。 目前，单片机应用中提出了一个新的问题：这就是如何使8位、16位单片机控制的产品，也即嵌入式产品或设备能实现和互联网互连？ TASKING公司目前正在为解决这个问题提供了途径。该公司已把emWare的EMIT软件包和有关的软件配套集成，形成一个集成开发环境，向用户提供开发方便。嵌入互联网联盟ETI（embed the Internet Consortium）正在紧密合作，共同开发嵌入式Internet的解决方案。在不久将会有成果公布。1.1.3单片机应用系统概述微型计算机的出现，给人类生活带来了根本性的变化，它使

31、现代科学研究产生了质的飞跃。而单片机技术的出现则是给现代工业测控领域带来了一次新的技术革命。它在工业控制、数控采集、智能化仪表、办公自动化等诸多领域得到了极为广泛的应用，可以毫不夸张地说，单片机技术的开发和应用水平已逐步成为一个国家工业发展的标志之一。单片微型计算机(Single Chip Micro Computer)简称单片机，它是把组成微型计算机的各功能部件：中央处理单元CPU、一定容量的随机存储器RAM和只读存储器ROM、I/O接口电路、定时器/计数器以及串行口等制作在一块芯片中的计算机。由于单片机的硬件结构与指令系统的功能都是按工业控制要求而设计的，常用在工业检测、控制装置中，因而也

32、称为微控制器（MicroController）。它具有结构简单、控制功能强、可靠性高、体积小、价格低等特点。从家用电器、智能化仪器、工业控制直到火箭导航尖端技术领域都发挥着十分重要的作用。单片微型计算机简称单片机，它是指把组成微型计算机的各功能部件集成在一个芯片上构成一个完整的微型机，从而实现微型计算机的基本功能。单片机的内部结构示意图如图1.1所示 。单片机实质上是一个芯片，在实际应用中通常很难将单片机直接和受控对象进行电气连接，必须外加各种扩展接口电路以至外部设备。图1.1 单片机内部结构示意图1.1.4 单片机应用系统及组成单片机应用系统是以单片机为核心，配以输入、输出、显示、测量和控制

33、等外围电路和软件，能实现一种或多种功能的实用系统。本书的实训系统就是一个单片机的应用系统。它除了有单片机芯片以外，还有许多其它外围电路。1.2单片机应用系统示意图如果再配以后续章节所讲的一系列的实训程序，便可以完成诸如：电子钟的设计与制作、温度控制、 单字彩色电子显示、 8路采集无线双向传输、PSW （调光）等很多图功能。所以说单片机应用系统是由硬件和软件组成的。硬件是单片机应用系统的基础，软件则是在硬件的基础上对其资源 进行合理调配和使用，从而完成应用系统所要求的任务。硬件和软件二者相互依赖，缺一不可。单片机应用系统的组成示意图如图所示。 由此可见，单片机应用系统的设计人员必须从硬件和软件两

34、个角度来深入了解单片机，并能将二者有机地结合起来，才能设计制作出具有特定功能的单片机应用系统或整机产品。自从1974年美国Fairchild公司研制出第一台单片机F8之后，迄今为止，单片机经历了由4位机到8位机再到16位、32位机的发展过程。单片机制造商很多，主要有美国的Intel、Motorola、Zilog等公司。目前，单片机正朝着高性能、多品种方向发展。近年来，32位单片机已进入了实用阶段，但是由于8位单片机在性能价格比上占有优势，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，16位机可能被淘汰，8位单片机仍是单片机的主流机型。1.1.5单片机应用

35、的可靠性技术发展 在单片机应用中，可靠性是首要因素为了扩大单片机的应用范围和领域，提高单片机自身的可靠性是一种有效方法。近年来，单片机的生产厂家在单片机设计上采用了各种提高可靠性的新技术，这些新技术表现在如下几点： 1、EFT（Ellectrical Fast Transient）技术 EFT技术是一种抗干扰技术，它是指在振荡电路的正弦信号受到外界干扰时，其波形上会迭加各种毛刺信号，如果使用施密特电路对其整形，则毛刺会成为触发信号干扰正常的时钟，在交替使用施密特电路和RC滤波电路时，就可以消除这些毛否则令其作用失效，从而保证系统的时钟信号正常工作。这样，就提高了单片机工作的可靠性。Motoro

36、la公司的 MC68HC08系列单片机就采用了这种技术。 2、低噪声布线技术及驱动技术 在传统的单片机中，电源及地线是在集成电路外壳的对称引脚上，一般是在左上、右下或右上、左下的两对对称点上。这样，就使电源噪声穿过整块芯片，对单片机的内部电路造成干扰。现在，很多单片机都把地和电源引脚安排在两条相邻的引脚上。这样，不仅降低了穿过整个芯片的电流，另外还在印制电路板上容易布置去耦电容，从而降低系统的噪声。 现在为了适应各种应用的需要，很多单片机的输出能力都有了很大提高，Motorola公司的单片机I/O口的灌拉电流可达8mA以上，而Microchip公司的单片机可达25mA。其它公司：AMD，Fuj

37、itsu，NEC ，Infineon，Hitachi，Ateml，Tosbiba等基本上可达820mA的水平。这些电流较大的驱动电路集成到芯片内部在工作时带来了各种噪声，为了减少这种影响，现在单片机采用多个小管子并联等效一个大管子的方法，并在每个小管子的输出端串上不同等效阻值的电阻，以降低di/dt，这也就是所谓跳变沿软化技术，从而消除大电流瞬变时产生的噪声。 3、采用低频时钟 高频外时钟是噪声源之一，不仅能对单片机应用系统产生干扰，还会对外界电路产生干扰，令电磁兼容性不能满足要求。对于要求可靠性较高的系统，低频外时钟有利于降低系统的噪声。在一些单片机中采用内部琐相环技术，则在外部时钟较低时，

38、也能产生较高的内部总线速度，从而保证了速度又降低了噪声。Motorola公司的MC68HC08系列及其1 6/32位单片机就采用了这种技术以提高可靠性。1.1.6单片机的发展特点单片机在目前的发展形势下，表现出几大趋势： 可靠性及应用越来越水平高和互联网连接已是一种明显的走向。 所集成的部件越来越多；NS（美国国家半导体）公司的单片机已把语音、图象部件也集成到单片机中，也就是说，单片机的意义只是在于单片集成电路，而不在于其功能了；如果从功能上讲它可以讲是万用机。原因是其内部已集成上各种应用电路。 功耗越来越低和模拟电路结合越来越多。 随着半导体工艺技术的发展及系统设计水平的提高，单片机还会不断

39、产生新的变化和进步，最终人们可能发现：单片机与微机系统之间的距离越来越小，甚至难以辨认。目前，单片机正朝着高性能和多品种方向发展趋势将是进一步向着CMOS化、低功耗、小体积、大容量、高性能、低价格和外围电路内装化等几个方面发展。下面是单片机的主要发展趋势。CMOS化 近年，由于CHMOS技术的进小，大大地促进了单片机的CMOS化。CMOS芯片除了低功耗特性之外，还具有功耗的可控性，使单片机可以工作在功耗精细管理状态。MCS-51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

40、导体工艺)。象80C51就采用了HMOS(即高密度金属氧化物半导体工艺)和CHMOS(互补高密度金属氧化物半导体工艺)。CMOS虽然功耗较低，但由于其物理特征决定其工作速度不够高，而CHMOS则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象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。因而，在单片机领域CMOS正在逐渐取代TTL电路。低功耗化 单片机的功耗已从Ma级，甚至1uA以下；使用电压在36V之间，完全适应电池工作。低功耗化的效应不仅是功耗低，而且带来了产品的高可靠性、高抗干扰能力以及产品的便携化。低电压化 几乎所有的单片机都有WAIT、STOP等省电

41、运行方式。允许使用的电压范围越来越宽，一般在36V范围内工作。低电压供电的单片机电源下限已可达12V。目前0.8V供电的单片机已经问世。低噪声与高可靠性 为提高单片机的抗电磁干扰能力，使产品能适应恶劣的工作环境，满足电磁兼容性方面更高标准的要求，各单片厂家在单片机内部电路中都采用了新的技术措施。大容量化 以往单片机内的ROM为1KB4KB，RAM为64128B。但在需要复杂控制的场合，该存储容量是不够的，必须进行外接扩充。为了适应这种领域的要求，须运用新的工艺，使片内存储器大容量化。目前，单片机内ROM最大可达64KB，RAM最大为2KB。高性能化 主要是指进一步改进CPU的性能，加快指令运算

42、的速度和提高系统控制的可靠性。采用精简指令集（RISC）结构和流水线技术，可以大幅度提高运行速度。现指令速度最高者已达100MIPS（Million Instruction Per Seconds，即兆指令每秒），并加强了位处理功能、中断和定时控制功能。这类单片机的运算速度比标准的单片机高出10倍以上。由于这类单片机有极高的指令速度，就可以用软件模拟其I/O功能，由此引入了虚拟外设的新概念。小容量、低价格化与上述相反，以4位、8位机为中心的小容量、低价格化也是发展动向之一。这类单片机的用途是把以往用数字逻辑集成电路组成的控制电路单片化，可广泛用于家电产品。外围电路内装化 这也是单片机发展的主要

43、方向。随着集成度的不断提高，有可能把众多的各种处围功能器件集成在片内。除了一般必须具有的CPU、ROM、RAM、定时器/计数器等以外，片内集成的部件还有模/数转换器、DMA控制器、声音发生器、监视定时器、液晶显示驱动器、彩色电视机和录像机用的锁相电路等。串行扩展技术 在很长一段时间里，通用型单片机通过三总线结构扩展外围器件成为单片机应用的主流结构。随着低价位OTP（One Time Programble）及各种类型片内程序存储器的发展，加之处围接口不断进入片内，推动了单片机“单片”应用结构的发展。特别是I C、SPI等串行总线的引入，可以使单片机的引脚设计得更少，单片机系统结构更加简化及规范化

44、。随着半导体集成工艺的不断发展，单片机的集成度将更高、体积将更小、功能将列强。在单片机家族中，80C51系列是其中的佼佼者，加之Intel公司将其MCS 51系列中的80C51内核使用权以专利互换或出售形式转让给全世界许多著名IC制造厂商，如Philips、 NEC、Atmel、AMD、华邦等，这些公司都在保持与80C51单片机兼容的基础上改善了80C51的许多特性。这样，80C51就变成有众多制造厂商支持的、发展出上百品种的大家族，现统称为80C51系列。80C51单片机已成为单片机发展的主流。专家认为，虽然世界上的MCU品种繁多，功能各异，开发装置也互不兼容，但是客观发展表明，80C51可

45、能最终形成事实上的标准MCU芯片。1.2 MCS-51系列单片机Intel 公司于1976年推出了MCS-48系列单片机，于1980年推出了MCS-51系列单片机，于1983年推出了MCS-96系列单片机。MCS-51系列单片机有8051/8751/8031、8052/8752/8032、8044/874480C51BH/87C51/80C31BH、83C252/87C252/80C252等品种。它们的引脚及指令系统相互兼容，主要在内部结构和应用上有些区别。1.2.1 MCS-51系列单片机分类按结构及功能可以把它们分成几类：（1）基本型 如8051/8751/8031。（2）加强型 如805

46、2/8752/8032，其内部ROM扩展到8KB，RAM增至256字节，16位定时器增3个，串行口通信速率提高5倍，ROM中还增加固化BASIC解释程序包。（3）低功耗型 如80C51BH/87C51/80C31BH，均采用CHMOS工艺，功耗很低。（4）专用型 如8044/8744，它们在基本型的基础上又增加一个串行口部件，主要用于位总线分布控制系统。（5）超8位型 如83C252/87C252/80C252，它们的功能介于MCS-51和MCS-96系统之间，是超强51系列机，不仅具有51系列的全部功能，还具有96系统的许多功能。1.2.2 MCS-51单片机内部结构及组成由于MCS-51系

47、列单片机的基本功能是兼容的，因此，我们以8051为例，来介绍51系列单片机的基本功用，其典型产品为8051、8751、8031。它们的差别是：8751内部有4KB的EPROM；8031无内部ROM，必须外接EPROM；8051内部有4KB掩膜ROM。如图1.2.2所示，8051具有如下内部结构：图1.2.2 8051内部结构8051具有如下内部结构1.2.3 MCS-51引脚及功能图1.2.3MCS-51单片机引脚排列8051单片机是标准的40引脚集成电路芯片。引脚排列如图1.2.3各引脚功能简要说明如下：1输入/输出引脚（I/O口线）P0.0P0.7:P0口8位双向I/O口，占3932脚；P1.0P1.7:P1口8位准双向I/O口，占18脚；P2.0P2.7:P2口8位准双向I/O口，占2128脚；P3.0P3.7:P3口8位准双向I/O口，占1017脚；（解释各口线的功能、作用及负载能力）2控制口线(29脚)：外部程序存储器读选通信号。在访问外部ROM时，信号定时输出脉冲，作为外部ROM的选通信号。ALE/(30脚)：地址锁存允许/编程信号。在访问片外存储器时，该引脚是地址锁存信号；对8751内部EPROM编程时为编程脉冲输入端。/VPP(31脚)： 外部程序存储