單片機(jī)實(shí)驗(yàn)板的設(shè)計(jì)

1、電子產(chǎn)品實(shí)訓(xùn)實(shí)踐設(shè)計(jì)報(bào)告姓 名： 游建雷 學(xué) 號(hào)： 20120510104 班 級(jí)： 12電子 指導(dǎo)教師： 王新玲、鄒明禮、鐘仙鳳 完成日期： 2014 .12.26 目 錄項(xiàng)目1 直流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)31.1直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)原理31.1 1電源變壓器31.12整流和濾波電路41.1 3穩(wěn)壓電路41.14附錄仿真原理圖51.2直流穩(wěn)壓電源的制作51.21根據(jù)實(shí)驗(yàn)仿真原理圖進(jìn)行實(shí)物焊接51.22直流電源的布線圖51.23直流電源的實(shí)物圖6項(xiàng)目2 單片機(jī)實(shí)驗(yàn)板的設(shè)計(jì)62.1 實(shí)驗(yàn)板使用說(shuō)明62.11單片機(jī)STC89C5162.12數(shù)碼管顯示電路設(shè)計(jì)72.13蜂鳴器電路82.14繼電器控制電路82.1

2、5 LCD顯示電路82.2實(shí)驗(yàn)板設(shè)計(jì)原理圖92.21PCB設(shè)計(jì)圖92.22 LCD模塊圖102.23 LED模塊圖112.24數(shù)碼管模塊圖112.25蜂鳴器模塊圖122.26單片機(jī)最小系統(tǒng)圖122.3程序設(shè)計(jì)132.31程序1數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示1234132.32程序2按鍵控制繼電器和蜂鳴器142.33程序3按鍵數(shù)碼管顯示152.4 實(shí)驗(yàn)板調(diào)試與實(shí)現(xiàn)17總結(jié)18項(xiàng)目1 直流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)1.1直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)原理（這部分包括原理說(shuō)明和仿真原理圖）  小功率穩(wěn)壓電源由電源變壓器、整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路四個(gè)部分組成，如圖1所示。 + 電 源 + 整 流 + 濾 波 + 穩(wěn) 壓 + u1

3、 u2 u3 uI U0 _ 變壓器 _ 電 路 _ 電 路 _ 電 路 _（a）穩(wěn)壓電源的組成框圖 u1 u2 u3 uI U0 0 t 0 t 0 t 0 t 0 t （b）整流與穩(wěn)壓過(guò)程圖1穩(wěn)壓電源的組成框圖及整流與穩(wěn)壓過(guò)程 1.1 1電源變壓器 電源變壓器的作用是將來(lái)自電網(wǎng)的220V交流電壓u1變換為整流電路所需要的交流電壓u2。電源變壓器的效率為：其中：是變壓器副邊的功率，是變壓器原邊的功率。一般小型變壓器的效率如表1所示：表1 小型變壓器的效率 副邊功率 效率0.60.70.80.85 因此，當(dāng)算出了副邊功率后，就可以根據(jù)上表算出原邊功率。1.12整流和濾波電路在穩(wěn)壓電源中一般用四

4、個(gè)二極管組成橋式整流電路，整流電路的作用是將交流電壓u2變換成脈動(dòng)的直流電壓u3。濾波電路一般由電容組成，其作用是把脈動(dòng)直流電壓u3中的大部分紋波加以濾除，以得到較平滑的直流電壓UI。UI與交流電壓u2的有效值U2的關(guān)系為： 在整流電路中，每只二極管所承受的最大反向電壓為： 流過(guò)每只二極管的平均電流為： 其中：R為整流濾波電路的負(fù)載電阻，它為電容C提供放電通路，放電時(shí)間常數(shù)RC應(yīng)滿足：其中：T = 20ms是50Hz交流電壓的周期。 1.1 3穩(wěn)壓電路由于輸入電壓u1發(fā)生波動(dòng)、負(fù)載和溫度發(fā)生變化時(shí)，濾波電路輸出的直流電壓UI會(huì)隨著變化。因此，為了維持輸出電壓UI穩(wěn)定不變，還需加一級(jí)穩(wěn)壓電路。穩(wěn)

5、壓電路的作用是當(dāng)外界因素（電網(wǎng)電壓、負(fù)載、環(huán)境溫度）發(fā)生變化時(shí)，能使輸出直流電壓不受影響，而維持穩(wěn)定的輸出。穩(wěn)壓電路一般采用集成穩(wěn)壓器和一些外圍元件所組成。采用集成穩(wěn)壓器設(shè)計(jì)的穩(wěn)壓電源具有性能穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。集成穩(wěn)壓器的類(lèi)型很多，在小功率穩(wěn)壓電源中，普遍使用的是三端穩(wěn)壓器。按輸出電壓類(lèi)型可分為固定式和可調(diào)式，此外又可分為正電壓輸出或負(fù)電壓輸出兩種類(lèi)型。（1） 固定電壓輸出穩(wěn)壓器常見(jiàn)的有CW78（LM78）系列三端固定式正電壓輸出集成穩(wěn)壓器；CW79（LM79）系列三端固定式負(fù)電壓輸出集成穩(wěn)壓器。三端是指穩(wěn)壓電路只有輸入、輸出和接地三個(gè)接地端子。型號(hào)中最后兩位數(shù)字表示輸出電壓的穩(wěn)定值，有5

6、V、6V、9V、15V、18V和24V。穩(wěn)壓器使用時(shí)，要求輸入電壓UI與輸出電壓Uo的電壓差UI - Uo 2V。穩(wěn)壓器的靜態(tài)電流Io = 8mA。當(dāng)Uo = 5 18V時(shí)，UI的最大值UImax= 35V；當(dāng)Uo=18 24V時(shí)，UI的最大值UImax = 40V。本實(shí)驗(yàn)是用的L7805三端穩(wěn)壓器。1.14附錄仿真原理圖  1.2 直流穩(wěn)壓電源的制作1.21根據(jù)實(shí)驗(yàn)仿真原理圖進(jìn)行實(shí)物焊接1.22直流電源的布線圖 1.23直流電源的實(shí)物圖 項(xiàng)目2 單片機(jī)實(shí)驗(yàn)板的設(shè)計(jì)2.1 實(shí)驗(yàn)板使用說(shuō)明2.11單片機(jī)STC89C51STC89C51是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 8K

7、 在系統(tǒng)可編程Flash 存儲(chǔ)器。在單芯片上，擁有靈巧的8 位CPU 和在系統(tǒng)可編程Flash，使得STC89C51為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。 具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 8k字節(jié)Flash，512字節(jié)RAM， 32 位I/O 口線，看門(mén)狗定時(shí)器，內(nèi)置4KB EEPROM，MAX810復(fù)位電路，三個(gè)16 位 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，一個(gè)6向量2級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口。另外 STC89X51 可降至0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下，CPU 停止工作，允許RAM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切

8、工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。最高運(yùn)作頻率35Mhz，6T/12T可選。最小系統(tǒng)包括單片機(jī)及其所需的必要的電源、時(shí)鐘、復(fù)位等部件，能使單片機(jī)始終處于正常的運(yùn)行狀態(tài)。電源、時(shí)鐘等電路是使單片機(jī)能運(yùn)行的必備條件，可以將最小系統(tǒng)作為應(yīng)用系統(tǒng)的核心部分，通過(guò)對(duì)其進(jìn)行存儲(chǔ)器擴(kuò)展、A/D擴(kuò)展等，使單片機(jī)完成較復(fù)雜的功能。STC89C51是片內(nèi)有ROM/EPROM的單片機(jī)，因此，這種芯片構(gòu)成的最小系統(tǒng)簡(jiǎn)單可靠。用STC89C52單片機(jī)構(gòu)成最小應(yīng)用系統(tǒng)時(shí)，只要將單片機(jī)接上時(shí)鐘電路和復(fù)位電路即可， (1) 時(shí)鐘電路STC89C51單片機(jī)的時(shí)鐘信號(hào)通常有兩種方式產(chǎn)生：一是內(nèi)部時(shí)鐘方式，二是外部時(shí)鐘方式。

9、內(nèi)部時(shí)鐘方式如圖2-4所示。在STC89C51單片機(jī)內(nèi)部有一振蕩電路，只要在單片機(jī)的XTAL1(18)和XTAL2(19)引腳外接石英晶體(簡(jiǎn)稱(chēng)晶振)，就構(gòu)成了自激振蕩器并在單片機(jī)內(nèi)部產(chǎn)生時(shí)鐘脈沖信號(hào)。圖中電容C1和C2的作用是穩(wěn)定頻率和快速起振，電容值在530pF，典型值為30pF。晶振CYS的振蕩頻率范圍在1.212MHz間選擇，典型值為12MHz和6MHz。圖3.4 STC89C51內(nèi)部時(shí)鐘電路(2) 復(fù)位電路當(dāng)在STC89C51單片機(jī)的RST引腳引入高電平并保持2個(gè)機(jī)器周期時(shí)，單片機(jī)內(nèi)部就執(zhí)行復(fù)位操作(若該引腳持續(xù)保持高電平，單片機(jī)就處于循環(huán)復(fù)位狀態(tài))。最簡(jiǎn)單的上電自動(dòng)復(fù)位電路中上電自

10、動(dòng)復(fù)位是通過(guò)外部復(fù)位電路的電容充放電來(lái)實(shí)現(xiàn)的。只要Vcc的上升時(shí)間不超過(guò)1ms,就可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)上電復(fù)位。除了上電復(fù)位外，有時(shí)還需要按鍵手動(dòng)復(fù)位。本設(shè)計(jì)就是用的按鍵手動(dòng)復(fù)位。按鍵手動(dòng)復(fù)位有電平方式和脈沖方式兩種。其中電平復(fù)位是通過(guò)RST(9)端與電源Vcc接通而實(shí)現(xiàn)的。圖3.5 STC89C51復(fù)位電路2.12數(shù)碼管顯示電路設(shè)計(jì)LED數(shù)碼管（LED Segment Displays）是由多個(gè)發(fā)光二極管封裝在一起組成“8”字型的器件，引線已在內(nèi)部連接完成，只需引出它們的各個(gè)筆劃，公共電極。數(shù)碼管分為動(dòng)態(tài)顯示和靜態(tài)顯示驅(qū)動(dòng)兩種，靜態(tài)驅(qū)動(dòng)也稱(chēng)直流驅(qū)動(dòng)。靜態(tài)驅(qū)動(dòng)是指每個(gè)數(shù)碼管的每一個(gè)段碼都由一個(gè)單片機(jī)的

11、I/O端口進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，或者使用如BCD碼二-十進(jìn)制譯碼器譯碼進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。靜態(tài)驅(qū)動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是編程簡(jiǎn)單，顯示亮度高，缺點(diǎn)是占用I/O端口多，如驅(qū)動(dòng)5個(gè)數(shù)碼管靜態(tài)顯示則需要5×8=40根I/O端口來(lái)驅(qū)動(dòng)，要知道一個(gè)STC89C52的I/O端口才32個(gè)呢：），實(shí)際應(yīng)用時(shí)必須增加譯碼驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，增加了硬件電路的復(fù)雜性。數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示接口是單片機(jī)中應(yīng)用最為廣泛的一種顯示方式之一，動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)是將所有數(shù)碼管的8個(gè)顯示筆劃"a,b,c,d,e,f,g,dp"的同名端連在一起，另外為每個(gè)數(shù)碼管的公共極COM增加位選通控制電路，位選通由各自獨(dú)立的I/O線控制，當(dāng)單片機(jī)輸出字形碼時(shí)，所有數(shù)碼

12、管都接收到相同的字形碼，但究竟是那個(gè)數(shù)碼管會(huì)顯示出字形，取決于單片機(jī)對(duì)位選通COM端電路的控制，所以我們只要將需要顯示的數(shù)碼管的選通控制打開(kāi)，該位就顯示出字形，沒(méi)有選通的數(shù)碼管就不會(huì)亮。通過(guò)分時(shí)輪流控制各個(gè)數(shù)碼管的的COM端，就使各個(gè)數(shù)碼管輪流受控顯示，這就是動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)。在輪流顯示過(guò)程中，每位數(shù)碼管的點(diǎn)亮?xí)r間為12ms，由于人的視覺(jué)暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極管的余輝效應(yīng)，盡管實(shí)際上各位數(shù)碼管并非同時(shí)點(diǎn)亮，但只要掃描的速度足夠快，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示數(shù)據(jù)，不會(huì)有閃爍感，動(dòng)態(tài)顯示的效果和靜態(tài)顯示是一樣的，能夠節(jié)省大量的I/O端口，而且功耗更低。本設(shè)計(jì)利用三極管驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管，用2.2k電阻起到限流作用，

13、使得數(shù)碼管亮度適中。2.13蜂鳴器電路本系統(tǒng)中采用的蜂鳴器報(bào)警，由于單片機(jī)輸出電流較小，所以用三極管S9013驅(qū)動(dòng)蜂鳴器發(fā)出聲音。單片機(jī)的P3.3口連接三極管基極，當(dāng)檢測(cè)到P3.3輸出高電平，三極管工作在放大狀態(tài)，電路導(dǎo)通，蜂鳴器響亮。2.14繼電器控制電路本系統(tǒng)采用9012三極管驅(qū)動(dòng)繼電器工作，來(lái)控制繼電器工作，當(dāng)接收到控制信號(hào)時(shí)候，單片機(jī)控制繼電器動(dòng)作，同時(shí)點(diǎn)亮發(fā)光二極管D2。2.15 LCD顯示電路本系統(tǒng)的顯示部分采用LCD1602字符顯示模塊，1602LCD 分為帶背光和不帶背光兩種，基控制器大部分為 HD44780，帶背光的比不帶背光的厚，是否帶背光在應(yīng)用中并無(wú)差別。LCD顯示屏在使

14、用之前須根據(jù)具體配置情況初始化，初始化可在復(fù)位之后完成，過(guò)程一般如下:（1）清屏。清除屏幕，將顯示緩沖區(qū)DDRAM的內(nèi)容全部寫(xiě)入空格。光標(biāo)復(fù)位，回到顯示器的左上角。地址計(jì)數(shù)器AC清零。（2）功能設(shè)置。設(shè)置數(shù)據(jù)位數(shù)，根據(jù)LCD1602與處理器的連接選擇（LCD1602為雙行顯示）。設(shè)置字形大小。（3）開(kāi)/關(guān)顯示設(shè)置?？刂乒鈽?biāo)顯示，字符是否閃爍等。（4）輸入方式設(shè)置。設(shè)定光標(biāo)的移動(dòng)方向以及后面的內(nèi)容是否移動(dòng)。單片機(jī)的P0.0P0.7引腳與LCD1602的714引腳相連，因?yàn)锳T89S52單片機(jī)的P0口沒(méi)有上拉電阻，所以在它們中間接入10K的排阻，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的通訊傳輸。單片機(jī)的P2.5P2.7引腳與

15、LCD1602的46引腳相連，進(jìn)行寄存器的選擇及讀寫(xiě)功能操作的選擇。2.2實(shí)驗(yàn)板設(shè)計(jì)原理圖2.21PCB設(shè)計(jì)圖2.22 LCD模塊圖2.23 LED模塊圖2.24數(shù)碼管模塊圖2.25蜂鳴器模塊圖2.26單片機(jī)最小系統(tǒng)圖2.3程序設(shè)計(jì)2.31程序1數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示1234/頭文件:#include "reg51.h"/變量定義:unsigned char table=0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90;/表：共陽(yáng)數(shù)碼管 0-9 /引腳定義:sbit SMG_q = P10;/定義數(shù)碼管陽(yáng)級(jí)控制腳（千位）sbit S

16、MG_b = P11;/定義數(shù)碼管陽(yáng)級(jí)控制腳（百位）sbit SMG_s = P12;/定義數(shù)碼管陽(yáng)級(jí)控制腳（十位）sbit SMG_g = P13;/定義數(shù)碼管陽(yáng)級(jí)控制腳（個(gè)位）/函數(shù)聲明:void delay(void); /延時(shí)子函時(shí)/主函數(shù)，C語(yǔ)言的入口函數(shù):void main(void) unsigned char i=0;/作為查表的索引號(hào)while(1)/不停的循環(huán)掃描,不掃描則不顯示或顯示不正確，即為動(dòng)態(tài)顯示,/數(shù)碼管顯示 1234，可自行修改SMG_q=0;/選擇千位數(shù)碼管P0=table1;/查找"1"定義好的數(shù)碼管段值與P0口輸出，顯示相應(yīng)的1dela

17、y();/加入短暫延時(shí)P0=0XFF;/清除數(shù)碼管顯示，因是共陽(yáng)型，所以不是0SMG_q=1;/關(guān)閉千位數(shù)碼管SMG_b=0;/選擇百位數(shù)碼管P0=table2;/查找"2"定義好的數(shù)碼管段值與P0口輸出，顯示相應(yīng)的2delay();/加入短暫延時(shí)P0=0XFF;/清除數(shù)碼管顯示，因是共陽(yáng)型，所以不是0SMG_b=1;/關(guān)閉百位數(shù)碼管SMG_s=0;/選擇十位數(shù)碼管P0=table3;/查找"2"定義好的數(shù)碼管段值與P0口輸出，顯示相應(yīng)的2delay();/加入短暫延時(shí)P0=0XFF;/清除數(shù)碼管顯示，因是共陽(yáng)型，所以不是0SMG_s=1;/關(guān)閉十位數(shù)碼

18、管SMG_g=0;/選擇個(gè)位數(shù)碼管P0=table4;/查找"2"定義好的數(shù)碼管段值與P0口輸出，顯示相應(yīng)的2delay();/加入短暫延時(shí)P0=0XFF;/清除數(shù)碼管顯示，因是共陽(yáng)型，所以不是0SMG_g=1;/關(guān)閉個(gè)位數(shù)碼管/延時(shí)子函數(shù),短暫延時(shí)void delay(void)unsigned char i=10;while(i-);2.32程序2按鍵控制繼電器和蜂鳴器/頭文件:#include "reg51.h"/引腳定義:sbit key1 = P37;/定義按鍵1sbit key2 = P36;/定義按鍵2sbit key3 = P35;/定義

19、按鍵3sbit key4 = P34;/定義按鍵4sbit key5 = P33;/定義按鍵5sbit key6 = P32;/定義按鍵6sbit SPK = P15;/蜂鳴器控制引腳sbit JDQ = P14;/繼電器控制引腳/主函數(shù)，C語(yǔ)言的入口函數(shù):void main(void)while(1)/循環(huán)掃描按鍵if(key1=0)/按鍵1按下，繼電器吸合JDQ=0;if(key2=0)/按鍵2按下，繼電器斷開(kāi)JDQ=1;if(key3=0)/按鍵3按下，蜂鳴器蜂鳴SPK=0;if(key4=0)/按鍵4按下，蜂鳴器關(guān)閉SPK=1;if(key5=0)/按鍵5按下，繼電器和蜂鳴器都開(kāi)啟JD

20、Q=0;SPK=0;if(key6=0)/按鍵6按下，繼電器和蜂鳴器都關(guān)閉JDQ=1;SPK=1; 2.33程序3按鍵數(shù)碼管顯示/頭文件:#include "reg51.h"/引腳定義:sbit SMG_q = P10;/定義數(shù)碼管陽(yáng)級(jí)控制腳（千位）sbit SMG_b = P11;/定義數(shù)碼管陽(yáng)級(jí)控制腳（百位）sbit SMG_s = P12;/定義數(shù)碼管陽(yáng)級(jí)控制腳（十位）sbit SMG_g = P13;/定義數(shù)碼管陽(yáng)級(jí)控制腳（個(gè)位）sbit key1 = P37;/定義按鍵1sbit key2 = P36;/定義按鍵2sbit key3 = P35;/定義按鍵3sbi

21、t key4 = P34;/定義按鍵4sbit key5 = P33;/定義按鍵5sbit key6 = P32;/定義按鍵6/主函數(shù)，C語(yǔ)言的入口函數(shù):void main(void)P0=0xc0;/數(shù)碼管顯示0SMG_g=0;/使用數(shù)碼管個(gè)位來(lái)顯示鍵值while(1)/循環(huán)掃描按鍵及顯示if(key1=0)/按鍵1按下P0=0xf9;/數(shù)碼管顯示1else if(key2=0)/按鍵2按下P0=0xa4;/數(shù)碼管顯示2else if(key3=0)/按鍵3按下P0=0xb0;/數(shù)碼管顯示3else if(key4=0)/按鍵4按下P0=0x99;/數(shù)碼管顯示4else if(key5=0)/按鍵5按下P0=0x92;/數(shù)碼管