單片機的研究背景

1. 單片機最小系統設計背景意義

單片機最小系統是指：用最少的元件組成的單片機可以工作的系統。
單片機最小系統介紹
單片機最小系統是由晶元外部接上時鍾電路、復位電路和電源構成的一個基本應用系統。
單片機又稱單片微控制器，它不是完成某一個邏輯功能的晶元，而是把一個計算機系統集成到一個晶元上。相當於一個微型的計算機，和計算機相比，單片機只缺少了I/O設備。概括的講：一塊晶元就成了一台計算機。它的體積小、質量輕、價格便宜、為學習、應用和開發提供了便利條件。
單片機最小系統組成
單片機最小系統主要由電源、復位、振盪電路以及擴展部分等部分組成。
電源：對於一個完整的電子設計來講，首要問題就是為整個系統提供電源供電模塊，電源模塊的穩定可靠是系統平穩運行的前提和基礎。
復位：單片機的置位和復位，都是為了把電路初始化到一個確定的狀態。單片機復位電路原理是在單片機的復位引腳RST上外接電阻和電容，實現上電復位。當復位電平持續兩個機器周期以上時復位有效。復位電平的持續時間必須大於單片機的兩個機器周期。
振盪電路：單片機系統里都有晶振，在單片機系統里晶振作用非常大，全程叫晶體振盪器，他結合單片機內部電路產生單片機所需的時鍾頻率，單片機晶振提供的時鍾頻率越高，那麼單片機運行速度就越快，單片接的一切指令的執行都是建立在單片機晶振提供的時鍾頻率。

單片機最小系統特點
系統資源完全開放，配合其它模塊板或自行搭建用戶電路可實現任意實驗功能。介面設計靈活，使用方便（適合創新實踐活動）。
板上電路簡潔實用，除最小系統和在線下載電路外，還有1個LED、1個按鍵、1個蜂鳴器、1片EEPROM存儲器AT24C04（使用時只需設置相關調線），單片機引腳全部可引出使用，並留有專用LED顯示介面方便與串列靜態LED顯示板連接。
單片機介紹
單片機（Microcontrollers）又稱微控制器，由中央處理器、存儲器、輸入輸出埠(包括並行I/O、串列I/O、模數轉換器)、計時器和計數器等組成，具有完整數字處理功能的大規模集成電路。
微控制器是一種面向控制領域嵌入式應用的集成化計算機晶元，主要用於工業控制、數據處理、信號處理、智能儀器、通信產品及民用消費產品等自動控制產品與器件中。通常也把它簡稱為MCU或μC，MCU配以適當的外圍設備和軟體就可構成一個計算機應用系統，所以也稱之為單片微型計算機，簡稱為單片機。

2. 關於51單片機編程器的作用、意義，在國內外的研究現狀和發展趨勢

單片機又稱單片微控制器,它不是完成某一個邏輯功能的晶元,而是把一個計算機系統集成到一個晶元上。概括的講：一塊晶元就成了一台計算機。它的體積小、質量輕、價格便宜、為學習、應用和開發提供了便利條件。同時，學習使用單片機了解計算機原理與結構的最佳選擇。

可以說，二十世紀跨越了三個「電」的時代，即電氣時代、電子時代和現已進入的電腦時代。不過，這種電腦，通常是指個人計算機，簡稱PC機。它由主機、鍵盤、顯示器等組成（如圖1所示）。還有一類計算機，大多數人卻不怎麼熟悉。這種計算機就是把智能賦予各種機械的單片機（亦稱微控制器，如圖2所示）。顧名思義，這種計算機的最小系統只用了一片集成電路，即可進行簡單運算和控制。因為它體積小，通常都藏在被控機械的「肚子」里。它在整個裝置中，起著有如人類頭腦的作用，它出了毛病，整個裝置就癱瘓了。現在，這種單片機的使用領域已十分廣泛，如智能儀表、實時工控、通訊設備、導航系統、家用電器等。各種產品一旦用上了單片機，就能起到使產品升級換代的功效，常在產品名稱前冠以形容詞——「智能型」，如智能型洗衣機等。現在有些工廠的技術人員或其它業余電子開發者搞出來的某些產品，不是電路太復雜，就是功能太簡單且極易被仿製。究其原因，可能就卡在產品未使用單片機或其它可編程邏輯器件上。

在計算機出現以前，有不少能工巧匠做出了不少精巧的機械。 進入電器時代後，人們藉助電氣技術實現了自動控制機械，自動生 產線甚至自動工廠，並且大大地發展了控制理論。然而，在一些大 中型系統中自動化結果均不理想。只有在計算機出現後，人們才見 到了希望的曙光。如今藉助計算機逐漸實現了人類的夢想。但是， 計算機出現後的相當長的時間里，計算機作為科學武器，在科學的 神聖殿堂里默默地工作，而工業現場的測控領域並沒有得到真正的 應用。只有在單片機（Microcontroller)出現後，計算機才真正 地從科學的神聖殿堂走入尋常百姓家，成為廣大工程技術人員現代 化技術革新，技術革命的有利武器。目前，單片機在民用和工業測 控領域得到最廣泛的應用。彩電，冰箱，空調，錄像機，VCD，遙 控器，游戲機，電飯煲等無處不見單片機的影子，單片機早已深深 地溶入我們每個人的生活之中。

單片機能大大地提高這些產品的智能性，易用性及節能性等主要性能指標，給我們的生活帶來舒適和方便的同時，在工農業生產 上也極大地提高了生產效率和產品質量。 單片機按用途大體上可分為兩大類：

1--通用型單片機
2--專用型單片機

專用型單片機是指用途比較專一，出廠時程序已經一次性固化好， 不能再修改的單片機。例如電子表裡的單片機就是其中的一種。 其生產成本很低。

通用型單片機的用途很廣泛，使用不同的介面電路及編制不同的應用程序就可完成不同的功能。小到家用電器儀器儀表，大到機器設備和整套生產線都可用單片機來實現自動化控制。

3. 簡論單片機課程中單片機實驗教學探究

簡論單片機課程中單片機實驗教學探究

論文摘要：單片機的開發與應用、學習將造就一批計算機智能化控制的工程師、科學家。一些中等院校也相繼開設了單片機課程設計及相關的課程。在單片機及介面技術課程的教學過程中，實驗教學是重要的組成部分。針對單片機課程的教學改革，不斷加強單片機課程實驗環節，改革教學方法，虛擬模擬實驗在單片機教學中的應用，實踐表明，該方法有利於激發學生的學習興趣，培養學生的工程素養和創新能力，提高了教學效果。

論文關鍵詞：單片機；教學；模擬實驗

「單片機原理」是一門理論性、邏輯性、實踐性很強的學科，是電類專業一門非常重要的專業基礎課，把微機介面部分、匯編語言部分、通信技術部分的知識點等綜合在一起，屬於邏輯性、工程性、技術性、實踐性很強的一門專業基礎課。該課程作為電類專業最重要的核心課程之一，它是電類專業高素質技能型人才所需全部自動控制類知識結構的載體，占據著非常重要的位置。
然而，傳統的單片機教學一般注重課程本身的體系結構和前後的邏輯聯系，均以學科體系為出發點，忽略了「可學性」，致使學生學得吃力，老師教得辛苦，教學效果卻沒有顯現出來。

一、研究背景及意義

目前，全國將單片機列入單獨的比賽項目，在考查中注重學生的能力培養，學生的技能素養教育成為重中之重，加之社會需求高技能人才，許多學校為了適應社會的發展和市場需求在不同的專業開設了單片機課程，然而單片機課程是一門實踐性很強的課程，要想在教學過程中取得很好的效果，就必須要求學生在學習過程中多動手實踐，但有的學校教學設備有限，怎樣解決這個問題。模擬實驗課可以讓學生在單片機工作室里做中學，真正玩轉單片機，也同時解決了學生學起來枯燥，老師教起來吃力的尷尬局面。
目前單片機教學中存在諸多問題。如單片機課程理論為主，實驗教學多是進行驗證性實驗。單片機實驗室存在場地和時間限制，學生除了課上，很難有機會接觸到所需要的設備，如模擬器、實驗板等，個人配備成本太高，個體無法承擔。而且實驗箱只能驗證試驗的基本作用和意義，就無從談起學生動手能力的訓練和提升。單片機在當今社會中的應用速度發展迅速，然而單片機教材陳舊，實驗設備很容易落後、老化等問題，必然會帶來耗資等問題。由此可見，構建成本低廉的單片機模擬實驗系統對於單片機教學意義重大。它不僅可以降低實驗設備投資，而且能培提高學生的工程素質，養學生的創新精神。在單片機控制系統的設計開發過程中，我們不單要突出設備的自動化程度及智能性，另一方面也要重視控制系統的工作穩定性，否則就無法體現控制系統的優越性。
由於單片機控制系統應用系統的工作環境往往是比較惡劣和復雜的，其應用的可靠性、安全性就成為一個非常突出的問題。單片機控制系統應用必須長期穩定、可靠地運行，否則將導致控制誤差加大，嚴重時會使系統失靈，甚至造成巨大的損失。
影響單片機控制系統應用的可靠、安全運行的主要因素是來自系統內部和外部的各種電氣干擾，以及系統結果設計、元器件選擇、安裝、製造工藝和外部環境條件等。這些因素對控制系統造成的干擾後果主要表現在下述幾個方面。（1）數據採集誤差加大。（2）控制狀態失靈。（3）數據受干擾發生變化。（4）程序運行失常。
由於受到干擾後計數器的值是隨機的，因而導致程序混亂。通常的情況是程序將執行一系列毫無意義的指令，最後進入「死循環」，這將使輸出嚴重混亂或系統失靈。
隨著單片機及其介面技術的飛速發展，目前面對職業教育存在的突出問題：質量能力與規模能力不相適應，教學信息化程度低，古老的填鴨式課堂教學模式仍應用普遍，「雙師型」教師隊伍建設機制缺乏完善性，科學管理水平和改革創新能力就提到了日程，管理制度不健全，學校基本辦學規范不健全，科學的職業教育評價標准和評價機制達不到標准，學生成長的「通道」不暢通。
從新的教學要求來看，這類課程僅在課堂上講授基本原理是不夠的，必須在教學中加強實踐環節，開出一定數量的高質量的配套實驗課活獨立的實驗課程，讓學生有足夠的實驗機會。那麼對於單片機實驗教學環境建設就相應提出了高要求。怎樣解決這個問題，單片機模擬實驗應運而生。

二、「單片機模擬實驗」初探

伴隨著計算機技術的飛速發展，在各個領域都出現了各種模擬系統，為各種實際系統的開發提供了准確可靠的保證，同時為很多學校、企業等節約了大量的人力和物力。在電子信息技術領域也同樣出現了大量的模擬工具，如課堂上用到的各種EDA工具；模數混合模擬的Protel、Multisim等常見的電子應用模擬軟體，數字系統設計的Fundation、Maxplus II、Expert等。
所謂「模擬」，就是通過開發工具真實地模擬用戶系統的運行環境，使用戶能夠在透明和可控的條件下觀察系統運行過程中的狀態和結果，模擬實際上也是一種軟體和硬體的綜合調試手段，它能提高應用系統開發的效率。
用通俗的話來描述「單片機模擬實驗」就是在一塊虛擬電路板上按照真實電路的設計構想放置一些虛擬的元器件，並模擬實際燒ROM的過程鏈接上程序代碼，「接通」電路觀察效果，如果不理想的話可以反復修改電路或程序代碼，直至符合設計要求為止。
模擬實驗的好處是顯而易見的。在沒有模擬實驗的年代，每架構一個真實的電路都需要費時費力費錢，稍有不慎還有可能前功盡棄，再加上單片機中的ROM晶元是有擦寫次數的，而一段程序可能需要修改擦寫多次，無形中減少了ROM晶元的使用壽命。模擬實驗是在計算機上進行的（可能會費點兒電），以上問題都不存在，而且就現在的模擬軟體來說，模擬出來的電路效果與真實電路一模一樣，毫不誇張地說，只要模擬是成功的，就可以直接下工廠的流水線生產了。

4. 單片機控制器的國內外研究現狀

單片機,亦稱單片微電腦或單片微型計算機。它是把中央處理器(CPU)、隨機存取存儲器(RAM)、只讀存儲器(ROM)、輸入/輸出埠(I/0)等主要計算機功能部件都集成在一塊集成電路晶元上的微型計算機。現在可以說單片機是百花齊放的時期,世界上各大晶元製造公司都推出了自己的單片機,從8位、16位到32位,數不勝數,應有盡有,它們各具特色,互成互補,為單片機的應用提供廣闊的天地。縱觀單片機的發展過程,可以預示單片機的發展趨勢 。
1、低功耗CMOS化
MCS-51系列的8031推出時的功耗達630mW,而現在的單片機普遍都在100mW左右,隨著對單片機功耗要求越來越低,現在的各個單片機製造商基本都採用了CMOS(互補金屬氧化物半導體工藝)。80C51就採用了HMOS(即高密度金屬氧化物半導體工藝)和CHMOS(互補高密度金屬氧化物半導體工藝)。CMOS雖然功耗較低,但由於其物理特徵決定其工作速度不夠高,而CHMOS則具備了高速和低功耗的特點,這些特徵,更適合於在要求低功耗,電池供電的應用場合。所以這種工藝將是今後一段時期單片機發展的主要途徑。
2、微型單片化
現在常規的單片機普遍都是將中央處理器(CPU)、隨機存取數據存儲(RAM)、只讀程序存儲器(ROM)、並行和串列通信介面,中斷系統、定時電路、時鍾電路集成在一塊單一的晶元上,增強型的單片機集成了如A/D轉換器、PMW(脈寬調制電路)、WDT(看門狗)、有些單片機將LCD(液晶)驅動電路都集成在單一的晶元上,這樣單片機包含的單元電路就更多,功能就越強大。甚至單片機廠商還可以根據用戶的要求量身定做,製造出具有自己特色的單片機晶元。 此外,現在的產品普遍要求體積小、重量輕,這就要求單片機除了功能強和功耗低外,還要求其體積要小。現在的許多單片機都具有多種封裝形式,其中SMD(表面封裝)越來越受歡迎,使得由單片機構成的系統正朝微型化方向發展。
3、主流與多品種共存
現在雖然單片機的品種繁多,各具特色,但仍以80C51為核心的單片機佔主流,兼容其結構和指令系統的有PHILIPS公司的產品,ATMEL公司的產品和中國台灣的Winbond系列單片機。所以C8051為核心的單片機占據了半壁江山。而Microchip公司的PIC精簡指令集(RISC)也有著強勁的發展勢頭,中國台灣的HOLTEK公司近年的單片機產量與日俱增,與其低價質優的優勢,占據一定的市場分額。此外還有MOTOROLA公司的產品,日本幾大公司的專用單片機。在一定的時期內,這種情形將得以延續,將不存在某個單片機一統天下的壟斷局面,走的是依存互補,相輔相成、共同發展的道路。
4、大容量、高性能
以往單片機內的ROM為1KB～4KB,RAM 為64～128B。但在需要復雜控制的場合,該存儲容量是不夠的,必須進行外接擴充。為了適應這種領域的要求,須運用新的工藝,使片內存儲器大容量化。目前,單片機內ROM 最大可達64KB,RAM 最大為2KB。另外單片機進一步改變CPU的性能,加快指令運算的速度和提高系統控制的可靠性。採用精簡指令集(RISC)結構和流水線技術,可以大幅度提高運行速度。現指令速度最高者已達100MIPS(Million Instruction Per Seconds,即兆指令每秒),並加強了位處理、中斷和定時控制功能。這類單片機的運算速度比標準的單片機高出10 倍以上。由於這類單片機有極高的指令速度,可以使用軟體模擬其I/O 功能,由此引入了虛擬外設的新概念。
5、串列擴展技術
在很長一段時間里,通用型單片機通過三匯流排結構擴展外圍器件成為單片機應用的主流結構。隨著低價位OTP(One Time Programble)及各種特殊類型片內程序存儲器的發展,加之處圍介面不斷進入片內,推動了單片機「單片」應用結構的發展。特別是I2C、SPI 等串列匯流排的引入,可以使單片機的引腳設計得更少,單片機系統結構更加簡化及規范化。
6、結論
單片機改變了我們生活,縱觀我們現在生活的各個領域,從導彈的導航裝置,到飛機上各種儀表的控制,從計算機的網路通訊與數據傳輸,到工業自動化過程的實時控制和數據處理,以及我們生活中廣泛使用的各種智能IC卡、電子寵物等,這些都離不開單片機, 單片機有著廣闊的應用前景。

5. 單片機控制led閃爍開題報告急求一份開題報告的研究重點內容

結合畢業論文(設計)任務書的要求，根據所查閱的文獻資料，撰寫3000字左右的文獻綜述:文獻綜述
研究背景及意義
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