在本设计中，考虑到单片机构成的应用系统有较大的可靠性，容易构成各种规模的应用系统，且应用系统有较高的软、硬件利用系数。还具有可编程性，硬件的功能描述可完全在软件上实现。另外，本设计还需要利用单片机的定时计数器、中断系统、串行接口等等，所以，选择以单片机为核心进行设计具有极大的必要性。在硬件设计中，选用MS-51系列单片机，其各个I/O口分别接有按键、LED灯、七位数码管等，通过软件进行控制。
MCS-51单片机包含中央处理器、程序存储器(ROM)、数据存储器(RAM)、定时/计数器、并行接口、串行接口和中断系统等几大单元，以及数据总线、地址总线和控制总线等三大总线，现在分别加以说明：
1)中央处理器：
中央处理器(CPU)是整个单片机的核心部件，是8位数据宽度的处理器，能处理8位二进制数据或代码，CPU负责控制、指挥和调度整个单元系统协调的工作，完成运算和控制输入输出功能等操作。
2)数据存储器(RAM)：
内部有128个8位用户数据存储单元和128个专用寄存器单元，它们是统一编址的，专用寄存器只能用于存放控制指令数据，用户只能访问，而不能用于存放用户数据，所以，用户能使用的RAM只有128个，可存放读写的数据，运算的中间结果或用户定义的字型表。
3)程序存储器(ROM)：
共有4096个8位掩膜ROM，用于存放用户程序，原始数据或表格。
4)定时/计数器(ROM)：
有两个16位的可编程定时/计数器，以实现定时或计数产生中断用于控制程序转向。
5)并行输入输出(I/O)口：
共有4组8位I/O口(P0、 P1、P2或P3)，用于对外部数据的传输。
6)全双工串行口：
内置一个全双工串行通信口，用于与其它设备间的串行数据传送，该串行口既可以用作异步通信收发器，也可以当同步移位器使用。
7)中断系统：
具备较完善的中断功能，有两个外中断、两个定时/计数器中断和一个串口中断，可满足不同的控制要求，并具有2级的优先级别选择。
8)时钟电路：
内置最高频率达12MHz的时钟电路，用于产生整个单片机运行的脉冲时序。
本设计中单片机的设计电路如下图3-1所示：
图3-1 单片机的设计电路 本电路使用单片机内部振荡器，12MHz的晶体谐振器直接接在单片机的时钟端口X1和X2，电路中C2、C3为振荡器的匹配电容。该电路简单，工作可靠 。另外本系统的容阻上电复位，就是利用RC电路的充电过程来给单片机复位。RC电路的时间常数计算公式：
T=RC (3-1)
即：T=RC=10u*10k=100ms。当需要复位时，也可以按下复位按键，进行复位。
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