(完整版)基于AT89C51单片机实验开发板系统毕业设计论文

基于AT89C51单片机实验开发板系统设计

摘要... I

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第1章绪论 (1)

1.1 单片机现状及发展概述 (1)

1.2 单片机的性能特点 (2)

1.3 单片机的主要产品及系列 (3)

第2章实验板总体设计方案 (6)

2.1 实验板系统功能 (6)

2.2 实验板的性能要求 (6)

2.3 AT89C51 在实验板中的应用 (7)

第3章实验板的硬件设计 (8)

3. 1 硬件总体设计 (8)

3. 2 各功能模块设计 (9)

3.3.1 单片机外围电路 (9)

3.2.2 4×4矩阵键盘电路 (11)

3.2.3 液晶显示电路 (13)

3.2.4 串行通信电路 (14)

3.2.5 IO口扩展电路 (15)

3.2.6 电源电路 (15)

3.3 实验板元器件清单 (17)

第4章实验板的软件设计 (18)

4.1 软件总体设计 (18)

4.2 各模块设计流程图 (19)

4.2.1 键盘扫描子程序 (19)

4.2.2 液晶显示子程序 (24)

第5章实验板调试 (29)

5.1 调试的目的 (29)

5.2 调试的过程 (29)

第6章总结 (30)

致谢 (31)

参考文献 (32)

附录 (33)

附录1 英文翻译 (33)

附录2原理图 (42)

附录3 pcb图 (43)

第1章绪论

1.1 单片机现状及发展概述

单片机属于第四代微型计算机的一个重要分支。单片机是把中央处理器CPU （Central Processing Unit），随机存取存储器RAM（Random Access Memrty），只读存储器ROM（Read Only Memory）,定时器计数器以及IO接口电路等主要计算部件集成在一块集成电路芯片上的微型计算机。单片机的应用导致了控制领域的一场革命，是微控制技术逐步取代传统的硬件控制。近十几年来，单片机在生产过程控制、自动检测、数据采集与处理、科技计算、商业管理和办公室自动化等方面获得了广泛的应用。单片机具有体积小、重量轻、耗能省、价格低、可靠性高和通用灵活等优点，因此也广泛应用于卫星定向、汽车火花控制、交通自动管理和微波炉等专用控制上。近几年来，单片机的发展更为迅速，它己渗透到诸多学科的领域，以及人们生活的各个方面。

MCS-51系列中的一片89C51芯片，内部构造了完整的计算机硬件系统。从CPU、

存储器到输入输出端口，一应俱全。只要写入程序，就可完成中央控制或数据采集、处理及通信传输的信息处理机，MCS-51单片机指令系统中为适应控制的需要设有极强的位处理功能，具有加、减、乘、除指令;CPU时钟高达12MHz，完成单字节乘法或除法运算器件分军用和民用两级，民用产品主要用于办公室及机房环境，工作温度在0-701C，军用产品要求在恶劣环境条件下稳定工作，工作温度在-65～125℃:工业级产品的性能介于以上两者之间，在-40～+85C温度环境可正常工作。工业产品可靠性比民用产品强，而价格较军用品低。在单片机应用中，可以根据实际工作环境，选择工业级芯片，保证系统可靠性。

单片机出现的历史并不长，它的产生与发展与微处理器的产生与发展大体上同步，也经历了四个阶段:

第一阶段:1971～1974年，1971年11月美国Inter公司设计成集成度为2000只晶体管片的4位微处理器Intel 4004，并配有随机存取存储器RAM，只读存储器RAM和移位寄存器等芯片，构成第一台MCS-4微型计算机。随后又研制成了8位微处理器Intel 8008。这些微处理器虽说还不是单片机，但从此拉开了研制单片机的序幕。

第二阶段:1974～1978年，初级单片机阶段，以Intel公司的MCS-48为代表，这个阶段的单片机内集成有8位CPU，并行IO口，8位定时器计算器，寻址范围不大于4K，且无串行口。

第三阶段：1978～1983年，高性能单片机阶段。这一阶段单片机和前阶段相比，不仅存储容量和寻址范围大，而且中断源、并行IO口和定时器所数器个数有了增加，集成了全双工串行通信接口。在指令系统方面，普遍增设了乘除法和比较指令。MCS-51系列产品由于其优良的性能价格比，在相当一段时间处于主流产品地位。

第四阶段：1983年至今。8位单片机巩固发展及16位单片机推出阶段。16位单片机工艺先进、集成度高、内部功能强，而且允许用户采用面向工业控制的专用语言。现阶段：32位单片微机系列。继16位单片机出现后不久，几大公司先后推出了代表当前最高性能和技术水平的32位单片微机系列。32位单片机具有极高的集成度，内

部采用新颖的RISC(精减指令系统计算机)结构，CPU可与其他微控制器兼容，主频频率可达33MH2以上，指令系统进一步优化，运算速度可动态改变，没有高级语言编译器，具有性能强大的中断控制系统、定时事件控制系统、同勿异步通信控制系统。这类单片机主要应用于汽车、航空航天、高级机器人、军事装备等方面。它代表着单片机发展中的高、新技术水平。

1.2 单片机的性能特点

单片机芯片作为控制系统的核心部件，除了具备通用微机CPU的数值计算功能外，还必须具有灵活、强大的控制功能，以便实时监测系统的输入量、控制系统的输出量，实现自动控制的目的。由于单片机主要面向工业控制，工作环境比较恶劣，加高温、强电磁干扰，甚至合有腐蚀性气体；在太空小工作的单片机控制系统，还必须具有抗辐射能力。因而，决定了单片机CPU与通用微机CPU具有小同的技术特征和发展方向：

①抗干扰性强．工作温度范围宽。通用微机CPU一般要求在室温下工作．抗干扰能力也较低。

②可靠性高。

③控制功能往往很强，数值计算能力较差。通用微机CPU具有很强的数值运算能力控制能力相对较弱。将通用微机用于工业控制时，一般需要增加一些专用的接口电路。

④指令系统比通用微机系统简单。

80C51系列新一代8位单片机的主要特点：

①普遍采用CMOS工艺，除了具有节电运行模式和掉电数据保护功能外，整机功耗比采用HMOS工艺的80C51系列低。

②片内存储器容量大，规格多，程序存储器类型也趋于多样化。该系列不同品种的片内程序存储器容量从4KB扩展到8KB、16KB，甚至32KB，数据存储器容量从128B扩展到512B。片内程序存储器类型不仅限于掩模ROM和EPROM，普遍采用