嵌入式系统设计课程设计

嵌入式理论及应用

设计题目:基于μC/OS-II8*8点阵的设计与制作

嵌入式系统设计课程设计

一、概述

1. 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。

2. 单片机历史

单片机诞生于20世纪70年代末，经历了SCM、MCU、SoC三大阶段。

1.SCM即单片微型计算机（Single Chip Microcomputer）阶段，主要是寻求最佳的单片形态嵌入式系统的最佳体系结构。“创新模式”获得成功，奠定了SCM与通用计算机完全不同的发展道路。在开创嵌入式系统独立发展道路上，Intel公司功不可没。

2.MCU即微控制器（Micro Controller Unit）阶段，主要的技术发展方向是：不断扩展满足嵌入式应用时，对象系统要求的各种外围电路与接口电路，突显其对象的智能化控制能力。它所涉及的领域都与对象系统相关，因此，发展MCU的重任不可避免地落在电气、电子技术厂家。从这一角度来看，Intel逐渐淡出MCU的发展也有其客观因素。在发展MCU方面，最著名的厂家当数Philips公司。

3.单片机是嵌入式系统的独立发展之路，向MCU阶段发展的重要因素，就是寻求应用系统在芯片上的最大化解决；因此，专用单片机的发展自然形成了SoC化趋势。随着微电子技术、IC设计、EDA工具的发展，基于SoC的单片机应用系统设计会有较大的发展。因此，对单片机的理解可以从单片微型计算机、单片微控制器延伸到单片应用系统。

3. 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，录像机、摄像机、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，在大型电路中，这种模块化应用极大地缩小了体积，简化了电路，降低了损坏、错误率，也方便于更换。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。

二、单片机的结构与原理

1.AT89C55芯片

AT89C55单片机芯片内部结构框图如图1所示。

图1 AT89C55单片机芯片内部结构

AT89C55，它是美国ATMEL公司生产的低电压，高性能CMOS8位单片机，片内含20kbytes 的可反复擦写的Flash只读程序存储器（ROM）和256*8bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，与标准MCS-51指令系统及8052产品引脚兼容，片内置通用8 位中央处理器（CPU）和Flash存储单元，功能强大AT89C55单片机适合于许多较为复杂控制应用场合。

主要性能参数：

·与MCS-51产品指令和引脚完全兼容

·20K字节可重擦写Flash闪速存储器

·1000次擦写周期

·全静态擦写周期：0Hz—33Hz

·三级加密程序存储器

·256*8字节内部RAM

·32个可编程I/O口线

·三个16位定时/计数器

·8个中断源

·低功耗空闲和掉电模式

功能特性概述：

AT89C55是一种低功耗，高性能8位CMOS单片机，具有20K字节可重擦写Flash闪速

存储器，该设备是采用Atmel的高密度非易失性内存技术，并与业界标准80C51指令集和引

脚兼容，片上闪存程序存储器可重新编程的系统或由传统的非易失性内存编程通过将通用的8位CPU与Flash在monolithicchip芯片， AT89C55是一个强大的微型计算机提供了一个高度灵活和成本有效地解决许多嵌入式控制应用。

该AT89C55的标准提供了以下功能：20,000字节的闪存，256内存，32个字节/ O线，三个16位定时器/计数器，6向量两级中断结构，全双工串行端口，片上振荡器和时钟电路。此外，AT89C55的目的是为降低到零频率静态逻辑，支持两种软件可选省电模式。空闲模式停止的CPU，同时允许RAM工作，定时器/计数器，串行端口和中断系统继续运作。运作。在掉电模式保存RAM的内容，但冻结振荡器，禁用直到下一个硬件复位所有其他片上功能运作。

引脚说明：

Vcc：电源供电

GND：地

P0 口：P0口是一个8位漏极开路的双向I/O口。作为输出口，每位能驱动8个TTL逻

辑电平。对P0端口写“1”时，引脚用作高阻抗输入。

当访问外部程序和数据存储器时，P0口也被作为低8位地址/数据复用。在这种模式下，

P0具有内部上拉电阻。

在 flash编程时，P0口也用来接收指令字节；在程序校验时，输出指令字节。程序校验时，需要外部上拉电阻。

P1 口：P1 口是一个具有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口，p1 输出缓冲器能驱动4 个TTL 逻辑电平。对P1 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。

此外，P1.0和P1.2分别作定时器/计数器2的外部计数输入（P1.0/T2）和时器/计数器2的触发输入（P1.1/T2EX），

P2口：P2 口是一个具有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口，P2 输出缓冲器能驱动4 个TTL 逻辑电平。对P2 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。在访问外部程序存储器或用16位地址读取外部数据存储器（例如执行MOVX @DPTR）时，P2 口送出高八位地址。在这种应用中，P2 口使用很强的内部上拉发送1。在使用8位地址（如MOVX @RI）访问外部数据存储器时，P2口输出P2锁存器的内容。

在flash编程和校验时，P2口也接收高8位地址字节和一些控制信号。

P3 口：P3 口是一个具有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口，p2 输出缓冲器能驱动4 个TTL 逻辑电平。对P3 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。

RST：复位输入。关于这两个机器周期针高，而振荡器运行重置设备。

：地址锁存控制信号（ALE）是访问外部程序存储器时，锁存低8 位地址的

输出脉冲。在flash编程时，此引脚（）也用作编程输入脉冲。

在一般情况下，ALE 以晶振六分之一的固定频率输出脉冲，可用来作为外部定时器或时钟使用。然而，特别强调，在每次访问外部数据存储器时，ALE脉冲将会跳过。如果需要，通过将地址为8EH的SFR的第0位置“1”，ALE操作将无效。这一位置“1”，ALE 仅在执行MOVX 或MOVC指令时有效。否则，ALE 将被微弱拉高。这个ALE 使能标志位（地址为8EH的SFR的第0位）的设置对微控制器处于外部执行模式下无效。

：程序存储允许（）输出是外部程序存储器的读选通信号，当AT89C52由外部