基于单片机的LED点阵显示

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题目

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焦作大学机电

工程学院

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基于单片机的LED点阵显示

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学生姓名：

导师姓名：

职称：

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焦作大学机电工程学院

2012年12 月

毕业设计

中图分类号：密级：

UDC：单位代码：

基于单片机的LED点阵显示

LED-based LCD display microcontroller design

姓名学制

专业研究方向

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提交日期答辩日期

焦作大学机电工程学院

焦作大学机电工程学院毕业设计摘要

摘要

单片机自70年代问世以来得到蓬勃发展，目前单片机功能正日渐完善:单片机集成越来越多资源，内部存储资源日益丰富，用户不需要扩充资源就可以完成项目开发，不仅是开发简单，产品小巧美观，同时抗干扰能力加强,系统也更加稳定，使得它更加适合工业控制领域，具有更加广阔的市场前景；提供在线编程能力，加速了产品的开发进程，为企业产品上市赢得宝贵时间。此外单片机具有性能高、速度快、体积小、价格低、稳定可靠、应用广泛、通用性强等突出优点。单片机的设计目标主要是增强“控制”能力，满足实时控制的需要。

本文的主要内容是掌握各种单片机的结构、接口、片上外设的特点，并用STC12C5410AD单片机的片上资源设计出适当的最小系统；并利用自行制作的单片机最小系统，完成一个简单应用（量程自动转换的电压表）的设计与软件及硬件设计制作，让读者掌握数字单片机最小系统的设计及单片机系统的应用方法。

关键字：单片机仿真器 LED点阵显示屏

Abstract

MCU in modern life has been widely applied in the life of the very important position. It features becoming strong, involving various electronic applications. The work process for data collection, data processing and display, receiving terminals. Including specific control, display, A / D converter, level translation interface, such as personal computers. ADC0809 used to design 8-way data sampling, the use of MCS-51 microcontroller serial port to send and receive data. Show 8155, 75452, 7407 and in part by a LED digital display. Hardware design applications for electronic design automation tools, software design is modular programming method

Key W ords: Single Chip Microcomputer Emulator LED dot matrix display

目录

摘要.........................................................................................................................................................................I ABSTRACT ................................................................................................................................................................ I I 目录.. (1)

第一章系统概述 (2)

1.1单片机的发展 (2)

1.2MCS-51系列单片机介绍 (3)

第二章单片机的配置及简介 (5)

2.1单片机介绍 (5)

2.2单片机的特点 (6)

2.3单片机的分类 (6)

2.4当前单片机的应用 (7)

2.6MCS-51系列单片机的引脚功能 (13)

2.7单片机系统设计 (15)

第三章系统硬件设计与分析 (17)

第四章硬件及仿真 (18)

4.1硬件设计 (18)

4.1.1主控制单片机 (18)

4.1.2 LED显示模块 (18)

4.2计算机仿真 (19)

4.2.1电路图 (19)

4.3总体设计电路图 (20)

4.3.1外部电路连接图 (20)

4.4流程图 (24)

4.5程序源 (25)

第五章总结与体会 (27)

第六章参考文献 (28)

第七章附录 (29)

附录1 (29)

附录2 (30)

附录3 (31)

致谢 (32)

第一章系统概述

1.1单片机的发展

单片机也被称为微控制器（Microcontroller），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体积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。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。相当于一个微型的计算机，和计算机相比，单片机只缺少了I/O设备。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。

单片机是靠程序运行的，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！

LED显示屏可以显示变化的数字、文字、图形图像；不仅可以用于室内环境还可以用于室外环境，具有投影仪、电视墙、液晶显示屏无法比拟的优点。

LED之所以受到广泛重视而得到迅速发展，是与它本身所具有的优点分不开的。这些优点概括起来是：亮度高、工作电压低、功耗小、小型化、寿命长、耐冲击和性能稳定。LED的发展前景极为广阔，目前正朝着更高亮度、更高耐气候性、更高的发光密度、更高的发光均匀性，可靠性、全色化方向发展。

1.2 MCS-51系列单片机介绍

单片机的全称是单片微型计算机（Single Chip Microcomputer）。为了使用方便，它把组成计算机的主要功能部件：中央处理器（CPU）、数据存储器（RAM）、程序存储器（ROM、EPROM、E2PROM或FLASH）、定时/计数器和各种输入/输出接口电路等都集成在一块半导体芯片上，构成了一个完整的计算机系统。与通用的计算机不同，单片机的指令功能是按照工业控制的要求设计，因此它又被称为微控制器（Microcontroller）。

MCS51系列单片机是美国Intel公司于1980年推出的一种8位单片机系列。该系列的基本型产品是8051、8031和8751。这3种产品之间的区别只是在片内程序存储器方面。8051的片内程序存储器（ROM）是掩膜型的，即在制造芯片时已将应用程序固化进去；8031片内没有程序存储器；8751内部包含有用作程序存储器的4KB的EPROM。由于8051的编程需要制造商的支持，8751的价格昂贵，因此8031获得了更为广泛的使用。

MCS51系列单片机优异的性能/价格比使得它从面世以来就获得用户的认可。Intel公司把这种单片机的内核，即8051内核，以出售或互换专利单片机比专用处理器更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

焦作大学机电工程学院毕业设计

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。多特性。本书应用电路中采用了Atmel公司的AT89S51芯片，它与MCS51单片机指令集兼容，同时它的内部包含用作程序存储器的4KB的基于FLASH技术的只读存储器。采用这款芯片既克服了采用8031需要添加外部程序存储器导致电路复杂的缺点，又克服了采用8751导致电路制作成本高的缺点

LED点阵显示系统中各模块的显示方式有静态和动态显示两种。静态显示原理简单、控制方便，但硬件接线复杂，在实际应用中一般采用动态显示方式，动态显示采用扫描的方式工作，由峰值较大的窄脉冲驱动，从上到下逐次不断地对显示屏的各行进行选通，同时又向各列送出表示图形或文字信息的脉冲信号，反复循环以上操作，就可显示各种图形或文字信息。本文将介绍一种采用单片机AT89S51进行控制的8*8LED点阵。该点阵可实现显示汉字的功能。

第二章单片机的配置及简介

2.1单片机介绍

所谓单片机，就是将CPU,RAM,ROM,定时/计数器和多种I/O接口电路都集成在一块集成芯片上的微型计算机。

MCS--51系列单片机是美国Intel公司在1980年推出的8位单片微型计算机，包含51和52两个子系列。51子系列的典型产品有8031，8051和8751三种机型 52子系列包括8032，8052二种主要机型。51子系列的配置如下：

（1）8位CPU；

（2）振荡频率1.2～12MHZ；

（3）128个字节的片内数据存储器（片内RAM）；

（4）21个专用寄存器；

（5）4KB的片内程序存储器（8031无）；

（6）8位并行I/O口P0，P1，P2，P3；

（7）一个全双工串行I/O口；

（8）2个16位定时器/计数器；

（9）5个中断源，分为2个优先级；

本系统选用ATMEL89S51系列单片机，由于它的模块化设计为适应具体的应用提供了极大的灵活性，便于扩展功能，有效的提高了系统的经济性。AT89S51是一种低工耗、高性能的片内含有4KB快闪可编程/擦除只读存储器的八位CMOS微控制器，使用高密度、非易失存储编程器对程序存储器重复编程。

2.2单片机的特点

单片机独特的结构决定了它具有如下特点。

(1)高集成度、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

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)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，其性价比极高。

2.3单片机的分类

早期的单片机都是8位或4位的。其中最成功的是INTEL8031，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300腿2，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更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。

2.4当前单片机的应用

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：

1.在智能仪器仪表上应用的单片机具有体积小、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）

2，在工业控制中应用的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。

3.在家用电器中应用的单片机，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。

4.在计算机网络和通信领域中应用的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。

5.在医用设备领域中应用的单片机的用途亦相当广泛，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。

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。

2.5单片机的发展趋势

单片机从8位、16位到32位，数不胜数，应有尽有，有与主流C51系列兼容的，也有不兼容的，但它们各具特色，互成互补，为单片机的应用提供广阔的天地。纵观单片机的发展过程，可以预示单片机的发展趋势，大致有：

1.低功耗CMOS化

MCS-51系列的8031推出时的功耗达630mW，而现在的单片机普遍都在100mW 左右，随着对单片机功耗要求越来越低，现在的各个单片机制造商基本都采用了CMOS互补金属氧化物半导体工艺）。象80C51就采用了HMOS(即高密度金属氧化物半导体工艺）和CMOS(互补高密度金属氧化物半导体工艺）。CMOS虽然功耗较低，但由于其物理特征决定其工作速度不够高，而CHMOS则具备了高速和低功耗的特点，这些特征，更适合于在要求低功耗象电池供电的应用场合。所以这种工艺将是今后一段时期单片机发展的主要途径

2.微型单片化

现在常规的单片机普遍都是将中央处理器(CPU）、随机存取数据存储(RAM)、只读程序存储器(ROM)、并行和串行通信接口，中断系统、定时电路、时钟电路集成在一块单一的芯片上，增强型的单片机集成了如A/D转换器、PMW(脉宽调制电

路）、WDT(看门狗）、有些单片机将LCD(液晶）驱动电路都集成在单一的芯片上，这样单片机包含的单元电路就更多，功能就越强大。甚至单片机厂商还可以根据用户的要求量身定做，制造出具有自己特色的单片机芯片。

此外，现在的产品普遍要求体积小、重量轻，这就要求单片机除了功能强和功耗低外，还要求其体积要小。现在的许多单片机都具有多种封装形式，其中SMD(表面封装)越来越受欢迎，使得由单片机构成的系统正朝微型化方向发展。

3.主流与多品种共存

现在虽然单片机的品种繁多，各具特色，但仍以80C51 为核心的单片机占主流，兼容其结构和指令系统的有PHILIPS公司的产品，ATMEL公司的产品和中国台湾的Winbond系列单片机。所以C8051为核心的单片机占据了半壁江山。而Microchip公司的pic精简指令集(RISC)也有着强劲的发展势头，中国台湾的HOLTEK公司近年的单片机产量与日倶增，与其低价质优的优势，占据一定的市场分额。此外还有MOTOROLA公司的产品，日本几大公司的专用单片机。在一定的时期内，这种情形将得以延续，将不存在某个单片机一统天下的垄断局面，走的是依存互补，相辅相成、共同发展的道路。

2.7单片机组成各部件及生产工艺的发展

1内部结构的发展

有的单片机为了构成控制网络或形成局部网，内部含有局部网络控制模块CAN.例如，Infineon公司的C505C，C5150C. C515C ,C167CR ,C167CS-32FM , 81C90；Motorola公司的68HC08AZ系列等。特别是在单片机C167CS-32FM中，内部还含有2个CAN。因此，这类单片机十分容易构成网络。特别是单片机在内部已集成了越来越多的部件，这些部件包括一般常用的电路，例如：定时器，比较器，A/D 转换器，D/A转换器，串行通信接口， Watchdog电路，L在控制，系统较为复杂时，构成一个控制网络十分有用。

为了能在变频控制中方便使用单片机，形成最具经济效益的嵌入式控制系统。有的单片机内部设置了专门用于变频控制的脉宽调制控制电路，这些单片机有Fujitsu公司的MB89850系列、MB89860系列；Motorola公司的MC68HC08MR16、

MR24等。在这些单片机中，脉宽调制电路有6个通道输出，可产生三相脉宽调制交流电压，并内部含死区控制等功能。

特别引人注目的是：现在有的单片机已采用所谓的三核（TrCore)结构。这是一种建立在系统级芯片概念上的结构。这种单片机由三个核组成：一个是微控制器和DSP核，一个是数据和程序存储器核，最后一个是外围专用集成电路。这种单片机的最大特点在于把DSP和微控制器同时做在一个片上。虽然从结构定义上讲，DSP是单片机的一种类型，但其作用主要反映在高速计算和特殊处理如快速傅立叶变换等上面。把它和传统单片机结合集成大大提高了单片机的功能。这是目前单片机最大的进步之一。这种单片机最典型的有Infineon公司的TC10GP；Hitachi公司的SH7410，SH7612等。这些单片机都是高档单片机，MCU都是32位的，而DSP采用16或32位结构，工作频率一般在60MHz以上。

2功耗、封装及电源电压的发展

现在新的单片机的功耗越来越小，特别是很多单片机都设置了多种工作方式，这些工作方式包括等待，暂停，睡眠，空闲，节电等工作方式。Philips公司的单片机P87LPC762是一个很典型的例子，在空闲时，其功耗为1.5mA，而在节电方式中，其功耗只有0.5mA。而在功耗上最令人惊叹的是了IT公司的单片机MSP430系列，它是一个16位的系列，有超低功耗工作方式。它的低功耗方式有LPM1 、LPM3 、LPM4三种。当电源为3V时，如果工作于LPM1方式，即使外围电路处于活动，由于CPU不活动，振荡器处于1?4MHZ，这时功耗只有50mA。在LPM3 时，振荡器处于32KHz，这时功耗只有1.3mA。在LPM4时，CPU、外围及振荡器32KHz 都不活动，则功耗只有0.1mA。

现在单片机的封装水平已大大提高，随着贴片工艺的出现，单片机也大量采用了各种合符贴片工艺的封装方式出现，以大量减少体积。在这种形势中，Microchip公司推出的8引脚的单片机特别引人注目。这是PIC12CXXX系列。它含有0.5?2K程序存储器，25?128字节数据存储器，6个I/O端口以及一个定时器，有的还含4道A/D，完全可以满足一些低档系统的应用。扩大电源电压范围以及在较低电压下仍然能工作是今天单片机发展的目标之一。目前，一般单片机都可以在3.3?5.5V的条件下工作。而一些厂家，则生产出可以在2.2?6V的条

件下工作的单片机。这些单片机有Fujitsu公司的MB89191?89195， MB89121?125A，MB89130系列等，应该说该公司的F2MC-8L系列单片机绝大多数都满足2.2?6V的工作电压条件。而了IT公司的MSP430X11X系列的工作电压也是低达2.2V 的。

3工艺上的发展

现在的单片机基本上采用CMOS技术，但已经大多数采用了0.6m以上的光刻工艺，有个别的公司，如Motorola公司则已采用0.35?m甚至是0.25?m技术。这些技术的进步大大地提高了单片机的内部密度和可靠性。以单片机为核心的嵌入式系统单片机的另外一个名称就是嵌入式微控制器，原因在于它可以嵌入到任何微型或小型仪器或设备中。目前，把单片机嵌入式系统和Internet连接已是一种趋势。但是，Internet—向是一种采用肥服务器，瘦用户机的技术。这种技术在互联上存储及访问大量数据是合适的，但对于控制嵌入式器件就成了"杀鸡用牛刀〃了。要实现嵌入式设备和Internet连接，就需要把传统的Internet理论和嵌入式设备的实践都颠倒过来。为了使复杂的或简单的嵌入式设备，例如单片机控制的机床、单片机控制的门锁，能切实可行地和Internet连接，就要求专门为嵌入式微控制器设备设计网络服务器，使嵌入式设备可以和Internet相连，并通过标准网络浏览器进行过程控制。

目前，为了把单片机为核心的嵌入式系统和Internet相连，已有多家公司在进行这方面的较多研究。这方面较为典型的有EmWare公司和TASKING而公司。

EmWare公司提出嵌入式系统入网的方案--EMIT技术。这个技术包括三个主要部分：即EmMicro,EmGateway和网络浏览器。其中，EmMicro是嵌入设备中的一个只占内存容量1K字节的极小的网络服务器；EmGateway作为一个功能较强的用户或服务器，它用于实现对多个嵌入式设备的管理，还有标准的Internet 通信接入以及网络浏览器的支持。网络浏览器使用emGateway进行显示和嵌入式设备之间的数据传输。

如果嵌入式设备的资源足够，则EmMicro和EmGateway可以同时装入嵌入式设备中，实现Internet的直接接入。否则，将要求EmGateway和网络浏览器相互

配合。EmWare的EMIT软件技术使用标准的Internet协议对8位和16位嵌入式设备进行管理，但比传统上的开销小得多。

目前，单片机应用中提出了一个新的问题：这就是如何使8位、16位单片机控制的产品，也即嵌入式产品或设备能实现和互联网互连

TASKING公司目前正在为解决这个问题提供了途径。该公司已把Emware的软件包和有关的软件配套集成，形成一个集成开发环境，向用户提供开发方便。嵌入互联网联盟ETI正在紧密合作，共同开发嵌入式Internet的解决方案。在不久将会有成果公布。单片机应用的可靠性技术发展在单片机应用中，可靠性是首要因素为了扩大单片机的应用范围和领域，提高单片机自身的可靠性是一种有效方法。近年来，单片机的生产厂家在单片机设计上采用了各种提高可靠性的新技术，这些新技术表现在如下几点：

1 EFT技术

EFT技术是一种抗干扰技术，它是指在振荡电路的正弦信号受到外界干扰时，其波形上会迭加各种毛刺信号，如果使用施密特电路对其整形，则毛刺会成为触发信号干扰正常的时钟，在交替使用施密特电路和^滤波电路时，就可以消除这些毛否则令其作用失效，从而保证系统的时钟信号正常工作。这样，就提高了单片机工作的可靠性。Motorola公司的MC68HC08系列单片机就采用了这种技术。

2低噪声布线技术及驱动技术

在传统的单片机中，电源及地线是在集成电路外壳的对称引脚上，一般是在左上、右下或右上、左下的两对对称点上。这样，就使电源噪声穿过整块芯片，对单片机的内部电路造成干扰。现在，很多单片机都把地和电源引脚安排在两条相邻的引脚上。这样，不仅降低了穿过整个芯片的电流，另外还在印制电路板上容易布置去耦电容，从而降低系统的噪声。

现在为了适应各种应用的需要，很多单片机的输出能力都有了很大提高，Motorola公司的单片机I/O口的灌拉电流可达8mA以上，而Microchip公司的单片机可达25mA。其它公司：AMD , Fujitsu , NEC , Infineon ,Hitachi,基本上可达8?20mA的水平。这些电流较大的驱动电路集成到芯片内部在工作时带来了

各种噪声，为了减少这种影响，现在单片机采用多个小管子并联等效一个大管子的方法，并在每个小管子的输出端串上不同等效阻值的电阻，以降低di/dt，这也就是所谓"跳变沿软化技术"，从而消除大电流瞬变时产生的噪声。

3 采用低频时钟

高频外时钟是噪声源之一，不仅能对单片机应用系统产生干扰，还会对外界电路产生干扰，令电磁兼容性不能满足要求。对于要求可靠性较高的系统，低频外时钟有利于降低系统的噪声。在一些单片机中采用内部琐相环技术，则在外部时钟较低时，也能产生较高的内部总线速度，从而保证了速度又降低了噪声。Motorola公司的MC68HC08系列及其16/32位单片机就采用了这种技术以提高可靠性。

2.6MCS-51系列单片机的引脚功能

主电源引脚 Vss、Vcc

Vss：接地，Vcc：接+5V电源

外接晶振引脚 XTAL1、XTAL2

XTAL1：片内反向放大器输入端，XTAL2：片内反向放大器输出端

输入/输出引脚P0、P1、P2、P3

P0.0～P0.7：P0口的8个引脚，P0口是8位漏极开路型双向I/0端口，在接有片外存储器或I/0扩展接口时，P0.0～P0.7分时复用，作低8位地址总线与双向8位数据总线

P1.0～P1.7：P1口的8个引脚，P1口是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口，对于52子系列，P1.0还可用于定时器/计数器2的计数脉冲输入端Ｔ2，Ｐ1.1还可作定时器/计数器2的外部控制端T2EX。

P2.0～P2.7：P2口的8个引脚，P2口也是一个带内部上拉电阻的双向I/O口，在访问片外存储器或扩展I/O接口时，还用于提供高8位地址。

P3.0～P3.7：P3口的8个引脚，P3口也是一个带上拉电阻的I/O口，除可以作双向的输入输出口外，还具有第2功能。见表2-2

引脚第二功能

P3.0 P3.1 P3.2 P3.3 P3.4 P3.5 P3.6 P3.7

RXD（串行口输入）

TXD（串行口输出）

INT0（外部中断0输入）

INT1（外部中断1输入）

T0（定时器0的外部中断）

T1（定时器1的外部中断）

WR（片外数据存储器写控制信号）RD（片外数据存储器读控制信号）表2-2 P3口第二功能表

Table 2-2 P3 second function table

控制线

ALE/PROG：双功能引脚。由于P0口的8个引脚是低8位地址总线与数据总线分时复用，因此必须将P0口输出的低8位地址进行锁存。在访问片外存储器时，每机器周期该信号出现2次。其下降沿用于控制锁存P0口输出的低8 位地址。即使不访问片外存储器，该引脚上仍出现上述频率的周期性信号，因此也可作为对外输出的时钟脉冲，频率为振荡器频率的1/6，必须注意的是：在访问片内外存储器时，ALE脉冲会跳空1个。对片内含有EPROM 的机型，此引脚在编程时可作为编程脉冲PROG的输入端。

PSEN：片外程序存储器读选通信号输出端，在CPU从片外程序存储器取指期间，此信号每个机器周期两次有效，以通过P0口读入指令，在访问片外数据存储器时，该信号不出现。

EA/Vpp：双功能引脚，为片外程序存储器选用端。当该引脚信号有效时，选择片外程序存储器，即EA/Vpp=1时，访问片内程序存储器。对片内含有EPROM的机型，此引脚在编程期间用于施加+21v的编程电压。

RST/VPO：双功能引脚，在单片机工作期间，当此引脚上出现连接2个机器周期的高电平时可实现复位操作。在Vcc掉电期间，若该引脚接备用

电源（+5v ），可向片内RAM 供电，以保存片内RAM 中的信息。

2.7单片机系统设计

按照单片机系统扩展与系统配置状况，单片机应用系统可分为最小系统、最小功耗系统和典型应用系统等。

（1）最小应用系统：能维持单片机运行的最简单配置的系统。这种系统成本低廉、结构简单，常常构成一些简单的控制系统，如开关状态的输入/输出控制等。

对于片内有ROM/EPROM/FLASH RAM 的单片机，构成最小应用系统时，只要将单片机接上时钟电路、复位电路和电源即可，如图1 图2所示。

图1时钟电路 图2复位电路

Fig 1 clock circuit Fig 2 reset circuit

由于集成度的限制，这种最小应用系统只能用作一些小型的控制单元。其应用特点是：

①有可供用户使用的大量I/O 口线，P0、P1、P2、P3都可用作用户I/O 口用。由于没有外部存储器扩展，EA 应接高电平。

②内部存储器容量有限（只有4KB 地址空间）。

③应用系统开发具有特殊性。由于这类应用系统应用程序量不大，外电XTAL 1 P 0 P 1 XTAL 2 P 2 P 3 RST 89S51 EA

XTAL 1 P 2.7~2.0 XTAL 2 89S51 RST ALE P 0.7~0.0 PSEN EA 地址 锁存 EPROM

路简单，因而采用模拟开发手段较好。

对于片内无ROM/EPROM/FLASH RAM的单片机，其最小系统除了外部配置时钟电路、复位电路和电源外，还应在片外扩展EPROM、EEPROM作为程序存储器用，如图3（b）所示，应接地。

（2）最小功耗应用系统最小功耗应用系统是指为了保证正常运行，系统的功率消耗最小。这是单片机应用系统中的一个引人入目的构成方式。在单片机芯片结构设计时，一般为构成最小功耗应用系统提供了必要条件，例如，各种系列的单片机都有CMOS工艺类型，而且在这类单片机中都设置了低功耗运行的WAIT和STOP方式。

设计最小功耗应用系统时，必须使系统内的所有器件、外设都有最小的功耗，而且能充分运用WAIT和STOP方式运行。最小功耗应用系统常用在一些袖珍式智能仪表、野外工作仪表以及在无源网络、接口中的单片机工作子站。

单片机的特点

1）小巧灵活，成本低，易于产品化。它能方便的组合成各种智能化的控制设备及各种智能仪器与仪表。

2）面向控制，能针对性的解决从简单到复杂的各类控制任务，因而能获得最佳的价格性能比。

3）抗干扰能力强，适应温度范围宽，在各种恶劣环境下都能可靠性工作，这是其它机种无法比拟的。

4）可以很方便的实现多机和分布控制。使整个控制系统的效率和可靠性大幅度提高。

单片机具有体积小、功耗低，价格便宜等优点，近年来还还开发了一些以单片机母片为核（如80C51），在片中嵌入更多功能的专用型单片机（或者叫专用微控制器），因此单片机在计算机控制领域中应用越来越广泛