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1、毕业设计（论文）开题报告课 题 名 称基于 80C51 单片机应用系统的硬件设计系别自动化系专业班电气 0602 班姓名评分导师（签名）2009 年 4 月2 日华中科技大学武昌分校名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 6 页 - - - - - - - - - 2 基于单片机的硬件系统设计开题报告1 国内外研究现状单片机诞生于 20 世纪 70年代末，经历了SCM、MCU、SoC三大阶段。SCM 即单片微型计算机（ Single Chip Microcompu
2、ter）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。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Phili
3、ps 公司。Philips 公司以其在嵌入式应用方面的巨大优势，将MCS-51 从单片微型计算机迅速发展到微控制器。 因此，当我们回顾嵌入式系统发展道路时，不要忘记 Intel 和 Philips的历史功绩。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。单片机作为微型计算机的一个重要分支，应用面很广，发展很快。自单片机
4、诞生至今，已发展为上百种系列的近千个机种。综合所述，单片机已成为计算机发展和应用的一个重要方面。另一方面，单片机应名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 6 页 - - - - - - - - - 3 用的重要意义还在于，它从根本上改变了传统的控制系统设计思想和设计方法。从前必须由模拟电路或数字电路实现的大部分功能，现在已能用单片机通过软件方法来实现了。这种软件代替硬件的控制技术也称为微控制技术，是传统控制技术的一次革命。由于单片机具有显著的优点，它已成为科技领域
5、的有力工具，人类生活的得力助手。它的应用遍及各个领域，主要表现在以下几个方面：1.1 基于串行接口方式单片机通用数据采集系统设计本系统根据实际采集数据的需要，分别设计了模拟量采集接口电路，开关量采集接口电路，数字量采集接口电路及频率量采集接口电路，基本涵盖了各种数据的采集。为了将采集的信息保存下来， 扩展了一片容量为 64k 字节的 E2PROM AT24C512，为实现数据的定时采集和按时间日期保存数据而扩展了一片实时时钟日历芯片SD2001E，为便于输入各种数据而扩展了键盘接口管理器件SK5278，为便于实时显示采集的数据及人机交互而扩展了中文液晶图文显示器OCMJ4X8C，为便于将采集的
6、数据打印输出而扩展了MPA168 型汉字微型打印机，为便于将采集的数据传送给上位计算机进行数据的处理分析而使用MAX232 扩展了 RS232接口。系统框图如图所示：1.2 遥控装置的工作原理基于 PIC 单片机控制家用电器电话遥控装置的工作原理是：当有电话打入时，振铃电路检测到电话振铃信号，等待系统默认的振铃次数后，启动自动摘机电路实现摘机，并送出提示音信号，用户输入预先设定的密码，控制装置通过双音多频解码电路读取输入密码，与预设在控制装置中的密码进行对比验证，如果密码错误，系统自动挂机；密码正确，则进入遥控状态。该装置通过双音多频解码电路获得用户发出的命令，并根据用户的命令执行开机、关机、
7、定时等操作；用户还可以进行工作状态查询、密码修改操作。系统还具有定时时间的倒记时显示及手动操作等功能。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 6 页 - - - - - - - - - 4 当人在默认的振铃次数之前接听电话，不进入电话遥控状态，因此不影响电话的正常通话使用。家用电器电话遥控装置的硬件组成如图1 所示。主要由电话振铃检测电路、电话自动摘机电路、双音多频解码电路、显示电路、输出控制电路、电源电路和PIC 单片机组成。单片机是整个电话遥控系统的核心，系统
8、所有电路都是在他的控制下工作，本装置采用的单片机是Microchip 公司的 PICl6F84r2，他是 RISC 结构的 CPU，采用精简指令集；内含 1kXl4bE2PROM 型程序存储器和 64 个 8bE2PROM 型数据寄存器；擦写次数可达 100万次，数据保存时间大于40 年；有 13 个可独立编程的双向IO口，每个 IO 口最大拉电流 25mA，最大灌电流 20mA；一个可带 8 位预分频器的 8位定时器计数器；具有自振式看门狗和程序保密位；PICl6F84 采用 CMOS 工艺，功耗低，在 5V4MHz 工作条件下， 耗电小于 2mA，可以在 2.06.0V 电压下工作。由于他
9、内部含有 64b 的 E2PROM 型数据存储器，所以可以用于在掉电状态下保存系统密码和原工作状态。1.3 基于单片机的某医用灭菌器控制系统开发灭菌器主要进行包裹类、器械类、乳胶类、液体类及其它类五项进行灭菌，其工艺大体相同，不同之处可由程序控制。通过其工作原理(图 1)可知，根据里外锅的温度和压力是否达到规定值而进行各种动作控制。模拟输入量共 4 个：外锅温度 TW，外锅压力 PW，里锅温度 TL，里锅压力 PL；控制输出量共 16 个：外锅进汽阀开关IW ,外锅排汽阀开关OW,里锅进汽阀开关IL,里锅排汽阀开关 OL,真空阀开关 ZK,干燥空气阀开关GZ,油泵继电器通断 YB,真空泵继电器
10、通断 ZB,电磁液压阀（高压阀GF、齿条阀 CF、门闩阀 MF）,信号指示（电源指示 PowerL、总电源指示 PowerZ、故障指示 ERR、蜂鸣报警 ALARM ） 。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 6 页 - - - - - - - - - 5 由上图可见灭菌器的主体为一带有夹套及密封门的高压容器, 配有真空泵、真空阀、蒸汽阀等控制器件及温度、压力传感器2 课题研究的目的和意义2.1 课题的研究目的目前，单片机正朝着高性能和多品种方向发展趋势将是进一
11、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。这也是今后以80C51 取代 8051 为标准 MCU 芯片的原因。因为单片机芯片多数是采用 CMOS（金属栅氧化物）半导体工艺生产。CMOS 电路的特点是低功耗、高密度、低速度、低价格。采用双极型半导体工艺的TTL 电路速度快，但功耗和芯片面积较大。随着技术和工艺水平的提高，又出现了HMOS （高密度、
12、高速度MOS）和 CHMOS 工艺。 CHMOS 和 HMOS 工艺的结合。目前生产的CHMOS 电路已达到 LSTTL 的速度，传输延迟时间小于2ns，它的综合优势已在于TTL 电路。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、高抗名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 6 页 - - - - - -
13、- - - 6 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。
14、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
15、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，单片名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页，共 6 页 - - - - - - - - -