機電一體化畢業(yè)設計論文基于51單片機多功能實驗板設計

1、鄭州鐵路職業(yè)技術學院畢業(yè)設計說明書 設計題目 ： 基于51單片機多功能實驗板設計 作者姓名： 班級學號： 系 部： 機電工程系 專 業(yè)： 機電一體化 指導教師： 2012年 4月 15 日摘 要 設計一種基于51單片機的實驗板，實驗板具有成本低、體積小、可靠性能高,功能多、低功耗設計、操作方便等特點。本設計介紹了該開發(fā)板的開發(fā)過程及相關硬件設計。實驗板以stc89c52以單片機為核心控制器，板上資源主要包括通信模塊、數(shù)碼管模塊、led模塊、蜂鳴器模塊、鍵盤模塊等。 實驗板可以作為主控制模塊安裝于控制系統(tǒng)中執(zhí)行控制任務，也可以用于高校教學，實驗板能夠完成多數(shù)通用實驗，操作簡單，控制結果可見，性價

2、比高，具有一定的實用價值和現(xiàn)實意義。關鍵詞： stc89c52 max232 鍵盤 led燈 數(shù)碼管 蜂鳴器 目 錄第1章 緒論 1.1單片機基本概念及引腳說明 .11.2stc89c芯片介紹 。31.3max2芯片介紹 。3第2章 方案介紹 52.1系統(tǒng)原理框圖 5第3章 硬件電路設計 63.1 鍵盤模 63.2 發(fā)光二極管模塊 63.3 數(shù)碼管模塊 83.4 蜂鳴器模塊 83.5 串行通信模塊 83.6 中斷模塊 93.7 電源模塊 .103.8 復位模塊 .10第4章 實驗板實用方法 11 4.1 keil 軟件介紹114.2 stc-isp下載13附a單片機引腳分配15致謝·

3、··················································

4、··············16參考文獻。.17第一章緒論1.1單片機基本概念及引腳說明圖1.1單片機組成框圖單片機：將微處理器(cpu)、存儲器、i/o接口電路和相應實時控制器件集成在一塊芯片上，稱其為單片微型計算機，簡稱單片機。輸入 / 輸出引腳 ：(1) p0口(3932腳)：p0.0p0.7統(tǒng)稱為p0口。在不接片外存儲器與不擴展i/o口時，可作為準雙向輸入/輸出口。在接有片外存儲器或擴展i/o口時，p0口分時復用為低8位地址總線和雙向數(shù)據(jù)總線。(2

5、) p1口(18腳)：p1.0p1.7統(tǒng)稱為p1口，可作為準雙向i/o口使用。對于52子系列，p1.0與p1.1還有第二功能：p1.0可用作定時器/計數(shù)器2的計數(shù)脈沖輸入端t2，p1.1可用作定時器/計數(shù)器2的外部控制端t2ex。(3) p2口(2128腳)：p2.0p2.7統(tǒng)稱為p2口，一般可作為準雙向i/o口使用；在接有片外存儲器或擴展i/o口且尋址范圍超過256字節(jié)時，p2口用作高8位地址總線。(4) p3口(1017腳)：p3.0p3.7統(tǒng)稱為p3口。除作為準雙向i/o口使用外，還可以將每一位用于第二功能，而且p3口的每一條引腳均可獨立定義為第一功能的輸入輸出或第二功能。p3口的第二功

6、能如表1.1所示。表1.1 p3口第二功能表外接晶體引腳： xtal1(19腳)：接外部石英晶體的一端。在單片機內部，它是一個反相放大器的輸入端，這個放大器構成了片內振蕩器。當采用外部時鐘時，對于hmos單片機，該引腳接地；對于chmos單片機，該引腳作為外部振蕩信號的輸入端?？刂凭€：（1) ale/prog(30腳)：地址鎖存有效信號輸出端。ale在每個機器周期內輸出兩個脈沖。在訪問片外程序存儲器期間，下降沿用于控制鎖存p0輸出的低8位地址；在不訪問片外程序存儲器期間，可作為對外輸出的時鐘脈沖或用于定時目的。但要注意，在訪問片外數(shù)據(jù)存儲器期間，ale脈沖會跳空一個，此時作為時鐘輸出就不妥了(

7、詳見2.3.3節(jié)cpu時序)。對于片內含有eprom的機型，在編程期間，該引腳用作編程脈沖prog的輸入端。(2) psen(29腳)：片外程序存儲器讀選通信號輸出端，低電平有效。當從外部程序存儲器讀取指令或常數(shù)期間，每個機器周期該信號兩次有效，以通過數(shù)據(jù)總線p0口讀回指令或常數(shù)。在訪問片外數(shù)據(jù)存儲器期間，psen信號將不出現(xiàn)。(3) rst/vpd(9腳)：rst即為reset，vpd為備用電源。該引腳為單片機的上電復位或掉電保護端。當單片機振蕩器工作時，該引腳上出現(xiàn)持續(xù)兩個機器周期的高電平，就可實現(xiàn)復位操作，使單片機回復到初始狀態(tài)。上電時，考慮到振蕩器有一定的起振時間，該引腳上高電平必須持

8、續(xù)10 ms以上才能保證有效復位。當vcc發(fā)生故障，降低到低電平規(guī)定值或掉電時，該引腳可接上備用電源vpd(+5 v)為內部ram供電，以保證ram中的數(shù)據(jù)不丟失。(4) ea/vpp(31腳)：ea為片外程序存儲器選用端。該引腳有效(低電平)時，只選用片外程序存儲器，否則單片機上電或復位后選用片內程序存儲器。對于片內含有eprom的機型，在編程期間，此引腳用作21 v編程電源vpp的輸入端。 1.2 stc89c522芯片介紹stc89c51rc介紹系列單片機是宏晶科技推出的新一代超強抗干擾/高速/低功耗的單片機，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051單片機，12時鐘/機器周期可任意選擇，最新的d版本

9、內部集成max810專用復位電路特點：1. 增強型6時鐘/機器周期，12時鐘/機器周期 8051 cpu。2. 工作電壓：5.5-3.4v(5v單片機)/3.8-2.0v(3v單片機)。3. 工作頻率范圍：0-40mhz。戶應用程序空間:4k/8k/13k/16k/20k/32k/64k 字節(jié)。片上集成1280字節(jié)/512字節(jié) ram。 4. 通用i/o(32/366個)，復位后為：p1/p2/p3/p4是準雙向口/弱上拉（普通8051傳統(tǒng)i/o口）p0口是開漏輸出，作為總線擴展時，不用加上拉電阻，作為i/o口用時，需加上拉電阻。5. isp（在系統(tǒng)可編程）/iap(在應用可編程)，無需專用編

10、程器/仿真?？赏ㄟ^串口（p3.0/p3.1）直接下載用戶程序，8k程序3秒即可完成一片。6. eepromm功能。看門狗。7. 共有3個16位定時器/計數(shù)器，其中定時器0還可以當成2個8位定時器使用。8. 外部中斷4路，下降沿中斷或低電平觸發(fā)中斷，power downn模式可由外部中斷低電平觸發(fā)中斷方式喚醒。9. 通用異步串行口還可以用定時軟件實現(xiàn)多個uart。10. 工作溫度范圍：0-75/-40-+85 1.3 max232芯片介紹max232是一種雙組驅動器/接收器，片內含有一個電容性電壓發(fā)生器以便在單/tia-232-e電平。每個接收器將eia/tia-232-e電平輸入轉換為5v t

11、tl/cmos電平。典型門限值及0.5v的典型遲滯，而且可以接收±30v的輸入。每個驅動器將ttl/c/tia-232-e電平。所有的驅動器、接收器及電壓發(fā)生器都可以在德州儀器公司的元件庫中找到標準單元。max232的工作溫度范圍為0至70，max232i的工作溫度范圍為-40至85。特點：1單5v電源工作2 linbicmostm工藝技術。3兩個驅動器及兩個接收器。4 ±30v輸入電平。5低電源電流：典型值是8ma。6符合甚至優(yōu)于ansi標準eia/tia-232-e及itu推薦標準v.28。7可與maxim公司的max232互換。8 esd保護大于mil-std-883

12、（方法3015）標準的2000v. 圖1.2引腳排列 圖1.3邏輯符號（右）應用范圍：1 eia/tia-232-e。2 電池供電系統(tǒng)。3 終端4 調制解調器。5 計算機。應用資料圖1.4典型工作電路第二章方案介紹2. 1系統(tǒng)原理框圖 圖 2.1系統(tǒng)原理框圖 總體設計模塊主要包括通信模塊、數(shù)碼管模塊、電源模塊、流水燈模塊、蜂鳴器模塊、鍵盤模塊等 第三章硬件電路設計3.1鍵盤模塊 獨立鍵盤如下圖，由五個按鍵組成，每個按鍵的一端連接 io 口，另一端直接連接 gnd（0電位）。五個按鍵分別接入 p13-p17，只要按下按鍵，相應位的 io 口位將被拉為低電平（0），程序可以判斷相應位是否為 0 來

13、確認按鍵已按下。3.2 發(fā)光二極管模塊 發(fā)光二極管模塊（led燈）如下圖，二極管的兩個引腳分別為陽極和陰極，電流從陽極入陰極出，多個發(fā)光二極管并列可接成共陽型或共陰型，共陽是將多個發(fā)光二極管的陽極接在一起，引出各陰極；共陰是將多個發(fā)光二極管的陰極接在一起，引出各陽極。led數(shù)碼管和 led點陣屏都是使用這兩種連接方式。 如下圖上半部份，本板的 8 個發(fā)光二極管采用共陽接法，各陽極接限流電阻排到 vcc 端，陰極接單片機的 p2 口。 因是共陽接法，要使發(fā)光二極管點亮，p2 口得輸出低電平，如：要讓 led1（d20）燈亮，p2.0=0即 p2=0xfe。3.3 數(shù)碼管模塊數(shù)碼管模塊如上圖，電路

14、使用 1 個雙位數(shù)碼管，數(shù)碼管為共陽型，兩個陽級公共端由三極管放大電流來驅動，三極管由 p10 與 p11 控制輸出。數(shù)碼管的陰級由 p0 口經電阻連接。比如，要十位的數(shù)碼管工作，p10 輸出 0，使三極管 q1 導通，10 腳得電，當 p0 口相應位有輸出 0 時，相應位的 led 燈點亮組合各種字符數(shù)字。 3.4 蜂鳴器模塊蜂鳴器模塊如下圖，單片機 p12 輸出經 r12加在三極管 b極，控制三極管的導通與截止，從而控制蜂鳴器的工作。低電平時三極管導通，蜂鳴器得電蜂鳴，高電平時三極管截止，蜂鳴器失電關閉蜂鳴。3.5 串行通信模塊同步異步串行通信：單片機的同步異步串行通信接口是 p3.0 和

15、 p3.1，接口輸出的是 ttl電平。因 ttl電平的通訊距離有限，因此就出現(xiàn)了 rs232 接口，此接口通訊距離大大提升。那么要使 ttl電平轉為 rs232電平，就必需通過轉換電路，部份電路使用分立元件構成，現(xiàn)大部份使用 max232 芯片。電腦上的 com 口就是 rs232接口了，stc 單片機也是通過此 com 口燒寫程序的。 如下原理圖：電路中的 max232 電平轉換 ic 外接四個電容，有電壓泵的作用，可以將輸出電位差拉高，與接口 rs232 電平相符合。雙機通訊也可通過此接口，可大大加長連接距離。3.6 中斷模塊中斷模塊：中斷電路比較簡單，io 口 p32 經一個按鈕接入 g

16、nd，當按下按鈕時，p32 口由高電平 1 轉到低電平 0，cpu 產生中斷（當然，芯片內部要開啟中斷才有作用）。當不使用中斷時，可作為一個普通按鍵使用。3.7 電源模塊電源模塊：電源部份采用兩種輸入電源。 1、外電源供電，j1-power 是一個接線端子，可外電源 dc5v，經單向保護 d1 接入開關 s1。 2、usb供電，usb供電口輸入電源也經 d1 單向保護，送到開關 s1。 注：兩路電源輸入是并連的，因此只選擇一路就可以了，以免出問題。 s1 為板子工作電源開關，按下后接通電源，提共 vcc 給板子各功能電路。電路采用了兩濾波電容，給板子一個更加穩(wěn)定的工作電源。 jp-power2

17、 是擴展電源輸出接口，是在開關之后的電源，此接口可供擴展設備取電，同時由s1 開關控制。3.8 復位模塊復位模塊如下圖：第四章實驗板使用方法4.1 keil軟件使用使用c 語言肯定要使用到c 編譯器，以便把寫好的c 程序編譯為機器碼，這樣單片機 才能執(zhí)行編寫好的程序。keil uvision2 是眾多單片機應用開發(fā)軟件中優(yōu)秀的軟件之一， 它支持眾多不同公司的mcs51 架構的芯片，它集編輯，編譯，仿真等于一體， ，要使用keil51 軟件，必需先要安裝它。k安裝好后，接著按下面的步驟建立您的第一個項目： （1）點擊project菜單，選擇彈出的下拉式菜單中的 new project，接著彈出一

18、個標準 windows文件對話窗口，在“文件名”中輸入您的第一個c程序項目名稱，這里我們用“test” ，“保存”后的文件擴展名為 uv2，這是 keil uvision2 項目文件擴展名，以后我們可以直接點擊此文件以打開先前做的項目。 (1)建工程文件選項選取芯片新建程序文件把文件加入到項目組中編譯程序項目選項窗口編譯信息窗口 4.2 stc-isp方法下載軟件使用方法如何使用開發(fā)板：插上電源，打開電源開關，指示燈亮，把實驗芯片stc89c52插入實驗卡座，串口線連接電腦com口和實驗板的串口。首先到stc的官方網(wǎng)站下載最新的stc-isp下載編程燒錄軟件并安裝。第一步：選擇正確的單片機型號（這里是stc89c52rc） 第一步：打開要燒寫的文件 第二步：選擇串口號和波特率（一般是 com1，然后要注意關閉其它可能用到串口的軟件比如編程器仿真器等避免爭搶串口，波特率按默認即可）第四步：下載程序( 特別注意：以上完成后拔掉電源， 然后重新插上，以冷啟動單片機,最好是從鎖緊座上取下待燒寫的stc芯片， 然后再重新縮緊，在此瞬間系統(tǒng)自動復位最有效！)燒寫完成程序按下rest鍵， 程序即可運行。 按照上面的圖順序操作即可。p10、附錄單片機引腳分配表p00-p07 8位數(shù)碼管的段碼數(shù)據(jù)線，共陽數(shù)碼管p11 數(shù)碼管位控制（共陽）p12 蜂鳴器