单片机课程设计

第一章单片机简介

AT89S51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROM—Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的AT89S51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89S51是一种高效微控制器，为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。

1.1单片机的构成

图1-1 单片机的结构图

1、CPU

89S51内部CPU是一个字长为8位的中央处理单元（center processing unit）它对数据的处理是按资字节为单位的。

CPU包括三部分：运算器、控制器和专用寄存器。

2、存储器

片内程序存储器

程序存储空间ROM

片外程序存储器

片内数据存储器

数据存储空间RAM

片外数据存储器

3、I/O端口

I/O端口，也称为I/O接口或I/O通路

功能：是AT89S51与外部实现控制和交换的通道，分为并行端口和串行端口。

（1）并行I/O端口

写端口：即写到端口，就是把CPU中的A或其它寄存器中的数据传送到端口锁存器中，然后由端口自动输出到引脚线上。

读端口：即读出端口，就是把端口锁存器中的数据输送到累加器A中。

读引脚：即读出引脚，就是把引脚上的外部数据输送到内部。

读引脚时一定要先关断端口，即先将端口锁存器置位，这样锁

存器的输出使驱动器T3截止，引脚上的信号就可以通过三态缓

冲器输入到内部总线上。故读引脚时，必须同时有两条指令：

ORL P1,#0FFH 、MOV A,P1

（2）串行I/O端口

89S51是具有一个全双工可编程串行I/O端口。故可以由TXD串行发出，又可以由RXD串行接收。它们都利用了P3口的第二功能：RXD

（P3.0）,TXD(P3.1)。

4、定时/计数器：

80C51中有2个16位的定时/计数器T0,T1，它们有定时和计数两种模式。具体内容在以后章节中专门讨论。

5、中断系统

80C51可以处理5个中断源发出的中断请求，其中2个外部中断请求INT0,INT1，2个内部定时/计数器中断请求T0，T1，一个内部串行口中断请求。具体内容在以后章节中专门讨论。

1.2 单片机的特点

（1）高集成度，体积小，高可靠性

单片机将各功能部件集成在一块晶体芯片上，集成度很高，体积自然也是最小的。芯片本身是按工业测控环境要求设计的，内部布线很短，其抗工业噪音性能优于一般通用的CPU。单片机程序指令，常数及表格等固化在ROM中不易破坏，许多信号通道均在一个芯片内，故可靠性高。

（2）控制功能强

为了满足对对象的控制要求，单片机的指令系统均有极丰富的条件:分支转移能力，I/O口的逻辑操作及位处理能力，非常适用于专门的控制功能。

（3）低电压，低功耗，便于生产便携式产品

为了满足广泛使用于便携式系统，许多单片机内的工作电压仅为 1.8V～3.6V，而工作电流仅为数百微安。

（4）易扩展

片内具有计算机正常运行所必需的部件。芯片外部有许多供扩展用的三总线及并行、串行输入/输出管脚，很容易构成各种规模的计算机应用系统。

（5）优异的性能价格比

单片机的性能极高。为了提高速度和运行效率，单片机已开始使用RISC流水线和DSP等技术。单片机的寻址能力也已突破64KB的限制，有的已可达到1MB 和16MB，片内的ROM容量可达62MB，RAM容量则可达2MB。由于单片机的广泛使用，因而销量极大，各大公司的商业竞争更使其价格十分低廉，其性能价格比极高。

1.3 单片机的工作原理

单片机由运算器、控制器、存储器、输入输出设备构成。

单片机自动完成赋予它的任务的过程，也就是单片机执行程序的过程，即一条条执行的指令的过程，所谓指令就是把要求单片机执行的各种操作用的命令的形式写下来，这是在设计人员赋予它的指令系统所决定的，一条指令对应着一种基本操作；单片机所能执行的全部指令，就是该单片机的指令系统，不同种类的单片机，其指令系统亦不同。为使单片机能自动完成某一特定任务，必须把要解决的问题编成一系列指令（这些指令必须是选定单片机能识别和执行的指令），这一系列指令的集合就成为程序，程序需要预先存放在具有存储功能的部件——存储器中。

存储器由许多存储单元（最小的存储单位）组成，就像大楼房有许多房间组成一样，指令就存放在这些单元里，单元里的指令取出并执行就像大楼房的每个房间的被分配到了唯一一个房间号一样，每一个存储单元也必须被分配到唯一的地址号，该地址号称为存储单元的地址，这样只要知道了存储单元的地址，就可以找到这个存储单元，其中存储的指令就可以被取出，然后再被执行。程序通常是顺序执行的，所以程序中的指令也是一条条顺序存放的，单片机在执行程序时要能把这些指令一条条取出并加以执行，必须有一个部件能追踪指令所在的地址，这一部件就是程序计数器PC（包含在CPU中），在开始执行程序时，给PC赋以程序中第一条指令所在的地址，然后取得每一条要执行的命令，PC在中的内容就会自动增加，增加量由本条指令长度决定，可能是1、2或3，以指向下一条指令的起始地址，保证指令顺序执行。

第二章

交通灯控制系统设计

2.1 设计内容

十字路口交通灯控制系统的设计

利用单片机的定时器产生秒信号，控制十字路口的红绿黄灯交替点亮和熄灭，并且用4只LED 数码管显示十字路口两个方向的剩余时间。要求系统的工作符合一般交通灯控制要求。

2.2 基本要求

课程设计的基本要求：

单片机课程设计的主要内容包括：理论设计撰写设计报告等。其中理论 设计又包括选择总体方案，硬件系统设计、软件系统设计；硬件设计包括单元电路，选择元器件及计算参数等；软件设计包括模块化层次结构图，程序流程图。程序设计是课程设计的关键环节。课程设计的最后要求是写出设计总结报告，把理论设计内容进行全面的总结，把实践内容上升到理论高度。

2.3 设计要求

十字交叉路口的 交通灯控制系统的结 构如图1.1所示。

图2.1 十字路口交通灯控制示意图