1.1.1 單片機的介紹和發展概況
什麽是單片機?單片機有什麽用?單片機又稱單片微控制器或單片微型計算機,它自20世紀70年代問世以來，以其高的性能價格比受到人們的重視和歡迎。所以應用很廣，發展很快。它不是完成某壹個邏輯功能的芯片,而是把壹個計算機系統集成到壹個芯片上。它集成了微處理器（CPU）存儲器（RAM、ROM、EPROM）和各種輸入輸出接口（定時器/計數器，並行I/O口，A/D轉換器以及脈沖調制器PWM等），概括的講：壹塊芯片就成了壹臺計算機。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，學習使用單片機是了解計算機原理與結構的最佳選擇。
單片機根據其基本操作處理的位數可分為：1位、4位、8位、16位和32位單片機。
單片機的發展歷史可以分為四個階段：
第壹階段（1974年-1976年）單片機初級階段。
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）。還有壹類計算機，大多數人卻不怎麽熟悉。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）。顧名思義，這種計算機的最小系統只用了壹片集成電路，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”裏。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。各種產品壹旦用上了單片機，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制。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。
單片機的應用領域 ：
1.單片機在智能儀器儀表中的應用；
2.單片機在工業測控中的應用；
3.單片機在計算機網絡和通訊技術中的應用；
4.單片機在日常生活及家電中的應用；
5.單片機在辦公自動化方面。
目前單片機滲透到我們生活的各個領域，幾乎很難找到哪個領域沒有單片機的蹤跡。導彈的導航裝置，飛機上各種儀表的控制，計算機的網絡通訊與數據傳輸，工業自動化過程的實時控制和數據處理，廣泛使用的各種智能IC卡，民用豪華轎車的安全保障系統，錄相機、攝相機、全自動洗衣機，自動門的控制，以及程控玩具、電子寵物等等，這些都離不開單片機。更不用說自動控制領域的機器人、智能儀表、醫療器械了。因此，單片機的學習、開發與應用將造就壹批計算機應用與智能化控制的科學家、工程師。
單片機是壹種在線式實時控制計算機，在線式就是現場控制，需要的是有較強的抗幹擾能力，較低的成本，這也是和離線式計算機的（比如家用PC）的主要區別。
單片機是靠程序的，並且可以修改。通過不同的程序實現不同的功能，尤其是特殊的獨特的壹些功能，這是別的器件需要費很大力氣才能做到的，有些則是花大力氣也很難做到的。壹個不是很復雜的功能要是用美國50年代開發的74系列，或者60年代的CD4000系列這些純硬件來實現的話，電路壹定是壹塊大PCB板！但是如果要是用美國70年代成功投放市場的系列單片機，結果就會有天壤之別！只因為單片機的通過妳編寫的程序可以實現高智能，高效率，以及高可靠性！
由於單片機對成本是敏感的，所以目前占統治地位的軟件還是最低級匯編語言，它是除了二進制機器碼以上最低級的語言了，既然這麽低級為什麽還要用呢？很多高級的語言已經達到了可視化編程的水平為什麽不用呢？原因很簡單，就是單片機沒有家用計算機那樣的CPU，也沒有像硬盤那樣的海量存儲設備。壹個可視化高級語言編寫的小程序裏面即使只有壹個按鈕，也會達到幾十K的尺寸！對於家用PC的硬盤來講沒什麽，可是對於單片機來講是不能接受的。 單片機在硬件資源方面的利用率必須很高才行，所以匯編雖然原始卻還是在大量使用。壹樣的道理，如果把巨型計算機上的操作系統和應用軟件拿到家用PC上來運行，家用PC的也是承受不了的。
單片機的發展趨勢將是向著大容量、高性能化，外圍電路內裝化等方面發展。為滿足不同的用戶要求，各公司競相推出能滿足不同需要的產品。包括以下幾個方面：
（1） CPU的改進，是指采用雙CPU結構，以提高處理能力；增加數據總線的寬度，指單片機內部都采用16位數據總線，其數據處理能力明顯優於壹般8位單片機；采用流水線結構，意思是指令以隊列形式出現在CPU中，且具有很快的運算速度；串行總線結構，即用三條數據線代替現行的8位數據總線，從而大大的減少了單片機引線降低了單片機的成本。目前許多公司都在積極地開發此類產品。
（2） 存儲器的發展包括加大存儲容量，片內EPROM采用 PROM或閃爍(Flash)存儲器。閃速存儲器（Flash Memory）是壹類非易失性存儲器NVM（Non-Volatile Memory）即使在供電電源關閉後仍能保持片內信息；而諸如DRAM、SRAM這類易失性存儲器，當供電電源關閉時片內信息隨即丟失。 Flash Memory集其它類非易失性存儲器的特點：與EPROM相比較，閃速存儲器具有明顯的優勢——在系統電可擦除和可重復編程，而不需要特殊的高電壓（某些第壹代閃速存儲器也要求高電壓來完成擦除和/或編程操作）；與EEPROM相比較，閃速存儲器具有成本低、密度大的特點。其獨特的性能使其廣泛地運用於各個領域，包括嵌入式系統，如PC及外設、電信交換機、蜂窩電話、網絡互聯設備、儀器儀表和汽車器件，同時還包括新興的語音、圖像、數據存儲類產品，如數字相機、數字錄音機和個人數字助理（PDA）。
（3）有程序的保密化，即對EPROM或EEPROM采用加鎖方式。
1.1.2 電機微機控制系統的應用和發展
隨著大規模及超大規模集成電路制造工藝的迅速發展，微型計算機的性能越來越高，價格也越來越便宜。此外電力電子技術的發展，使得大功率電子器件的性能迅速提高。因此就有可能比較普遍地應用微機來控制各類電機，完成各種新穎的、高性能的控制策略，是電機的各種潛在能力得到充分發揮，是電機的性能更符合使用要求，還可以制造出便於控制的新型電機，使電機出現新的面貌。
比較簡單的電機微機控制，例如在適當的時刻讓電機啟動、制動或反轉之類，只要讓微機控制繼電器或電子開關元件使電路開通或關斷就可以了。在各種機床設備及生產流水線中，現在已普遍采用危機的可編程控制器，按壹定的規律控制各類電機的動作。
至於復雜的控制，則要用微機控制電機的電壓、電流、轉矩、轉速、轉角等等，使電機按給定的指令準確工作。
通過微機控制，電機的性能有很大的提高。例如傳統的直流電集合交流電機各有優缺點，直流電動機的調速性能好，但帶有機械換向器，有機械磨損及換向火花等問題；交流電動機，不論是異步電動機還是同步電動機，結構都比直流電動機簡單，工作也比直流電動機可靠，但在頻率恒定的電網上運行時，他們的速度不能方便而又經濟的調節。交流電動機采用正弦脈寬調制方式進行變頻調速是比較理想的，但若要用普通的模擬電路或數字電路完成這壹任務，電路相當復雜，用微機控制就簡單多了。若要進壹步調速精度及動態性能，可采用矢量控制方案，它的調速性能將與直流電動機相當。但矢量控制比較復雜，用傳統的模擬電路或數字電路很難做到，而應用微機控制，則能方便的實現。目前，廣泛應用於數控機床等自動化設備的數控位置伺服系統，其中電動機都是由微機控制的。為了提高性能，在先進的數控交流伺服系統中，已采用高速數字信號處理芯片（Digital Signal Processor簡稱DSP），指令執行速度達到每秒數百兆以上，且具有適合於矩陣運算的指令。
復雜的電機微機控制主要用於以下兩個方面：
（1）發電機勵磁系統的控制。用以保證正常工作時發電機電壓穩定，發生故障後盡可能保持穩定，達到優化控制的目的。
（2）電動機調速及其位置伺服控制。用於鼓風機或水泵的調速節能、數控機床、微型計算機磁盤驅動器、機器人等控制系統。
在電機微機控制系統中，微機主要完成下列工作：
(1)實時控制。根據給定的要求及控制規律，對發電機的典雅，電動機的轉速等物理量實現在線實時控制。
(2)監控。完成事故報警、事故處理、系統診斷及管理等。
（3）數據處理 完成必要的數據采集、分析處理、計算、顯示、記錄等。
1.2 課題研究的意義和目的
畢業設計是獲得本科畢業證書及學位證書的必要的壹環。畢業設計是課堂知識轉化為實踐技術的手段，是理論結合實際、 提高綜合能力的必經之路同時畢業設計論文是對完成畢業設計的實現過程的總結，通過撰寫論文我們可以學會分析，獲得將技術上升到理論認識的能力。
而且既然單片機的應用越來越廣泛，而且我們所學的既是本學科，將來既有可能就是從事這方面的工作，為了讓自己在走向工作崗位之前得到充分的鍛煉，畢業設計必須認真完成。
通過本次設計，復習並進壹步掌握單片機的原理與應用及模擬數字電路的有關知識，復習匯編指令的應用，更深層地了解匯編言的思想，鍛煉自己的實際操作及創新設計能力。
培養我們綜合運用有關的基礎理論課、專業基礎課和專業課的知識和技能去分析和解決實際應用問題的能力。
對我們進行系統開發基本能力的初步訓練，使我們能掌握解決壹個實際問題，開發壹個軟件的壹般程序和基本方法。
畢業設計和畢業論文是本科生培養方案中的重要環節。我們通過畢業論文，綜合性地運用幾年內所學知識去分析、解決壹個問題，在作畢業論文的過程中，所學知識得到疏理和運用，它既是壹次檢閱，又是壹次鍛煉。使我們在作完畢業設計後，能夠感到自己的實踐動手、動筆能力得到了鍛煉，增強了即將跨入社會去競爭、去創造的自信心。
1.3 課題的功能概述
本次設計的自動門單片機控制系統必須實現的功能主要有三個：
（1） 無論門當前處於何狀態，壹旦有人進出門時，門必須打開。
（2） 在門運行的時候為了同時考慮速度和安全問題，關門過程前壹半快速，後壹半慢速；開門的過程是前壹半快速後壹半慢速。這樣既可以保證有人來時立即開門沒人時立即關門，又可以避免關門時兩門相沖撞或開門時各個門的碰撞。
（3） 由轉速測量系統，當自動門遇到障礙是電機速度變慢時，轉為開門，以免使電流過大燒毀電機。