【正文】 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： 2021 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(guān)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(jié)果可見，性價比高，具有一定的實用價值和現(xiàn)實意義。 關(guān)鍵詞： STC89C52 MAX232 鍵盤 LED 燈 數(shù)碼管 蜂鳴器 目 錄 第 1 章 緒論 單片機基本概念及引腳說明 ??????????????????? .1 芯片介紹 ????????????????????????。 3 芯片介紹 ?????????????????????????。 3 第 2 章 方案介紹 ???????????????????????????? 5 系統(tǒng)原理框圖 ???????????????????????????? 5 第 3 章 硬件電路設計 ?????????????????????????? 6 鍵盤模 ???????????????????????????? 6 發(fā)光二極管模塊 ???????????????????????? 6 數(shù)碼管模塊 ?????????????????????????? 8 蜂鳴器模塊 ?????????????????????????? 8 串行通信模塊 ????????????????????????? 8 中斷模塊 ??????????????????????????? 9 電源模塊 ?????????????????????????? .10 復位模塊 ?????????????????????????? .10 第 4 章 實驗板實用方法 ???????????????????????? 11 KEIL 軟件介紹???????????????????????? 11 STCISP 下載????????????????????????? 13 附 A 單片機引腳分配 ??????????????????????????? 15 致謝 16 參考文獻。。。。。。。。 .17 第一章緒論 單片機基本概念及引腳說明 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 (39~32 腳 )： ~ 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) P1 口 (1~8 腳 )：~ 統(tǒng)稱為 P1 口，可作為準雙向 I/O 口使用。對于 52 子系列， 與 還有第二功能： 可用作定時器 /計數(shù)器 2 的計數(shù)脈沖輸入端 T2， 可用作定時器 /計數(shù)器 2 的外部控制端 T2EX。 (3) P2 口 (21~28 腳 )： ~ 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 (10~17 腳 )： ~ 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 口的第二功能如表 所示。 表 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(nèi)部，它是一個反相放大器的 輸入端，這個放大器構(gòu)成了片內(nèi)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。 控制線：（ 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(nèi)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 (詳見 節(jié) CPU 時序 )。 對于片內(nèi)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(nèi)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(nèi)程序存儲器。對于片內(nèi)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。 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 版本內(nèi)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： (5v 單片機 )/(3v 單片機 )。 3. 工作頻率范圍： 040MHZ。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 )，無需專用編程器 /仿真?？赏ㄟ^串口（ ））直接下載用戶程序， 8K程序 3 秒即可完成一片。 6. EEPROMM 功能?？撮T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： 075℃ /40+85℃ MAX232 芯片介紹 MAX232 是一種雙組驅(qū)動器 /接收器，片內(nèi)含有一個電容性電壓發(fā)生器以便在單/TIA232E 電平。每個接收器將 EIA/TIA232E 電平輸入轉(zhuǎn)換為 5V TTL/CMOS 電平。典型門限值及 的典型遲滯，而且可以接收177。 30V 的輸入。每個驅(qū)動器將TTL/C/TIA232E 電平。所有的驅(qū)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(shù)。 3 兩個驅(qū)動器及兩個接收器。4 177。 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/TIA232E 及 ITU 推薦標準 。 7 可與 Maxim 公司的 MAX232 互換。 8 ESD 保護大于 MILSTD883（方法 3015）標準的 2021V. 圖 引腳排列 圖 （右） 應用范圍： 1 EIA/TIA232E。 2 電池供電系統(tǒng)。 3 終端 4 調(diào)制解調(diào)器。 5 計算機。 應用資料 圖 第二章方案介紹 2. 1 系統(tǒng)原理框圖 圖 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 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 P13P17，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 來確認按鍵已按下。 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， =0 即 P2=0XFE。 數(shù)碼管模塊 數(shù)碼管模塊如上圖，電路使用 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(qū)動，三極管由 P10 與 P11 控制輸出。數(shù)碼管的陰級由 P0 口經(jīng)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。 蜂鳴器模塊 蜂鳴器模塊如下圖，單片機 P12 輸出經(jīng) 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(guān)閉蜂鳴。 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 和 ，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(zhuǎn)為 RS232 電平，就必需通過轉(zhuǎn)換電路，部份電路使用分立元件 構(gòu)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(zhuǎn)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。 中斷模塊 中斷模塊：中斷電路比較簡單， IO 口 P32 經(jīng)一個按鈕接入 GND，當按下按鈕時，P32 口由高電平 1 轉(zhuǎn)到低電平 0， CPU 產(chǎn)生中斷（當然，芯片內(nèi)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。 電源模塊 電源模塊：電源部份采用兩種輸入電源。 外電源供電， J1POWE