《单片机原理与应用课程实习指导》.doc

1、目 录第1章 概述1.1 单片机及其发展概况 .11.2 单片机技术的发展方向11.3 单片机的特点及应用1第2章 几种常用系列芯片2.1 MCS 51系列单片机.12.2 凌阳系列单片机1第3章 系统设计示例3.1 单片机应用系统的开发设计方法13.2基于单片机的闪烁彩灯控制.13.3基于单片机的数字式温度计.13.4基于单片机的智能锅炉控制仪.1第4章 模块化设计4.1 常用电源模块14.2 串口LCD显示模块.14.3 集成数字温度传感模块14.4 集成语音录放模块1第5章 课程设计课题集5.1 课题一：基于单片机控制的时钟控制器15.2 课题二：基于单片机控制的数字温度计15.3 课题

2、三：基于单片机控制的交通灯控制器15.4 课题四：基于单片机控制的数字电压表15.5 课题五：基于单片机控制的电铃控制器15.6 课题六：基于单片机控制的锅炉水位控制器15.7 课题七：基于单片机控制的总线式多路高精度温度采集系统15.8 课题八：基于单片机控制的电子密码锁15. 9 课题九：基于单片机控制的电梯控制器.15.10 课题十：基于单片机的电动车控制器.15.11 课题十一：基于单片机控制的步进电机控制器.15.12 课题十二：基于单片机控制的出租车计价器.1附录：课程设计论文参考格式.1第1章 概述1.1 单片机及其发展概况随着电子技术的迅速发展，特别是随着大规模集成电路产生而出

3、现的微型计算机，给人类生活带来了根本性的改变。单片微型计算机简称单片机。它是把组成微型计算机的各功能部件：中央处理器CPU、随机存取存储器RAM、只读存储器ROM、I/O接口电路、定时器/计数器以及串行通讯接口等部件制作在一块集成芯片中，构成一个完整的微型计算机。由于它的结构与指令功能都是按照工业控制要求设计的，故又叫单片微控制器(Single Chip Microcontroller)。目前国外已开始把它称作单片微型计算机(Single Chip Microcomputer)。如果说微型计算机的出现使现代科学技术研究得到了质的飞跃，那么可以毫不夸张地说，单片机技术的出现则是给现代工业测控领域

4、带来了一次新的技术革命。目前，单片机以其高可靠性、高性能价格比，在工业控制系统、数据采集系统、智能化仪器仪表、办公自动化等诸多领域得到极为广泛的应用，并已走入家庭，从洗衣机、微波炉到音响、汽车，到处都可见到单片机的踪影。因此，单片机技术开发和应用水平已逐步成为一个国家工业发展水平的标志之一。由于单片机技术在各个领域正得到越来越广泛的应用，世界上许多集成电路生产厂家相继推出了各种类型的单片机。如单片机家族中的主流产品MCS51系列，还有最近推出的PIC和凌阳系列都是比较优秀的单片机芯片，是构建我们不同的设计系统的最佳选择。本章我们将对其简要介绍一下。1.2 单片机技术的发展方向从半导体集成技术及

5、微电子设计技术的发展，也可以预见到未来单片机技术的发展趋势。1 主流机型发展趋势 在未来较长一段时期内，8位单片机仍是主流机型，许多厂家还会不断改进与完善8位机，使8位机不断保持其活力；在满足高速数字处理方面，32位机会发挥重要作用；16位机空间有可能被8位机、32位机挤占。2 全盘CMOS化趋势 CMOS工艺很早就已出现，它具有十分优异的性能，只是运行速度慢，长期被冷落。HCMOS工艺出现后，HCMOS器件得到了飞速的发展。从第三代单片机起开始淘汰非CMOS工艺。全盘CMOS化是指在HCMOS基础上的CMOS化。如今，数字逻辑电路、外围器件都已普遍CMOS化。单片机CMOS化给单片机技术发展

6、带来广阔天地。最显著的变革是低功耗管理技术的飞速发展。3 RISC体系结构的大发展 早期单片机大多是CISC结构体系，指令复杂，指令代码、周期数不统一；指令运行很难实现流水线操作，大大阻碍了运行速度的提高。例如， MCS51系列单片机，时钟频率12MHz时，单周期指令运行速度仅1MIPS。虽然单片机对运行速度要求远不如通用计算机系统或数字信号处理（DSP）对指令运行速度的要求，但速度的提高会带来许多好处，并拓宽单片机应用领域。如果采用RISC体系结构，精简指令后绝大部分成为单周期指令，而且通过增加程序存储器的宽度（例如从8位增加到10位、12位、14位等），实现一个地址单元存放一条指令。在这样

7、的体系结构中，很容易实现并行流水线操作，其结果大大提高了指令运行速度。目前在一些RISC结构的单片机已实现了一个时钟周期执行一条指令。与MCS51相比，在相同的12MHz外部时钟下，单周期指令运行速度可达12MIPS。一方面可获得很高的指令运行速度，另方面，在相同的运行速度下，可大大降低时钟频率，有利于获得良好的电磁兼容效果。4 大力发展专用型单片机专用单片机是专门针对某一类产品系统要求而设计的。使用专用单片机可最大限度地简化系统结构，使资源利用效率最高。在大批量使用时有可观的经济效益和可靠性效益。专用单片机发展的基础是半导体集成工艺和微电子设计技术。采用模块化标准单元的快速设计及快速半导体集

8、成工艺，将加速专用单片机的发展。5 OTPROM、Flash ROM成为主流供应状态 早期程序存储器的供应状态主要是 OTPROM（掩膜）、EPROM和ROM Less（片内无ROM）三种型式。掩膜ROM周期长、投资大，无法更改；EPROM型的芯片成本高；ROM Less型的系统电路结构复杂。目前绝大多数单片机系列都可提供OTPROM型式，其价格逐渐逼近掩膜ROM。OTPROM可由用户编程，软件升级、修改十分方便。Flash ROM则由于可多次编程，系统开发阶段使用十分方便，在小批量应用系统中广泛使用。目前Flash ROM的可靠性不及OTPROM，但随着Flash ROM的改进，可靠性不断提

9、高，会有很广泛的应用前景。6 ISP及基于ISP的开发环境 Flash ROM的发展，推动了在系统可编程ISP（In System Programmable）技术的发展。在ISP技术基础上，首先实现了目标程序的串行下载，促使模拟仿真开发方式的重新兴起；在单时钟、单指令运行的RISC结构单片机中，可实现PC机通过串行电缆对目标系统的仿真调试；基于上述仿真技术，现已实现远程调试，以及对原有系统方便地更新软件、修改软件和对软件进行远程诊断。7 单片机中的软件嵌入目前单片机只提供了程序空间，没有任何驻机软件。目标系统中的所有软件都是系统开发人员开发的应用程序。随着单片机程序空间的扩大，会有许多空余空间

10、，在这些空间上可嵌入一些工具软件，这些软件可大大提高产品开发效率，提高单片机性能。单片机中嵌入软件的类型主要有：（1）实时多任务操作系统 RTOS（Real Time Operating System）。在RTOS支持下，可实现按任务分配的规范化应用程序设计。（2）平台软件。可将通用的子程序及函数库嵌入，以供应用程序调用。 (3）虚拟外设软件包。用于构成软件模拟外围电路的软件包，可用来设定虚拟外围功能电路。（4）其它用于系统诊断、管理的软件等。8 实现全面功耗管理采用CMOS工艺后，单片机具有极佳的本质低功耗和功耗管理功能。从第四代单片机开始，各家半导体厂家都在单片机中实现了全面的低功耗技术，

11、它包括：（1）传统的CMOS单片机低功耗运行方式，即休闲方式（Idle）、掉电方式（Power Down）。 （2）双时钟技术。配置有高速（主时钟）和低速（子时钟）两个时钟系统。在不需要高速运行时，转入子时钟控制下，以节省功耗。（3）高速时钟下的分频或低时钟下的倍频控制运行技术。虽然只设置一个时钟，但可根据指令运行速度要求，通过分频、倍频来控制总线速度，以降低功耗。（4）外围电路的电源管理。对集成在片内的外围电路实行供电管理。在该外围电路不运行时，关闭其电源。 （5）低电压节能技术。 CMOS电路的功耗与电源电压有关，降低供电电压能大幅度减少器件功耗。单片机的低电压技术除了不断降低单片机电源电

12、压外，有些单片机内部还有不同的电压供给，在可以使用低电压的局部电路中，采用低压供电。低功耗是便携式系统重要的追求目标，是绿色电子的发展势向。低功耗的许多技术措施会带来许多可靠性效益，也是低功耗技术发展的推动力。因此，低功耗应是一切电子系统追求的目标。9 推行串行扩展总线目前，外围器件接口技术发展的一个重要方面是串行接口的发展。采用串行接口可大大减少引脚数量，简化系统结构。采用串行接口虽然较之并行接口数据传输速度慢，但由于串行传输速度的不断提高，加之单片机面对对象的有限速度要求，使单片机应用系统中的串行扩展技术有了很大发展。随着外围电路串行接口的发展，单片机串行扩展接口（移位寄存器接口、SPI、

13、 I2C BUS、 Micro wire、 lWire）设置的普遍化、高速化，以及在片内的Flash ROM不必外部并行扩展EPROM，使得单片机的并行接口技术已日渐衰退。目前许多原有带并行总线的单片机系列，推出了许多删去并行总线的非总线单片机。10 ASMIC技术的启动与发展 专用单片机的巨大优势会推动ASMIC技术的发展。ASMIC（Application Specific Microcontroller Integrated Circuit）是以MCU为核心的专用集成电路（ASIC），与ASIC相比，由于是基于MCU的系统集成，有较好的柔性特性，是单片机应用系统实现系统集成的重要途径。1

14、.3 单片机的特点及应用1 单片机的特点单片机以其卓越的性能，得到了广泛的应用，已深入到各个领域。单片机应用在检测、控制领域中，具有如下特点。（1）小巧灵活、成本低、易于产品化。它能方便地组装成各种智能式测、控设备及各种智能仪器仪表。（2）可靠性好，适应温度范围宽。单片机芯片本身是按工业测控环境要求设计的，能适应各种恶劣的环境，这是其它机种无法比拟的。（3）易扩展，很容易构成各种规模的应用系统，控制功能强。单片机的逻辑控制功能很强，指令系统有各种控制功能用指令。（4）可以很方便地实现多机和分布式控制。2 单片机的应用范围单片机的应用范围很广，在下述的各个领域中得到了广泛的应用。(1) 工业方面

15、：各种测控系统，数据采集系统，工业机器人，智能化仪器，机、电一体化产品。(2) 智能仪器仪表方面：单片机应用在智能仪器、仪表方面，不仅使传统的仪器仪表发生根本的变革，也给传统的仪器、仪表行业改造带来了曙光。(3) 通讯方面：调制解调器、程控交换技术。(4) 民用方面：电子玩具、录像机、激光唱机。(5) 导弹与控制方面：导弹控制、鱼雷制导控制、智能武器装备、航天飞机导航系统。(6) 各种计算机外部设备及电器方面：打印机、硬盘驱动器、彩色与黑白复印机，磁带机等。(7)多机分布式系统：可用单片机构成分布式测控系统，它使单片机应用进入了一个新的水平。由上所述，单片机从家用电器、智能仪器仪表、工业控制直

16、到火箭导航尖端技术领域，单片机都发挥着十分重要的作用。第2章 几种常用系列芯片2.1 MCS 51系列单片机在单片机家族的众多成员中，MCS 51系列单片机以其优越的性能、成熟的技术和高可靠性和高性价比，迅速占领了工业测控和自动化工程应用的主要市场，成为国内单片机应用领域中的主流。目前，可用于其开发的硬件越来越多，与其配套的各类开发系统、各种软件业日趋完善，因此，可以极方便地利用现有资源，开发出用于不同目的的各类应用系统。2.1.1 ATMEL公司的AT89C51单片机AT89C51是一种低功耗、高性能的片内含有4KB快闪可编程擦除只读存储器(FPEROM-Flash Programmable

17、 and Erasable Read Only Memory) 8位CMOS微控制器，使用高密度、非易失存储技术制造，并且与80C51引脚和指令系统完全兼容。芯片上的FPEROM允许在线编程或采用通用的非易失存储编程器对程序存储器重复编程。AT89C51（以下简称 89C51）将具有多种功能的8位 CPU与FPEROM结合在一个芯片上，为很多嵌入式控制应用提供了非常灵活而又价格适宜的方案，其性能价格比较高。1 89C51性能及特点 89C51的主要性能包括： （1）与MCS51微控制器产品系列兼容。 （2）片内有4KB可在线重复编程的快闪擦写存储器（Flash Memory）。 （3）存储器可

18、循环写入擦除1000次。 （4）存储数据保存时间为10年。 （5）宽工作电压范围：Vcc可为2.7V6V。 （6）全静态工作：可从0Hz至16MHz。 （7）程序存储器具有3级加密保护。 （8）1288位内部RAM。 （9）32条可编程IO线。 （10）两个16位定时器计数器。 （11）中断结构具有5个中断源和2个优先级。 （12）可编程全双工串行通道。 （13）空闲状态维持低功耗和掉电状态保存存储内容。2 片内快闪存储器 （Flash Memory） 表2-1几种典型EEPROM芯片主要性能型号28162816A28172817A2864A取数时间/ms250200/250250200/25

19、0250擦/写电压/V2152155字节擦除时间/ms10915101010写入时间/ms10915101010 由于EEPROM具有在线改写，并在掉电后仍能保存数据的特点，可为用户的特殊应用提供便利。但是，擦除和写入对于要求数据高速吞吐的应用还显得时间过长，这是EEPROM芯片的主要缺陷。表2-1列出了几种典型EEPROM芯片的主要性能数据。由上表可见，所列各种芯片的字节擦除时间和写入时间基本上均为10ms，这样长的时间对于许多实际应用是不能接受的。因此，为了将存储器集成到微控制器芯片内，设法缩短此类存储器的擦除和写入时间是一个首要的问题。片内快闪存储器（ Flash Memory）的概念就

20、是在这种背景下提出来的。Flash存储器是一种可以电擦除和电写入的闪速存储器(简记为FPEROM)，这使开发调试更为方便。在MCS51系列产品中，凡标有89CXX的芯片均为带有此类存储器的产品系列。3 AT89C51硬件结构及引脚 图2-1 AT89C51内部结构图AT89C51的内部硬件结构如图2-1所示。除程序存储器由FPEROM取代了80C5l的EPROM外，其余部分完全相同。AT89C51的引脚与80C51的引脚也是完全兼容的，其引脚配置如图2-2所示。各引脚对应的功能简要介绍如下：Vss 接地。Vcc 电源端，接。P0.00.7 P0口是开漏双向口可以写为1使其状态为悬浮用作高阻输入

21、，P0也可以在访问外部程序存储器时作地址的低字节，在访问外部数据存储器时作数据总线，此时通过内部强上拉输出1。P0口每位可以能驱动个型负载。P1.01.7 P1口是带内部上拉的双向I/O口，向P1口写入1时P1口被内部上拉为高电平，可用作输入口。当作为输入脚时被外部拉低的P1口会因为内部上拉而输出电流。P口每位可以能驱动个型负载。P2.02.7 P2口是带内部上拉的双向I/O口，向P2口写入1时P2口被内部上拉为高电平，可用作输入口。当作为输入脚时，被外部拉低的P2口会因为内部上拉而输出电流。在访问外部程序存储器和外部数据时分别作为地址高位字节和16位地址，此时通过内部强上拉传送1。当使用8位

22、寻址方式访问外部数据存储器时，P口每位可以能驱动个型负载。P3.03.7 P3口是带内部上拉的双向I/O口，向P3口写入1时P3口被内部上拉为高电平，可用作输入口。当作为输入脚时被外部拉低的P3口，会因为内部上拉而输出电流。P口每位可以能驱动个型负载。P3 口还具有以下特殊功能：RxD(p3.0) 串行输入口TxD(P3.1) 串行输出口INT0(P3.2) 外部中断0INT1(P3.3) 外部中断T0(P3.4) 定时器0 外部输入T1(P3.5) 定时器1 外部输入WR(P3.6) 外部数据存储器写信号RD(P3.7) 外部数据存储器读信号RST 复位。当晶振在运行中只要复位管脚出现2个机

23、器周期高电平，即可复位内部。有扩散电阻连接到Vss，仅需要外接一个电容到Vcc即可实现上电复位。图2-2 AT89C51封装引脚配置图ALE 地址锁存使能。在访问外部存储器时，输出脉冲锁存地址的低字节，在正常情况下，ALE 输出信号恒定为1/6 振荡频率并可用作外部时钟或定时。PSEN 程序存储使能。当执行外部程序存储器代码时，PSEN每个机器周期被激活两次。在访问外部数据存储器时，PSEN无效。访问内部程序存储器时，PSEN无效。EA/Vpp 外部寻址使能/编程电压。在访问整个外部程序存储器时EA必须外部置低，如果EA为高时将执行内部程序，除非程序计数器包含大于片内FLASH的地址。该引脚在

24、对FLASH编程时，接5V/12V编程电压(Vpp)，如果保密位1已编程，EA在复位时由内部锁存。XTAL1 反相振荡放大器输入和内部时钟发生电路输入。XTAL2 反相振荡放大器输出。2.1.2 ATMEL公司的AT89C2051单片机1 AT89C2051性能及特点 AT89C2051（以下简称 2051）是一种低功耗、高性能的8位CMOS微控制器芯片，片内带2KB的快闪可编程及可擦除只读存储器（FPEROM）。它与MCS51指令系统兼容，片内FPEROM允许对程序存储器在线重新编程，也可用常规的EPROM编程器编程。ATMEL的205l将具有多种功能的8位CPU与FPEROM结合在同一芯片

25、上，为很多嵌入式控制应用提供了高度灵活且价格适宜的方案。 2051还增加了在零频下工作的静态逻辑方式及两种软件可选的省电模式。其中，在闲置模式下，CPU停止工作，但RAM、定时器计数器、串行口和中断系统仍然在工作。在掉电模式下，只保存RAM的内容，振荡器停振，关闭芯片的所有其他功能，直到下一次硬件复位为止。2 AT89C2051主要性能（1）与MCS5l产品兼容。（2）2KB的在线可重复编程快闪存储器，寿命可达1000次写擦除周期。（3）宽工作电压范围：2.7V6V。（4）全静态工作方式：0Hz24MHz。（5）两级程序存储器加密。（6）1288位SRAM。（7）15条可编程IO线。（8）2个

26、16位定时器计数器。（9）5个中断源。（10）可编程串行通道。（11）可直接驱动LED。（12）有片内精密模拟比较器，具备低功耗的闲置与掉电模式。3 内部结构及引脚2051的内部结构如图2-3所示，引脚分布如图2-4所示。引脚功能说明如下： Vcc 供电电源。 GND 电路地。 P1口 为双向8位IO端口。P1.2P1.7引脚有内部上拉电阻，P1.0和P1.1需要外部上拉电阻。P1.0和P1.l还作为模拟比较的正输入端和负输入端，与片内精密模拟比较器相连。P1口输出缓冲器能吸收20mA灌入电流并可直接驱动LED显示器。当向端口P1写入电平“1”时，可作为输入引脚。因为P1.2P1.7有内部上拉

27、的作用，此时若有外电路作为输入，引脚会向外灌电流（IIL）。P1口在快闪编程与校验功能中还承担数据代码接收任务。P3口 P3口只有7位P3.0P3.5和P3.7（其中P3.7引脚具有内部上拉电路）。P3.6为内部比较器输出，无外部引脚。2051无RD和WR控制信号，P3.7为一般IO线。P3口输出缓冲器能吸收20mA灌入电流，当向端口P3写入电平“1”时，可用作输入端口。因为内部上拉作用当P3口有外部低电平做输入时，引脚向外产生灌电流（IIL）。P3口也提供2051的第二功能，如表2-2所示。P3在快闪编程与校验功能中还可接收某些控制信号。 图2-3 AT89C2051的内部结构图表2-2 P

28、 3口提供的第二功能P3口线第二功能P3.0RXD(串口输入)P3.1TXD(串口输出)P3.2INT0(外部中断0)P3.3INT1(外部中断1)P3.4T0(外部定时输入0)P3.5T1(外部定时输入1) 图2-4 AT89C2051封装引脚配置图 RST 复位输入端。振荡器工作时，该引脚上两个机器周期的高电平可复位2051。每个机器周期为12个振荡周期（或称时钟周期）。 XTAL1 振荡器反相放大器内部工作时钟电路输入端。XTAL 2 振荡器反相放大器的输出端。2.2 凌阳系列单片机2.1.1 凌阳单片机简介凌阳科技是世界级消费性电子产品零件供应商,积极引领各类消费性芯片的研发与创新设计

29、,实现科技落实生活。目前凌阳科技已经是世界前20大芯片设计公司。拥有先进的设计技术，提供几千种标准产品，广泛应用于工业领域和消费类电子产品领域。同时凌阳科技还提供高性能的外围电路，包括LCD、AGC、DTMF、A/D、D/A、UART、SPI、PCI、计数器和存储控制器等等，其中部分型号单片机可以完成在线编程、仿真，调试。此设计不仅降低开发者的成本，且可以很大程度上加快开发者设计进程。凌阳科技的单片机除了在MCU上集成更多的具有混合外设功能的模块和大容量的存储器以外，还把一些诸如数字处理功能和语音处理功能等集成在MCU上，来竭力提高单片机的性能/价格比，使其应用又上了一个更高的台阶。表2-3给

30、出了凌阳公司单片机系列产品。SPCE系列单片机内置全双工异步通讯的串行接口，可实现多机通信，组成分布式控制系统。红外收发通讯接口，可用于近距离的双机通讯或制作红外遥控装置；A/D、D/A转换接口可以方便用于各种数据的采集、处理和控制输出，并为与用户系统友好地交互打下基础。A/D、D/A转换接口与nSP的DSP运算功能结合在一起，可实现语音识别功能，使其方便地运用于语音识别应用领域。表2-3 凌阳16位单片机系列产品系列类型IC型号用 途SPCExxxSPCE500A, SPCE060A, SPCE061A主要应用于语音播放和语音识别领域SPGxxxSPG100A, SPG200A主要应用于视频

31、游戏机类产品之微控制器SPT660xSPT6601, SPT6602主要应用于通信领域中带LCD驱动的来电辩识功能SPMCxxxSPMC701一般目的之控制器。内含闪存，配合烧录器的使用，适于教学实验用途SPFxxxSPF32A, SPF32512A主要应用于高档电子乐器SPLxxxSPL16256A, SPL161001主要应用于数字声音，语音辨识，显示屏等领域SPT660系列单片机内置双音多频（DTMF, Dual Tone Multi Frequency）发生器可实现电话拨号功能；内置的LCD控制器/驱动器；内置具有48级自动增益控制的ADC通道及可用于播放乐曲/语音的DAC通道；同样，

32、它们与nSP的DSP运算功能结合在一起，可实现来电辩识和语音拨号之功能。 SPMC系列单片机内置标准外围接口、并行通讯接口，捕获、比较、脉宽调制等功能使其较方便应用于汽车等一般控制领域。 SPG系列单片机配备nSP（凌阳开发的16位CPU）内核以及图片处理单元（PPU）和声音处理单元（SPU），能产生电视系统（NTSC或PAL）的图像和声音；内置10位ADC、UART接口、SPI接口和其他连接各种输入输出装置，如图像传感器，触摸盘等等。 SPF系列含多处理器的单芯片，包括 nSP，32通道声音处理单元（SPU）和其他用于电子乐器的重要功能。LCD驱动最大点阵1024256，SPI接口，内置10

33、位ADC，UART（MIDI）接口和其他连接不同输入输出装置的其他性能。SPF系列单片机可提供最新声音处理技术。 SPL系列单片机配备nSP内核，内置16位LCD控制器（支持16级灰度，可达320320像素）、提供低电压检测/复位功能和7个12位ADC通道（一个通道内置带自动增益控制的MIC放大器），主要应用于数字声音和语音辨识领域。2.2.2 SPCE061A简介性能： (1) 16位nSP微处理器； (2) 工作电压：VDD为2.63.6V(cpu), VDDH为VDD5.5V(I/O)； (3) CPU时钟：0.32MHz49.152MHz ； (4) 内置2K字SRAM； (5) 内置

34、32K FLASH； (6) 可编程音频处理； (7) 晶体振荡器；(8) 系统处于备用状态下(时钟处于停止状态)，耗电小于2A； (9) 2个16位可编程定时器/计数器(可自动预置初始计数值)； (10) 2个10位DAC(数-模转换)输出通道； (11) 32位通用可编程输入/输出端口； 图2-5 SPCE061A的内部结构(12) 14个中断源可来自定时器A / B，时基，2个外部时钟源输入，键唤醒； (13) 具备触键唤醒的功能； (14) 使用凌阳音频编码SACM_S240方式(2.4K位/秒)，能容纳210秒的语音数据； (15) 锁相环PLL振荡器提供系统时钟信号； (16) 3

35、2768Hz实时时钟； (17) 7通道10位电压模-数转换器(ADC)和单通道声音模-数转换器； (18) 声音模-数转换器输入通道内置麦克风放大器和自动增益控制(AGC)功能； (19) 具备串行设备接口； (20) 具有低电压复位(LVR)功能和低电压监测(LVD)功能； (21) 内置在线仿真电路ICE（In- Circuit Emulator）接口； (22) 具有保密能力；(23) 具有Watchdog功能； 结构概览：SPCE061A的内部结构如图2-5所示：芯片的引脚排列和说明：SPCE061A共有84个引脚，封装形式为PLCC84，它的排列如图2-6所示 图2-6 SPCE0

36、61A封装引脚配置图在84个引脚中有空脚15个，其余管脚功能说明如表2-4所示。 应用领域：（1）语音识别类产品（2）有语音功能的仪器仪表 （3）有语音功能的家电产品 （4）有语音功能的自动售货机 （5）智能语音交互式玩具 （6）高级亦教亦乐类玩具 （7）儿童电子故事书类产品 （8）通用语音合成器类产品 （9）需较长语音持续时间类产品 表2-4 管脚功能表IOA0IOA15(4148,53,5460脚)I/O口A，共16个IOB0IOB15(51,8176,686脚)I/O口B，共16个OSCI（13脚）振荡器输入。在石英晶振模式下,是石英元件的一个输入脚。OSCO（12脚）振荡器输出。在石英

37、晶振模式下，是石英元件的一个输出脚。RES_B (6脚)复位输入。若这个脚输入低电平，会使得控制器被重置复位。ICE_EN（16脚）ICE使能端,接在线调试器PROBE的使能脚ICE_EN。ICE_SCK （17脚）ICE时钟脚，接在线调试器PROBE的时钟脚ICE。ICE_SDA（18脚）ICE数据脚，接在线调试器PROBE的数据脚ICE。PVIN（20脚）程序保密设定脚PFUSE（29脚）程序保密设定脚DAC1（21脚）音频输出通道1DAC2（22脚）音频输出通道2VREF2（23脚）2V参考电压输出脚AGC（25脚）语音输入自动增益控制引脚OPI（26脚）Microphone的第二运放输

38、入脚MICOUT（27脚）Microphone的第一运放输出脚MICN（28脚）Microphone的负向输入脚MICP（33脚）Microphone正向输入脚VRT（35脚）A/D转换外部参考电压输入脚。它决定A/D转换输入电压上限值。例如该点输入一个2.5V的参考电压，则A/D转换电压输入范围为02.5V。（外部A/D最高参考电压3.3V）VCM(34脚)ADC参考电压输出脚VMIC(37脚)Microphone电源序表 （表2-4）SLEEP（63脚）睡眠状态指示脚。当CPU进入睡眠状态时该脚输出一个高电平VCP (8脚)锁项环压控振荡器的阻容输入XROMT、PVPP、XTEST(61、

39、69、14脚)出厂测试用管脚，悬空即可VDDH（51、52、75脚）I/O电平参考。该点输入一个5V的参考电压，则I/O输入输出高电平为5VVDD（7脚）PLL锁相环电源VSS（9脚）锁相环地VSS（19、24脚）模拟地VSS（38 、49、50、62脚）数字地VDD（15脚、36脚）数字电源特性： SPCE061A系统的特性参数如表2-5所示。表2-5 SPCE061A系统特性参数特性参数SPCE061A工作电压2.6V3.6V最大工作速率49.152MHzCPU16位nSP特殊参数SPCE061A SRAM容量2K字ROM容量(字)32K闪存ROM并行I/O端口AIOA150并行I/O端口

40、BIOB150音频输出方式DAC2中断源TimerA/B、时基信号发生器、外部中断、触键唤醒唤醒源IOA70 、其它中断源、触键唤醒定时器/计数器双16位加计数定时器/计数器、双通道PWM输出UART具备ADC7通道10位电压模-数转换器(ADC)和单通道声音模-数转换器(ADC)序表（表2-5）串行SRAM接口具备(凌阳格式)晶振具备低电压复位具备低电压监测具备内置ICE接口具备上电复位具备麦克风放大器和自动增益控制单通道节电功能具备中断控制功能具备触键唤醒功能具备第3章 系统设计示例3.1 单片机应用系统的开发设计方法 单片机应用系统的研制过程如下所示。从用户提出的课题任务开始，以芯片为基

41、础进行设计，到最后完成一个实用系统，大致可分为以下几个阶段。 课题名称课题要求硬件设计材料清单硬件装配软件设计系统调试完成1 确定课题要求 单片机应用系统的研制是以确定系统的功能和技术指标开始的。首先要细致分析、研究实际问题，明确各项任务和要求。从考虑系统的先进性、可靠性、可维护性以及成本、经济效益出发，拟订出合理可行的技术性能指标。2 硬件设计 在对应用系统进行总体设计时，应根据应用系统提出的各项技术性能指标，拟订出性能价格比最优的一套方案。首先，应根据任务繁杂程度和技术指标要求选择机型。选择机型后，再选择系统中要用到的其他元器件，其中重要的是传感器的选择。传感器仍是目前检测系统中的一个难题

42、，一个设计合理的检测系统往往可能因传感器件精度或使用条件等因素的限制而达不到应有的效果。 在总体方案设计过程中，必须对软件和硬件综合考虑。原则上，能够由软件来完成的任务，就尽可能用软件来实现，以降低硬件成本，简化硬件结构；同时，还要求大致规定各接口电路的地址、软件的结构和功能、上下位机的通信协议、程序的驻留区域及工作缓冲区等。总体设计方案一旦确定，系统的大体规模及软件的基本框架就确定了。 硬件设计是指应用系统的电路设计，包括主机、控制电路、存储器、IO接口、A/D和DA转换电路等。硬件设计时，应考虑留有充分余量，电路设计力求正确无误，因为在系统调试中不易修改硬件结构。下面我们指出在设计MCS5

43、1单片机应用系统硬件电路时应注意的几个问题。(1)程序存储器 一般可选用容量较大的EPROM芯片，如2764（8KB）、27128（16KB）、27256（32KB）、或快闪存储器等。尽量避免用小容量的芯片组合扩充成大容量的存储器。程序存储器容量大些，则编制程序时宽裕，而价格相差不会太多。(2)数据存储器和IO接口 根据系统功能的要求，如果需要扩展外部 RAM或I/O口，那么RAM芯片可选用6116（2 KB）、 6264（8 KB）或62256（32 KB），原则上也应尽量减少芯片数量，使译码电路简单。IO接口芯片一般选用8155（带有256 KB静态RAM）或8255。这类芯片具有接口线多、硬件逻辑简单等特点。若接口线要求很少，且仅需要简单的输入或输出功能，则可用不可编程的TTL电路或CMOS电路。AD和DA电路芯片主要根据精度、速度和价格等来选用，同时还要考虑与系统的连接是否方便。(3)地址译码电路 通常采用全译码、部分译码或线译码，应考虑充分利用存储空间和简化硬件逻辑等方面的问题。MCS51系统有充分的存储空间，包括64KB程序存储器和 64KB数据存储器，所以在一般的控制应用系统中，主要是考虑简化硬件逻辑。当存储器和IO芯片较多时，可选用专用译码器 74LS138或 74LS139等。(4)总线驱动能力 MCS51系列单片机的外部扩展功能很强，但4个8位并行