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试题： A甲1025参赛试题： 点阵电子显示屏（A题）参赛学生：冯元伟 物理与微电子学院 关童 物理与微电子学院 田立志 材料学院包装工程 参赛学校：山东大学 指导老师：陈延俊 秦峰 王延伟 仪维2006年9月11日目 录第一部分 摘要 ……………………………………………………3第二部分 设计任务………………………………………………4 1基本要求…………………………………………………………4 2发挥部分………………………………………………………………4 3创新部分………………………………………………………………4 2．方案论证与比较………………………………………5 1 显示部分………………………………………………………………5 2 数字时钟………………………………………………………………5 3 温度采集部分…………………………………………………………6 4 芯片选择………………………………………………………………6 5 闹铃方式的选择………………………………………………………6 6 止闹方式的选择………………………………………………………6 7 串口通讯芯片的选择…………………………………………………6 总体方案………………………………………………7 1 工作原理………………………………………………………………7 2 总体设计………………………………………………………………7 4．系统硬件设计…………………………………………7 1 AT89S52单片机最小系统…………………………………………8 2 温度测量模块………………………………………………………8 3 时钟模块……………………………………………………………8 4 键盘模块……………………………………………………………9 5 LED点阵显示模块…………………………………………………10 6 电源的选择…………………………………………………………11 7 PC机通讯……………………………………………………………12 8 整体电路……………………………………………………………12 5．系统软件设计…………………………………………7 1 主程序流程…………………………………………………………13 2 扫描子程序…………………………………………………………14 3 时间程序……………………………………………………………15 4 PC机串口通讯程序…………………………………………………15 5 亮度调节程序………………………………………………………16 6 温度程序……………………………………………………………17 6．测试与结果分析……………………………………17 1 基本部分测试与分析………………………………………………17 2 发挥部分测试与分析………………………………………………18 3 创新部分测试与分析………………………………………………18 7．设计总结……………………………………………18 8．参考资料……………………………………………18附录……………………………………………………………18例程…………………………………………………………18摘要 LED大屏幕显示系统，以AT89S52单片机为核心，由键盘显示、录放音模块、光电开关、温度采集、定时闹铃、LED大屏幕显示等功能模块组成。基于题目基本要求，本系统对时间显示和大屏幕显示进行了重点设计。此外，扩展单片机外围接口、温度采集、非接触式止闹、滚动屏幕显示、语音报时等功能。本系统大部分功能由软件来实现，吸收了硬件软件化的思想，大部分功能通过软件来实现，使电路简单明了，系统稳定性大大提高。本系统不仅成功的实现了要求的基本功能，发挥部分也得到完全的实现，而且有一定的创新功能。 关键字：单片机 LED大屏幕 滚屏显示 Abstract This large LED display screen system ，based on chip microcomputer AT89S52，is composed by the following functional modules : keyboard displaying ，sound photoelectricity untouched switch，temperature gathering ，timing bell， According to the basic requirements of the subject ，our system stresses on the realization of time displaying and large screen displaying ，Furthermore ，we also extend the primary function ，adding new functions ，such as the single chip peripheral ports ，temperature gathering ，untouched ring-stop， scroll screen display， sound timing and so Adopting the idea of hardware-to-software， most of those functions are realized by softwares， which makes the electrocircuit more concise and the system more stable ，The design achieved and even exceeded all the required basic technical indexes Key words: chip microcomputer large screen display system scroll screen display1任务设计1 基本要求：设计并制作LED电子显示屏和控制器。1 自制一台简易16行*32列点阵显示的LED电子显示屏； 2 自制显示屏控制器，扩展键盘和相应的接口实现多功能显示控制，显示屏显示数字和字母亮度适中，应无闪烁。 3 显示屏通过按键切换显示数字和字母；4 显示屏能显示4组特定数字或者英文字母组成的句子，通过按键切换显示内容；5 能显示4组特定汉字组成的句子，通过按键切换显示内容。2发挥部分：1自制一台简易16行*64列点阵显示的LED电子显示屏；2 LED显示屏亮度连续可调。3 实现信息的左右滚屏显示，预存信息的定时循环显示；4 实现实时时间的显示，显示屏数字显示： 时∶分∶秒（例如 18∶38∶59）；5增大到10组（每组汉字8个或16个数字和字符）预存信息，信息具有掉电保护；6实现和PC机通讯，通过PC机串口直接对显示信息进行更新（须做PC机客户程序）；3 创新部分 1 室温的测量 2 定时闹铃 3 整点报时 4 非接触止闹 2、方案论证1 显示部分: 显示部分是本次设计最核心的部分，对于LED8*8点阵显示有以下两种方案： 方案一：静态显示，将一帧图像中的每一个二极管的状态分别用0 和1 表示，若为0 ，则表示L ED 无电流，即暗状态;若为1 则表示二极管被点亮。若给每一个发光二极管一个驱动电路，一幅画面输入以后，所有L ED 的状态保持到下一幅画。对于静态显示方式方式，所需的译码驱动装置很多，引线多而复杂，成本高，且可靠性也较低。 方案二：动态显示，对一幅画面进行分割，对组成画面的各部分分别显示，是动态显示方式。动态显示方式方式，可以避免静态显示的问题。但设计上如果处理不当，易造成亮度低，闪烁问题。因此合理的设计既应保证驱动电路易实现，又要保证图像稳定，无闪烁。动态显示采用多路复用技术的动态扫描显示方式， 复用的程度不是无限增加的， 因为利用动态扫描显示使我们看到一幅稳定画面的实质是利用了人眼的暂留效应和发光二极管发光时间的长短， 发光的亮度等因素 我们通过实验发现， 当扫描刷新频率(发光二极管的停闪频率) 为50Hz， 发光二极管导通时间≥1m s 时， 显示亮度较好， 无闪烁感。 鉴于上述原因， 我们采用方案二 2．数字时钟 数字时钟是本设计的重要的部分。根据需要，可利用两种方案实现。 方案一：本方案完全用软件实现数字时钟。原理为：在单片机内部存储器设三个字节分别存放时钟的时、分、秒信息。利用定时器与软件结合实现1秒定时中断，每产生一次中断，存储器内相应的秒值加1；若秒值达到60，则将其清零，并将相应的分字节值加1；若分值达到60，则清零分字节，并将时字节值加1；若时值达到24，则将时字节清零。该方案具有硬件电路简单的特点，但当单片机不上电，程序将不执行。且由于每次执行程序时，定时器都要重新赋初值，所以该时钟精度不高。 方案二：本方案采用Dallas公司的专用时钟芯片DS1302。该芯片内部采用石英晶体振荡器，其芯片精度不大于10ms/年，且具有完备的时钟闹钟功能，因此，可直接对其以用于显示或设置，使得软件编程相对简单。为保证时钟在电网电压不足或突然掉电等突发情况下仍能正常工作，芯片内部包含锂电池。当电网电压不足或突然掉电时，系统自动转换到内部锂电池供电系统。而且即使系统不上电，程序不执行时，锂电池也能保证芯片的正常运行，以备随时提供正确的时间。 基于时钟芯片的上述优点，本设计采用方案二完成数字时钟的功能。3 温度采集部分 能进行温度测量是本设计的创新部分，由于现在用品追求多样化，多功能化，所以我们决定给系统加上温度测量显示模块，方便人们的生活，使该设计具有人性化。 方案一：采用热敏电阻，可满足 40 摄氏度至 90 摄氏度测量范围，但热敏电阻精度、重复性、可靠性较差，对于检测小于 1 摄氏度的信号是不适用的。 方案二：采用温度传感器DS18B20。DS18B20可以满足从-55摄氏度到+125摄氏度测量范围，且DS18B20测量精度高，增值量为5摄氏度，在一秒内把温度转化成数字，测得的温度值的存储在两个八位的RAM中，单片机直接从中读出数据转换成十进制就是温度，使用方便。 基于DS18b20的以上优点，我们决定选取DS18b20来测量温度。4 芯片的选择 方案一：采取并口输入，占用大量I/O口资源 方案二：选取串口输入，使用较少。所以我们选用串口输入。串口输入我们可以选用芯片有74HC595、74LS164、TPIC6B595。但是74HC595和74LS164两种芯片必须加驱动才能驱动LED，而TI 公司的DMOS 器件TPIC6B595 ， 除具有TTL 和CMOS 器件中移位寄存器595 的逻辑功能外， 其最大的特点是驱动功率大， 可直接用作LED的驱动。 综合以上比较，我们选取TPIC6B595来驱动LED点阵。5 闹铃方式的选择 方案一：采用蜂鸣器闹铃，当到设定时间时，单片机向蜂鸣器送出高电平，蜂鸣器发生。采用蜂鸣器闹铃结构简单，控制方便，但是发出的闹铃声音单一。 方案二：采用录音放音芯片1420闹铃，先对录放音设备录入一段音乐，当到设定时间时，单片机控制录放音设备放音。采用录放音电路铃声可以自己预先设定一段自己喜欢的音乐，符合电器设备人性化的要求。且1420芯片可以分段录音，还具有语音报时功能。 基于录音放音芯片1420的以上优点，我们决定采用录放音设备闹铃。 6 止闹方式的选择 一般钟表都具有闹钟功能，到设定时间，便自动启动闹钟，发出音乐提醒人们，再由人按下止闹按钮停止闹钟工作。 一般每天只能设置一次闹钟、并要由人按下按钮止闹，使用不是很方便。 智能处理器应用可改变这种状况，一天可按自己需要设置闹钟的开关、多次闹钟设置并可用非接触方式止闹。 方案一：采取远程红外遥控止闹，遥控器发出特定红外信号时，单片机接受到信号，向发音设备发出停止信号止闹。红外遥控止闹控制距离远，但是价格昂贵，增加了制造成本。 方案二：采取光电传感器，当用一物体遮挡光电传感光电传感器向单片机接口送出一个低电平，单片机立即向发音设备发出停止信号止闹。光电传感器价格便宜，线路简单，易于控制。 基于以上比较我们决定采用光电传感器止闹。7 串口通讯芯片的选择 AT89S52串行口采用的是TTL电平，因此必须的有电平转换电路，可以选择1488，1489，MAX232A 方案一：采用1488或1489芯片实现电平转换，但在使用中发现这两种芯片可靠性不高，且需要正负12V电源，使用麻烦。 方案二：采用单电源电平转换芯片MAX232A可以使电路变得简单，可靠。 基于以上分析，我们选用方案二，选用芯片MAX232A8 电源模块 方案一：采用干电池作为LED点阵系统的电源，由于点阵系统耗电量较大，使用干电池需经常换电池，不符合节约型社会的要求。点阵系统要悬挂在墙上，电池总量大，使用会有较大安全隐患。 方案二：采用200W/5V直流稳压电源作为系统电源，不仅功率上可以满足系统需要，不需要更换电源，并且比较轻便，使用更加安全可靠 基于以上分析，我们决定采用方案二3、总体方案1 工作原理: 利用单片机AT89S52单片机作为本系统的中控模块。单片机可把由DS18B20、DS1302读来的数据利用软件来进行处理，从而把数据传输到显示模块，实现温度、日历的显示。点阵LED电子显示屏显示器为主要的显示模块，把单片机传来的数据显示出来，并且可以实现滚动显示。利用光电传感器来实现非接触止闹功能。在显示电路中，主要靠按键来实现各种显示要求的选择与切换。2 总体设计 设计总体框图如图14、系统硬件设计（单元电路设计及分析） 1 AT89S52单片机最小系统： 最小系统包括晶体振荡电路、复位开关和电源部分。图2为AT89S52单片机的最小系统。2 温度测量模块: 温度测量传感器采用DALLAS公司DS18B20的单总线数字化温度传感器，测温范围为-55℃~125℃，可编程为9位~12位A/D转换精度，测温分辨率达到0625℃，采用寄生电源工作方式， CPU只需一根口线便能与DS18B20通信，占用CPU口线少，可节省大量引线和逻辑电路。接口电路如图3所示。图3 DS18B20测量电路3 时钟模块 时钟模块采用DS1302芯片，DS1302 是DALLAS 公司推出的涓流充电时钟芯片内含有一个实时时钟/日历和31 字节静态RAM 通过简单的串行接口与单片机进行通信实时时钟/日历电路提供秒分时日日期月年的信息每月的天数和闰年的天数可自动调整时钟操作可通过AM/PM 指示决定采用24 或12 小时格式DS1302 与单片机之间能简单地采用同步串行的方式进行通信仅需用到三个口线1 RES 复位2 I/O 数据线3 SCLK串行时钟时钟/RAM 的读/写数据以一个字节或多达31 个字节的字符组方式通信DS1302 工作时功耗很低保持数据和时钟信息时功率小于1mW，其接线电路如图4 图4 时钟电路4 键盘模块 键盘、状态显示模块：为了使软件编程简单，本设计利用可编程芯片8255。接法如表1所示。PA口接按键，PC口则用于控制状态显示所用LED点阵。每个按键都通过一个10K的上拉电阻接电源+Vcc，按键的另一端接地。当有键按下时，与该键相连的PA口的相应位变为低电平，单片机检测到该变化后即转到相应的键处理程序，同时在程序中点亮LED点阵。模块电路如图5 LED显示模块 点阵数据串行输入， 器件为 移位寄存器TPIC6B595595， 门控和扫描信号常以16 点阵为一行进行并行处理。在点阵显示中以4×8个L ED 点阵构成一个L ED 显示单元， 采用行共阳列共阴的编排方式。其驱动分为行列两部分， 分别来自于行、列移位寄存器， 行数据是扫描数据， 16 行中每次只有一行被驱动， 采用逐行扫描方式， 列数据则为汉字的点阵码。。对于字符和图形显示也可以用点阵处理， 其显示原理和方法相同电路如图6 图6 LED显示电路6电源选择： 200W/5V的直流稳压电源更加安全电路图如图7图7 电源电路7 PC机通讯 MAX232是标准的串口通信接口，对于一般的双向通讯，只需要使用串行输入口RXD(第3脚)、串行输出TXD(第2脚)和地线（第7脚）。MAX232逻辑电平的规定如表 表 2 逻辑电平表逻辑值 电平幅值 (v) 0 3+~+15 1 3-~-15 图8 串口通讯8整体电路系统整体电路如下： 图9 整体电路5、系统软件设计1主程序如图2显示子程序流程如图 3 显示时间子程序流程如图12图12 时间子程序流程图4 与PC串口通讯程序5 LED亮度调节图 14 LED亮度调节6温度测量流程图如图15 图15 温度测量程序流程图6、测量及其结果分析1 基本部分测试与分析11 测试仪器： 秒表 、温度表、万用电表、WAVE仿真器12基本要求部分的测试与分析： （1）系统上电后，全屏点亮，没有暗点。接着显示时间。按“#”键后时扫描键盘，当有1~10键按下时，分别显示十段设定的数字、英文或汉字。 （2）显示时间时通过与秒表对比，测试的系统时间准确。 2 发挥部分测试与分析：(1) 当按下#后在按下进入亮度调节，按下“+”键时，亮度增加。按下“—”键时，亮度变弱。(2) 可以实现文字左右移动 (3) 按下“设置时间”键，观察到“钟表” 二极管点亮，此时可对时间进行设置。按下“时间设置“进入时调试，按“+”键时间加。在按下“切换”键时，进入分调整模式，按下“+”键，分增加。按下“选择”键时，分调整模式改为秒调整模式，按下“+”键秒增加。经测试该步可以很好的实现。调整时间完毕后，再按一下“闹钟设置”进入闹铃设置状态，按下“+”键设定“时”增加，在按下“选择”键进入分的设置，按下“+”键设定“分”增加。在按下“选择”键进入秒设置模式，按“+”键秒增加。(4)系统可以显示10组，每组8个汉字，完成要求 3 创新部分测试与分析（1）温度测量: 键盘切换现场环境温度显示：按“功能”键选择“温度”，将温度传感器和温度计放入不同的测试环境中进行测试，结果如表1所示。 表1 与标准温度计测量值比较表 温度计示值(摄氏度) 3 2 7 1 5 温度输出(摄氏度) 10 25 50 70 86 由测试知，数字钟的输出与温度计值基本上相等，误差不大于5度。(2) 当到设定时间时，开始访一段音乐，完成定时闹铃功能。(3)当用手遮挡光电传感器后，停止放音。手拿开后，不再放音，直到到设定时间。完成非接触止闹功能7、设计总结 全心准备了整整一个酷暑，9月8日我们终于拿到了试题，我们一致选择控制类题目A(LED点阵)，从基本方案的制定，在到硬件电路的选择，到制作电路制作，最后进行程序调试。在此期间我们遇到很多困难，几乎没有说过一次好觉，尽管很艰苦，但是我们各自分工，相互协作，一次又一次品尝到了解决问题的喜悦，最终完成了要求的全部功能，并加入了一些创新的部分。在竞赛中我们发现了自己知识的不足，通过四天三夜的奋斗，也可以说四天三夜的学习，我们学到了很多东西，最重要的是我们学会了一种精神————永不放弃。在以后的时间里面我们会用这种精神去学习，更上一层楼。8、参考资料 [1]《基于单片机结构的智能系统设计与实现》 沈红卫 编 电子工业出版社 [2]《单片机原理与接口技术》 黄惠媛 编 海洋出版社 [3]《单片机应用技术》 周平 伍云辉 编 电子科技大学出版社 [4]《8051单片机实践与应用》 吴金戌 沈金阳 郭庭吉 编 清华大学出版社 [5]《电子设计竞赛赛题解析》 黄正谨等编 东南大学出版社 附录：例：整屏四个字一起显示的程序SER EQU P0 ; TPIC6B595 第3脚OE EQU P1；TPIC6B595 第8脚RCK EQU P2；TPIC6B595 第12脚MR EQU P3；TPIC6B595 第9脚SRCLK EQU P4；TPIC6B595 第13脚ORG 0000HLJMP MAINORG 0100H;**************************主程序**********************************MAIN: MOV SP，#70HSETB OE MOV 2BH，#00HMOV 27H，#00HSTART: ;初始化寄存器RAM单元MOV R0， #30HMOV R1，#64H ;30H~6FH单元清零MOV A， #00HST: MOV @R0，A INC R0 DJNZ R1，ST;2Dh------寻址偏址 ;整屏四个字一起显示LOOP:MOV DPTR，#TAB;赋查表初值MOV R3，#56PLAY: MOV 2DH，#00H MOV 2FH，#10HGG: LCALL LINE16;扫描显示一次MOV 2DH，#00HDJNZ 2FH，GGMOV A，DPLCLR CADD A， #16MOV DPL ，AMOV A， DPHADDC A ，#00HMOV DPH， ADJNZ R3，PLAYSJMP STARTLINE16: MOV 2BH，#16;扫16行，2BH放后还剩几行FF: LCALL LINE1;扫描显示一行子程序DJNZ 2BH，FF;扫描行直到16行扫完再转RETLINE1:LCALL MSTR;将显示的内容移入内存单元 LCALL SEND;发送串口子程序 LCALL XH;选通行子程序 RETMSTR: ;显示内容移入内存单元 MOV R0，#30H MOV R4，#9 MOV A，2DH;BB: MOVC A，@A+DPTR MOV @R0，A INC R0 MOV A，2DH ADD A，#16;加16移到下一行 MOV 2DH，A DJNZ R4，BB MOV A，2DH SUBB A，#143 MOV 2DH，A RET;$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$发送数据到串口子程序$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$SEND:MOV R0，#30H MOV R5，#8 ;一行有8个字节，如每次显示字数不同要作相应改动 SETB OE SETB MR CLR SRCLK CLR RCK SETB P6 SETB P7LQ: CLR C MOV R2，#8 MOV A，@R0 ; CPL A ;TPIC6B595应该不用这一步 LCALL DD1;调用显示一个字节的子程序 INC R0;指向下一个显示单元 DJNZ R5，LQ RETDD1: CLR SRCLK;清串行CP端 RLC A; MOV SER，C SETB SRCLK ;触发串行CP端 DJNZ R2，DD1;每个字节移8次够了向下执行 RET;选通行子程序XH: CLR RCK ;将输出CP变成低电平为上升沿做准备 NOP SETB RCK CLR P6 ;CLR P7 MOV A，27H MOV P0，A CLR OE LCALL DE25MS INC A SETB OE SETB P6 MOV A，27H ANL A，#0F0H SWAP A ADD A，#01H SWAP A MOV 27H，A CLR MR SETB MR RETDE25MS: MOV R5，#09H DEL2: MOV R6，#0FH DEL3: MOV R7，#01H DJNZ R7，$ DJNZ R6，DEL3 DJNZ R5，DEL2 RETTAB:字库END 
单片机是指一个集成在一块芯片上的完整计算机系统。尽管他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上。 单片机也被称为微控制器（Microcontroler），是因为它最早被用在工业控制领域。单片机由芯片内仅有CPU的专用处理器发展而来。最早的设计理念是通过将大量外围设备和CPU集成在一个芯片中，使计算机系统更小，更容易集成进复杂的而对提及要求严格的控制设备当中。INTEL的Z80是最早按照这种思想设计出的处理器，从此以后，单片机和专用处理器的发展便分道扬镳。 早期的单片机都是8位或4位的。其中最成功的是INTEL的8031，因为简单可靠而性能不错获得了很大的好评。此后在8031上发展出了MCS51系列单片机系统。基于这一系统的单片机系统直到现在还在广泛使用。随着工业控制领域要求的提高，开始出现了16位单片机，但因为性价比不理想并未得到很广泛的应用。90年代后随着消费电子产品大发展，单片机技术得到了巨大的提高。随着INTEL i960系列特别是后来的ARM系列的广泛应用，32位单片机迅速取代16位单片机的高端地位，并且进入主流市场。而传统的8位单片机的性能也得到了飞速提高，处理能力比起80年代提高了数百倍。目前，高端的32位单片机主频已经超过300MHz，性能直追90年代中期的专用处理器，而普通的型号出厂价格跌落至1美元，最高端的型号也只有10美元。当代单片机系统已经不再只在裸机环境下开发和使用，大量专用的嵌入式操作系统被广泛应用在全系列的单片机上。而在作为掌上电脑和手机核心处理的高端单片机甚至可以直接使用专用的Windows和Linux操作系统。 单片机比专用处理器最适合应用于嵌入式系统，因此它得到了最多的应用。事实上单片机是世界上数量最多的计算机。现代人类生活中所用的几乎每件电子和机械产品中都会集成有单片机。手机、电话、计算器、家用电器、电子玩具、掌上电脑以及鼠标等电脑配件中都配有1-2部单片机。而个人电脑中也会有为数不少的单片机在工作。汽车上一般配备40多部单片机，复杂的工业控制系统上甚至可能有数百台单片机在同时工作！单片机的数量不仅远超过PC机和其他计算的综合，甚至比人类的数量还要多。单片机介绍单片机又称单片微控制器，它不是完成某一个逻辑功能的芯片，而是把一个计算机系统集成到一个芯片上。概括的讲：一块芯片就成了一台计算机。它的体积小、质量轻、价格便宜、为学习、应用和开发提供了便利条件。同时，学习使用单片机是了解计算机原理与结构的最佳选择。 单片机内部也用和电脑功能类似的模块，比如CPU，内存，并行总线，还有和硬盘作用相同的存储器件，不同的是它的这些部件性能都相对我们的家用电脑弱很多，不过价钱也是低的，一般不超过10元即可用它来做一些控制电器一类不是很复杂的工作足矣了。我们现在用的全自动滚筒洗衣机、排烟罩、VCD等等的家电里面都可以看到它的身影！它主要是作为控制部分的核心部件。 它是一种在线式实时控制计算机，在线式就是现场控制，需要的是有较强的抗干扰能力，较低的成本，这也是和离线式计算机的（比如家用PC）的主要区别。 单片机是靠程序的，并且可以修改。通过不同的程序实现不同的功能，尤其是特殊的独特的一些功能，这是别的器件需要费很大力气才能做到的，有些则是花大力气也很难做到的。一个不是很复杂的功能要是用美国50年代开发的74系列，或者60年代的CD4000系列这些纯硬件来搞定的话，电路一定是一块大PCB板！但是如果要是用美国70年代成功投放市场的系列单片机，结果就会有天壤之别！只因为单片机的通过你编写的程序可以实现高智能，高效率，以及高可靠性！ 由于单片机对成本是敏感的，所以目前占统治地位的软件还是最低级汇编语言，它是除了二进制机器码以上最低级的语言了，既然这么低级为什么还要用呢？很多高级的语言已经达到了可视化编程的水平为什么不用呢？原因很简单，就是单片机没有家用计算机那样的CPU，也没有像硬盘那样的海量存储设备。一个可视化高级语言编写的小程序里面即使只有一个按钮，也会达到几十K的尺寸！对于家用PC的硬盘来讲没什么，可是对于单片机来讲是不能接受的。 单片机在硬件资源方面的利用率必须很高才行，所以汇编虽然原始却还是在大量使用。一样的道理，如果把巨型计算机上的操作系统和应用软件拿到家用PC上来运行，家用PC的也是承受不了的。 可以说，二十世纪跨越了三个“电”的时代，即电气时代、电子时代和现已进入的电脑时代。不过，这种电脑，通常是指个人计算机，简称PC机。它由主机、键盘、显示器等组成。还有一类计算机，大多数人却不怎么熟悉。这种计算机就是把智能赋予各种机械的单片机（亦称微控制器）。顾名思义，这种计算机的最小系统只用了一片集成电路，即可进行简单运算和控制。因为它体积小，通常都藏在被控机械的“肚子”里。它在整个装置中，起着有如人类头脑的作用，它出了毛病，整个装置就瘫痪了。现在，这种单片机的使用领域已十分广泛，如智能仪表、实时工控、通讯设备、导航系统、家用电器等。各种产品一旦用上了单片机，就能起到使产品升级换代的功效，常在产品名称前冠以形容词——“智能型”，如智能型洗衣机等。现在有些工厂的技术人员或其它业余电子开发者搞出来的某些产品，不是电路太复杂，就是功能太简单且极易被仿制。究其原因，可能就卡在产品未使用单片机或其它可编程逻辑器件上。单片机的应用领域目前单片机渗透到我们生活的各个领域，几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。导弹的导航装置，飞机上各种仪表的控制，计算机的网络通讯与数据传输，工业自动化过程的实时控制和数据处理，广泛使用的各种智能IC卡，民用豪华轿车的安全保障系统，录象机、摄象机、全自动洗衣机的控制，以及程控玩具、电子宠物等等，这些都离不开单片机。更不用说自动控制领域的机器人、智能仪表、医疗器械了。因此，单片机的学习、开发与应用将造就一批计算机应用与智能化控制的科学家、工程师。 单片机广泛应用于仪器仪表、家用电器、医用设备、航空航天、专用设备的智能化管理及过程控制等领域，大致可分如下几个范畴：在智能仪器仪表上的应用 单片机具有体积小、功耗低、控制功能强、扩展灵活、微型化和使用方便等优点，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、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、微型化，且功能比起采用电子或数字电路更加强大。例如精密的测量设备（功率计，示波器，各种分析仪）。在工业控制中的应用 用单片机可以构成形式多样的控制系统、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、各种报警系统，与计算机联网构成二级控制系统等。在家用电器中的应用 可以这样说，现在的家用电器基本上都采用了单片机控制，从电饭褒、洗衣机、电冰箱、空调机、彩电、其他音响视频器材、再到电子秤量设备，五花八门，无所不在。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，为在计算机网络和通信设备间的应用提供了极好的物质条件，现在的通信设备基本上都实现了单片机智能控制，从手机，电话机、小型程控交换机、楼宇自动通信呼叫系统、列车无线通信、再到日常工作中随处可见的移动电话，集群移动通信，无线电对讲机等。单片机在医用设备领域中的应用 单片机在医用设备中的用途亦相当广泛，例如医用呼吸机，各种分析仪，监护仪，超声诊断设备及病床呼叫系统等等。此外，单片机在工商，金融，科研、教育，国防航空航天等领域都有着十分广泛的用途。学习应中六大重要部分单片机学习应中的六大重要部分 一、总线：我们知道，一个电路总是由元器件通过电线连接而成的，在模拟电路中，连线并不成为一个问题，因为各器件间一般是串行关系，各器件之间的连线并不很多，但计算机电路却不一样，它是以微处理器为核心，各器件都要与微处理器相连，各器件之间的工作必须相互协调，所以就需要的连线就很多了，如果仍如同模拟电路一样，在各微处理器和各器件间单独连线，则线的数量将多得惊人，所以在微处理机中引入了总线的概念，各个器件共同享用连线，所有器件的8根数据线全部接到8根公用的线上，即相当于各个器件并联起来，但仅这样还不行，如果有两个器件同时送出数据，一个为0，一个为1，那么，接收方接收到的究竟是什么呢？这种情况是不允许的，所以要通过控制线进行控制，使器件分时工作，任何时候只能有一个器件发送数据（可以有多个器件同时接收）。器件的数据线也就被称为数据总线，器件所有的控制线被称为控制总线。在单片机内部或者外部存储器及其它器件中有存储单元，这些存储单元要被分配地址，才能使用，分配地址当然也是以电信号的形式给出的，由于存储单元比较多，所以，用于地址分配的线也较多，这些线被称为地址总线。 二、数据、地址、指令：之所以将这三者放在一起，是因为这三者的本质都是一样的——数字，或者说都是一串‘0’和‘1’组成的序列。换言之，地址、指令也都是数据。指令：由单片机芯片的设计者规定的一种数字，它与我们常用的指令助记符有着严格的一一对应关系，不可以由单片机的开发者更改。地址：是寻找单片机内部、外部的存储单元、输入输出口的依据，内部单元的地址值已由芯片设计者规定好，不可更改，外部的单元可以由单片机开发者自行决定，但有一些地址单元是一定要有的（详见程序的执行过程）。数据：这是由微处理机处理的对象，在各种不同的应用电路中各不相同，一般而言，被处理的数据可能有这么几种情况： 1•地址（如MOV DPTR，#1000H），即地址1000H送入DPTR。 2•方式字或控制字（如MOV TMOD，#3），3即是控制字。 3•常数（如MOV TH0，#10H）10H即定时常数。 4•实际输出值（如P1口接彩灯，要灯全亮，则执行指令：MOV P1，#0FFH，要灯全暗，则执行指令：MOV P1，#00H）这里0FFH和00H都是实际输出值。又如用于LED的字形码，也是实际输出的值。 理解了地址、指令的本质，就不难理解程序运行过程中为什么会跑飞，会把数据当成指令来执行了。 三、P0口、P2口和P3的第二功能用法：初学时往往对P0口、P2口和P3口的第二功能用法迷惑不解，认为第二功能和原功能之间要有一个切换的过程，或者说要有一条指令，事实上，各端口的第二功能完全是自动的，不需要用指令来转换。如P6、P7分别是WR、RD信号，当微片理机外接RAM或有外部I/O口时，它们被用作第二功能，不能作为通用I/O口使用，只要一微处理机一执行到MOVX指令，就会有相应的信号从P6或P7送出，不需要事先用指令说明。事实上‘不能作为通用I/O口使用’也并不是‘不能’而是（使用者）‘不会’将其作为通用I/O口使用。你完全可以在指令中按排一条SETB P7的指令，并且当单片机执行到这条指令时，也会使P7变为高电平，但使用者不会这么去做，因为这通常这会导致系统的崩溃。 四、程序的执行过程： 单片机在通电复位后8051内的程序计数器（PC）中的值为‘0000’，所以程序总是从‘0000’单元开始执行，也就是说：在系统的ROM中一定要存在‘0000’这个单元，并且在‘0000’单元中存放的一定是一条指令。 五、堆栈： 堆栈是一个区域，是用来存放数据的，这个区域本身没有任何特殊之处，就是内部RAM的一部份，特殊的是它存放和取用数据的方式，即所谓的‘先进后出，后进先出’，并且堆栈有特殊的数据传输指令，即‘PUSH’和‘POP’，有一个特殊的专为其服务的单元，即堆栈指针SP，每当执一次PUSH指令时，SP就（在原来值的基础上）自动加1，每当执行一次POP指令，SP就（在原来值的基础上）自动减1。由于SP中的值可以用指令加以改变，所以只要在程序开始阶段更改了SP的值，就可以把堆栈设置在规定的内存单元中，如在程序开始时，用一条MOV SP，#5FH指令，就时把堆栈设置在从内存单元60H开始的单元中。一般程序的开头总有这么一条设置堆栈指针的指令，因为开机时，SP的初始值为07H，这样就使堆栈从08H单元开始往后，而08H到1FH这个区域正是8031的第二、三、四工作寄存器区，经常要被使用，这会造成数据的浑乱。不同作者编写程序时，初始化堆栈指令也不完全相同，这是作者的习惯问题。当设置好堆栈区后，并不意味着该区域成为一种专用内存，它还是可以象普通内存区域一样使用，只是一般情况下编程者不会把它当成普通内存用了。 六、单片机的开发过程： 这里所说的开发过程并不是一般书中所说的从任务分析开始，我们假设已设计并制作好硬件，下面就是编写软件的工作。在编写软件之前，首先要确定一些常数、地址，事实上这些常数、地址在设计阶段已被直接或间接地确定下来了。如当某器件的连线设计好后，其地址也就被确定了，当器件的功能被确定下来后，其控制字也就被确定了。然后用文本编辑器（如EDIT、CCED等）编写软件，编写好后，用编译器对源程序文件编译，查错，直到没有语法错误，除了极简单的程序外，一般应用仿真机对软件进行调试，直到程序运行正确为止。运行正确后，就可以写片（将程序固化在EPROM中）。在源程序被编译后，生成了扩展名为HEX的目标文件，一般编程器能够识别这种格式的文件，只要将此文件调入即可写片。在此，为使大家对整个过程有个认识，举一例说明： ORG 0000H LJMP START ORG 040H START： MOV SP，#5FH ;设堆栈 LOOP： NOP LJMP LOOP ；循环 END ；结束单片机学习目前，很多人对汇编语言并不认可。可以说，掌握用C语言单片机编程很重要，可以大大提高开发的效率。不过初学者可以不了解单片机的汇编语言，但一定要了解单片机具体性能和特点，不然在单片机领域是比较致命的。如果不考虑单片机硬件资源，在KEIL中用C胡乱编程，结果只能是出了问题无法解决！可以肯定的说，最好的C语言单片机工程师都是从汇编走出来的编程者因为单片机的C语言虽然是高级语言，但是它不同于台式机个人电脑上的VC++什么的单片机的硬件资源不是非常强大，不同于我们用VC、VB等高级语言在台式PC上写程序毕竟台式电脑的硬件非常强大，所以才可以不考虑硬件资源的问题。以8051单片机为例讲解单片机的引脚及相关功能;《单片机引脚图》40个引脚按引脚功能大致可分为4个种类：电源、时钟、控制和I/O引脚。⒈ 电源: ⑴ VCC - 芯片电源，接+5V；⑵ VSS - 接地端；注：用万用表测试单片机引脚电流一般为0v或者5v，这是标准的TTL电平，但有时候在单片机程序正在工作时候测试结果并不是这个值而是介于0v-5v之间，其实这之是万用表反映没这么快而已，在某一个瞬间单片机引脚电流还是保持在0v或者5v的。⒉ 时钟:XTAL1、XTAL2 - 晶体振荡电路反相输入端和输出端。 ⒊ 控制线:控制线共有4根，⑴ ALE/PROG:地址锁存允许/片内EPROM编程脉冲 ① ALE功能：用来锁存P0口送出的低8位地址 ② PROG功能：片内有EPROM的芯片，在EPROM编程期间，此引脚输入编程脉冲。 ⑵ PSEN:外ROM读选通信号。 ⑶ RST/VPD:复位/备用电源。 ① RST（Reset）功能：复位信号输入端。 ② VPD功能：在Vcc掉电情况下，接备用电源。 ⑷ EA/Vpp:内外ROM选择/片内EPROM编程电源。 ① EA功能：内外ROM选择端。 ② Vpp功能：片内有EPROM的芯片，在EPROM编程期间，施加编程电源Vpp。⒋ I/O线80C51共有4个8位并行I/O端口：P0、P1、P2、P3口，共32个引脚。P3口还具有第二功能，用于特殊信号输入输出和控制信号（属控制总线）
6、 基于单片机的超声波测距仪的设计11、 定时闹铃的设计与实现
