【正文】 單片機(jī)課程設(shè)計(jì)單片機(jī)課程設(shè)計(jì)報(bào)告 ——單片機(jī)最小系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與制作學(xué) 院：信息與電氣工程學(xué)院姓 名：馬杰學(xué) 號(hào)：0804040234指導(dǎo)老師：曾照福 設(shè)計(jì)時(shí)間：—45目錄摘要 1一、設(shè)計(jì)與制作目的 1二、設(shè)計(jì)與制作要求 1三、設(shè)計(jì)方案比較說明 1四、原理說明 2 單片機(jī)的選擇 2 顯示電路 4 4*4矩陣鍵盤電路和4個(gè)獨(dú)立鍵盤電路 4 存儲(chǔ)電路 5 LCD接口 6 程序下載接口 7 電源電路 8 溫度測(cè)量接口 8 跳線電路 8五、程序流程圖及說明 9六、程序清單及注釋 9七、硬件調(diào)試及調(diào)試結(jié)果 9八、軟件測(cè)試及其結(jié)果 10 10 鍵盤測(cè)試 10 24C02存儲(chǔ)電路測(cè)試 10 DS1302 實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路測(cè)試 10 DS18B20溫度測(cè)量電路測(cè)試 10九、測(cè)試儀器及測(cè)試結(jié)果 11十、結(jié)果分析及設(shè)計(jì)心得 11參考文獻(xiàn) 11附錄1：原理圖、PCB圖以及實(shí)物圖 12附錄2：程序清單 14附錄3：元器件清單 44摘要隨著單片機(jī)的應(yīng)用越來越廣泛，比如日常生活中的電冰箱、洗衣機(jī)、微波爐等等，都是用單片機(jī)作為MCU來控制這些器件，對(duì)于我們來說，學(xué)習(xí)單片機(jī)是非常有必要的，而單片機(jī)的最小系統(tǒng)更是我們學(xué)習(xí)單片機(jī)的基礎(chǔ)。此次需要設(shè)計(jì)的單片機(jī)最小系統(tǒng)中，除了電源電路、復(fù)位電路、晶振電路外，還需要4*4矩陣鍵盤、4個(gè)獨(dú)立鍵盤、8位數(shù)碼管顯示電路、存儲(chǔ)電路、實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路、溫度測(cè)量接口、LCD接口、程序下載接口。因?yàn)閱纹瑱C(jī)只有32個(gè)口，所以這32口如何合理的分配給這些模塊是本設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，但是由于大多數(shù)同學(xué)編程還不是過硬，故最好選擇直接用I/O進(jìn)行控制的系統(tǒng)，而不要用鎖存器等在編程中要設(shè)置相應(yīng)模式的器件，這個(gè)要求使得對(duì)單片機(jī)的32個(gè)I/O如何分配的問題更加重要。在設(shè)計(jì)完這個(gè)單片機(jī)最小系統(tǒng)后，最起碼要實(shí)現(xiàn)以下功能：數(shù)碼管能顯示數(shù)字和字母；設(shè)置按鍵和數(shù)碼管，當(dāng)按下相應(yīng)鍵時(shí)，可以在數(shù)碼管上顯示設(shè)置的數(shù)字和字母，如A、b等等；設(shè)置數(shù)碼管能使其顯示數(shù)字和字母；設(shè)置數(shù)碼管和24C02芯片，能在掉電后還顯示掉電之前的內(nèi)容；設(shè)置DS1302芯片，能用數(shù)碼管或液晶顯示年月日和實(shí)時(shí)時(shí)間；設(shè)置DS18B20芯片，能用數(shù)碼管或液晶顯示實(shí)時(shí)溫度。最終，為了訓(xùn)練一定的編程能力，將這些模塊整合到一起用12864LCD實(shí)現(xiàn)一定的功能，因?yàn)樵O(shè)計(jì)過程中顯示部分，數(shù)碼管和液晶不能同時(shí)用，所以總的程序中沒有將數(shù)碼管顯示體現(xiàn)出來。一、設(shè)計(jì)與制作目的(1) 能夠獨(dú)立地設(shè)計(jì)并制作出單片機(jī)的最小系統(tǒng)，培養(yǎng)自主學(xué)習(xí)能力、設(shè)計(jì)能力以及動(dòng)手能力。(2) 了解單片機(jī)的結(jié)構(gòu)構(gòu)造、主要功能等，并且能運(yùn)用到實(shí)踐中去。(3) 培養(yǎng)解決問題的能力，多思考，勤動(dòng)手。(4) 培養(yǎng)編程能力。二、設(shè)計(jì)與制作要求（1）設(shè)計(jì)并繪制單片機(jī)最小系統(tǒng)電路原理圖，并畫好PCB圖。（2）制作PCB板并調(diào)試每一個(gè)模塊（含軟硬件）。（3）用12864LCD來做顯示。主要顯示的功能是：能夠顯示年、月、日、星期、時(shí)、分、秒，并能通過獨(dú)立鍵盤修改；能夠顯示實(shí)時(shí)溫度；顯示“今天的事：X 件”，能夠通過矩陣鍵盤修改X的值，并通過設(shè)置24C02使在掉電的時(shí)候還能保存X的值。（4）撰寫設(shè)計(jì)與調(diào)試報(bào)告。 三、設(shè)計(jì)方案比較說明設(shè)計(jì)方案1：?jiǎn)纹瑱C(jī)選用52系列的，4*4鍵盤和四位一體數(shù)碼管直接用HD7279A控制，但是這樣寫程序時(shí)比較麻煩，還得考慮HD7279A的編程。存儲(chǔ)電路、實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路、溫度測(cè)量電路采用直接連在I/O上的方式。設(shè)計(jì)方案2：所有的模塊都用I/O口直接控制，這樣的接法有助于對(duì)編程還不是很熟悉的人使用，便于編寫程序。還有就是，數(shù)碼管的顯示內(nèi)容遠(yuǎn)少于LCD可顯示的內(nèi)容，數(shù)碼管可顯示的內(nèi)容LCD也可顯示，所以選擇了數(shù)碼管和LCD不同時(shí)使用方式。存儲(chǔ)電路、實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路、溫度測(cè)量電路采用跳線方式，當(dāng)不用其中的一個(gè)模塊或者要用這個(gè)口來做其他事時(shí)，可以將這個(gè)口的跳線帽取掉，從而達(dá)到一口多用又不會(huì)混淆的目的。經(jīng)過比較選擇了方案2。 VCC GND RST E A XTAL1XTAL2 STC89C52單片機(jī)P3口P1口P2口P0口晶振電路存儲(chǔ)電路 18B20接口 串口下載電路 復(fù)位電路4個(gè)獨(dú)立按鍵4*4矩陣鍵盤16012864LCD控制端四位一體共陰極數(shù)碼管位選端接電源正極16012864LCD數(shù)據(jù)端四位一體共陰極數(shù)碼管段選端電源電路 硬件原理框圖該單片機(jī)最小系統(tǒng)包括了復(fù)位電路、晶振電路、電源電路、8位共陰極數(shù)碼管、4*4矩陣鍵盤、4位獨(dú)立鍵盤、24C02存儲(chǔ)電路、DS1302實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路、1602和12864LCD接口、18B20溫度測(cè)量接口，還加了4個(gè)I/O口的擴(kuò)展和電源正負(fù)極的擴(kuò)展，功能已經(jīng)很齊全，下面主要闡述一下引腳分配問題。因?yàn)閱纹瑱C(jī)的四個(gè)口都加了上拉電阻，所以在遇到有些要加上拉電阻的元器件時(shí)不必再考慮在其電路模塊中加上拉電阻。4*～，～；～；8位共陰極數(shù)碼管的位選用P0口來控制，段選用8個(gè)PNP做驅(qū)動(dòng)，用P2口控制；前面已經(jīng)討論過，LCD能顯示的內(nèi)容遠(yuǎn)比數(shù)碼管能顯示的多，所以用了P0和P2來控制LCD，LCD和數(shù)碼管不能同時(shí)用，在板子上用了跳線，當(dāng)跳線冒蓋上時(shí)，采用數(shù)碼管顯示，此時(shí)不能用LCD顯示，當(dāng)跳線冒拿下時(shí)，用LCD顯示，此時(shí)，不能用數(shù)碼管顯示；24C02存儲(chǔ)電路串行數(shù)據(jù)/；DS1302實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路串行時(shí)鐘輸入、數(shù)據(jù)輸入輸出口、雖然和鍵盤一部分行復(fù)用，但是因?yàn)榭刂品绞讲煌?，所以不?huì)有影響；（外部中斷1）控制。通過以上分析可以看出，除P3口外，每個(gè)口利用都很充分，而且這樣直接控制的方式便于我們編程。四、原理說明 單片機(jī)的選擇市面上單片機(jī)的種類非常多，經(jīng)過思考，為結(jié)合實(shí)際應(yīng)用，選擇了由宏晶公司生產(chǎn)的STC89C52，它的主要特性有：● 與MCS51兼容 ● 8K字節(jié)可編程閃爍存儲(chǔ)器● 512內(nèi)部RAM ● 32可編程I/O線 ● 三個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器● 6個(gè)中斷源 ● 可編程串行通道 ● 壽命：1000寫/擦循環(huán) ● 數(shù)據(jù)保留時(shí)間：10年 ● 全靜態(tài)工作：0Hz24MHz ● 三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定 ● 低功耗的閑置和掉電模式 ● 片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路 。 STC89C52的最小系統(tǒng)電路圖為了方便擴(kuò)展，在單片機(jī)的四個(gè)I/O口上都加了10K的上拉電阻和排針，、。 上拉電阻電路圖 口擴(kuò)展排針電路圖 顯示電路顯示電路選用了四位一體共陽極LED數(shù)碼管，LED數(shù)碼管的位選驅(qū)動(dòng)用S8550的PNP三極管，段選則是加了200歐姆的電阻。數(shù)碼管是一種半導(dǎo)體發(fā)光器件，其基本單元是發(fā)光二極管，是單片機(jī)系統(tǒng)中最常用的一種顯示輸出，主要用于單片機(jī)控制中的數(shù)據(jù)輸出和狀態(tài)信息顯示。共陽極數(shù)碼管是將所有發(fā)光二極管的陽極接在一起作為公共端COM，當(dāng)公共端接低電平時(shí)，某一段陽極上的電平為“1”時(shí)，該段點(diǎn)亮，電平為“0”時(shí)，該段熄滅。其中4是位選端，a、b、c、d、e、f、g、dp是段選端。加上驅(qū)動(dòng)。 數(shù)碼管顯示電路圖 4*4矩陣鍵盤電路和4個(gè)獨(dú)立鍵盤電路鍵盤是單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中使用最廣泛的一種數(shù)據(jù)輸入設(shè)備。鍵盤是一組按鍵的組合。鍵通常是一種常開型按鈕開關(guān)，常態(tài)下鍵的兩個(gè)觸點(diǎn)處于斷開狀態(tài)，按下鍵時(shí)它們才閉合（短路）。通常，鍵盤有編碼和非編碼兩種。編碼鍵盤通過硬件電路產(chǎn)生被按按鍵的鍵碼和一個(gè)選通脈沖。選通脈沖可作為CPU的中斷請(qǐng)求信號(hào)。這種鍵盤使用方便，所需程序簡(jiǎn)單，但硬件電路復(fù)雜，常不被單片機(jī)采用。非編碼鍵盤按組成結(jié)構(gòu)又可分為獨(dú)立式鍵盤和矩陣式鍵盤。獨(dú)立式鍵盤的工作過程與矩陣式鍵盤類似，無論是硬件結(jié)構(gòu)還是軟件設(shè)計(jì)都比較簡(jiǎn)單。矩陣式鍵盤電路連接復(fù)雜，但提高了I/O口利用率，軟件編程較復(fù)雜，適用于需使用大量按鍵的場(chǎng)合。在此單片機(jī)中，用了4*4的非編碼矩陣式鍵盤。 4*4矩陣鍵盤電路。 獨(dú)立鍵盤電路圖 存儲(chǔ)電路顧名思義，存儲(chǔ)電路就是在掉電之后存儲(chǔ)當(dāng)前數(shù)據(jù)，當(dāng)下次上電時(shí)，還能保持上次掉電時(shí)的數(shù)據(jù)。I2C總線接口EEPROM存儲(chǔ)器是一種采用I178。C總線接口的串行總線存儲(chǔ)器，這類存儲(chǔ)器具有體積小、引腳少、功耗低、工作電壓范圍寬等特點(diǎn)。在單片機(jī)系統(tǒng)中使用較多的EEPROM存儲(chǔ)器是24系列串行EEPROM。其具有型號(hào)多、容量大、支持I178。C總線協(xié)議、占用單片機(jī)I/O端口少，芯片擴(kuò)展方便、讀寫簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。在這個(gè)存儲(chǔ)電路中，采取的主芯片是AT24C02，具有256個(gè)字節(jié)。其特性為：● 與400KHz I178。C總線兼容● ● 低功耗CMOS技術(shù)● 寫保護(hù)功能：當(dāng)WP為高電平時(shí)進(jìn)入寫保護(hù)狀態(tài)● 頁寫緩沖器● 自定時(shí)擦寫周期● 1000000編程/擦除周期● 可保存數(shù)據(jù)100年● 8腳DIP、SOIC或TSSOP封裝● 溫度范圍：商業(yè)級(jí)、工業(yè)級(jí)和汽車級(jí)其引腳功能為:A0、AA2：器件地址選擇。在此電路圖中將它們?nèi)拷拥亓?。SDA ：串行數(shù)據(jù)/地址。SCL ：串行時(shí)鐘。WP ：寫保護(hù)。VCC ：～VSS ：地AT24C02支持I178。C總線數(shù)據(jù)傳送協(xié)議，I178。C總線協(xié)議規(guī)定，任何將傳送到總線的器件作為發(fā)送器。任何從總線接收的器件為接收器。數(shù)據(jù)傳送是由產(chǎn)生串行時(shí)鐘和所有起始停止信號(hào)的主器件控制的。主器件和從器件都可以作為發(fā)送器或接收器，但由主器件控制傳送數(shù)據(jù)的模式。 。 存儲(chǔ)電路 實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路在此電路中采取的主芯片是DS1302。DS1302是美國(guó)DALLAS公司推出的一種高性能、低功耗的實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片，附加31字節(jié)靜態(tài)RAM，采用SPI三線接口與CPU進(jìn)行通信，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，小月與大月可以自動(dòng)調(diào)整，且具有閏年補(bǔ)償功能?！?。采用雙電源供電（主電源和備用電源），可設(shè)置備用電源充電方式，提供了對(duì)后備電源進(jìn)行涓細(xì)電流充電的能力。其引腳功能為： Vcc1 ：備用電池端。 Vcc2 ：5V電源。當(dāng)Vcc2Vcc1+，由Vcc2向DS1302供電，當(dāng)Vcc2 Vcc1時(shí)，由Vcc1向DS1302供電。SCLK ：串行時(shí)鐘輸入。 I/O ：數(shù)據(jù)輸入輸出口。CE/RST ：復(fù)位腳。XX2 ：外接晶振腳 （）。 GND ：地。 LCD接口顯示僅僅只有LED數(shù)碼管，有時(shí)候不能滿足顯示要求，如要顯示字符、文字、圖片等，僅僅是數(shù)碼管是顯示不出來的，所以在此系統(tǒng)中，增加了1602LCD接口和12864LCD接口，以方便外擴(kuò)。為了能調(diào)整背光，用了10K的電位器。,。 1602LCD接口電路圖 12864LCD接口電路圖 程序下載接口STC89C52所采用的程序下載方式是串口下載，其主要芯片是MAX232。該產(chǎn)品是由德州儀器公司（TI）推出的一款兼容RS232標(biāo)準(zhǔn)的芯片。由于電腦串口是10V～+10V，而一般的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的信號(hào)是TTL電平0～+5V，MAX232就是用來進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換的，該器件包含2驅(qū)動(dòng)器、2接收器和一個(gè)電壓發(fā)生器電路提供TIA/EIA232F電平。該器件符合TIA/EIA232F標(biāo)準(zhǔn)，每一個(gè)接收器將TIA/EIA232F電平轉(zhuǎn)換成5V TTL/CMOS電平，每一個(gè)發(fā)送器將TTL/CMOS 電平轉(zhuǎn)換成TIA/EIA232F電平。其主要特性為：● 單5V電源工作?！?LinBiCMOSTM工藝技術(shù)?！?兩個(gè)驅(qū)動(dòng)器及兩個(gè)接收器?！?177。30V輸入電平?！?低電源電流，典型值是8mA?！?符合甚至優(yōu)于ANSI標(biāo)準(zhǔn)EIA/?！?ESD保護(hù)大于MILSTD883標(biāo)準(zhǔn)的2000V其引腳功能分為三部分： 第一部分是電荷泵電路。由6腳和4只電容構(gòu)成。功能是產(chǎn)生+12V和12V兩個(gè)電源，提供給RS232串口電平的需要。 第二部分是數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換通道。由11114腳構(gòu)成兩個(gè)數(shù)據(jù)通道。其中13腳（R1IN）、12腳（R1OUT）、11腳（T1IN）、14腳（T1OUT）為第一數(shù)據(jù)通道。8腳（R2IN）、9腳（R2OUT）、10腳（T2IN）、7腳（T2OUT）為第二數(shù)據(jù)通道。TTL/CMOS數(shù)據(jù)從T1IN、T2IN輸入轉(zhuǎn)換成RS232數(shù)據(jù)從T1OUT、T2OUT送到電腦DB9插頭；DB9插頭的RS232數(shù)據(jù)從R1IN、R2IN輸入轉(zhuǎn)換成TTL/CMOS數(shù)據(jù)后從R1OUT、R2OUT輸出。 第三部分是供電。15腳GND、16腳VCC（+5V）。 電源電路電源電路采用了外部供電方式，因變壓器是5V的，所以不用7805來穩(wěn)壓和變壓。 電源電路圖（圖不全） 另外，為擴(kuò)展需要，還用排針引出了電源的正負(fù)極。 溫度測(cè)量接口為了測(cè)量溫度方便，在系統(tǒng)上設(shè)計(jì)了一個(gè)溫度測(cè)量接口， DS18B20芯片