基于mega8的16_64点阵时钟显示屏制作毕业设计论文(编辑修改稿)

基于mega8的16_64点阵时钟显示屏制作毕业设计论文(编辑修改稿)内容摘要：

机以 Intel公司的MC48 为代表。 这个系列的单片机内集成有 8 位 CPU、 I/O 接口、 8 位定时器 /计数器，寻址范围不大于 4KB，具有简单的中断功能，无串行接口。 第二阶段 (19781982 年 )：单片机完善阶段。 在这一阶段推出的单片机其功能有较大的增强，能够应用于更多的场合。 这个阶段的单片机普遍带有串行 I/O 口，多级中断处理系统， 16 位定时器 /计数器，片内集成的 RAM、 ROM 容量加大，寻址范围可达 64KB。 一 些单片机片内还集成了 A/D 转换接口。 这类单片机的典型代表有 Intel公司的 MCS5 Motorola 公司的 6081 和 Zilog 公司的 Z8 等。 第三阶段 (19821992)： 8 位单片机巩固发展及 16 位高级单片机发展阶段。 在此阶段，尽管 8 位单片机的应用已广泛普及，但为了更好地满足测控系统嵌入式应用的要求，单片机集成的外围接口电路有了更大的扩充。 这个阶段的代表为 8051 系列。 许多半导体公司和生产厂以 MCS51 的 8051 内核，推出了满足各种嵌入式应用的多种类型和型号的单片机。 其主要技术发展如下： 1 外围功能集成。 满足模拟量直接输入的 ADC 接口；满足伺服驱动的 PWM；保证程序可靠运行的程序监控定时器 西南科技大学本科生毕业论文 5 WDT(俗称看门狗 )。 2 出现了为满足串行外围扩展要求的串行扩展总线和接口，如 SPI、 I2C 总线、单总线 (1Wire)等。 3 出现了满足分布系统并突出控制功能的现场总线接口，如 CAN 等。 4 在程序存储器方面广泛使用了片内程序存储器技术，出现了片内集成 EPROM、 EEPROM、 Flash ROM、 Mask ROM、 OTP ROM 等各种类型的单片机，以满足不同产品开发和生产的需要，也为最终取消外部储 存器扩展奠定了良好的基础。 与此同时，一些面向更高层次的应用，推出了 16 位单片机，典型代表有 Intel公司的 MCS96 系列单片机 第四阶段 (1993现在 )：百花齐放阶段。 现阶段单片机发展的显著特点是百花齐放和技术创新，以满足日益增长的广泛需要。 其主要方面如下： 1 单片机嵌入式系统是面对最底层的电子技术应用，从简单的玩具、小家电到复杂的工业控制系统、智能仪表、电器控制，以及发展到机器人、个人信息终端、机顶盒等，因此，面对不同的应用对像，不断推出适用于不同领域要求的、从简易性能到多功能的单片机系列。 2 大力发展专用型单片机。 早期的单片机以通用型为主。 由于单片机设计、生产技术的提高，周期的缩短，成本的下降，以及许多特定的电子产品，如家电类产品的巨大市场需求能为，推动了专用型单片机的发展。 在这类产品中采用专用型单片机，具有成本低、资源利用率高、系统外围电路少、可靠性高的优点。 因此，专用单片机也是单片机发展的一个主要方向。 3 致力于提高单片机的综合品质。 采用先进的技术来提高单片机的综合品质，如提高 I/O 口的驱动能力，增强抗静电和抗干扰措施，加宽 (降低 )工作电压，降低功耗。 单片机的发展趋势 综观 30 多年的发展过程，作为嵌入式系统的核心 单片机，正在朝着多功能、多选则、高速度、低功耗、低价格、大容量及加强 I/O 功能等方向发展。 其进一步的发展趋势是多方面的。 1 全盘 CMOS 化 COMS 电路具有许多优点，例如极宽的工作范围、极佳的低功耗管理特性等。 CMOS 化已经成为目前单片机及其外围器件及其外围器件流行的半导体工艺。 2 采用 RISC 体系结构 早期的单片机大多采用 CISC 体系结构，指令复杂，指令代码、周期数不统一； 西南科技大学本科生毕业论文 6 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，当外部时钟为 12MHz,其单周期指令运行速度仅为 1MIPS。 采用 RISC 体系结构和精简指令后，单片机的指令绝大部分成为单周期指令，而且通过增加程序储存器的宽度 (8 位增加到 16 位 )实现了一个地址单元存储一条指令。 在这种系统结构中，很容易实现并行流水线的操作，大大提高了指令的运行速度。 目前一些 RISC体系结构的单片机，如美国 ATMEL 公司 AVR 系列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，单周期指令运行的速度可达 12MIPS。 这样， 一方面可以获得指令的高速运行，另一方面，在相同的运行速度下，可大大降低时钟的频率，有利于获得良好的电磁兼容效果。 3 多功能集成化 单片机在内部已集成了越来越多的部件，这些部件不仅包括一般常用的电路，例 如定时器 /计数器、模拟比较器、 A/D 转换器、串行通信接口、 WDT 电路、 LCD 控制器等，有的单片机为了构成控制网络或形成局部网络，内部含有局部网络控制模块 CAN 总线，以方便地构成一个控制成一个控制网络。 为了能在变频控制中方便地使用单片机，形成最具有经济效益的嵌入式控制系统。 有的单片机内部清空设置了 专门用于变频控制的脉宽调制电路 PWM。 4 片内存储器的改进与发展 目前新型单片机一般在片内集成了两种类型的存储器：随机读 /写存储器 SRAM，作为临时数据存储器用于存放工作数据；只读 ROM，作为程序存储器用于存放系统控制程序和固定不变的数据。 片内存储器的改进与发展方向是扩大容量，以及提高 ROM 数据的易写和保密性等。 1) 片内存储容量的增加。 新型单片机一般在片内集成的 SRAM 128 字节 ~1KB，ROM 的容量一般为 4~8KB。 为了适应网络、音视频等高端产品的需要，高档单片机在片内集成了更大 容量的 RAM 和 ROM 存储器。 例如 ATMEL 公司的 ATmega16片内的 SRAM 为 1KB， Flash ROM 为 16KB。 而该系列的高端产品 ATmega256 片内集成了 8KB 的 SRAM、 256KB 的 Flash ROM 和 4KB 的 EEPROM。 2) 片内程序存储器由 EPROM 型向 Flash ROM 发展。 早期单片机在片内往往没有程序存储器或片内集成了 EPROM 型的程序存储器。 将程序存储器集成在单片机内，可以大大提高单片机的抗干扰能力，提高程序的保密性，减少硬件设计的复杂 西南科技大学本科生毕业论文 7 性和空间等许多优点，因此片内集成程序存 储器已成为新型单片机的标准方式，但EPROM 具有须用 12V 高压编程写入。 紫外线光照擦除以及重写入次数有限等缺点，这给使用带来了不便。 新型单片机则采用 Flash ROM、 Mask ROM、 OTP ROM 作为片内程序存储器， Flash ROM 在通常 (如 5V/3V)下就可以实现程序的写入和擦除操作，重写次数在 10 000 次以上，并可实现在线编程写入的 ISP 技术优点，为使用带来了极大的方便。 采用 Mask ROM 的微控制器称为掩膜芯片，它在芯片制造过程中就将程序 “ 写入 ” 其中，并永远不能改写。 采用 OTP ROM 的微控 制器，其芯片出厂时片内程序存储器是 “ 空的 ” ，它允许用户将自己编写好的程序一次性地编程写入，之后再已无法更改了。 Mask ROM 和 OTP ROM 适用于大批量产品的生产，而 EPROM 和 Flash ROM 则适用于产品的设计开发及学习培训时使用。 3) 程序保密化。 一个单片机嵌入式系统的系统程序是系统最重要的部分，是知识产权保护的核心。 为了防止片内程序被非法读出复制，新型单片机往往对片内程序存储器进行加锁加密。 当系统程序写入片内程序存储器后，可以再对加密保护单元编程，使芯片加锁。 加锁加密后，从芯片外部则无法读 取片内系统程序代码。 若将加密单元擦除，则片内程序也同时被擦除掉，这样便达到了程序保密的目的。 5 ISP、 IAP 及 ISP、 IAP 技术的开发和应用 ISP(In System Programmable)称为在线系统可编程技术。 随着微控制器在片内集 成 EEPROM、 Flash ROM 的发展，推动了 ISP 技术在单片机中的应用。 在 ISP 技术的基础上立首先实现了系统程序的串行编程写入，使得不必将焊在 PCB 印刷电路板上的芯片取下，就可直接将程序下载到单片机的程序存储器中，淘汰了专用程序下载写入设备。 其次 基于 ISP 技术的实现，使得模拟仿真开发技术重新兴起。 在单时钟、单指令运行的 RSIC 结构的单片机中，可实现 PC 机通过串行电缆对目标板系统的在线仿真调试。 在 ISP 技术应用的基础上，又发展了 IAP(In Application Programmable)技术，也称在应用可编程技术。 利用 IAP 技术，实现了用户可随时根据需要对原有系统方便地在线更新软件、修改软件，还能实现对系统软件的远程诊断、远程调试和远程更新。 6 实现全面的功能管理 采用 CMOS 工艺后，单片机具有极佳的低功耗和功耗管理功能，它包括 传统 CMOS 单片机的低功耗运行方式，即休闲方式 (Idle Mode)、掉电方式 (Power 西南科技大学本科生毕业论文 8 Down Mode)。 双时钟技术。 配置高速 (主时钟 )和低速 (子时钟 )两个时钟系统。 当不需要高速运行时，转入子时钟控制下，以降低功耗。 片内外围电路的电源管理。 对集成在片内的外围接口电路实行供电管理，当外围电路不再运行时，关闭其供电。 低电压节能技术。 CMOS 电路的功耗与电源电压有关，降低系统的供电电压，能大幅降低器件的功耗。 新型单片机往往具有宽电压 (3~5V)或低电压 (3V)运行的特点，低电压、低功耗是手持便携式 系统重要的追求目标，也是绿色电子的发展方向。 7 以串行总线方式为主的外围发展 目前，单片机与外围器件接口技术发展的一个重要方向是由并行外围总线接口向串行外围总线接口的发展。 采用串行总线方式扩展的外围扩展技术具有方便、灵活、 电路简单及占用 I/O 资源少的特点。 采用串行总线虽然比采用并行接口数据传输慢， 但随着半导体电路技术的发展，大批采用标准串行总线通信协议 (如 SPI、 I2C、 1 Wire 等 )的外围芯片器件的出现，使传输速度不断提高 (可达到 1~10Mb/s)。 采用片内集成程序存储器而不必外部并 行扩展程序存储器，加之单片机嵌入式系统有限速度的要求，使得串行总线方式为主的外围扩展方式能够满足大多数系统的需求，成为流行的提扩展方式，而采用并行接口的扩展技术则成为辅助方式。 8 单片机向片上系统 SOC 发展 SOC(System On Chip)是一种高度集成化、固化的芯片级集成技术，其核心思想是把除了无法集成的某些外部电路和机械部分之外所有外围电路全部集成在一片芯片之中。 现在一些新型单片机 (如 AVR 系列单片机 )已经是 SOC 的雏形，在一片芯片中集成了各种类型和更大容量的存储器，以及更多性能、更 加完善、更强大的功能电路接口，这使得原来需要几片甚至十几片芯片组成的系统，现在只用一片就可以实现。 其优点不仅减少了系统的体积，降低了成本，而且也大大提高了系统硬件的可靠性和稳定性。 单片机的特点 单片机芯片作为控制系统的核心部件，它除了具备通用微机 CPU 的数值计算功能外，还必须具有灵活，强大的控制功能，以便实现实时监测系统的输入量，控制系统的输出量，实现自动控制。 由于单片机主要面向工业控制，工作环境比较恶劣， 西南科技大学本科生毕业论文 9 如高温，强电磁干扰，甚至含有腐蚀性的气体，因而单片机控制系统还必须具有抗辐射能力。 单片机 CPU 与通用微机 CPU 相比，具有以下的特点： 1 抗干扰性强，工作温度范围宽。 通用微机 CPU 一般要求在室温下工作，抗干扰能力较低。 2 可靠性高。 在工业控制中，任何差错都有可能造成极其严重的后果。 3 控制功能很强，数值计算能力较差。 而通用微机 CPU 具有很强的数值运算能力，但是控制能力相对较弱，将通用微机用于工业控制时，一般需要增加一些专用的接口电路。 4 指令系统比通用微机系统简单。 5 更新换代速度比通用微机处理器慢得多， Intel公司 1980 年推出标准 MCS51内核 8051， 80C51 单片机芯片后，持 续生产，使用 10 年，直到 1996 年 3 月才被增强型 MCS51 内核 8XC5X 系列取代。 单片机的应用 目前单片机的应用已经深入国民经济的各个领域，对各个行业的技术改造和产品的更新换代起着重要的推动作用，其应用领域主要有智能仪器表，机电一体化，实时控制，民用电子产品及国防工业等。 其主要体现在以下几个方面： 1 单片机在智能仪表中的应用 单片机广泛地应用于实验室，交通运输工具，计量等各种仪器仪表中，可使用仪器仪表智能化，提高了它们的测量精度，加强了它们的功能，简化了它们的结构，便于使用，维护和改进。 例如 ：电度表校验仪，电阻，电容，电感测量仪器，船舶航行状态记录仪器，烟叶水分测试器，智能超声波测厚仪器等。 单片机在智能仪表中的应用，不仅使传统的仪器仪表发生了根本性的变化，也促进仪器仪表行业的发展。 2 单片机在机电一体化中的应用。