【正文】 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 設(shè)計(jì)題目 ： 基于 51 單片機(jī)多功能實(shí)驗(yàn)板設(shè)計(jì) 作者姓名： 班級學(xué)號： 系 部： 機(jī)電工程系 專 業(yè)： 機(jī)電一體化 指導(dǎo)教師： 2021 年 4 月 15 日 摘 要 設(shè)計(jì)一種基于 51 單片機(jī)的實(shí)驗(yàn)板，實(shí)驗(yàn)板具有成本低、體積小、可靠性能高 ,功能多、低功耗設(shè)計(jì)、操作方便等特點(diǎn)。本設(shè)計(jì)介紹了該開發(fā)板的開發(fā)過程及相關(guān)硬件設(shè)計(jì)。實(shí)驗(yàn)板以 STC89C52 以單片機(jī)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(shí)驗(yàn)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(wù)，也可以用于高校教學(xué)，實(shí)驗(yàn)板能夠完成多數(shù)通用實(shí)驗(yàn)，操作簡單，控制結(jié)果可見，性價(jià)比高，具有一定的實(shí)用價(jià)值和現(xiàn)實(shí)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(jī)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(shè)計(jì) ?????????????????????????? 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(fù)位模塊 ?????????????????????????? .10 第 4 章 實(shí)驗(yàn)板實(shí)用方法 ???????????????????????? 11 KEIL 軟件介紹???????????????????????? 11 STCISP 下載????????????????????????? 13 附 A 單片機(jī)引腳分配 ??????????????????????????? 15 致謝 16 參考文獻(xiàn)。。。。。。。。 .17 第一章緒論 單片機(jī)基本概念及引腳說明 圖 單片機(jī)：將微處理器 (CPU)、存儲器、 I/O 接口電路和相應(yīng)實(shí)時(shí)控制器件集成在一塊芯片上，稱其為單片微型計(jì)算機(jī)，簡稱單片機(jī)。 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(kuò)展 I/O 口時(shí)，可作為準(zhǔn)雙向輸入 /輸出口。在接有片外存儲器或擴(kuò)展I/O口時(shí)， P0 口分時(shí)復(fù)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(zhǔn)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(shí)器 /計(jì)數(shù)器 2 的計(jì)數(shù)脈沖輸入端 T2， 可用作定時(shí)器 /計(jì)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(zhǔn)雙向 I/O 口使用；在接有片外存儲器或擴(kuò)展 I/O 口且尋址范圍超過 256字節(jié)時(shí)， 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(zhǔn)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(dú)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(jī)內(nèi)部，它是一個(gè)反相放大器的 輸入端，這個(gè)放大器構(gòu)成了片內(nèi)振蕩器。當(dāng)采用外部時(shí)鐘時(shí)，對于HMOS 單片機(jī)，該引腳接地；對于 CHMOS 單片機(jī)，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(gè)機(jī)器周期內(nèi)輸出兩個(gè)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(shí)鐘脈沖或用于定時(shí)目的。但要注意，在訪問片外數(shù)據(jù)存儲器期間， ALE 脈沖會(huì)跳空一個(gè)，此時(shí)作為時(shí)鐘輸出就不妥了 (詳見 節(jié) CPU 時(shí)序 )。 對于片內(nèi)含有 EPROM 的機(jī)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(dāng)從外部程序存儲器讀取指令或常數(shù)期間，每個(gè)機(jī)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(jī)的上電復(fù)位或掉電保護(hù)端。當(dāng)單片機(jī)振蕩器工作時(shí)，該引腳上出現(xiàn)持續(xù)兩個(gè)機(jī)器周期的高電平，就可實(shí)現(xiàn)復(fù)位操作，使單片機(jī)回復(fù)到初始狀態(tài)。上電時(shí)，考 慮到振蕩器有一定的起振時(shí)間，該引腳上高電平必須持續(xù) 10 ms 以上才能保證有效復(fù)位。當(dāng) VCC 發(fā)生故障，降低到低電平規(guī)定值或掉電時(shí)，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(shí)，只選用片外程序存儲器，否則單片機(jī)上電或復(fù)位后選用片內(nèi)程序存儲器。對于片內(nèi)含有EPROM 的機(jī)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(jī)是宏晶科技推出的新一代超強(qiáng)抗干擾 /高速 /低功耗的單片機(jī)，指令代碼完全兼容傳統(tǒng) 8051 單片機(jī)， 12 時(shí)鐘 /機(jī)器周期可任意選擇，最新的 D 版本內(nèi)部集成 max810 專用復(fù)位電路 特點(diǎn)： 1. 增強(qiáng)型 6 時(shí)鐘 /機(jī)器周期， 12時(shí)鐘 /機(jī)器周期 8051 CPU。 2. 工作電壓： (5v 單片機(jī) )/(3v 單片機(jī) )。 3. 工作頻率范圍： 040MHZ。戶應(yīng)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(gè) )， 復(fù)位后為： P1/P2/P3/P4 是準(zhǔn)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(kuò)展時(shí)，不用加上拉電阻，作為 I/O 口用時(shí)，需加上拉電阻。 5. ISP（在系統(tǒng)可編程） /IAP(在應(yīng)用可編程 )，無需專用編程器 /仿真。可通過串口（ ））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(gè) 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器，其中定時(shí)器 0 還可以當(dāng)成 2 個(gè) 8 位定時(shí)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(shí)軟件實(shí)現(xiàn)多個(gè) 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(dòng)器 /接收器，片內(nèi)含有一個(gè)電容性電壓發(fā)生器以便在單/TIA232E 電平。每個(gè)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(gè)驅(qū)動(dòng)器將TTL/C/TIA232E 電平。所有的驅(qū)動(dòng)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(biāo)準(zhǔn)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(diǎn)： 1．單 5V 電源工作 2 LinBiCMOSTM 工藝技術(shù)。 3 兩個(gè)驅(qū)動(dòng)器及兩個(gè)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(biāo)準(zhǔn)EIA/TIA232E 及 ITU 推薦標(biāo)準(zhǔn) 。 7 可與 Maxim 公司的 MAX232 互換。 8 ESD 保護(hù)大于 MILSTD883（方法 3015）標(biāo)準(zhǔn)的 2021V. 圖 引腳排列 圖 （右） 應(yīng)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(jì)算機(jī)。 應(yīng)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(shè)計(jì)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(shè)計(jì) 鍵盤模塊 獨(dú)立鍵盤如下圖，由五個(gè)按鍵組成，每個(gè)按鍵的一端連接 IO 口，另一端直接連接 GND（ 0 電位）。五個(gè)按鍵分別接入 P13P17，只要按下按鍵，相應(yīng)位的 IO 口位將被拉為低電平（ 0），程序可以判斷相應(yīng)位是否為 0 來確認(rèn)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(gè)引腳分別為陽極和陰極，電流從陽極入陰極出，多個(gè)發(fā)光二極管并列可接成共陽型或共陰型，共陽是將多個(gè)發(fā)光二極管的陽極接在一起，引出各陰極；共陰是將多個(gè)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(diǎn)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(gè)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(jī)的 P2 口。 因是共陽接法，要使發(fā)光二極管點(diǎn)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(gè)雙位數(shù)碼管，數(shù)碼管為共陽型，兩個(gè)陽級公共端由三極管放大電流來驅(qū)動(dòng)，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(dǎo)通， 10 腳得電，當(dāng) P0 口相應(yīng)位有輸出 0 時(shí)，相應(yīng)位的 LED 燈點(diǎn)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(jī) P12 輸出經(jīng) R12 加在三極管 B 極，控制三極管的導(dǎo)通與截止，從而控制蜂鳴器的工作。低電平時(shí)三極管導(dǎo)通，蜂鳴器得電蜂鳴，高電平時(shí)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(jī)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(jī)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(gè)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(jī)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(gè)按鈕接入 GND，當(dāng)按下按鈕時(shí)，P32 口由高電平 1 轉(zhuǎn)到低電平 0， CPU 產(chǎn)生中斷（當(dāng)然，芯片內(nèi)部要開啟中斷 才有作用）。當(dāng)不使用中斷時(shí)，可作為一個(gè)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