【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 成功，如圖 22 就是正在仿真中的虛擬硬件。圖示顯示計(jì)算結(jié)果為 334。在 Proteus 仿真的虛擬的環(huán)境下，軟件和硬件已經(jīng)達(dá)到了設(shè)計(jì)所要求。BINCLKLOADP1314P15AD7AD23AD456A15A89A101A12131416P171AD0AD0GNDVCGNDAD1AD2AD3AD4 AD5VCAD6AD2AD7AD6VCAD013AD457BINLOADCLKDOUTISEACDEFGDPDIG0I1DIG2I3DIG4I5DIG6I7BISET VCABCDEFGDP DIG0I1DIG2I3DIG4I5DIG6I7（ 1） 計(jì) 算 器 能 顯 示 8位 數(shù) 字 ， 開 機(jī) 運(yùn) 行 時(shí) ， 只 有數(shù) 碼 管 最 低 位 顯 示 為 “0”， 其 余 位 全 部 不 顯 示 ；（ 2） 具 有 44鍵 盤 ， 分 別 表 示 0～ ＋ 、 － 、 / 、 ＝ 和 清 零 鍵 CL， 輸 入 的 數(shù) 字 從 設(shè) 計(jì) 的 鍵 盤輸 入 ；（ 3） 可 對(duì) 兩 個(gè) 無 符 號(hào) 數(shù) 進(jìn) 行 加 、 減 、 乘 、 除 運(yùn) 算 ，并 顯 示 計(jì) 算 結(jié) 果 。（ 4） 結(jié) 果 溢 出 時(shí) 發(fā) 出 “嘀 ”報(bào) 警 聲8051 CALCULATOR(簡(jiǎn) 易 計(jì) 算 器 ）XTAL218XTAL119ALE3031PSN29RST9P0./U1AT89C5112365489=7 +CON0ABCD1 2 43KEYPAD4*K234567891RP1RESPACK8X1CRYSTALC134pFC234pFC32uFR11k BUZ1BUZERA14B16C20D23E21F15G17DP2DIG02I11DIG26I37DIG43I510DIG65I78DIN1LOA12CLK13ISET18DOU24U2MAX7219Q1PN1kLED7SGMPX8CABLUET89C517SEGMPX8LEDKEYPADEMAX7219圖 22 正在仿真的硬件圖仿真已經(jīng)達(dá)到了設(shè)計(jì)所要求的結(jié)果。接下來通過查找資料、自己的所學(xué)知識(shí)以及通過 Proteus 仿真的正確結(jié)果，接下來可以進(jìn)行實(shí)際的硬件設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)了,接下來將在實(shí)際硬件環(huán)境中進(jìn)行試驗(yàn)。第四章 模塊電路設(shè)計(jì)詳解 電源部分的設(shè)計(jì) 原理圖如圖 31 為電源模塊原理圖圖 31 電源模塊電路 原理說明當(dāng)打開電源開關(guān)，電源不穩(wěn)，會(huì)產(chǎn)生雜波，而單片機(jī)對(duì)于電源電壓非常敏感，從而影響單片機(jī)的正常工作。為了避免與此，我們?cè)O(shè)計(jì)了濾波電路，起到濾波的作用，從而更好的避免不必要的故障發(fā)生。本設(shè)計(jì)的電源電路有電源接口，開關(guān)，LED 指示燈和濾波、穩(wěn)壓電路組成。濾波電路的原理：信號(hào)頻率越高，電容的容抗越小，而電感的感抗越大。利用電容和電感的這一特性，將電容與負(fù)載 RL 并聯(lián)，或?qū)㈦姼信c負(fù)載 RL 串聯(lián)，則能去掉或衰減脈動(dòng)直流電壓中的高頻交流成分，保留直流成分。本電路的濾波是由電容濾波和RC 濾波構(gòu)成。 LED 是用來指示電源接通的情況。電源部分的設(shè)計(jì)沒有涉及到變壓，整流部分，只是對(duì)器件 BNC（DC 頭）的直流5V 電壓進(jìn)行開關(guān)設(shè)計(jì)，電源指示，穩(wěn)壓，限壓，濾波作用，其中使用到了 壓管，使供給單片機(jī)的和其他部分模塊的電源限制在 5V，或低于 5V。電源的輸入采用 口徑的 DC 頭，可使用計(jì)算機(jī) USB 口供電，或者使用 USB 接口輸出 5V 電壓的 MP3,MP4 或者手機(jī)的電源適配器進(jìn)行供電。既方便，又經(jīng)濟(jì)。 程序下載模塊的設(shè)計(jì) 原理圖程序下載模塊原理圖，如圖 32 所示。162738495JDBR INT0GV+COUSFP圖 32 串口程序下載模塊 原理說明上圖的原理圖為 STC51 系列單片機(jī)的程序下載模塊，使用串口進(jìn)行程序的下載。由 J4 串口接口連接到電腦的串口通信端口，使計(jì)算機(jī)能和單片機(jī)通信。通過 STC ISP計(jì)算機(jī)端軟件，把編寫好的并編譯好的程序文件下載到單片機(jī)的內(nèi)部 ROM 中。RS232的供電由設(shè)計(jì)的主板統(tǒng)一供電。Atmel 的 89S51 P1 口預(yù)留有接插件，方便程序下載，AT89S 系列單片機(jī)下載板需另外制作，使用并口下載，較為麻煩。J4 為 DB9 的九針串口接口，RS232 為 DIP16 封裝的 MAXIM 公司的 MAX232EPE 周邊電容為 50V 1Uf 的電解質(zhì)電容。MAX232 芯片是美信公司專門為電腦的 RS232 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。 器件引腳介紹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）。如圖 33 所示引腳圖。123456781 61 51 41 41 21 11 09M A X I MM A X 2 3 2V C CG N DT 1 O U TR 1 I NR 1 O U TT 1 I NT 2 I NR 2 O U TC 1 +V +C 1 C 2 +C 2 V T 2 O U TR 2 I N圖 33 MAX232 引腳圖 單片機(jī)最小系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 引腳分布圖本設(shè)計(jì)采用的為 DIP40 封裝的 STC89C51RC，如圖 34 所示1234567891 01 11 24 03 93 83 73 63 53 43 33 23 13 02 9S T C 8 9 C 5 1 R CV C CP 0 . 0P 0 . 1P 0 . 2P 0 . 3P 0 . 4P 0 . 5P 0 . 6P 0 . 7E AA L E / PP S E NP 1 . 0P 1 . 1P 1 . 2P 1 . 3P 1 . 4P 1 . 5P 1 . 6P 1 . 7R E S E TP 3 . 0P 3 . 1P 3 . 22 82 72 62 52 42 32 22 1P 2 . 7P 2 . 6P 2 . 5P 2 . 4P 2 . 3P 2 . 2P 2 . 1P 2 . 01 31 41 51 61 71 81 92 0P 3 . 3P 3 . 4P 3 . 5P 3 . 6P 3 . 7A X I A LA X I A LG N D圖 34 STC89C51 引腳圖 各引腳功能說明Ｖcc:+5V 電源電壓。Ｖss:電路接地端?！?通道 0，它是 8 位漏極開路的雙向 I/O 通道，當(dāng)擴(kuò)展外部存貯器時(shí)，這也是低八位地址和數(shù)據(jù)總線，在編程和校驗(yàn)期間，它輸入和輸出字節(jié)代碼，通道 0 吸收/ 發(fā)出二個(gè) TTL 負(fù)載 ～ :通道 1 是 8 位擬雙向 I/O 通道，在編程和校驗(yàn)時(shí)，它發(fā)出低 8 位地址。通道１吸收/發(fā)出一個(gè) TTL 負(fù)載?！?通道 2 是 8 位擬雙向 I/O 通道，當(dāng)訪問外部存貯器時(shí)，用作高 8 位地址總線。通道 2 能吸收/發(fā)出一個(gè) TTL 負(fù)載?！?通道 3 準(zhǔn)雙向 I/O 通道。通道 3 能吸收 /發(fā)出一個(gè) TTL 負(fù)載，P3 通道的每一根線還有另一種功能：:RXD，串行輸入口。:TXD，串行輸出口。:INT0，外部中斷 0 輸入口。:INT1，外部中斷 1 輸入口。:T0，定時(shí)器/計(jì)數(shù)器 0 外部事件脈沖輸入端。:T1，定時(shí)器/計(jì)數(shù)器 1 外部事件脈沖輸入端:WR，外部數(shù)據(jù)存貯器寫脈沖。:RD，外部數(shù)據(jù)存貯器讀脈沖。RST/VpD:引腳 9，復(fù)位輸入信號(hào)，振蕩器工作時(shí)，該引腳上 2 個(gè)機(jī)器周期的高電平可以實(shí)現(xiàn)復(fù)位操作，在掉電情況下（Vcc 降到操作允許限度以下）， 后備電源加到此引腳，將只給片內(nèi) RAM 供電。ALE/PROG:引腳 30，地址鎖存有效信號(hào)，其主要作用是提供一個(gè)適當(dāng)?shù)亩〞r(shí)信號(hào)，在它的下降沿用于外部程序存儲(chǔ)器或外部數(shù)據(jù)存貯器的低 8 位地址鎖存，使總線 P0輸出/ 輸入口分時(shí)用作地址總線（低 8 位）和數(shù)據(jù)總線， 此信號(hào)每個(gè)機(jī)器出現(xiàn) 2 次，只是在訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器期間才不輸出 ALE。所以，在任何不使用外部數(shù)據(jù)存貯器的系統(tǒng)中，ALE 以 1/6 振蕩頻率的固定速率輸出，因而它能用作外部時(shí)鐘或定時(shí)，8751內(nèi)的 EPROM 編程時(shí)，此端輸編程脈沖信號(hào)。PSEN:引腳 29，程序選通有效信號(hào)，當(dāng)從外部程序存貯器讀取指令時(shí)產(chǎn)生， 低電平時(shí)，指令寄存器的內(nèi)容讀到數(shù)據(jù)總線上。EA/VPP:引腳 31，當(dāng)保持 TTL 高電平時(shí)，如果指令計(jì)數(shù)器小于 4096，8051 執(zhí)行內(nèi)部 ROM 的指令，8751 執(zhí)行內(nèi)部 EPROM 的指令，當(dāng)使 TTL 為低電平時(shí)，從外部程序存貯器取出所有指令，在 8751 內(nèi)的 EPROM 編程時(shí)，此端為 21V 編程電源輸入端。XTAL1:引腳 18，內(nèi)部振蕩器外接晶振的一個(gè)輸入端，HMOS 芯片使用外部振蕩源時(shí)，此端必須接地。XTAL2:引腳 19，內(nèi)部振蕩器外接晶振的另一個(gè)輸入端，HMOS 芯片使用外部振蕩器時(shí)，此端用于輸入外部振蕩信號(hào)。 單片機(jī)最小系統(tǒng)如圖 35 為設(shè)計(jì)好的單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理圖。L1JZC90EA/VP3X28RSTD7W6IN45GU KesO圖 35 單片機(jī)最小系統(tǒng)原理圖 設(shè)計(jì)說明在進(jìn)行 I/O 口工作分配的時(shí)候，考慮到布線及產(chǎn)品的美觀性，以及操作的簡(jiǎn)易性，P1 口為顯示驅(qū)動(dòng)，及 AT89S 系列單片機(jī)的 ISP 作用， MOSI（在系統(tǒng)編程用） MISO（在系統(tǒng)編程用） SCK（在系統(tǒng)編程用）。P0 口接上拉電阻（103，10KΩ），用于 4*4 鍵盤掃描，蜂鳴器由 P34 口驅(qū)動(dòng)。單片機(jī)復(fù)位方式使用上電自動(dòng)復(fù)位，時(shí)鐘部分使用 12MHz 外部晶振。， 專用 STC51 單片機(jī)程序下載，其他 I/O 口未使用， P2 口閑置，備以后擴(kuò)展使用。J20 其中三個(gè)引腳接到， ，分別為 LOAD（數(shù)據(jù)裝載輸入端）,CLK（單片機(jī)提供給顯示驅(qū)動(dòng)芯片 MAX7219 的時(shí)鐘信號(hào)）,DIN(串行數(shù)據(jù)輸入）, 加上兩個(gè)電源端口，驅(qū)動(dòng)顯示板。 時(shí)鐘電路模塊的設(shè)計(jì)。 原理圖如圖 36 為時(shí)鐘電路模塊的設(shè)計(jì)原理圖。L1JZC90X2圖 36 時(shí)鐘電路圖 原理說明單片機(jī)的最小系統(tǒng)有三部分組成，即電源，時(shí)鐘電路和復(fù)位電路。其中單片機(jī)的電源引腳與 5V 電源連通即可，而時(shí)鐘電路和復(fù)位電路還需接口擴(kuò)展，這也是單片機(jī)的基本電路操作。時(shí)鐘電路用于產(chǎn)生單片機(jī)工作所需的時(shí)鐘信號(hào)，時(shí)序是指令執(zhí)行中各信號(hào)之間的相互關(guān)系。單片機(jī)本身就如同一個(gè)復(fù)雜的同步時(shí)序電路，為了保證同步工作方式的實(shí)現(xiàn)，電路應(yīng)在唯一的時(shí)鐘信號(hào)控制下嚴(yán)格地按時(shí)序進(jìn)行工作。在 STC89C52 單片機(jī)內(nèi)部帶有時(shí)鐘電路，因此，只需要在片外通過 XTAL1 和 XTAL2 引腳接入定時(shí)控制元件(晶體振蕩器和電容 )，即可構(gòu)成一個(gè)穩(wěn)定的自激振蕩器。在 STC89C52 芯片內(nèi)部有一個(gè)高增益反相放大器，而在芯片的外部，XTAL1 和 XTAL2 之間跨接晶體振蕩器和微調(diào)電容。在單片機(jī)的 XTAL1 腳和 XTAL2 腳之間并接一個(gè)晶體振蕩器就構(gòu)成了內(nèi)部振蕩方式。STC89C52 單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)高增益的反相放大器，XTAL1 為內(nèi)部反相放大器的輸入端，XTAL2 為內(nèi)部反相放大器的輸出端，在其兩端接上晶振后，就構(gòu)成了自激振蕩電路，并產(chǎn)生振蕩脈沖，振蕩電路輸出的脈沖信號(hào)的頻率就是晶振的固有頻率。在實(shí)際應(yīng)用中通常還需要在晶振的兩端和地之間各并上一個(gè)小電容。用晶振和電容構(gòu)成諧振電路。電容大小與晶振頻率和工作電壓有關(guān)。但電容的大小影響振蕩器的穩(wěn)定性和起振的快速性，為了提高精度，本實(shí)驗(yàn)板采用 20pF 的電容作為微調(diào)電容。在設(shè)計(jì)電路板時(shí)，晶振、電容等均應(yīng)盡可能靠近芯片，減小分布電容，以保證振蕩器振蕩的穩(wěn)定性。 復(fù)位電路模塊的設(shè)計(jì)。 原理圖如圖 37 為復(fù)位電路模塊的設(shè)計(jì)原理圖。C6CDS18SW SPST VCC1KR2Res2RESET圖 37 上電手動(dòng)復(fù)位電路原理圖 原理說明復(fù)位是單片機(jī)的初始化操作，其目的是使 CPU 和系統(tǒng)中各部分處于一個(gè)確定的狀態(tài)，并從這一狀態(tài)開始工作。系統(tǒng)上電路或死機(jī)后都要進(jìn)行復(fù)位操作。單片機(jī)的 RST引腳為復(fù)位引腳，振蕩電路正