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文本内容:
本科毕业(设计)论文任务书课题名称单片机原理及应用执行时间年月至年月学生姓名学号指导教师系别专业教务处制注
1.本任务书一式两份,一份各系留存,一份发给学生,任务完成后装订在毕业设计(论文)内
2.“签名”栏用笔填写,其余各栏均要求打印毕业设计(论文)基本内容和要求单片机介绍 单片机也被称为微控制器(MicrocontrollerUnit),常用英文字母的缩写MCU表示单片机,它最早是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 早期的单片机都是8位或4位的其中最成功的是INTEL的8031,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提高随着INTELi960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300MHz,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
[1]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机和其他计算的总和,甚至比人类的数量还要多 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 单片机芯片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!单片机的硬件特性
1、单片机集成度高单片机包括CPU、4KB容量的ROM(8031无)、128B容量的RAM、2个16位定时/计数器、4个8位并行口、全双工串口行口
2、系统结构简单,使用方便,实现模块化;
3、单片机可靠性高,可工作到10^6~10^7小时无故障;
4、处理功能强,速度快单片机的应用 单片机的应用 目前单片机渗透到我们生活的各个领域,几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹导弹的导航装置,飞机上各种仪表的控制,计算机的网络通讯与数据传输,工业自动化过程的实时控制和数据处理,广泛使用的各种智能IC卡,民用豪华轿车的安全保障系统,录像机、摄像机、全自动洗衣机的控制,以及程控玩具、电子宠物等等,这些都离不开单片机更不用说自动控制领域的机器人、智能仪表、医疗器械了因此,单片机的学习、开发与应用将造就一批计算机应用与智能化控制的科学家、工程师 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.在智能仪器仪表上的应用 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.在工业控制中的应用 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 芯片理,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.在家用电器中的应用 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的应用 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.单片机在医用设备领域中的应用 单片机在医用设备中的用途亦相当广泛,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等
6.在各种大型电器中的模块化应用 某些专用单片机设计用于实现特定功能,从而在各种电路中进行模块化应用,而不要求使用人员了解其内部结构如音乐集成单片机,看似简单的功能,微缩在纯电子芯片中(有别于磁带机的原理),就需要复杂的类似于计算机的原理如音乐信号以数字的形式存于存储器中(类似于ROM),由微控制器读出,转化为模拟音乐电信号(类似于声卡) 在大型电路中,这种模块化应用极大地缩小了体积,简化了电路,降低了损坏、错误率,也方便于更换
7.单片机在汽车设备领域中的应用 单片机在汽车电子中的应用非常广泛,例如汽车中的发动机控制器,基于CAN总线的汽车发动机智能电子控制器,GPS导航系统,abs防抱死系统,制动系统等等 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应用六大重要部分 单片机学习应用的5大重要部分
一、总线 我们知道,一个电路总是由元器件通过电线连接而成的,在模拟电路中,连线并不成为一个问题,因为各器件间一般是串行关系,各器件之间的连线并不很多,但计算机电路却不一样,它是以微处理器为核心,各器件都要与微处理器相连,各器件之间的工作必须相互协调,所以需要的连线就很多了,如果仍如同模拟电路一样,在各微处理器和各器件间单独连线,则线的数量将多得惊人,所以在微处理机中引入了总线的概念,各个器件共同享用连线,所有器件的8根数据线全部接到8根公用的线上,即相当于各个器件并联起来,但仅这样还不行,如果有两个器件同时送出数据,一个为0,一个为1,那么,接收方接收到的究竟是什么呢?这种情况是不允许的,所以要通过控制线进行控制,使器件分时工作,任何时候只能有一个器件发送数据(可以有多个器件同时接收)器件的数据线也就被称为数据总线,器件所有的控制线被称为控制总线在单片机内部或者外部存储器及其它器件中有存储单元,这些存储单元要被分配地址,才能使用,分配地址当然也是以电信号的形式给出的,由于存储单元比较多,所以,用于地址分配的线也较多,这些线被称为地址总线
二、数据、地址、指令 之所以将这三者放在一起,是因为这三者的本质都是一样的——数字,或者说都是一串‘0’和‘1’组成的序列换言之,地址、指令也都是数据指令由单片机芯片的设计者规定的一种数字,它与我们常用的指令助记符有着严格的一一对应关系,不可以由单片机的开发者更改地址是寻找单片机内部、外部的存储单元、输入输出口的依据,内部单元的地址值已由芯片设计者规定好,不可更改,外部的单元可以由单片机开发者自行决定,但有一些地址单元是一定要有的(详见程序的执行过程)数据这是由微处理机处理的对象,在各种不同的应用电路中各不相同,一般而言,被处理的数据可能有这么几种情况
三、P0口、P2口和P3的第二功能用法 初学时往往对P0口、P2口和P3口的第二功能用法迷惑不解,认为第二功能和原功能之间要有一个切换的过程,或者说要有一条指令,事实上,各端口的第二功能完全是自动的,不需要用指令来转换如P
3.
6、P
3.7分别是WR、RD信号,当微片理机外接RAM或有外部I/O口时,它们被用作第二功能,不能作为通用I/O口使用,只要一微处理机一执行到MOVX指令,就会有相应的信号从P
3.6或P
3.7送出,不需要事先用指令说明事实上‘不能作为通用I/O口使用’也并不是‘不能’而是(使用者)‘不会’将其作为通用I/O口使用你完全可以在指令中按排一条SETBP
3.7的指令,并且当单片机执行到这条指令时,也会使P
3.7变为高电平,但使用者不会这么去做,因为这通常会导致系统的崩溃
四、程序的执行过程 单片机在通电复位后8051内的程序计数器(PC)中的值为‘0000’,所以程序总是从‘0000’单元开始执行,也就是说在系统的ROM中一定要存在‘0000’这个单元,并且在‘0000’单元中存放的一定是一条指令
五、堆栈 堆栈是一个区域,是用来存放数据的,这个区域本身没有任何特殊之处,就是内部RAM的一部份,特殊的是它存放和取用数据的方式,即所谓的‘先进后出,后进先出’,并且堆栈有特殊的数据传输指令,即‘PUSH’和‘POP’,有一个特殊的专为其服务的单元,即堆栈指针SP,每当执一次PUSH指令时,SP就(在原来值的基础上)自动加1,每当执行一次POP指令,SP就(在原来值的基础上)自动减1由于SP中的值可以用指令加以改变,所以只要在程序开始阶段更改了SP的值,就可以把堆栈设置在规定的内存单元中,如在程序开始时,用一条MOVSP,#5FH指令,就是把堆栈设置在从内存单元60H开始的单元中一般程序的开头总有这么一条设置堆栈指针的指令,因为开机时,SP的初始值为07H,这样就使堆栈从08H单元开始往后,而08H到1FH这个区域正是8031的第
二、
三、四工作寄存器区,经常要被使用,这会造成数据的混乱不同作者编写程序时,初始化堆栈指令也不完全相同,这是作者的习惯问题当设置好堆栈区后,并不意味着该区域成为一种专用内存,它还是可以象普通内存区域一样使用,只是一般情况下编程者不会把它当成普通内存用了单片机攻击技术 目前,攻击单片机主要有四种技术,分别是 (1)软件攻击 该技术通常使用处理器通信接口并利用协议、加密算法或这些算法中的安全漏洞来进行攻击软件攻击取得成功的一个典型事例是对早期ATMELAT89C系列单片机的攻击攻击者利用了该系列单片机擦除操作时序设计上的漏洞,使用自编程序在擦除加密锁定位后,停止下一步擦除片内程序存储器数据的操作,从而使加过密的单片机变成没加密的单片机,然后利用编程器读出片内程序 (2)电子探测攻击 该技术通常以高时间分辨率来监控处理器在正常操作时所有电源和接口连接的模拟特性,并通过监控它的电磁辐射特性来实施攻击因为单片机是一个活动的电子器件,当它执行不同的指令时,对应的电源功率消耗也相应变化这样通过使用特殊的电子测量仪器和数学统计方法分析和检测这些变化,即可获取单片机中的特定关键信息 (3)过错产生技术 该技术使用异常工作条件来使处理器出错,然后提供额外的访问来进行攻击使用最广泛的过错产生攻击手段包括电压冲击和时钟冲击低电压和高电压攻击可用来禁止保护电路工作或强制处理器执行错误操作时钟瞬态跳变也许会复位保护电路而不会破坏受保护信息电源和时钟瞬态跳变可以在某些处理器中影响单条指令的解码和执行 (4)探针技术 该技术是直接暴露芯片内部连线,然后观察、操控、干扰单片机以达到攻击目的为了方便起见,人们将以上四种攻击技术分成两类,一类是侵入型攻击(物理攻击),这类攻击需要破坏封装,然后借助半导体测试设备、显微镜和微定位器,在专门的实验室花上几小时甚至几周时间才能完成所有的微探针技术都属于侵入型攻击另外三种方法属于非侵入型攻击,被攻击的单片机不会被物理损坏在某些场合非侵入型攻击是特别危险的,但是因为非侵入型攻击所需设备通常可以自制和升级,因此非常廉价 大部分非侵入型攻击需要攻击者具备良好的处理器知识和软件知识与之相反,侵入型的探针攻击则不需要太多的初始知识,而且通常可用一整套相似的技术对付宽范围的产品单片机加密方法
[3]科研成果保护是每一个科研人员最关心的事情目的不使自己的辛苦劳动付注东流加密方法有软件加密硬件加密软硬件综合加密时间加密错误引导加密专利保护等措施有矛就有盾有盾就有矛有矛有盾才促进矛盾质量水平的提高加密只讲盾也希望网友提供更新的加密思路,现先讲一个软件加密:利用MCS-51中A5指令加密本人85年发现的名软件陷阱其实世界上所有资料包括英文资料都没有讲这条指令其实这是很好的加密指令A5功能是二字节空操作指令加密方法在A5后加一个二字节或三字节操作码因为所有反汇编软件都不会反汇编A5指令造成正常程序反汇编乱套执行程序无问题仿制者就不能改变你的源程序你应在程序区写上你的大名单位开发时间及仿制必究的说法以备获得法律保护我曾抓到过一位获省优产品仿制者我说你们为什么把我的名字也写到你的产品中 硬件加密:8031/8052单片机就是8031/8052掩模产品中的不合格产品内部有ROM本人85年发现的可以把8031/8052当8751/8752来用再扩展外部程序器然后调用8031内部子程序当然你所选的同批8031芯片的首地址及所需用的中断入口均应转到外部程序区 硬件加密 用高电压或激光烧断某条引脚使其读不到内部程序用高电压会造成一些器件损坏重要RAM数据采用电池大电容街机采用的办法保护拔出芯片数据失去机器不能起动或能初始 化但不能运行 用真真假假方法加密 擦除芯片标识 把8X52单片机标成8X51单片机并用到后128B的RAM等方法把AT90S8252当AT89C52初始化后程序段中并用到EEPROM内容你再去联想吧! 用激光或丝印打上其它标识如有的单片机引脚兼容有的又不是同一种单片机可张冠李戴只能意会了这要求你知识面广一点 用最新出厂编号的单片机如2000年后的AT89C就难解密或新的单片机品种如AVR单片机 DIP封装改成PLCCTQFPSOICBGA等封装,如果量大可以做定制ASIC或软封装,用不需外晶振的单片机工作如AVR单片机中的AT90S1200,使用更复杂的单片机,FPGA+AVR+SRAM=AT40K系列 硬件加密与软件加密只是为叙说方便而分开来讲其实它们是分不开的互相支撑互相依存的软件加密:其目的是不让人读懂你的程序不能修改程序你可以....... 毕业设计(论文)主要参考资料相关与CPU及微控制器设计原理数字电路原理及设计存储器电路原理及设计集成电路系统设计原理等才材料和书籍毕业设计(论文)应完成的工作1)单片机介绍2)单片机历史3)单片机的硬件特性4)单片机的应用5)单片机功能重要部分6)常用单片机芯片简介单片机的基本结构起初模型嵌入式系统单片机发展史
一、总线
二、数据、地址、指令
三、P0口、P2口和P3的第二功能用法
四、程序的执行过程
五、堆栈
六、单片机的开发过程
一、传送操作
二、算术操作
三、逻辑操作
四、控制程序转移
五、布尔变量操作
1、组合逻辑电路
2、时序逻辑电路毕业设计(论文)进度安排序号毕业设计(论文)各阶段内容时间安排备注课题信息课题性质设计论文课题来源科研项目国家级省部级校级横向项目来自______________项目编号教师自拟指导教师签名年月日系部意见系主任签名年月日学生签名年月日。