【正文】 電子高專(zhuān)基于AT89C51單片機(jī)實(shí)驗(yàn)開(kāi)發(fā)板系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘 要... IAbstract.. II第1章 緒 論... 1 單片機(jī)現(xiàn)狀及發(fā)展概述... 1 單片機(jī)的性能特點(diǎn)... 2 單片機(jī)的主要產(chǎn)品及系列... 3第2章 實(shí)驗(yàn)板總體設(shè)計(jì)方案... 6 實(shí)驗(yàn)板系統(tǒng)功能... 6 實(shí)驗(yàn)板的性能要求... 6 AT89C51 在實(shí)驗(yàn)板中的應(yīng)用... 7第3章 實(shí)驗(yàn)板的硬件設(shè)計(jì)... 83. 1 硬件總體設(shè)計(jì)... 83. 2 各功能模塊設(shè)計(jì)... 9 單片機(jī)外圍電路... 9 44矩陣鍵盤(pán)電路... 11 液晶顯示電路... 13 串行通信電路... 14 I/O口擴(kuò)展電路... 15 電源電路... 15 實(shí)驗(yàn)板元器件清單... 17第4章 實(shí)驗(yàn)板的軟件設(shè)計(jì)... 18 軟件總體設(shè)計(jì)... 18 各模塊設(shè)計(jì)流程圖... 19 鍵盤(pán)掃描子程序... 19 液晶顯示子程序... 24第5章 實(shí)驗(yàn)板調(diào)試... 29 調(diào)試的目的... 29 調(diào)試的過(guò)程... 29第6章 總 結(jié)... 30致 謝... 31參考文獻(xiàn)... 32附 錄... 33附錄1 英文翻譯... 33附錄2原理圖... 42附錄3 pcb圖... 43第1章 緒 論 單片機(jī)現(xiàn)狀及發(fā)展概述單片機(jī)屬于第四代微型計(jì)算機(jī)的一個(gè)重要分支。單片機(jī)是把中央處理器CPU（Central Processing Unit），隨機(jī)存取存儲(chǔ)器RAM（Random Access Memrty），只讀存儲(chǔ)器ROM（Read Only Memory）,定時(shí)器/計(jì)數(shù)器以及I/O接口電路等主要計(jì)算部件集成在一塊集成電路芯片上的微型計(jì)算機(jī)。單片機(jī)的應(yīng)用導(dǎo)致了控制領(lǐng)域的一場(chǎng)革命，是微控制技術(shù)逐步取代傳統(tǒng)的硬件控制。近十幾年來(lái)，單片機(jī)在生產(chǎn)過(guò)程控制、自動(dòng)檢測(cè)、數(shù)據(jù)采集與處理、科技計(jì)算、商業(yè)管理和辦公室自動(dòng)化等方面獲得了廣泛的應(yīng)用。單片機(jī)具有體積小、重量輕、耗能省、價(jià)格低、可靠性高和通用靈活等優(yōu)點(diǎn)，因此也廣泛應(yīng)用于衛(wèi)星定向、汽車(chē)火花控制、交通自動(dòng)管理和微波爐等專(zhuān)用控制上。近幾年來(lái)，單片機(jī)的發(fā)展更為迅速，它己滲透到諸多學(xué)科的領(lǐng)域，以及人們生活的各個(gè)方面。MCS51系列中的一片89C51芯片，內(nèi)部構(gòu)造了完整的計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)。從CPU、存儲(chǔ)器到輸入輸出端口，一應(yīng)俱全。只要寫(xiě)入程序，就可完成中央控制或數(shù)據(jù)采集、處理及通信傳輸?shù)男畔⑻幚頇C(jī)，MCS51單片機(jī)指令系統(tǒng)中為適應(yīng)控制的需要設(shè)有極強(qiáng)的位處理功能，具有加、減、乘、除指令。CPU時(shí)鐘高達(dá)12MHz，完成單字節(jié)乘法或除法運(yùn)算器件分軍用和民用兩級(jí)，民用產(chǎn)品主要用于辦公室及機(jī)房環(huán)境，工作溫度在0701C，軍用產(chǎn)品要求在惡劣環(huán)境條件下穩(wěn)定工作，工作溫度在65～125℃:工業(yè)級(jí)產(chǎn)品的性能介于以上兩者之間，在40～+85C溫度環(huán)境可正常工作。工業(yè)產(chǎn)品可靠性比民用產(chǎn)品強(qiáng)，而價(jià)格較軍用品低。在單片機(jī)應(yīng)用中，可以根據(jù)實(shí)際工作環(huán)境，選擇工業(yè)級(jí)芯片，保證系統(tǒng)可靠性。單片機(jī)出現(xiàn)的歷史并不長(zhǎng)，它的產(chǎn)生與發(fā)展與微處理器的產(chǎn)生與發(fā)展大體上同步，也經(jīng)歷了四個(gè)階段:第一階段:1971～1974年，1971年11月美國(guó)Inter公司設(shè)計(jì)成集成度為2000只晶體管/片的4位微處理器Intel 4004，并配有隨機(jī)存取存儲(chǔ)器RAM，只讀存儲(chǔ)器RAM和移位寄存器等芯片，構(gòu)成第一臺(tái)MCS4微型計(jì)算機(jī)。隨后又研制成了8位微處理器Intel 8008。這些微處理器雖說(shuō)還不是單片機(jī)，但從此拉開(kāi)了研制單片機(jī)的序幕。第二階段:1974～1978年，初級(jí)單片機(jī)階段，以Intel公司的MCS48為代表，這個(gè)階段的單片機(jī)內(nèi)集成有8位CPU，并行I/O口，8位定時(shí)器/計(jì)算器，尋址范圍不大于4K，且無(wú)串行口。第三階段：1978～1983年，高性能單片機(jī)階段。這一階段單片機(jī)和前階段相比，不僅存儲(chǔ)容量和尋址范圍大，而且中斷源、并行I/O口和定時(shí)器所數(shù)器個(gè)數(shù)有了增加，集成了全雙工串行通信接口。在指令系統(tǒng)方面，普遍增設(shè)了乘除法和比較指令。MCS51系列產(chǎn)品由于其優(yōu)良的性能價(jià)格比，在相當(dāng)一段時(shí)間處于主流產(chǎn)品地位。第四階段：1983年至今。8位單片機(jī)鞏固發(fā)展及16位單片機(jī)推出階段。16位單片機(jī)工藝先進(jìn)、集成度高、內(nèi)部功能強(qiáng)，而且允許用戶采用面向工業(yè)控制的專(zhuān)用語(yǔ)言?，F(xiàn)階段：32位單片微機(jī)系列。繼16位單片機(jī)出現(xiàn)后不久，幾大公司先后推出了代表當(dāng)前最高性能和技術(shù)水平的32位單片微機(jī)系列。32位單片機(jī)具有極高的集成度，內(nèi)部采用新穎的RISC(精減指令系統(tǒng)計(jì)算機(jī))結(jié)構(gòu)，CPU可與其他微控制器兼容，主頻頻率可達(dá)33MH2以上，指令系統(tǒng)進(jìn)一步優(yōu)化，運(yùn)算速度可動(dòng)態(tài)改變，沒(méi)有高級(jí)語(yǔ)言編譯器，具有性能強(qiáng)大的中斷控制系統(tǒng)、定時(shí)／事件控制系統(tǒng)、同勿異步通信控制系統(tǒng)。這類(lèi)單片機(jī)主要應(yīng)用于汽車(chē)、航空航天、高級(jí)機(jī)器人、軍事裝備等方面。它代表著單片機(jī)發(fā)展中的高、新技術(shù)水平。 單片機(jī)的性能特點(diǎn)單片機(jī)芯片作為控制系統(tǒng)的核心部件，除了具備通用微機(jī)CPU的數(shù)值計(jì)算功能外，還必須具有靈活、強(qiáng)大的控制功能，以便實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的輸入量、控制系統(tǒng)的輸出量，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的目的。由于單片機(jī)主要面向工業(yè)控制，工作環(huán)境比較惡劣，加高溫、強(qiáng)電磁干擾，甚至合有腐蝕性氣體；在太空小工作的單片機(jī)控制系統(tǒng)，還必須具有抗輻射能力。因而，決定了單片機(jī)CPU與通用微機(jī)CPU具有小同的技術(shù)特征和發(fā)展方向：① 抗干擾性強(qiáng)．工作溫度范圍寬。通用微機(jī)CPU一般要求在室溫下工作．抗干擾能力也較低。② 可靠性高。③ 控制功能往往很強(qiáng)，數(shù)值計(jì)算能力較差。通用微機(jī)CPU具有很強(qiáng)的數(shù)值運(yùn)算能力控制能力相對(duì)較弱。將通用微機(jī)用于工業(yè)控制時(shí)，一般需要增加一些專(zhuān)用的接口電路。 ④ 指令系統(tǒng)比通用微機(jī)系統(tǒng)簡(jiǎn)單。80C51系列新一代8位單片機(jī)的主要特點(diǎn)：①普遍采用CMOS工藝，除了具有節(jié)電運(yùn)行模式和掉電數(shù)據(jù)保護(hù)功能外，整機(jī)功耗比采用HMOS工藝的80C51系列低。 ②片內(nèi)存儲(chǔ)器容量大，規(guī)格多，程序存儲(chǔ)器類(lèi)型也趨于多樣化。該系列不同品種的片內(nèi)程序存儲(chǔ)器容量從4KB擴(kuò)展到8KB、16KB，甚至32KB，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器容量從128B擴(kuò)展到512B。片內(nèi)程序存儲(chǔ)器類(lèi)型不僅限于掩模ROM和EPROM，普遍采用OTP EPROM(一次性編程的EPR()M，簡(jiǎn)稱(chēng)TOP ROM。 ③最高時(shí)鐘頻率從12MHZ 提高到16MHZ、24MHZ、33MHZ ，甚至40MHZ ，指令執(zhí)行時(shí)間大大縮短，增強(qiáng)了這些產(chǎn)品的實(shí)時(shí)處理能力。 ④工作電壓低、范圍寬(1．8V—6．oV)，可用電池供電，便于野外作業(yè)使用。 ⑤擴(kuò)展了接口電路功能，如增加了高速I(mǎi)/O接口，擴(kuò)展了I/O口引線數(shù)目， ⑥部分型號(hào)增加了定時(shí)／計(jì)數(shù)器的個(gè)數(shù)，還擴(kuò)展了定時(shí)／計(jì)數(shù)器的功能。 ⑦部分型號(hào)增加廠定時(shí)復(fù)位功能，提高了抗干擾能力。 ⑧強(qiáng)化并且完善了串行通信功能。 ⑨封裝形式多樣化，同一型號(hào)的CPU，具有多種封裝形式，如PDIP封裝、CDIP封裝、PLCC(方形壁插塑封)、CLCC(方形壁插陶瓷封裝)、PQFP(塑料方形四邊引線扁平封裝)，部分產(chǎn)品還采用了BGA(球形網(wǎng)格陣列)封裝。 單片機(jī)的主要產(chǎn)品及系列自單片機(jī)誕生以來(lái)的近30年中，單片機(jī)已有70多個(gè)系列、近500個(gè)機(jī)種。國(guó)際上較有名、影響較大的公司及它們的產(chǎn)品如下：Intel(美國(guó)英特爾)公司的MCS—48系列、MCS—51系列、MCS—96系列產(chǎn)品；Motorola(美國(guó)摩托羅拉)公司的68068068068068HCll系列產(chǎn)品；Zilog(美國(guó)齊洛格)公司的Z8 ，Super8系列產(chǎn)品；Atmel(美國(guó)艾特梅爾)公司的AT89 系列產(chǎn)品；Fairchild(美國(guó)仙童)公司的F8 和3870系列產(chǎn)品；TI(美國(guó)得克薩斯儀器儀表)公司的TMS7000系列產(chǎn)品；NS(美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體)公司的NS8070系列產(chǎn)品；NEC(日本電氣)公司的UCOM87 （UPD7800）系列產(chǎn)品；National(日本松下)公司的MN6800系列產(chǎn)品；Hitachi(日本日立)公司的HD630l、HD63L0HD6305。上述產(chǎn)品既有很多共性，又各具一定的特色，因而在國(guó)際市場(chǎng)上都占有一席之地。根據(jù)近年來(lái)國(guó)外實(shí)地考察，Intel公司的單片機(jī)在市場(chǎng)上占有量為67％，其中MCS—51系列產(chǎn)品又占54％。在我國(guó)雖然上述公司的產(chǎn)品均有引進(jìn)，但由于各種原因，至今我國(guó)所應(yīng)用的單片機(jī)仍然是以MCS—4MCS—5MCS—96系列為主流系列。隨著這一系列產(chǎn)品的深入開(kāi)發(fā)，其主流系列的地位將會(huì)不斷鞏固?！?AT89系列單片機(jī)AT89系列單片機(jī)是美國(guó)Atmel公司的8位Flash單片機(jī)產(chǎn)品。這個(gè)系列單片機(jī)的最大特點(diǎn)是在片內(nèi)含有Flash存儲(chǔ)器，而其他方面和MCS—51沒(méi)有太大的區(qū)別。該系列有著十分廣泛的用途，特別是在便攜式、省電和特殊信息保存的儀器和系統(tǒng)中顯得更為有用。 1．AT89系列單片機(jī)的特點(diǎn)(1) 內(nèi)含有Flash存儲(chǔ)器由于片內(nèi)含有Flash存儲(chǔ)器，因此在系統(tǒng)開(kāi)發(fā)過(guò)程中可以十分容易地進(jìn)行程序的修改。同時(shí)，在系統(tǒng)工作過(guò)程中，能有效地保存數(shù)據(jù)信息，即使外界電源損壞也不影響信息的保存。(2) 和AT80C51插座兼容AT89系列單片機(jī)的引腳和MCS—51系列單片機(jī)的引腳是一樣的。只要用相同引腳的AT89系列單片機(jī)就可以取代MCS—5l系列單片機(jī)。(3) 靜態(tài)時(shí)鐘方式AT89系列單片機(jī)采用靜態(tài)時(shí)鐘方式，節(jié)省電能，這對(duì)于降低便攜式產(chǎn)品的功耗十分有用。2．AT89系列單片機(jī)的概況AT89系列單片機(jī)共有7種型號(hào)，分別為從89C5AT89LV5AT89C5AT89LV5AT89C205AT89C105AT89S8252。其中AT89LV5AT89LV52分別是AT89C5l、AT89C52的低電壓產(chǎn)品。最低電壓可以低至2．7V。而AT89C205AT89C1051則是低檔型的低電壓產(chǎn)品。它們只有20條引腳．最低電壓也為2．7V，—1。 1AT89 系列單片機(jī)概況 型 號(hào)AT89C51AT89C52AT89C1051AT89C2051AT89S8252Flash（KB）48128片內(nèi)RAM（B）12825664128256I/O條3232151532定時(shí)器（個(gè)）23123中斷源（個(gè)）68368串行接口（個(gè)）11111M加密/級(jí)33223片內(nèi)振蕩器有有有有有EEPROM（KB）無(wú)無(wú)無(wú)無(wú)2第2章 實(shí)驗(yàn)板總體設(shè)計(jì)方案 實(shí)驗(yàn)板系統(tǒng)功能單片機(jī)實(shí)驗(yàn)開(kāi)發(fā)板是一個(gè)實(shí)際應(yīng)用的系統(tǒng)，能夠?yàn)橄嚓P(guān)的學(xué)生單片機(jī)實(shí)驗(yàn)提供支持。此實(shí)驗(yàn)板是參考單片機(jī)教材中的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)計(jì)的，能夠?qū)崿F(xiàn)簡(jiǎn)單的測(cè)試實(shí)驗(yàn)。本論文包括硬件系統(tǒng)的詳細(xì)設(shè)計(jì)及匯編語(yǔ)言在基本控制中的應(yīng)用。此實(shí)驗(yàn)板設(shè)計(jì)的功能如下： 硬件部分：1．單片機(jī)所需的平穩(wěn)電壓2．時(shí)鐘電路3．復(fù)位電路4．44的16位矩陣鍵盤(pán)5．液晶顯示器6．單片機(jī)與上位機(jī)串行通信電路7．I/O口擴(kuò)展電路 軟件部分：8．鍵盤(pán)掃描與處理9．顯示鍵盤(pán)輸入數(shù)據(jù)10．調(diào)用并顯示顯示器字庫(kù)內(nèi)容11．顯示單片機(jī)與上位機(jī)傳送的數(shù)據(jù)12．實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與上位機(jī)串行通信功能 實(shí)驗(yàn)板的性能要求 基于實(shí)驗(yàn)板的功能定義（）和各種芯片的性能參數(shù)，總結(jié)系統(tǒng)基本性能要求如下：1．各芯片所需的+5V平穩(wěn)電壓2．AT89C51單片機(jī)時(shí)鐘信號(hào)為12MHZ3．AT89C51單片機(jī)手動(dòng)復(fù)位電路4．顯示器件 5．16位行列掃描鍵盤(pán) 6．與上位機(jī)串行通信 7．I/O口擴(kuò)展功能 AT89C51 在實(shí)驗(yàn)板中的應(yīng)用AT89C51是美