【正文】 學(xué)生姓名： 　 導(dǎo)師姓名： 職稱： 西 安 郵 電 學(xué) 院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)任務(wù)書學(xué)生姓名 指導(dǎo)教師 職稱院（系）專業(yè)題目 S51 開發(fā)板的設(shè)計(jì) 任務(wù)與要求一、任務(wù)C51 系列單片機(jī)已趨淘汰，S51 單片機(jī)除兼容 C51 外，還具有 ISP 在線編、高工作頻率、全新的加密算法等特點(diǎn)。本次任務(wù)將基于 S51 設(shè)計(jì)制造一個(gè)開發(fā)板及下載器，它將具有一般開發(fā)板通用結(jié)構(gòu)，并基此硬件進(jìn)行相關(guān)軟件設(shè)計(jì)。 完成硬件電路設(shè)計(jì)，應(yīng)包括流水燈單元、獨(dú)立按鍵單元、矩陣鍵盤單元、液晶單元（包括 16012864） 、控制器單元、AD 單元、RS232及 RS485 通信單元等； 完成軟件設(shè)計(jì)，主要包括各功能單元的驗(yàn)證程序開發(fā)； 完成開發(fā)板功能驗(yàn)證。 第三周至第五周 使用 Protel 軟件，確定單片機(jī)外圍電路的各功能模塊硬件設(shè)計(jì)。 第九周至第十二周 利用 Proteus 進(jìn)行軟件仿真，對(duì)功能模塊進(jìn)行仿真驗(yàn)證，仿真驗(yàn)證合格后進(jìn)行 PCB 加工，焊接元器件，制作出 S51 開發(fā)板及下載器，并對(duì)開發(fā)板和下載器功能進(jìn)行最后驗(yàn)證，保證功能全部能夠?qū)崿F(xiàn)。起 止 時(shí) 間 工 作 內(nèi) 容主要參考書目(資料) 相關(guān)論文（電子版） ；《 新概念 51 單片機(jī) C 語(yǔ)言教程》 ；《 新編 MCS51 單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì)》 ；《 51 單片機(jī) C 語(yǔ)言應(yīng)用程序設(shè)計(jì)實(shí)例精講》 ；及相關(guān)網(wǎng)站 計(jì)算機(jī)、S51 控制器及外圍元件、相關(guān)傳感器、配套軟件除每周定時(shí)具體指導(dǎo)外，學(xué)生有問題也可隨時(shí)聯(lián)系指導(dǎo)。主要參考書目(資料)主要儀器設(shè)備及材料論文(設(shè)計(jì)) 過程中教師的指導(dǎo)安排對(duì)計(jì)劃的說明1．本課題所涉及的問題及應(yīng)用現(xiàn)狀綜述由于具有低成本、小體積、高可靠性、具有高附加值、通過更改軟件就可以改變控制對(duì)象等優(yōu)點(diǎn)，單片機(jī)越來越成為電子工程師設(shè)計(jì)產(chǎn)品時(shí)的首選器件之一。單片機(jī)控制系統(tǒng)正以空前的速度取代著經(jīng)典電子控制系統(tǒng)，單片機(jī)的應(yīng)用開發(fā)技術(shù)已成為大學(xué)生的必備技能。但是單片機(jī)學(xué)習(xí)效果的優(yōu)劣直接取決于單片機(jī)的選擇，傳統(tǒng)的 C51 系列單片機(jī)內(nèi)部具有 128 字節(jié) RAM、5 個(gè)中斷源、32 條 I/O 口線、2 個(gè) 16 位定時(shí)器、4KB 的程序存儲(chǔ)器、一個(gè)全雙工異步串行口。為了節(jié)約成本、只需簡(jiǎn)潔操作即可燒寫單片機(jī)，本開發(fā)板選擇具有 ISP 在線編程功能的 S51 單片機(jī)，該單片機(jī)不需要燒寫器，可在開發(fā)板上 ISP 在線編程，具有廣泛的應(yīng)用前景?？梢詽M足絕大多數(shù)的實(shí)際應(yīng)用開發(fā)需求，在開發(fā)板上使用十分方便。利用 C 語(yǔ)言開發(fā)程序并實(shí)現(xiàn) ISP 在線下載到單片機(jī)，將二者有機(jī)的結(jié)合，發(fā)揮各自的優(yōu)勢(shì)。ISP 在線下載程序，加快了程序設(shè)計(jì)者調(diào)試的進(jìn)度，能使設(shè)計(jì)者所設(shè)計(jì)的程序盡快得到驗(yàn)證。（2）研究設(shè)計(jì)單片的最小系統(tǒng)及外圍電路，在 Protel 中進(jìn)行電路的設(shè)計(jì)；解決思路是查閱資料，在 Protel 中對(duì)單片機(jī)的各個(gè)功能模塊進(jìn)行外部電路的設(shè)計(jì)，在實(shí)現(xiàn)各個(gè)模塊的功能的前提下充分合理利用單片機(jī)的內(nèi)部資源和外圍接口，以求最大限度的發(fā)揮單片機(jī)的功能。（4）對(duì)開發(fā)板的功能進(jìn)行仿真驗(yàn)證；以 Proteus 為平臺(tái)，對(duì)單片機(jī)外圍各個(gè)功能模塊進(jìn)行軟件仿真驗(yàn)證功能。 對(duì)軟硬件設(shè)計(jì)仿真驗(yàn)證功能無誤后，將 Protel 繪制的 PCB 進(jìn)行加工、焊接元器件，制作出 S51 開發(fā)板及下載器。對(duì)單片機(jī)燒寫相應(yīng)的模塊程序，驗(yàn)證功能是否能夠?qū)崿F(xiàn)。（2）掌握硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)的基本知識(shí)，學(xué)會(huì)使用基本的設(shè)計(jì)軟件，依據(jù)總體的設(shè)計(jì)方案對(duì)單片機(jī)進(jìn)行軟硬件開發(fā)。由于掌握知識(shí)的局限性，對(duì)本次畢業(yè)設(shè)計(jì)還需要學(xué)習(xí)很多軟硬件相關(guān)知識(shí)，相信在自己查找資料認(rèn)真學(xué)習(xí)以及老師的指導(dǎo)下，能夠順利完成這次的任務(wù)。第十三周至第十四周 撰寫畢業(yè)論文，做 PPT，準(zhǔn)備答辯4．指導(dǎo)教師審閱意見指導(dǎo)教師(簽字)：　　　　　　 年 月 日說明：本報(bào)告必須由承擔(dān)畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))課題任務(wù)的學(xué)生在畢業(yè)論文(設(shè)計(jì)) 正式開始的第 1 周周五之前獨(dú)立撰寫完成，并交指導(dǎo)教師審閱。本論文詳細(xì)介紹了該開發(fā)板的開發(fā)過程及相關(guān)硬件結(jié)構(gòu)和軟件設(shè)計(jì)。針對(duì)各個(gè)硬件模塊開發(fā)了相應(yīng)的軟件模塊，包括各個(gè)控制驅(qū)動(dòng)程序、AD/DA 程序、RS232/ RS485 通信程序、液晶顯示程序等。關(guān)鍵詞：S51 DS1302 通信 液晶顯示 鍵盤 S51 開發(fā)板的設(shè)計(jì)IIAbstractDesign a development board based on S51 MCU,the board has characteristics of low cost, small size, high reliability, fullfeatured, lowpower design and easy to operate. This paper introduces the development process of the development board and related hardware and software design. Development board using AT89S51 of ATMEL Corporation as core controller, resources onboard include data acquisition and processing module, DS1302 clock module, munication module, LCD module and keyboard module. Design software module corresponding to each hardware module, including the driver and control programs, AD/DA programs, RS232/RS485 munication programs, liquid crystal display programs and so on. Development board can be used as the main control module installed in the control system to perform control tasks, also can be used as experimental board, plete all kinds of universal experiments of MCU, operated simply, control results can be seen,high cost performance, can be applied to universities, research institutes, laboratories and so on, has some practical value and practical significance. Key words: S51 DS1302 munication LCD keypadS51 開發(fā)板的設(shè)計(jì)11 引言單片機(jī)具有成本低、體積小、可靠性高、具有高附加值、通過更改軟件就可以改變控制對(duì)象等優(yōu)點(diǎn)，單片機(jī)越來越成為電子工程師設(shè)計(jì)產(chǎn)品時(shí)的首選器件之一。但是單片機(jī)學(xué)習(xí)效果的優(yōu)劣直接取決于單片機(jī)的選擇，C51 系列單片機(jī)內(nèi)部具有 128 字節(jié) RAM、5個(gè)中斷源、32 條 I/O 口線、2 個(gè) 16 位定時(shí)器、4KB 的程序存儲(chǔ)器、一個(gè)全雙工異步串行口。S51 單片機(jī)除兼容 C51 單片機(jī)外，還具有工作頻率 0 至 33MHz 的高工作頻率；可以滿足絕大多數(shù)的實(shí)際應(yīng)用開發(fā)需求，在開發(fā)板上使用十分方便。利用程序開發(fā)語(yǔ)言開發(fā)程序并實(shí)現(xiàn) ISP 在線下載到單片機(jī)，無需配置單獨(dú)的下載器。通過對(duì)開發(fā)板上的模塊進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，可以提高針對(duì)不同硬件進(jìn)行編程的能力，同時(shí)通過實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象對(duì)所用的硬件也有了更深一步的認(rèn)識(shí)，因此該開發(fā)板具有一定的實(shí)用價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義。其中以 S51 單片機(jī)作為核心控制器；鍵盤模塊用來向單片機(jī)輸入特定編碼的信息；AD 模塊用來實(shí)現(xiàn)模數(shù)轉(zhuǎn)換；DA 模塊用來實(shí)現(xiàn) DA 轉(zhuǎn)換；DS1302 時(shí)鐘模塊用來實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)時(shí)鐘；測(cè)溫模塊用來測(cè)量環(huán)境溫度；RS232 模塊和 RS485 模塊通過電平轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)通信；數(shù)碼管模塊用來顯示簡(jiǎn)單的數(shù)字、字母；LCD1602 模塊用來顯示字母、數(shù)字、符號(hào)；LCD12864 模塊用來顯示圖像、符號(hào)、漢字；下載器模塊用來實(shí)現(xiàn) S51 單片機(jī)的 ISP 在線編程；流水燈模塊用來顯示單片機(jī) I/O 口電平的變化；蜂鳴器模塊用來發(fā)出聲音。為硬件系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化打下良好的基礎(chǔ)；(2)系統(tǒng)擴(kuò)展與外圍設(shè)備的配置水平應(yīng)充分滿足應(yīng)用系統(tǒng)的功能要求，并留有適當(dāng)余地，以便進(jìn)行二次開發(fā)； (3)硬件結(jié)構(gòu)應(yīng)結(jié)合應(yīng)用軟件方案一并考慮。但必須注意，由軟件實(shí)現(xiàn)的硬件功能，一般響應(yīng)時(shí)間比硬件實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)，且占用 CPU 時(shí)間；(4)系統(tǒng)中的相關(guān)器件要盡可能做到性能匹配。驅(qū)動(dòng)能力不足時(shí)，系統(tǒng)工作不可靠，可通過增設(shè)線驅(qū)動(dòng)器增強(qiáng)驅(qū)動(dòng)能力或減少芯片功耗來降低總線負(fù)載； (7)盡量朝“單片 ”方向設(shè)計(jì)硬件系統(tǒng)。S51 開發(fā)板的設(shè)計(jì)33 硬件部分 硬件結(jié)構(gòu)框圖總體硬件結(jié)構(gòu)主要包括：S51 單片機(jī)主控制器模塊、鍵盤模塊、AD 模塊、DA模塊、DS1302 時(shí)鐘模塊、測(cè)溫模塊、MAX232 模塊、 MAX485 模塊、數(shù)碼管模塊、LCD1602 模塊、LCD12864 模塊、下載器模塊、流水燈模塊、蜂鳴器模塊。原理圖如圖 32 所示： 圖 32 S51 單片機(jī)主控制模塊原理圖 采用按鍵復(fù)位方式，選取晶振為 12MHZ，系統(tǒng)機(jī)器周期為 1us。這樣，一個(gè)端口（如 P2 口）就可以構(gòu)成 4*4=16 個(gè)按鍵，比之直接將端口線用于鍵盤多出了一倍，而且線數(shù)越多，區(qū)別越明顯，比如再多加一條線就可以構(gòu)成 20 鍵的鍵盤，而直接用端口線則只能多出一鍵（9 鍵） ，在需要的按鍵數(shù)較多時(shí)，采用矩陣法來做鍵盤是合理的。ADC0832 是 NS(National Semiconductor)公司生產(chǎn)的具有Microwire/Plus 串行接口的 8 位 A/D 轉(zhuǎn)換器，通過三線接口與單片機(jī)連接，適宜在袖珍式智能儀器中使用。ADC0832 有 DIP 和 SOIC 兩種封裝，DIP 封裝的， ADC0832 引腳排列如圖 34所示：圖 34 ADC0832 引腳圖各引腳說明如下：CS—片選端，低電平有效；CH0，CH1 —兩路模擬信號(hào)輸入端；D I—兩路模擬輸入選擇輸入端；DO—模數(shù)轉(zhuǎn)換結(jié)果串行輸出端；CLK—串行時(shí)鐘輸入端；VCC /REF—正電源端和基準(zhǔn)電壓輸入端；GND—電源地。當(dāng)差分輸入時(shí)，要分配輸入通道的極性，兩個(gè)輸入通道的任何一個(gè)通道都可作為正極或負(fù)極。開發(fā)板可外接模擬信號(hào)，也可由電位器 RR8 將+5V 分壓后提供兩路模擬信號(hào)。帶有上電復(fù)位功能，即把 DAC 寄存器復(fù)位至全零。主要性能指標(biāo)有：10 位 CMOS 電壓輸出；5V 單電源供電；與 CPU 三線串行接口；最大輸出電壓可達(dá)基準(zhǔn)電壓的二倍；輸出電壓具有和基準(zhǔn)電壓相同極性；建立時(shí)間 ；內(nèi)部上電復(fù)位；低功耗，最大僅 。 b 硬件實(shí)現(xiàn)DA 模塊的原理圖如圖 37 所示：圖 37 DA 模塊原理圖單片機(jī)與 TLC5615 通過 、 相連，分別為片選信號(hào)線、時(shí)鐘信號(hào)線、數(shù)據(jù)輸入信號(hào)線。 DS1302 時(shí)鐘模塊a DS1302 簡(jiǎn)介DS1302 是美國(guó) DALLAS 公司推出的一種高性能、低功耗、帶 RAM 的實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片，它可以對(duì)年、月、日、周日、時(shí)、分、秒進(jìn)行計(jì)時(shí)，且具有閏年補(bǔ)償功能，工作電壓寬達(dá) ～。DS1302 內(nèi)部有一個(gè) 31*8 的用于臨時(shí)S51 開發(fā)板的設(shè)計(jì)8性存放數(shù)據(jù)的 RAM 寄存器。DS1302 的引腳如圖 38 所示： 圖38 DS1302引腳圖Vcc1 為后備電源，Vcc2 為主電源。DS1302 由 Vcc1 或 Vcc2 兩者中的較大者供電。當(dāng) Vcc2 低于 Vcc1 時(shí)，DS1302 由 Vcc1 供電。I/O 為串行數(shù)據(jù)輸入/ 輸出端(雙向)，SCL K 為時(shí)鐘輸入端。RST 輸入有兩種功能：RST 接通控制邏輯，允許地址/命令序列送入移位寄存器；RST 提供了終止單字節(jié)或多字節(jié)數(shù)據(jù)的傳送手段。如果在傳送過程中置 RST 為低電平，則會(huì)終止此次數(shù)據(jù)傳送，并且 I/ O 引腳變?yōu)楦咦钁B(tài)。只有在 SCL K 為低電平時(shí)，才能將 RST 置為高電平。DS1302 的晶振引腳連接 32768HZ 的晶振。本文采用的是3腳PR35封裝，其具有以下特點(diǎn)：采用了單總線技術(shù)，傳感器直接以二進(jìn)制輸出被測(cè)溫度，可通過串行口線，也可與單機(jī)通過I/O 口連接；測(cè)量溫度范圍為： 55℃～+125℃，測(cè)量精度高達(dá)+℃；內(nèi)含寄生電源，在兩線方式下可通過數(shù)據(jù)線提供寄生電源，而不需要再單獨(dú)供電；轉(zhuǎn)換時(shí)間在分辨率為12位（℃）時(shí)最大為750ms；用戶可分別對(duì)每個(gè)器件設(shè)定溫度上下限；DS18B20 在使