畢業(yè)設(shè)計(jì)基于51單片機(jī)的學(xué)習(xí)開發(fā)板設(shè)計(jì)

1、編號(hào)：079050241024本 科 畢 業(yè) 論 文題 目：基于51單片機(jī)的學(xué)習(xí)/開發(fā)板的設(shè)計(jì)學(xué) 院：物理與電子信息學(xué)院專 業(yè)：電子信息科學(xué)與技術(shù)年級(jí)：07級(jí)(1)班姓 名：劉志強(qiáng)指導(dǎo)教師：周昆鵬完成日期：2011年5月23日目錄摘要1Abstract2引言3一設(shè)計(jì)方案31.1系統(tǒng)功能分析31.2芯片選型4二硬件設(shè)計(jì)82.1單片機(jī)最小系統(tǒng)電路的設(shè)計(jì)82.2輸入部分的設(shè)計(jì)92.3顯示部分的設(shè)計(jì)112.4AD和DA設(shè)計(jì)132.5串口的設(shè)計(jì)142.6其它電路設(shè)計(jì)15三開發(fā)板功能驗(yàn)證203.1矩陣鍵盤+數(shù)碼管顯示數(shù)字和字符203.2TLC2543+數(shù)碼管顯示0-5V可調(diào)直流電壓213.3DAC0832

2、+數(shù)碼管控制發(fā)光二極管的亮暗顯示223.41602顯示字符233.5AT24C04+LCD顯示單片機(jī)向外接ROM存取數(shù)據(jù)的過程243.6DS1302+1602顯示實(shí)時(shí)時(shí)鐘243.7串口實(shí)驗(yàn)25結(jié)語27參考文獻(xiàn)28致謝29作者簡(jiǎn)介30摘要為了讓單片機(jī)使用者有更好的學(xué)習(xí)、應(yīng)用和開發(fā)單片機(jī)系統(tǒng)的條件，在參考了許多單片機(jī)開發(fā)板設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，本文提出了一款資源豐富，使用簡(jiǎn)便，附帶程序源代碼的51單片機(jī)學(xué)習(xí)/開發(fā)板的詳細(xì)設(shè)計(jì)方案。本設(shè)計(jì)是基于51單片機(jī)的學(xué)習(xí)/開發(fā)板，主要分為硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和軟件功能驗(yàn)證兩個(gè)部分。硬件部分涵蓋了單片機(jī)學(xué)習(xí)及應(yīng)用過程中使用到的大部分硬件資源，如LCD顯示器、AD和DA轉(zhuǎn)換器、

3、數(shù)碼管顯示器、鍵盤輸入等。并具有一定的擴(kuò)展性；軟件附有各模塊的C程序?qū)嵗膳c硬件資源實(shí)現(xiàn)聯(lián)調(diào)。為單片機(jī)的學(xué)習(xí)和開發(fā)提供軟硬件資源平臺(tái)。關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)；學(xué)習(xí)/開發(fā)板；硬件資源；C程序AbstractIn order to let single-chip microcomputer users are better learning, application and development of single-chip microcomputer system conditions, in reference to the many MCU development based on board

4、design, this paper puts forward a paragraph is rich in resources, easy to use, the source code 51 single-chip microcomputer incidental learning/development board detailed design proposal.This design is based on 51 MCU learning/development board, mainly divides into hardware system design and softwar

5、e design. Hardware covers the microcontroller learning and application process in use of the most hardware resources, such as LCD monitor, the AD and DA converter, digital tube display, etc., and has certain expandability; Software with each module with C program examples, hardware resources to achi

6、eve the alignment. The learning and development for microcontroller provides software and hardware resource platform.Keywords: MCU；learning/development board；hardware；C program引言隨著電子技術(shù)的發(fā)展，單片機(jī)在電訊技術(shù)、工業(yè)控制、汽車自動(dòng)化、家用電器等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，而51單片機(jī)由于其實(shí)用性好、可靠性高、便于擴(kuò)展等特點(diǎn)得到了廣泛的應(yīng)用。為了更好的學(xué)習(xí)和應(yīng)用單片機(jī)，可以將經(jīng)常應(yīng)用到的單片機(jī)外圍電路集成到一個(gè)學(xué)習(xí)/開發(fā)板

7、上以供使用者方便使用。同時(shí)應(yīng)提供常用的移植性較好的模塊代碼（本設(shè)計(jì)選用C作為源代碼的編寫工具）。市場(chǎng)上現(xiàn)存的單片機(jī)開發(fā)板很多，因此，要求設(shè)計(jì)盡量能夠達(dá)到資源豐富、易用性好、設(shè)計(jì)美觀等特點(diǎn)。本系統(tǒng)是基于51單片機(jī)的學(xué)習(xí)/開發(fā)板，集成了單片機(jī)應(yīng)用過程中常用到的硬件資源，如鍵盤（獨(dú)立鍵盤、矩陣鍵盤）、數(shù)碼管、LCD顯示器、模數(shù)和數(shù)模轉(zhuǎn)換電路，外接存儲(chǔ)等。為學(xué)習(xí)和開發(fā)單片機(jī)產(chǎn)品提供平臺(tái)。一 設(shè)計(jì)方案1.1 系統(tǒng)功能分析 硬件功能1 輸入功能系統(tǒng)需要有輸入數(shù)據(jù)的功能，如按鍵輸入。按鍵分為獨(dú)立按鍵和矩陣按鍵，獨(dú)立按鍵的特點(diǎn)是操作簡(jiǎn)便，矩陣按鍵有占用I/O口少的特點(diǎn)，考慮到實(shí)際應(yīng)用中這兩種按鍵會(huì)經(jīng)常用到，因

8、此都要設(shè)計(jì)。2 顯示功能系統(tǒng)選用三種顯示方法，分別為L(zhǎng)ED顯示、段數(shù)碼管顯示、LCD液晶顯示器顯示。以達(dá)到監(jiān)控單片機(jī)工作狀態(tài)和顯示輸出結(jié)果的目的。（1）LED選擇8個(gè)紅色發(fā)光二極管，采用共陽(yáng)接法（即單片機(jī)輸出0時(shí)二極管亮，輸出1時(shí)二極管滅），用P0口輸出數(shù)據(jù)，來顯示端口的電平狀態(tài)。（2） 數(shù)碼管選擇8位8段數(shù)碼管作為單片機(jī)的數(shù)字和字符輸出（可顯示數(shù)字“0-9”，字符“a-f”）。數(shù)碼管顯示的特點(diǎn)是快速直觀。（3）LCD液晶選擇字符型液晶顯示器1602作為單片機(jī)輸出字符的顯示。3 模數(shù)和數(shù)模轉(zhuǎn)換電路單片機(jī)在控制過程中經(jīng)常要在外部采集到模擬信號(hào)，經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)為單片機(jī)能夠識(shí)別的數(shù)字信號(hào)處理后再轉(zhuǎn)為模

9、擬信號(hào)輸出，控制外設(shè)的正常運(yùn)行。模數(shù)和數(shù)模轉(zhuǎn)換的通信方式有串行和并行兩種，為了達(dá)到學(xué)習(xí)的目的，要求模數(shù)轉(zhuǎn)換用串行的通信方式，數(shù)模轉(zhuǎn)換用并行的通信方式。4 串口及其他外圍電路（1） 串口串口是單片機(jī)應(yīng)用過程中最常用到的部件之一，它具有通信簡(jiǎn)單，通信用線少，可級(jí)聯(lián)多個(gè)外設(shè)的特點(diǎn)，能夠?qū)崿F(xiàn)單片機(jī)與其他外設(shè)的通信。要求開發(fā)板實(shí)現(xiàn)串口的功能。（2）其它功能外接存儲(chǔ)電路、實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路，報(bào)警電路等都應(yīng)該具備。 軟件功能單片機(jī)系統(tǒng)是由硬件資源和軟件代碼聯(lián)合起來工作的。因此，作為一個(gè)完整的學(xué)習(xí)/開發(fā)板，還要求有必要的源代碼，C語言既具有高級(jí)語言的特點(diǎn)，又具有匯編語言的特點(diǎn)，最重要的是，它具有很好的移植性，因此，

10、它的應(yīng)用范圍非常廣泛，所以系統(tǒng)的所有實(shí)例代碼都用C編寫。為了使開發(fā)板學(xué)習(xí)和使用更加方便，設(shè)計(jì)中分模塊編寫源代碼，比如將LCD液晶顯示器和AT24C04的硬件功能聯(lián)合起來編寫一個(gè)驗(yàn)證代碼。這樣可以使使用者直觀的把硬件和軟件聯(lián)合起來。1.2 芯片選型單片機(jī)的選擇單片機(jī)是將CPU、存儲(chǔ)器、總線、I/O接口電路集成在一片超大規(guī)模集成電路芯片上。單片機(jī)具有體積小、功能全、價(jià)格低廉等突出優(yōu)點(diǎn)。與其對(duì)應(yīng)的軟件也非常豐富。AT89S52單片機(jī)是以MCS-51核心技術(shù)為其內(nèi)核，采用高性能、低功耗、非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)的8位微控制器。其具有8KB可在線ISP編程的Flash存儲(chǔ)器，32個(gè)可編程I/O接口，3個(gè)可編程

11、16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，具有8個(gè)中斷源、6個(gè)中斷矢量、2級(jí)優(yōu)先權(quán)的中斷系統(tǒng)，全雙工UART串行通信口，1000次擦寫周期等特點(diǎn)。AT89S52的引腳排列圖如圖1-1所示。圖1-1AT89S52單片機(jī)引腳圖Figure 1-1 AT89S52 microcontroller pin diagram設(shè)計(jì)選用ATMEL公司的AT89S52單片機(jī)做為控制芯片。 鎖存器的選擇鎖存器可以在特定輸入脈沖電平作用下改變狀態(tài)。鎖存，就是把信號(hào)暫存以維持某種電平狀態(tài)。鎖存器的最主要作用是緩存，其次完成高速的控制其與慢速的外設(shè)的不同步問題，最后是解決一個(gè)I/O口既能輸出也能輸入的問題。為了控制不同外設(shè)的不同步工作，需

12、要加鎖存器以控制在不同時(shí)刻單片機(jī)可以控制不同的外設(shè)工作。本設(shè)計(jì)選用八位輸入輸出的鎖存器74HC573。表1-174HC573真值表。Table 1-1 74HC573 truth table輸出使能鎖存使能D（輸入）Q（輸出）LHHHLHLLLLX不變HXXZ當(dāng)輸出使能為低電平，鎖存使能為1時(shí)，輸出端數(shù)據(jù)等于輸入端數(shù)據(jù)；當(dāng)輸出使能為低電平，鎖存使能為0時(shí)，輸出端保持不變；當(dāng)輸出使能為高電平，無論鎖存使能和D為何值輸出端為高阻態(tài)。74HC573芯片引腳圖如圖1-2所示。OE VCCD0 Q0D1 Q1D2 Q2D3 Q3D4 Q4D5 Q5D6 Q6D7 Q7GND LE圖1-2 74HC573

13、引腳圖Figure 1-2 74HC573 pin diagram 串口電平轉(zhuǎn)換芯片的選擇MAX232芯片是美信公司專門為電腦的RS-232標(biāo)準(zhǔn)串口設(shè)計(jì)的單電源電平轉(zhuǎn)換芯片,使用+5V單電源供電。MAX232專門解決單片機(jī)與PC機(jī)通信時(shí)電平不匹配的問題。TTL/COMS數(shù)據(jù)從T1IN、T2IN輸入轉(zhuǎn)換成RS-232數(shù)據(jù)從T1OUT、T2OUT送到DB9插頭；DB9插頭的RS-232數(shù)據(jù)從R1IN、R2IN輸入轉(zhuǎn)換成TTL/COMS數(shù)據(jù)后從R1OUT、R2OUT輸出。MAX232芯片管腳排列如圖1-3所示。圖1-3 MAX232芯片引腳圖Figure 1-3 MAX232 chip pin di

14、agram芯片的選擇模數(shù)轉(zhuǎn)換(ADC)亦稱模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換。是將連續(xù)的模擬量（如電壓、電流等）通過取樣轉(zhuǎn)換成離散的數(shù)字量，以供單片機(jī)處理。常用的有為積分型、逐次比較型等。TLC2543是德州儀器公司生產(chǎn)的8/12位逐次逼近型模數(shù)轉(zhuǎn)換器它有四個(gè)控制輸入端采用簡(jiǎn)單的4線串行接口即可方便的與控制部件連接。四個(gè)控制端為CS（片選）、輸入輸出時(shí)鐘（I/O CLOCK）串行數(shù)據(jù)輸出端（DATA OUT）以及串行數(shù)據(jù)輸入端（DATA INPUT）。片內(nèi)的14通道多路器可以選擇11個(gè)輸入中的任何一個(gè)或三個(gè)內(nèi)部自測(cè)試電壓中的一個(gè)，采樣-保持是自動(dòng)的。轉(zhuǎn)換結(jié)束EOC輸出變高。TLC2543的最大轉(zhuǎn)換時(shí)間為10uS。

15、TLC2543引腳圖如圖1-4所示。圖1-4TLC2543引腳圖Figure 1-4 TLC2543 pin diagram芯片的選擇隨著數(shù)字電子技術(shù)的發(fā)展，用數(shù)字電路來處理模擬信號(hào)的方式更加普遍。將輸入的每一位二進(jìn)制代碼按其權(quán)值大小轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的模擬量然后將代表各位的模擬量相加，即得到與數(shù)字量成正比的模擬量，這樣，便實(shí)現(xiàn)了從數(shù)字量到模擬量的轉(zhuǎn)變。DAC0832是一個(gè)先進(jìn)的COMS 8位多用DAC。根據(jù)對(duì)DAC0832的數(shù)據(jù)鎖存器和DAC寄存器的不同控制方式，DAC0832有三種工作方式：直通方式、單緩沖數(shù)據(jù)方式、雙緩沖數(shù)據(jù)方式。一個(gè)8位DA轉(zhuǎn)換器有8個(gè)輸入端，有一個(gè)模擬量輸出。輸入可有256個(gè)

16、不同的二進(jìn)制組態(tài)。輸出為256個(gè)不同的電壓之一，即輸出電壓不是整個(gè)電壓范圍內(nèi)的任意值，而只能是256個(gè)可能值。DAC0832引腳圖如圖1-5所示。圖1-5DAC0832引腳圖Figure 1-5 DAC0832 Pin二 硬件設(shè)計(jì)三 單片機(jī)最小系統(tǒng)電路的設(shè)計(jì)最小系統(tǒng)指可以維持單片機(jī)正常運(yùn)行的有最少器件的單片機(jī)系統(tǒng)，包括CPU、時(shí)鐘電路、復(fù)位電路。 時(shí)鐘電路時(shí)鐘電路維持了單片機(jī)工作所需要的時(shí)序，因此，它是組成單片機(jī)最小系統(tǒng)必備的電路之一。基本電路由晶振和電容組成，本設(shè)計(jì)選用51單片機(jī)常用的12MHz晶振，電容選30pF瓷片電容。時(shí)鐘電路電路圖如圖2-1所示。圖2-1晶振電路Figure 2-1

17、Crystal Oscillator Circuit復(fù)位電路當(dāng)單片機(jī)上電以后，程序須從第一條開始執(zhí)行，即單片機(jī)會(huì)選擇片內(nèi)ROM的第一字節(jié)空間開始執(zhí)行。因此，單片機(jī)上電后必須復(fù)位，以使單片機(jī)指向開始指令；當(dāng)系統(tǒng)受到外界干擾而使程序“跑飛”時(shí)，須手動(dòng)復(fù)位系統(tǒng)，以使系統(tǒng)重新正常運(yùn)行。因此，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)手動(dòng)復(fù)位電路。當(dāng)按下復(fù)位按鍵S0時(shí)，系統(tǒng)復(fù)位從第一條指令重新開始執(zhí)行。復(fù)位電路如圖2-2所示。圖2-2 復(fù)位電路Figure 2-2 Reset Circuit擴(kuò)展電路考慮到開發(fā)板的可擴(kuò)展性，在單片機(jī)I/O口輸出端增加P0、P1、P2、P3擴(kuò)展口，采用雙排接口，實(shí)際應(yīng)用中用跳線帽短接，擴(kuò)展時(shí)將跳線帽拔掉，

18、這樣單片機(jī)端口就不會(huì)受到其它電路的影響。四 輸入部分的設(shè)計(jì) 按鍵的設(shè)計(jì)按鍵是單片機(jī)系統(tǒng)中常用的輸入部件，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)一個(gè)驗(yàn)證中斷實(shí)驗(yàn)的按鍵S17，三個(gè)未定義功能的獨(dú)立按鍵S18、S19、S20由使用者設(shè)定其功能。各按鍵的功能需由軟件設(shè)置，即在編寫源代碼的過程中自行定義這三個(gè)獨(dú)立按鍵分別對(duì)應(yīng)的功能。圖2-3顯示了具有外部中斷功能的獨(dú)立按鍵設(shè)計(jì)方案，設(shè)計(jì)中加入了一個(gè)1K的上拉電阻，它有屏蔽外部干擾的作用，沒有按鍵按下時(shí)獨(dú)立按鍵對(duì)應(yīng)的I/O口接+5V電源為高電平，有按鍵按下時(shí)獨(dú)立按鍵對(duì)應(yīng)的I/O口接地為低電平。同時(shí)它也可以作為一個(gè)普通的獨(dú)立按鍵使用，因此，其它獨(dú)立按鍵的設(shè)計(jì)與具有中斷功能的獨(dú)立按鍵的設(shè)

19、計(jì)相同。圖2-3僅給出了具有外部中斷功能的獨(dú)立按鍵的設(shè)計(jì)，其他獨(dú)立按鍵的設(shè)計(jì)只需改變軟件的編寫即可。獨(dú)立按鍵圖如圖2-3所示。圖2-3獨(dú)立按鍵電路Figure 2-3 independent key circuit 矩陣鍵盤的設(shè)計(jì)獨(dú)立按鍵的設(shè)計(jì)雖然簡(jiǎn)單，但缺點(diǎn)是當(dāng)需要較多的按鍵時(shí)，獨(dú)立按鍵占用的I/O口較多（一個(gè)獨(dú)立按鍵對(duì)應(yīng)一個(gè)I/O口）。因此，在需要按鍵數(shù)量較多時(shí)，為了減少I/O口的占用，通常使用矩陣鍵盤，即將按鍵排列成矩陣形式，M+N個(gè)I/O端口即可設(shè)計(jì)出M*N個(gè)鍵盤。本設(shè)計(jì)采用P1口設(shè)置4*4矩陣鍵盤。按鍵的標(biāo)號(hào)為第一行第一列記為“0”鍵，第一行第二列為“1”鍵，依此類推，16個(gè)按鍵分別

20、對(duì)應(yīng)數(shù)字“0-9”，字符“a-f”。鍵盤的識(shí)鍵和譯鍵有硬件和軟件兩種方法，硬件譯鍵的方法需要專門的芯片支持，因此設(shè)計(jì)成本較高。軟件法實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，成本較低，所以采用行掃描法進(jìn)行鍵盤的識(shí)別。行掃描法的工作過程簡(jiǎn)單介紹為：首先給P1口賦值0xfe，這時(shí)P1口除了P1.0以外其余都為高電平，此時(shí)如與P1.0口相接的按鍵有按下，則P1口高四位讀出的數(shù)據(jù)有變化（如與P1.0相接的列線中有低電平輸出，則對(duì)應(yīng)的按鍵按下，如與P1.0相接的列線中無低電平輸出，則說明無按鍵按下），延時(shí)一段時(shí)間以確認(rèn)從P1口高四位讀回的數(shù)據(jù)是否由于干擾引起的，確定有按鍵按下后，根據(jù)讀出的P1口的值即可確定是哪一列的按鍵按下。以此類推

21、，可將16個(gè)按鍵依次識(shí)別。即為行掃描法識(shí)鍵。矩陣鍵盤電路圖如圖2-4所示。圖2-4 矩陣鍵盤Figure 2-4 Matrix Keyboard五 顯示部分的設(shè)計(jì)發(fā)光二極管LED的設(shè)計(jì)LED燈可直觀的顯示數(shù)據(jù)的高低電平，實(shí)驗(yàn)中可用來觀察單片機(jī)的工作狀態(tài)和輸入輸出狀態(tài)。系統(tǒng)采用8個(gè)紅色LED，用一片74HC573控制LED燈的使用與否，用P0口作為數(shù)據(jù)輸出，P2.3口作為控制74HC573是否選通的片選信號(hào)。LED電路圖如圖2-5所示。圖2-5 LED電路Figure 2-5 LED circuit數(shù)碼管的設(shè)計(jì)數(shù)碼管是一種半導(dǎo)體發(fā)光器件，按發(fā)光二極管單元連接方式分為共陽(yáng)極數(shù)碼管和共陰極數(shù)碼管。共

22、陽(yáng)數(shù)碼管是指將按一定規(guī)則排列的所有發(fā)光二極管的陽(yáng)極接到一起形成公共陽(yáng)極(COM)的數(shù)碼管，控制設(shè)備控制每一段發(fā)光二極管的陰極電平狀態(tài)控制每一段二極管的顯示與否。共陽(yáng)數(shù)碼管在應(yīng)用時(shí)應(yīng)將公共極COM接到+5V。本設(shè)計(jì)選用兩個(gè)四位共陽(yáng)極八段數(shù)碼管。軟件采用動(dòng)態(tài)掃描法實(shí)現(xiàn)。數(shù)碼管顯示電路如如圖2-6所示。圖2-6數(shù)碼管顯示電路Figure 2-6 LED display circuit使用兩片四位八段數(shù)碼管構(gòu)成8位顯示，用兩片74HC573分別控制數(shù)碼管的段選和位選。顯示驅(qū)動(dòng)程序用動(dòng)態(tài)掃面法實(shí)現(xiàn)數(shù)碼管的顯示。 液晶顯示器的設(shè)計(jì)液晶顯示器，或稱LCD（Liquid Crystal Display），為平

23、面超薄的顯示設(shè)備，它由一定數(shù)量的彩色或黑白像素組成。液晶顯示器功耗很低，因此倍受使用者的青睞，適用于使用電池的電子設(shè)備。LCD1602液晶顯示器為字符、數(shù)字型顯示器，為了豐富開發(fā)板的學(xué)習(xí)資源，本設(shè)計(jì)預(yù)留了字符型LCD 1602的外接接口，可供使用者擴(kuò)展使用。表2-1 LCD1602控制端引腳功能表。Table2-1 LCD1602 control terminals pins menu控制端VSSVCCVEERSR/WE功能描述電源地電源正極液晶顯示偏壓數(shù)據(jù)/命令選擇讀/寫選擇使能信號(hào)LCD1602擴(kuò)展電路圖如圖2-7所示。圖2-7 LCD1602擴(kuò)展電路Figure 2-7 LCD1602

24、expansion circuit六 AD和DA設(shè)計(jì) 模數(shù)轉(zhuǎn)換器本設(shè)計(jì)選用8/12位輸出的串行AD TLC2543，輸入端口0外接+5V電源，可通過電位器Rt1調(diào)壓。時(shí)鐘信號(hào)由P3.4口提供，芯片的數(shù)據(jù)輸入口用P3.5口控制，芯片的數(shù)據(jù)輸出至P3.6口。AD轉(zhuǎn)換電路如圖2-8所示。圖2-8 AD轉(zhuǎn)換電路Figure 2-8 AD conversion circuit 數(shù)模轉(zhuǎn)換器數(shù)模轉(zhuǎn)換就是將離散的數(shù)字量轉(zhuǎn)換為連續(xù)變化的模擬量，通常用來控制需要模擬量工作的單片機(jī)外設(shè)。本設(shè)計(jì)選用8位并行輸入的DAC0832，輸出可接一個(gè)發(fā)光二極管，通過發(fā)光二極管顯示的暗亮變化觀察模擬量輸出的連續(xù)變化。DA轉(zhuǎn)換電路

25、圖如圖2-9所示。 圖2-9 DA轉(zhuǎn)換電路Figure 2-9 DA conversion circuit七 串口的設(shè)計(jì) 串口簡(jiǎn)介串行接口簡(jiǎn)稱串口，也稱串行通信接口（通常指COM接口），是采用串行通信方式的擴(kuò)展接口，其特點(diǎn)是通信線路簡(jiǎn)單，只要一對(duì)傳輸線就可以實(shí)現(xiàn)雙向通信，串行通訊可以進(jìn)一步分為單工、半雙工和全雙工三種。2.5.2 RS-232標(biāo)準(zhǔn)也稱標(biāo)準(zhǔn)串口，最常用的一種串行通訊接口。使用9芯D型插座（DB9），RS-232采取不平衡傳輸方式，即所謂單端通訊。由于其雙絞線上的分布電容，其傳送距離最大為約15米，最高速率為20kb/s。RS-232是為點(diǎn)對(duì)點(diǎn)（即只用一對(duì)收、發(fā)設(shè)備）通訊而設(shè)計(jì)的，

26、其驅(qū)動(dòng)器負(fù)載為3k7k。所以RS-232適合本地設(shè)備之間的通信。 串口電路系統(tǒng)占用AT89S52單片機(jī)的串口P3.0（RXD）和P3.1(TXD)，波特率由定時(shí)器T1生成。電平轉(zhuǎn)換芯片采用MAX232芯片，可實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與PC機(jī)、單片機(jī)與單片機(jī)之間的通信。串口電路圖如圖2-10所示。圖2-10 串口電路Figure 2-10 Serial circuit八 其它電路設(shè)計(jì) 時(shí)鐘電路為了保證系統(tǒng)每次上電都有同步的時(shí)間顯示，設(shè)計(jì)外接一片實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片DS1302，芯片外接32768Hz的晶振提供工作時(shí)鐘，+3.6V紐扣電池維持芯片正常工作的電壓。DS1302的時(shí)鐘信號(hào)由單片機(jī)P2.2口提供，數(shù)據(jù)口由P2

27、.1提供。時(shí)鐘電路圖如圖2-11所示。圖2-11實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路Figure 2-11 Real-time clock circuit2.6.2 EEPROM電路的設(shè)計(jì)單片機(jī)開發(fā)過程中經(jīng)常要將一些重要的數(shù)據(jù)或處理結(jié)果保存起來，以供進(jìn)一步的處理，因此，系統(tǒng)外接一片串行EEPROM芯片AT24C04。AT24C04支持IIC總線協(xié)議。數(shù)據(jù)線SDA由單片機(jī)P1.4口提供，串行信號(hào)SCL由P1.3提供。外接ROM電路圖如圖2-12所示。圖2-12外接ROM電路Figure 2-12 External ROM circuit電源電路系統(tǒng)采用外接+5V直流電源或USB電源供電，用一個(gè)撥碼開關(guān)S21實(shí)現(xiàn)電源的選

28、擇。并給每一種外接電源附加一個(gè)LED，用來顯示正在使用的電源狀態(tài)。電源電路圖如圖2-13所示。圖2-13電源電路Figure 2-13 Power Supply Circuit2.6.4 下載接口的設(shè)計(jì)1 ISP簡(jiǎn)介ISP（In System Programming）在系統(tǒng)可編程，指電路板上的空白器件可以編程寫入最終用戶代碼，而不需要從電路板上取下器件，已經(jīng)編程的器件也可以用ISP方式擦除或再編程。2下載接口設(shè)計(jì)51單片機(jī)提供有ISP功能，分別為MOSI(P1.5)、MISO(P1.6)、SCK(P1.7)和RSE四個(gè)引腳，將這四根引線外接至四針插頭，當(dāng)需要下載代碼到單片機(jī)時(shí)，只需將連接線接好

29、即可。ISP下載電路圖如圖2-14所示。圖2-14ISP下載電路Figure 2-14ISP download circuit蜂鳴器電路蜂鳴器是一種一體化結(jié)構(gòu)的電子訊響器，廣泛應(yīng)用于單片機(jī)系統(tǒng)中，用來做發(fā)聲器件或報(bào)警裝置。由于蜂鳴器的工作電流一般比較大，以致于單片機(jī)的I/O 口是無法直接驅(qū)動(dòng)的，所以要利用放大電路來驅(qū)動(dòng)，一般使用三極管來放大電流就可以了。設(shè)計(jì)采用一只NPN型三極管9013作為驅(qū)動(dòng)蜂鳴器的放大電路，控制端B極由P3.3提供，試驗(yàn)過程中可改變J3的短路帽改變蜂鳴器的開通/斷開。蜂鳴器電路圖如圖2-15所示。圖2-15蜂鳴器電路Figure 2-15 buzzer circuit開發(fā)

30、板原理圖如圖2-16所示。圖2-16 開發(fā)板原理圖Figure 2-16 Development Board Schematic開發(fā)板PCB圖如圖2-17所示。圖2-17 開發(fā)板PCB圖Figure 2-17 PCB development board九 開發(fā)板功能驗(yàn)證3.1 矩陣鍵盤+數(shù)碼管顯示數(shù)字和字符行掃描法識(shí)別矩陣鍵盤的過程將全部行線置低電平，然后檢測(cè)列線的狀態(tài)。只要有一列的電平為低，則表示鍵盤中有鍵被按下，而且閉合的鍵位于低電平線與4根行線相交叉的4個(gè)按鍵之中。若所有列線均為高電平，則鍵盤中無鍵按下。判斷閉合鍵所在的位置在確認(rèn)有鍵按下后，即可進(jìn)入確定具體閉合鍵的過程。其方法是：依次將

31、行線置為低電平，即在置某根行線為低電平時(shí)，其它線為高電平。在確定某根行線位置為低電平后，再逐行檢測(cè)各列線的電平狀態(tài)。若某列為低，則該列線與置為低電平的行線交叉處的按鍵就是閉合的按鍵。行掃描法譯鍵的程序流程圖如圖3-1所示。N給矩陣鍵盤第一行低電平如鍵盤列線有低電平輸出，進(jìn)入識(shí)別列線程序開始延時(shí)列線有低電平輸出判別是那一列輸出低電平，并返回相應(yīng)鍵值結(jié)束Y圖3-1行掃描法譯鍵的程序流程圖Figure 3-1 translation of key line-scanning program flow chart Keil與Proteus聯(lián)調(diào)結(jié)果顯示矩陣鍵盤仿真電路圖如圖3-2所示。圖3-2 矩陣鍵盤

32、仿真電路圖Figure 3-2 Simulation circuit matrix keyboard 仿真過程中，按下與相應(yīng)標(biāo)號(hào)對(duì)應(yīng)的按鍵（0-9、a-f）則數(shù)碼管上顯示對(duì)應(yīng)的數(shù)字和字符，不按則顯示上一個(gè)字符或不顯示。圖3-2按下字母“b”對(duì)應(yīng)的按鍵，則數(shù)碼管顯示字母“b”。3.2 TLC2543+數(shù)碼管顯示0-5V可調(diào)直流電壓TLC2543工作過程簡(jiǎn)述開始時(shí)，CS片選為高，I/O CLOCK、DATA INPUT被禁止，DATA OUT 呈高阻狀，EOC為高。使CS變低，I/O CLOCK、DATA INPUT使能，DATA OUT脫離高阻狀態(tài)。12個(gè)時(shí)鐘信號(hào)從I/O CLOCK端依次加入，

33、隨著時(shí)鐘信號(hào)的加入，控制字從DATA INPUT一位一位地在時(shí)鐘信號(hào)的上升沿時(shí)被送入TLC2543(設(shè)定高位先送入)，同時(shí)上一周期轉(zhuǎn)換的A/D數(shù)據(jù)，即輸出數(shù)據(jù)寄存器中的數(shù)據(jù)從DATAOUT一位一位地移出。TLC2543收到第4個(gè)時(shí)鐘信號(hào)后，通道號(hào)也已收到，此時(shí)TLC2543開始對(duì)選定通道的模擬量進(jìn)行采樣，并保持到第12個(gè)時(shí)鐘的下降沿。在第12個(gè)時(shí)鐘下降沿，EOC變低，開始對(duì)本次采樣的模擬量進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換時(shí)間約需10S，轉(zhuǎn)換完成后EOC變高，轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)在輸出數(shù)據(jù)寄存器中，待下一個(gè)工作周期輸出。此后，可以進(jìn)行新的工作周期。3.2.2 Keil與Proteus聯(lián)調(diào)結(jié)果顯示模數(shù)轉(zhuǎn)換電路仿真圖如圖

34、3-3所。圖3-3模式轉(zhuǎn)換電路仿真電路圖Figure 3-3 schematic circuit emulation mode conversion3.3 DAC0832+數(shù)碼管控制發(fā)光二極管的亮暗顯示3.3.1 設(shè)計(jì)思路介紹用單片機(jī)P0口輸出8位數(shù)字信號(hào)給DAC0832，將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的模擬信號(hào)，控制發(fā)光二極管的亮暗顯示。選用外部中斷0按鍵S17，控制數(shù)字信號(hào)的輸出變化，按鍵每按下一次輸出的數(shù)字量值增加25，至256時(shí)歸零重新增長(zhǎng)。3.3.2 Keil與Proteus聯(lián)調(diào)結(jié)果顯示數(shù)模轉(zhuǎn)換電路仿真圖如圖3-4所示。圖3-4 數(shù)模轉(zhuǎn)換電路仿真圖Figure 3-4 Simulation o

35、f digital to analog converter circuit diagram3.4 1602顯示字符 部分源代碼void main()uchar i;write_com(0x38);/設(shè)置16*12顯示，5*7點(diǎn)陣，8位數(shù)據(jù)接口write_com(0x0c);/設(shè)置不顯示光標(biāo)write_com(0x06);/寫一個(gè)字符后地址指針加1write_com(0x80);/把位置設(shè)置為第一行第一位/1602第一行顯示table中的字符for(i=0;i14;i+)write_dat(tablei);write_com(0x80+0x40);/把位置設(shè)置到第二行第一位/1602第二行顯示t

36、able2中的字符for(i=0;i13;i+)write_dat(table2i);while(1);3.4.2 Keil與Proteus聯(lián)調(diào)結(jié)果顯示 1602顯示電路仿真圖如圖3-5所示。圖3-5 1602顯示電路仿真圖Figure 3-51602 map display circuit simulation3.5 AT24C04+LCD顯示單片機(jī)向外接ROM存取數(shù)據(jù)的過程3.5.1 Keil與Proteus聯(lián)調(diào)結(jié)果顯示外接存儲(chǔ)電路仿真圖如圖3-6所示。圖3-6外接存儲(chǔ)電路仿真圖Figure 3-6 External memory circuit simulation charts3.6

37、DS1302+1602顯示實(shí)時(shí)時(shí)鐘3.6.1 DS1302介紹DS1302是一種高性能、低功耗的實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片，DS1302內(nèi)部有一個(gè)318bit的用于臨時(shí)性存放數(shù)據(jù)的RAM寄存器。采用SPI三線接口與CPU進(jìn)行同步通信，并可采用突發(fā)方式一次傳送多個(gè)字節(jié)的時(shí)鐘信號(hào)和RAM數(shù)據(jù)。實(shí)時(shí)時(shí)鐘可提供秒、分、時(shí)、日、星期、月和年，一個(gè)月小與31天時(shí)可以自動(dòng)調(diào)整，且具有閏年補(bǔ)償功能。工作電壓寬達(dá)2.5V5.5V（設(shè)計(jì)選用3.6V紐扣電池）。采用雙電源主電源和備用電源供電，（當(dāng)系統(tǒng)斷點(diǎn)以后，備用電池為DS1302芯片提供電源），可設(shè)置備用電源充電方式。3.6.2 Keil與Proteus聯(lián)調(diào)結(jié)果顯示DS1302電路仿真圖如圖3-7所示。圖3-7 DS1302電路仿真圖Figure 3-7 DS1302 circuit simulation diagram3.7 串口實(shí)驗(yàn)3.7.1 部分源代碼void uart_init()/串口初始化SCON=0x50; /串口工作方式1 ，允許接收TMOD=0x20; /T1工作于方式2PCON=0x00; /波特率不倍增TH1=0xfd; /波特率設(shè)置9600TR1=1