微处理器内安全子系统的安全增强技术.pdf下载

weixin_39821526 2021-10-19 10:24:55
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成绩 "创新电子系统设计"课程是专业教学计划中设置的 独立实践环节,其主要目的为加强对学生创新意识、创 新精神和创新能力的培养,鼓励和倡导学生积极参加学科竞赛、课外科 技和科研活动、创造发明活动和各类社会实践活动,提高学生综合素 质,促进学生个性发展。 要求学生能在老师的指导下,自主完成一个较复杂综合电子系统 设计与制作的全过程,或者通过参加各类各级和通信、电子相关课外科 技活动及竞赛得到真正的实战训练。 二、课程设计的题目及内容 题目:基于单片机的水箱控制系统 内容:随着我国的国民经济与生活水平的发展,工厂对自动化的 需求也日益增加,为减少污染、节约能源,单片机控制技术得到了广泛 的应用。在工业生产里,很多都用到大水箱,水箱里的水位控制就是问 题了,以前有专门的人看着,既浪费人力,又不能准确的判断水位高 低。所以单片机控制水箱水位就在工厂得到广泛的应用。一般工业里用 到的水箱,体积都比较大,所以对水位的控制需求就相应的大了,工厂 里对水位的控制精度要求也高。 本单片机系统设计的目的是应用单片 机控制技术,以AT89C51单片机为核心控制工厂的水箱的水位,并实现 了报警和手动、自动切换功能。该系统操作方便、性能良好,比较符合 工厂生厂用水系统控制的需要。本毕业论文还详细的给出了相关的硬件 框图和软件流程图,并编制了该汇编语言程序。 三、设计报告 1.AT89C51单片机系统说明 1.1.AT89C51单片机简介 目前,8051单片机在工业检测领域中得到了广泛的应用,因此我们 可以在许多单片机应用领域中,配接各种类型的语音接口,构成具有合 成语音输出能力的综合应用系统,以增强人机对话的功能。89C51是 Intel公司生产的一种单片机,在一小块芯片上集成了一个微型计算机的 各个组成部分。每一个单片机包括:一个8位的微型处理器CPU;一个 256K的片内数据存储器RAM;片内程序存储器ROM;四个8位并行的 I/O接口P0-P3,每个接口既可以输入,也可以输出;两个定时器/记数 器;五个中断源的中断控制系统;一个全双工UART的串行I/O口;片内 振荡器和时钟产生电路,但石英晶体和微调电容需要外接。最高允许振 荡频率是12MHZ。以上各个部分通过内部总线相连接。下面简单介绍 下其各个部分的功能。 中央处理器CPU是单片微型计算机的指挥、执行中心,由它读人用 户程序,并逐条执行指令,它是由8位算术/逻辑运算部件(简称ALu)、 定时/控制部件,若干寄存器A、B、B5w、5P以及16位程序计数器(Pc) 和数据指针寄存器(DM)等主要部件组成。算术逻辑单元的硬件结构与 典型微型机相似。它具有对8位信息进行+、-、x、/ 四则运算和逻辑 与、或、异或、取反、清"0"等运算,并具有判跳、转移、数据传送等 功能,此外还提供存放中间结果及常用数据寄存器。控制器部件是由指 令寄存器、程序计数器Pc、定时与控制电路等组成的。指令寄存器中存 放指令代码。枷执行指令时,从程序存储器中取来经译码器译码后,根 据不同指令由定时与控制电路发出相应的控制信号,送到存储器、运算 器或I/o接口电路,完成指令功能。程序计数器Pc 程序计数器Pc用来 存放下一条将要执行的指令,共16位.可对以K字节的程序存储器直接 寻址c指令执行结束后,Pc计数器自动增加,指向下一条要执行的指令 地址。 CPU功能,总的来说是以不同的方式,执行各种指令。不同的指令 其功自略异。有的指令涉及到枷各寄存器之间的关系;有的指令涉及到 单片机核心电路内部各功能部件的关系;有的则与外部器件如外部程序 存储器发生联系。事实上,cRJ是通过复杂的时序电路完成不同的指令 功能。所谓cRJ的时序是指控制器控照指今功能发出一系列在时间上有 一定次序的信号,控制和启动一部分逻辑电路,完成某种操作。 1.2 时序 1.时钟电路 M田—51片内设有一个由反向放大器所构成的振 荡电路,XTALI和XTAL2分别为振荡电路的输入端和输出端。时钟可以 由内部方式产生或外部方式产生。采用内部方式时,在C1和C2引脚上 接石英晶体和微调电容可以构成振荡器, 振荡频率的选择范围为1.2 —12MHZ在使用外部时钟时,XTAL2用来输入外部时钟信号,而 XTALI接地。 2.时序 MGL5l单片机的一个执器周期由6个状态(s1—s6)组成, 每个状态又持续2个接荡周期,分为P1和P2两个节拍。这样,一个机器 周期由12个振荡周期组成。若采用12MHz的晶体振荡器,则每个机器周 期为1us,每个状态周期为1/6us;在一数情况下,算术和逻辑操作发 生在N期间,而内部寄存器到寄存器的传输发生在P2期间。对于单周期 指令,当指令操作码读人指令寄存器时,使从S1P2开始执行指令。如果 是双字节指令,则在同一机器周期的s4读人第
C51单片机电子计算器课程设计 一.课程设计背景 当今时代,是一个新技术层出不穷的时代。在电子领域, 尤其是自动化智能控制领域,传统的分立元件或数字逻辑电路 构成的控制系统正以前所未见的速度被单片机智能控制系统所 取代。单片机具有体积小、功能强、成本低、应用面广等优 点,可以说,智能控制与自动控制的核心就是单片机。目前, 一个学习与应用单片机的高潮正在工厂、学校及企事业单位大 规模地兴起。过去习惯于传统电子领域的工程师、技术员正面 临着全新的挑战,如不能在较短时间内学会单片机,势必会被 时代所遗弃,只有勇敢地面对现实,挑战自我,加强学习,争 取在较短的时间内将单片机技术融会贯通,才能跟上时代的步 伐。 它所给人带来的方便也是不可否定的,它在一块芯片内集 成了计算机的各种功能部件,构成一种单片式的微型计算机。 20世纪80年代以来,国际上单片机的发展迅速,其产品之多令 人目不暇接,单片机应用不断深入,新技术层出不穷。20世纪 末,电子技术获得了飞速的发展,在其推动下,现代电子产品 几乎渗透了社会的各个领域,有力地推动了社会生产力的发展 和社会信息化程度的提高,同时也使现代电子产品性能进一步 提高,产品更新换代的节奏也越来越快。 本设计是由单片机实现的模拟计算器,它不仅能实现数据 的加减乘除运算,而且还能使数据及其计算结果在数码管上显 示出来,能够实现0-256的数字四则运算。本设计是用单片机 AT89C51来控制,采用共阳极数码显示,软件部分是由C语言来 编写的。设计任务 二、元器件清单及简介 89c51型芯片 一片 排阻 两个 晶振12MHZ 一个 电容22uf 两个 面包板 三个 导线 若干 三、设计原理及分析 根据功能和指标要求,本系统选用MCS 51 单片机为主控 机。通过扩展必要的外围接口电路,实现对计算器的设计。具 体设计考虑如下: 由于要设计的是简单的计算器,可以进行四则运算,对数字 的大小范围要求不高,故我们采用可以进行四位数字的运算, 选用8 个LED 数码管显示数据和结果。 另外键盘包括数字键(0~9)、符号键(+、-、×、÷)、 清除键和等号键,故只需要16 个按键即可。系统模块图: 2.1 输入模块: 键盘扫描计算器输入数字和其他功能按键要用到很多按键, 如果采用独立按键的方式,在这种情况下,编程会很简单,但 是会占用大量的I/O 口资源,因此在很多情况下都不采用这种 方式。为此,我们引入了矩阵键盘的应用,采用四条I/O 线作 为行线,四条I/O 线作为列线组成键盘。在行线和列线的每个 交叉点上设置一个按键。这样键盘上按键的个数就为4×4个。 这种行列式键盘结构能有效地提高单片机系统中I/O 口的利用 率。矩阵键盘的工作原理:计算器的键盘布局如图所示:一般 有16 个键组成,在单片机中正好可以用一个P 口实现16 个按 键功能,这种形式在单片机系统中也最常用。 以上键盘从上到下依次编号为1,2,3,4,D,C,B,A 由图 3 矩阵键盘内部电路图可以知道,当无按键闭合时, P10~P13 与P14~P17 之间开路。 当有键闭合时,与闭合键相连的两条I/O 口线之间短路。判断 有无按键按下的方法是:第一步,置列线P14~P17 为输入状 态,从行线P10~P13 输出低电平,读入列线数据,若某一列线 为低电平,则该列线上有键闭合。第二步,行线轮流输出低电 平,从列线P14~P17 读入数据,若有某一列为低电平,则对应 行线上有键按下。综合一二两步的结果,可确定按键编号。但 是键闭合一次只能进行一次键功能操作,因此须等到按键释放 后,再进行键功能操作,否则按一次键,有可能会连续多次进 行同样的键操作。 2.2 运算模块:(单片机控制) AT89C51 单片机是在一块芯片中集成了CPU、RAM、ROM、 定时器/计数器和多功能I/O等一台计算机所需要的基本功能部 件。如果按功能划分,它由如下功能部件组成,即微处理器 (CPU)、数据存储器(RAM)、程序存储器(ROM/EPROM)、 并行I/O 口、串行口、定时器/计数器、中断系统及特殊功能 寄存器(SFR)。[3][5]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,通过使用单片机编写的程序可以实现高智能,高效 率,以及高可靠性!因此我们采用单片机作为计算器的主要功 能部件,可以进行很快地实现运算功能。 2.3 显示模块: LED 显示发光二极管LED 是单片机应用系统中的一宗简单 而常用的输出设备,其在系统中的主要作用是显示单片机的输 出数据、状态等。因而作为典型的外围器件,LED 显示单元是 反映系统输出和操作输入的有效器件。LED 具备数字接口可以 方便的和大年纪系统连接;它的优点是价格低,寿命长,对
《单片机原理及应用》 课程设计报告 课题名称: 单片机液晶显示"万年历" 分 院: 机械与电气工程学院 教 研 室: 电气工程及其自动化 班 级: 姓 名: 学 号: 指导教师: 二 一三 年 五 月 单片机液晶显示"万年历" 1、 设计任务 1、用字符型液晶显示模块LCD1602显示万年历的日期/时间等,如下图 所示(仅供参考,可个性化差异设计,如显示学号等): 2012/05/01 DHY 16:47:58 123789 2、单片机与实时时钟芯片DS1302之间通过SPI接口实现"日期/时 间"数据的采集。 3、用3×4行列式键盘进行校时,共有"1、2、3、4、5、6、7、8、9、 0" 、"校时(闪烁)"和"(年/月/日/时/分/秒)切换"等十二个 按键。 2、 硬件设计 1.系统框图 按照系统设计功能的要求,初步确定系统由主控模块、时控模块、 显示驱动及显示模块和键盘接口模块共4个模块组成,电路系统构成框 图如图1-1所示。 图1-1电子万年历电路系统构成框图 主控芯片使用51系列AT89C51单片机,时钟芯片使用美国 DALLAS公司推出的一种高性能、低功耗、带RAM的实时时钟 DS1302。采用DS1302作为计时芯片,可以做到计时准确。更重要的 是,DS1302可以在很小电流的后备电源(2.5~5.5V电源,在2.5V时耗 电小于300nA),而且DS1302可以编程选择多种充电电流来对后备电 源进行慢速充电,可以保证后备电源基本不耗电。显示驱动采用排阻 RESPACK-8驱动和LM016L液晶显示 、图条/柱图显示或64 点阵显示接 口的小型串行输入/输出芯片。片内包括BCD 译码器、多路扫描控制 器、字和位驱动器和8*8 静态RAM。RESPACK-8需九导线连接,每位 显示数字有一个地址由微处理器写入。允许使用者选择每位是BCD 译 码或不译码。使用者还可选择停机模式、数字亮度控制、从1~8 选择 扫描位数和对所有LCD显示器的测试模式。显示模块采用普通的LCD 显示屏。 2.各部分介绍(包括电路和主要器件介绍) 2.1电路设计 如图2-1示为电子万年历电路设计原理图,系统由主控制器 AT89C51、时钟电路DS1302、显示驱动RESPACK-8电路,LM016L液 晶显示电路及键扫描电路组成。 图2-1 电子万年历电路原理图 2.2系统硬件概述 2.2.1 主控制器AT89C51 ATMEL公司生产的AT89C51单片机采用高性能的静态80C51设计, 并采用先进工艺制造,还带有非易失性Flash程序存储器。它是一种高性 能、低功耗的8位CMOS微处理芯片,市场应用最多。其主要特点如 下: 8KB Flash ROM,可以擦除1000次以上,数据保存10年。 256字节内部RAM; 电源控制模式; 时钟可停止和恢复; 空闲模式; 掉电模式; 6个中断源; 4个中断优先级; 4个8位I/O口; 全双工增强型TUAR; 3个16位定时/计数器:T0、T1(标准80C51)和增加的T2(捕获 和比较) 全静态工作方式:0~24MHZ 2.2.2 时钟电路DS1302 DS1302的性能特性: 实时时钟,可对秒、分、时、日、周、月以及带闰年补偿的年 进行比较; 用于高速数据暂存的31*8位RAM; 最少引脚的串行I/O; 2.5~5.5V电压工作范围; 2.5V时电流小于300nA; 用于时钟或RAM数据读/写的单字节或多字节(脉冲方式)数 据传送方式; 简单的三线接口; 可选的慢速充电(至VCC1)的能力。 DS1302在任何数据传送时必须先初始化,把RST脚置为高电平,然 后把8位地址和命令字装入移位寄存器,数据在SCLK的上升沿被访问 到。在开始8个时钟周期,把命令字节装入移位寄存器后,另外的时钟 周期在读操作时输出数据,在写操作时写入数据。时钟脉冲的个数在单 字节方式下为8+8,在多字节方式下为8+字节数,最大可达248字节数。 如果在传送过程中置RST脚为低电平,则会终止本次数据传送,并且I/O 引脚变为高阻态。上电运行时,在VCC 2.5V之前,RST脚必须保持低 电平。只有在SCLK为低电平时,才能将RST置为高电平。 2.3主要单元电路的设计 2.3.1显示电路 显示部分采用普通的LM016L液晶显示,如图2-2,以减少硬件电 路。LM016L液晶模块采用hd 44780控制器,hd44780具有简单而功能较 强的指令集,可以实现字符移动,闪烁等功能,LM016L与单片机MCU 通讯可采用8位或4位并行传输两种方式,hd44780控制器由两个8位寄存 器,指令寄存器(IR)和数据寄存器(DR)忙标志(BF),显示数 RAM(DDRAM),字符发生器ROM(CGOROM)字符发生器 RAM(CGR

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