基于STC15F2K60S2單片機(jī)開發(fā)板設(shè)計(jì)制作

1、 基于STC15F2K60S2單片機(jī)開發(fā)板設(shè)計(jì)制作 摘要單片機(jī)開發(fā)板的介紹單片機(jī)開發(fā)板是一塊電路板和諸多元器件組合在一起供平時的學(xué)習(xí)、實(shí)驗(yàn)、開發(fā)等使用;是正式批量生產(chǎn)產(chǎn)品前，對產(chǎn)品進(jìn)行設(shè)計(jì)和開發(fā)時使用的板子。我們學(xué)習(xí)單片機(jī)，開始是對理論知識的學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)了一些指令和相關(guān)單片機(jī)結(jié)構(gòu)的知識，而單片機(jī)開發(fā)板就是我們實(shí)踐的工具，通過開發(fā)板我們可以做一些實(shí)驗(yàn)，從而掌握所學(xué)的知識。打個比較通俗的例子：我們編寫的代碼是“軟件”，而開發(fā)板是“硬件”，兩者結(jié)合才會有用，如果只有代碼，只有模擬的實(shí)驗(yàn)結(jié)果而不經(jīng)過板子實(shí)踐是學(xué)不好的，也掌握不了單片機(jī)。簡單概括說開發(fā)板實(shí)際上就是個多功的實(shí)驗(yàn)板，是學(xué)習(xí)單片機(jī)和開發(fā)單片機(jī)產(chǎn)

2、品的好幫手。上面集成了好多單片的的外圍器件，如LED燈、數(shù)碼管、按鍵、行列式按鍵、步進(jìn)電機(jī)、伺服電機(jī)、液晶顯示等等，利用一個開發(fā)板就可以編制不同的程序?qū)崿F(xiàn)各種各樣的功能，不用為了一個實(shí)驗(yàn)焊一塊電路板了。在開發(fā)板上設(shè)計(jì)、調(diào)試好程序，就能方便地移植到產(chǎn)品上，只是有時要作適當(dāng)?shù)男薷?，比如端口的設(shè)置等，因?yàn)楫吘归_發(fā)板和產(chǎn)品的電路板不可能完全一致的。這樣我們就可以通過開發(fā)板的使用節(jié)省大量的資源，提高我們的學(xué)習(xí)效率。為我們更好的學(xué)習(xí)單片機(jī)提供一個良好的平臺。 國內(nèi)外發(fā)展趨勢現(xiàn)在可以說是單片機(jī)的戰(zhàn)國時期，世界上各大芯片制造公司都推出了自己的單片機(jī)，從8位、16位到32位，數(shù)不勝數(shù)，應(yīng)有盡有，有與主流C51系

3、列兼容的，也有不兼容的，但它們各具特色，互成互補(bǔ)，為單片機(jī)的應(yīng)用提供廣闊的天地?？v觀單片機(jī)的發(fā)展過程，可以預(yù)示單片機(jī)的發(fā)展趨勢，大致有：1、低功耗CMOS化 MCS-51系列的8031推出時的功耗達(dá)630mW，而現(xiàn)在的單片機(jī)普遍都在100mW左右，隨著對單片機(jī)功耗要求越來越低，現(xiàn)在的各個單片機(jī)制造商基本都采用了CMOS(互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體工藝)。像80C51就采用了HMOS(即高密度金屬氧化物半導(dǎo)體工藝)和CHMOS(互補(bǔ)高密度金屬氧化物半導(dǎo)體工藝)。CMOS雖然功耗較低，但由于其物理特征決定其工作速度不夠高，而CHMOS則具備了高速和低功耗的特點(diǎn)，這些特征，更適合于在要求低功耗象電池供電的

4、應(yīng)用場合。所以這種工藝將是今后一段時期單片機(jī)發(fā)展的主要途徑2、微型單片化 現(xiàn)在常規(guī)的單片機(jī)普遍都是將中央處理器(CPU)、隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(RAM)、只讀程序存儲器(ROM)、并行和串行通信接口，中斷系統(tǒng)、定時電路、時鐘電路集成在一塊單一的芯片上，增強(qiáng)型的單片機(jī)集成了如A/D轉(zhuǎn)換器、PMW(脈寬調(diào)制電路)、WDT(看門狗)、有些單片機(jī)將LCD(液晶)驅(qū)動電路都集成在單一的芯片上，這樣單片機(jī)包含的單元電路就更多，功能就越強(qiáng)大。甚至單片機(jī)廠商還可以根據(jù)用戶的要求量身定做，制造出具有自己特色的單片機(jī)芯片。此外，現(xiàn)在的產(chǎn)品普遍要求體積小、重量輕，這就要求單片機(jī)除了功能強(qiáng)和功耗低外，還要求其體積要小?，F(xiàn)

5、在的許多單片機(jī)都具有多種封裝形式，其中SMD(表面封裝)越來越受歡迎，使得由單片機(jī)構(gòu)成的系統(tǒng)正朝微型化方向發(fā)展。3、主流與多品種共存 現(xiàn)在雖然單片機(jī)的品種繁多，各具特色，但仍以80C51為核心的單片機(jī)占主流，兼容其結(jié)構(gòu)和指令系統(tǒng)的有PHILIPS公司的產(chǎn)品，ATMEL公司的產(chǎn)品和中國臺灣的Winbond系列單片機(jī)。所以C8051為核心的單片機(jī)占據(jù)了半壁江山。而Microchip公司的PIC精簡指令集(RISC)也有著強(qiáng)勁的發(fā)展勢頭，中國臺灣的HOLTEK公司近年的單片機(jī)產(chǎn)量與日俱增，與其低價質(zhì)優(yōu)的優(yōu)勢，占據(jù)一定的市場分額。此外還有MOTOROLA公司的產(chǎn)品，日本幾大公司的專用單片機(jī)。在一定的時

6、期內(nèi)，這種情形將得以延續(xù)，將不存在某個單片機(jī)一統(tǒng)天下的壟斷局面，走的是依存互補(bǔ)，相輔相成、共同發(fā)展的道路 。目錄：1單片機(jī)最小系統(tǒng).2 PC通訊的RS232接口電路.3 1602LCD顯示電路.4 4位LED數(shù)碼管顯示電路.4 X4矩陣鍵盤電路.5 參考文獻(xiàn).6 附件.一： 單片機(jī)最小系統(tǒng) 時鐘源電路 單片機(jī)內(nèi)部具有一個高增益反相放大器，用于構(gòu)成振蕩器。通常在引腳XTALl和XTAL2跨接石英晶體和兩個補(bǔ)償電容構(gòu)成自激振蕩器，結(jié)構(gòu)如圖2.1.1 中Y1、C16、C17。Y1一般選擇12MHZ頻率的石英晶體，補(bǔ)償電容通常選擇30pF左右的瓷片電容。圖2.1.1 復(fù)位電路 單片機(jī)小系統(tǒng)采用上電自動

7、復(fù)位和手動按鍵復(fù)位兩種方式實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的復(fù)位操作。上電復(fù)位要求接通電源后，自動實(shí)現(xiàn)復(fù)位操作。手動復(fù)位要求在電源接通的條件下，在單片機(jī)運(yùn)行期間，用按鈕開關(guān)操作使單片機(jī)復(fù)位。其結(jié)構(gòu)如圖2.1.2 中R1、R2、C3和S18。上電自動復(fù)位通過電容C3充電來實(shí)現(xiàn)。手動按鍵復(fù)位是通過按鍵將電阻R1與VCC接通來實(shí)現(xiàn)。二：RS-232總線標(biāo)準(zhǔn)RS-232C總線標(biāo)準(zhǔn)定義了25個引腳的連接器，各引腳的定義如表3-1所示。表 RS-232信號引腳定義引腳定義（助記符）引腳定義（助記符）1保護(hù)地（PG）13輔助通道允許發(fā)送（SCTS）2發(fā)送數(shù)據(jù)（TXD）14輔助通道發(fā)送數(shù)據(jù)（STXD）3接收數(shù)據(jù)（RXD）15 發(fā)送時

8、鐘（TXC）4請求發(fā)送（RTS）16輔助通道接收數(shù)據(jù)（SRXD）5清除發(fā)送（CTS）17接受時鐘(RXC)6數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好（DSR）18-7信號地（GND）19輔助通道請求發(fā)送（SRTS）8接收線路信號檢測（DCD）20數(shù)據(jù)終端準(zhǔn)備就緒(DTR)9-21信號質(zhì)量檢測10-22音響指示(RI)11-23數(shù)據(jù)信號速率選擇12輔助通道接收信號檢測（SDCD）24發(fā)送時鐘(TXC) 表中定義的許多信號線是為通信業(yè)務(wù)聯(lián)系或控制而設(shè)置的，在計(jì)算機(jī)串口通信中主要是用以下一些信號。（1） 數(shù)據(jù)傳輸信號：發(fā)送數(shù)據(jù)（TXD），接收數(shù)據(jù)（RXD）（2） 調(diào)制解調(diào)器控制信號：請求發(fā)送（RTS），清除發(fā)送（CTS）（3）

9、地線：保護(hù)地（PG），信號地（GND）Rs-232 C總線的其他標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定如下：（1） RS-232總線標(biāo)準(zhǔn)邏輯電平：+5-+15V表示邏輯“0”，-15、-5表示邏輯“1”，噪聲容限為2V。（2） 標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)傳輸速率：50b/s 、 75b/s、 110b/s、600b/s、 1200b/s 、 4800b/s 、9600 b/s 、 19200 b/s 2.1 RS-232C接口電路 當(dāng)51單片機(jī)與PC機(jī)通過RS-232標(biāo)準(zhǔn)總線串行通信時，由于RS-232信號電平與51單片機(jī)信號電平不一致，因此，必須進(jìn)行信號電平轉(zhuǎn)換。其常用的方法有兩種，一種是采用運(yùn)算放大器、晶體管、光電隔離器等器件組成的電路

10、來實(shí)現(xiàn)，另一種是采用專門集成芯片來實(shí)現(xiàn)。下面以MAX232專門集成芯片為例來介紹接口電路的實(shí)現(xiàn)。2.2 MAX232接口電路 MAX232芯片的引腳排列圖如圖6所示：圖6 MAX232芯片的引腳排列圖MAX232的工作電源為單電源，為了滿足RS-232電平要求，MAX232內(nèi)部有一個電壓變化電路，與外接的4個1UF的電容一起長生+10V或-10V的工作電源。器件內(nèi)部還包括2個驅(qū)動器、2個接收器，每一個接收器將RS-232電平轉(zhuǎn)換為5VTTL/CMOS電平；每一個發(fā)送器將TTL/CMOS電平轉(zhuǎn)換成RS-232電平。要實(shí)現(xiàn)多機(jī)通訊先要實(shí)現(xiàn)單機(jī)通訊，再把多個從機(jī)按照主從方式連接，再通過軟件編程實(shí)現(xiàn)多

11、機(jī)通訊。單機(jī)通訊的傳輸過程主要分6步完成：1）PC機(jī)發(fā)出一個RS-232電平信號。2）通過MAX232將信號轉(zhuǎn)化為TTL/CMOS電平信號，以便于單片機(jī)接收。3）單片機(jī)接收數(shù)據(jù)，然后通過內(nèi)部程序?qū)?shù)據(jù)處理。4）單片機(jī)發(fā)送TTL/CMOS電平數(shù)據(jù)。5）通過MAX232將信號轉(zhuǎn)化為RS-232電平信號，以便于PC機(jī)接收。6）PC機(jī)接收數(shù)據(jù)2.3 PC機(jī)采用DB-25型連接器 DB-25連接器定義了25根信號線，分為4組： 異步通信的9個電壓信號 20mA電流環(huán)信號 9個 空6個 保護(hù)地1個，作為設(shè)備接地端 DB-25型連接器如圖7所示圖7 DB-25型連接器引腳排列圖單片機(jī)與PC機(jī)串行通信電路 圖

12、是由芯片MAX232實(shí)現(xiàn)51單片機(jī)與PC機(jī)串行通信的典型接線圖。圖中外接電解電容C1,C2,C3,C4用于電源電壓變換，提高抗干擾能力，它們可以取相同數(shù)值電容1.0uF/16V.其值一般為0.1UF.選擇任一組電平轉(zhuǎn)換電路實(shí)行串行通信，如圖中選T1in, R1out分別與51單片機(jī)的TXD，RXD 相連，T1out ，R1in分別與PC機(jī)中RS232 接口的RSD ， TSD相連，這種發(fā)送與接收的對應(yīng)關(guān)系不能連錯，則不能正常工作。圖 用MAX232實(shí)現(xiàn)串行通信接口電路 三：4*4矩陣鍵盤 4*4矩陣鍵盤原理每個按鍵有它的行值和列值，行值和列值的組合就是識別這個按鍵的編碼。矩陣的行線和列線分別通

13、過兩并行接口和CPU通信。每個按鍵的狀態(tài)同樣需變成數(shù)字量“0”和“1”，開關(guān)的一端（列線）通過電阻接VCC，而接地是通過程序輸出數(shù)字“0”實(shí)現(xiàn)的。鍵盤處理程序的任務(wù)是：確定有無鍵按下，判斷哪一個鍵按下，鍵的功能是什么；還要消除按鍵在閉合或斷開時的抖動。兩個并行口中，一個輸出掃描碼，使按鍵逐行動態(tài)接地，另一個并行口輸入按鍵狀態(tài)，由行掃描值和回饋信號共同形成鍵編碼而識別按鍵，通過軟件查表，查出該鍵的功能。 4*4矩陣鍵盤電路圖及效果圖圖2.5.1 4*4矩陣鍵盤電路圖 圖2.5.2 4*4矩陣鍵盤效果圖四 LCD1602模塊液晶顯示原理     液晶顯示的原

14、理是利用液晶的物理特性， 通過電壓對其顯示區(qū)域進(jìn)行控制，有電就有顯示，這樣即可以顯示出圖形。液晶顯示器具有厚度薄、適用于大規(guī)模集成電路直接驅(qū)動、易于實(shí)現(xiàn)全彩色顯示的特點(diǎn)，目前已經(jīng)被廣泛應(yīng)用在便攜式電腦、數(shù)字?jǐn)z像機(jī)、PDA移動通信工具等眾多領(lǐng)域 LCD1602各引腳接口說明表1 LCD1602各引腳接口說明編號符號引腳說明編號符號引腳說明1VSS電源地9D2數(shù)據(jù)2VDD電源正極10D3數(shù)據(jù)3VL液晶顯示偏壓11D4數(shù)據(jù)4RS數(shù)據(jù)/命令選擇12D5數(shù)據(jù)5R/W讀/寫選擇13D6數(shù)據(jù)6E使能信號14D7數(shù)據(jù)7D0數(shù)據(jù)15BLA背光源正極8D1數(shù)據(jù)16BLK背光源負(fù)極第1腳：VSS為地電源。第2腳：V

15、DD接5V正電源。第3腳：VL為液晶顯示器對比度調(diào)整端，接正電源時對比度最弱，接地時對比度最高，對比度過高時會產(chǎn)生“鬼影”，使用時可以通過一個10K的電位器調(diào)整對比度。第4腳：RS為寄存器選擇，高電平時選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時選擇指令寄存器。第5腳：R/W為讀寫信號線，高電平時進(jìn)行讀操作，低電平時進(jìn)行寫操作。當(dāng)RS和R/W共同為低電平時可以寫入指令或者顯示地址，當(dāng)RS為低電平R/W為高電平時可以讀忙信號，當(dāng)RS為高電平R/W為低電平時可以寫入數(shù)據(jù)。第6腳：E端為使能端，當(dāng)E端由高電平跳變成低電平時，液晶模塊執(zhí)行命令。第714腳：D0D7為8位雙向數(shù)據(jù)線。第15腳：背光源正極。第16腳：背光源負(fù)極。 LCD1602模塊電路參考文獻(xiàn)（References）1 劉瑞新單片機(jī)原理及應(yīng)用教程M北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005.72 無線電雜志社無線制作精匯M北京：人民郵電出版社，20053 趙亮單片機(jī)語言編程與實(shí)例M北京：人民郵電出版社，20034 閻石數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)M北京：高等教育出版社，2006.55 謝嘉奎電子線路非線性部分（第四版）M北京：高等教育出版社