魏凝夏学年论文

题目 51单片机的组成和在激光中的应用姓名魏凝夏学号 1110409051 专业年级光信息科学与技术指导教师米贤武2013年 5 月 21 日51单片机的组成和在激光中的应用摘要51单片机产品开始于Intel公司推出的8051/8751/8031， 51系列单片机生产工艺不同，内部结构也不同。

80C51的内部结构是由中央处理器CPU、随机存储器RAM、程序存储器ROM或EPROM、定时器/计数器、中断控制器、并行和串行I\O接口等部件组成的。

由于单片机有许多优点，51单片机在激光广告仪系统、半导体激光器电源、开关式CO2激光器电源、激光器电流的精度控制、激光热处理得到广泛应用。

51单片机虽然在激光领域有重大作用，但是他们的设计、工艺技术、应用领域的处理性能、功能和速度还不够好。

还有待更进一步从高集成度、增强工能、提高速度、降低成本和功耗等方面提高。

关键词Intel公司；51单片机；内部结构；应用；提高;Abstract51 single-chip products began in Intel company launched 8051\/8751\/8031，different 51 single chip production process, the internal structure is also different. The internal structure of 80C51 is composed of a central processor CPU, random access memory RAM, a program memory ROM Or EPROM, timer / counter, interrupt controller, parallel and serial I\\O interface and other components. Because the SCM has many advantages, In the laserAdvertising system, Semiconductor laser power supply, Switching power supply for CO2 laser, Precision control of the laser current, laser heat treatment,51 single-chip has been Widely used.51 single-chip although the laser field in all have a significant role.But the performance of their design, technology, application，Functions and speed is not good enough.Still needs to be further from a high degree of integration, enhance the work, improve the speed ，To reduce the cost and power consumption.Key Words80C51; ROM; EPROM; RAM; CPU；A／D一 51单片机的简介和结构在HMOS技术大发展的背景下，Intel公司在MCS-48系列的基础上，于1980年推出了8位MCS-51系列单片机。

它与以前的机型相比，功能增强了许多，就其指令和运行速度而言，超过了INTEL8085的CPU和Z80的CPU，成为工业控制系统中较为理想的机种。

较早的MCS-51典型时钟为12MHz，而目前与MCS-51单片机兼容的一些单片机的时钟频率达到40MHz甚至更高，现在已有400MHz的单片机问世。

51单片机的种类有8051/8751/8031、8052/8752/8032、80C51/87C51/80C31、80C52/87C52/80C32。

该系列生产工艺有两种：一是HMOS工艺（高密度短沟道MOS工艺）。

二是CHMOS工艺（互补金属氧化物的HMOS工艺）。

在片内程序存储器的配置上，该系列单片机有三种形式，即掩膜ROM、EPROM和ROMLess(无片内程序存储器)。

80C51是51系列中CHMOS工艺的一个典型品种；其它厂商以8051为基核开发出的CMOS工艺单片机产品统称为80C51系列。

当前常用的80C51系列单片机主要产品有：ATMEL ﹡Intel的：80C31、80C51、87C51，80C32、80C52、87C52、89C51、89C52、89C2051等；Philips、华邦、Dallas、Siemens(Infineon)等公司的许多产品，下面主要介绍80C51。

80C51的内部结构：●一个8位的CPU：由运算和控制逻辑组成，同时还包括中断系统和部分外部特殊功能寄存器；● 128字节RAM数据存储器：用以存放可以读写的数据，如运算的中间结果、最终结果以及欲显示的数据；● 4KB的ROM：用以存放程序、一些原始数据和表格,或者EPROM;● 4个8位并行I/O口：既可用作输入，也可用作输出，其中P0、P2为地址、数据线，可寻址64KBROM和64KB RAM● 2个16位定时/记数器T/C：，既可以工作在定时模式，也可以工作在记数模式；● 5个中断源的中断控制系统，两个优先级，嵌套中断结构；● 一个可编程全双工UART（通用异步接收发送器）的串行I/O口，用于实现单片机之间或单片机与微机之间的串行通信；● 一个片内振荡器和时钟产生电路，石英晶体和微调电容需要外接。

最高振荡频率为12M；● 21个特殊功能寄存器SFR。

定时/计数器的结构和工作原理：定时器/计数器的结构定时器/计数器的实质是加1计数器（16位），由高8位和低8位两个寄存器组成。

TMOD是定时器/计数器的工作方式寄存器，确定工作方式和功能；TCON是控制寄存器，控制T0、T1的启动和停止及设置溢出标志。

工作方式寄存器TMOD：工作方式寄存器TMOD用于设置定时/计数器的工作方式，低四位用于T0，高四位用于T1。

其格式如下：GATE：门控位。

GATE＝0时，只要用软件使TCON中的TR0或TR1为1，就可以启动定时/计数器工作；GATA＝1时，要用软件使TR0或TR1为1，同时外部中断引脚或也为高电平时，才能启动定时/计数器工作。

即此时定时器的启动条件，加上了或引脚为高电平这一条件。

定时/计数模式选择位：当电平＝0为定时模式；当电平=1为计数模式。

M1M0：工作方式设置位。

定时/计数器有四种工作方式，由M1M0进行设置。

M1 M0 工作方式功能说明0 0 方式0 13位定时器/计数器0 1 方式1 16位定时器/计数器1 0 方式2 自动重载8位定时器/计数器1 1 方式3 T0分为2个8位独立计数器，T1停止计数控制寄存器TCON：TCON的低4位用于控制外部中断,已在前面介绍。

TCON的高4位用于控制定时/计数器的启动和中断申请。

其格式如下：TF1（TCON.7）：T1溢出中断请求标志位。

T1计数溢出时由硬件自动置TF1为1。

CPU响应中断后TF1由硬件自动清0。

T1工作时，CPU可随时查询TF1的状态。

所以，TF1可用作查询测试的标志。

TF1也可以用软件置1或清0，同硬件置1或清0的效果一样。

TR1（TCON.6）：T1运行控制位。

TR1置1时，T1开始工作；TR1置0时，T1停止工作。

TR1由软件置1或清0。

所以，用软件可控制定时/计数器的启动与停止。

TF0（TCON.5）：T0溢出中断请求标志位，其功能与TF1类同。

TR0（TCON.4）：T0运行控制位，其功能与TR1类同。

二 51单片机在激光的应用1 C51单片机控制激光广告仪系统三色激光广告仪系统原理和构成：该三色激光广告仪系统是用单片机通过导入其中的C51程序来控制四路电平的输出。

光学振镜扫描系统(上海通用扫描公司生产，型号为6001S)中X、Y轴振镜步进机接受从运算放大器输出的模拟电压信号。

正常的输入电压范围为±10V，系统设定±40o光学扫描角，单片机控制系统中输出电压范围为± 5V，所以对应的光学扫描角为±20o，这样的角度范围可满足实验要求。

其余SW1，SW2两路控制激光电源，一路是670nm的红色激光，另一路是532nm的绿色激光。

该系统采用同步输出和双极性输出，同步输出，两路D/A输出严格同步，把数字量的输入锁存两路D/A转换输出，实现同步控制X、Y轴振镜步进机。

当振镜的响应频率远远低于CPU数据传输速率，同步和异步之间的输出差异将忽略。

双极性输出，振镜的转动不仅要与输出模拟电压大小有关，而且与输出模拟电压的极性有关。

所以在每个DAC后要用两个运算放大器来实现双极性输出，双极性输出是在单极性输出的基础上再加一级电压放大器。

本系统中VREF=+5V，输出的双极性电压范围为±5V。

当单片机向DAC0832输出的数字量为0H(0)时，VOUT2=-5V；当输出的数字量为80H(128)时，VOUT2=0；当输出的数字量为FFH(255)时，VOUT2=+5V。

该控制系统主要分为四个部分。

控制部分：AT89C51单片机，8MHz晶振，运行控制程序，向两个DAC芯片发送控制指令，完成芯片的选择和数据的发送。

DAC部分：两个DAC芯片DAC0832LCN，完成数字信号向模拟信号的转换，在确认被选中后，对送上端口的8位数字信号进行转换。

信号放大部分：两组双运算放大器HA17741，将数字图像转换成电压量，然后输出两路电源给光学扫描系统，控制X,Y 轴振镜。

开关电源：通过单片机的p1.4和p1.5端口，输出“1”或“0”来关闭和打开两路红绿激光电源。

C51单片机控制激光广告仪系统实现了单片机控制激光器扫描动态图像，解决了用计算机控制时较难解决的图像封口，对现有振镜实时控制，能输出简单动态图像。

但是单片机存放数据的存贮器容量有限制，不能存贮很多的数据，解决办法做相应的扩展。

振镜偏有转速和时间响应限制，对人眼来说，要看到是一个完整的连续的图像，当数据很多时将花费很多时间，使人观测到的是不完整的图像，而造成失真，解决办法振镜偏有转速和时间要适当。

单片机数据位是8位对应256状态时，当数据很多时必须提高数据位。

2 51单片机控制半导体激光器电源51单片机的半导体激光器电源控制系统能实现电流源驱动及保护、光功率反馈控制、恒温控制、错误报警及键盘显示等功能，整个系统由单片机控制。

本系统中选用了C8051F单片机。