作業(yè)：51單片機(jī)開發(fā)板

1、課程名稱 電路CAD 作業(yè)項(xiàng)目 51單片機(jī)開發(fā)板 作業(yè)日期 2016-5-12 成績(jī) 班級(jí) 14物聯(lián)網(wǎng)工程 姓名 李延暉 學(xué)號(hào) 201400804019 上課地點(diǎn) 啟智樓41221 開發(fā)板電路原理圖圖1 開發(fā)板電路原理圖二電路模塊劃分及功能簡(jiǎn)介 1.單片機(jī)最小系統(tǒng)模塊圖1-1單片機(jī)最小系統(tǒng)模塊圖簡(jiǎn)單功能介紹： 單片機(jī)最小系統(tǒng)，也叫做單片機(jī)最小應(yīng)用系統(tǒng)，是指用最少的原件組成單片機(jī)可以工作的系統(tǒng)。單片機(jī)最小系統(tǒng)的三要素就是電源、晶振、復(fù)位電路。型號(hào)名稱：AT89S52主要使用方法： 客房控制系統(tǒng)的最大特點(diǎn)是輸入、輸出開關(guān)量多，主控制器單片機(jī)已有的I/O口不能滿足使用需求，需要進(jìn)行擴(kuò)展。為降低成本，

2、采用簡(jiǎn)單的TTL電路擴(kuò)展I/O口，即單片機(jī)的P2.0、P2.1口地址信號(hào)作為譯碼器74LS139的輸入信號(hào)，74LS139的輸出信號(hào)作為總線驅(qū)動(dòng)器74LS244的片選信號(hào)，74LS244的8個(gè)輸出腳分別接單片機(jī)P0口的8位，通過(guò)片選74LS244單片機(jī)即可把74LS244輸入腳上的數(shù)據(jù)讀入，其I/O輸入接口電路如圖2所示。IG01IG08是一組弱電端子輸入信號(hào)線，它們分別和8個(gè)弱電開關(guān)相連。由于系統(tǒng)有24個(gè)開關(guān)輸入量，因此，電路共用了3個(gè)74LS244，當(dāng)片選信號(hào)CS1CS3中有一個(gè)有效時(shí)，其對(duì)應(yīng)74LS244上的數(shù)據(jù)就被讀入到單片機(jī)中。典型應(yīng)用電路：圖1-2 典型應(yīng)用電路在本系統(tǒng)中的功能：

3、作為控制核心原件進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集分析運(yùn)算，協(xié)調(diào)各個(gè)管口及原件形成完整的控制系統(tǒng)。圖1-3 AT89S52的實(shí)物圖圖1-4 AT89S52的外形尺寸圖 圖1-5 AT89S52元件符號(hào) 圖1-6 PCB電路符號(hào)2.A/D、D/A模塊3顯示、指示模塊（1）液晶顯示模塊：圖3-1-1 液晶顯示模塊圖簡(jiǎn)單功能介紹： 液晶顯示模塊是即“Liquid Crystal Display Module”，簡(jiǎn)稱“LCM”，是一種將液晶顯示器件、連接件、集成電路、PCB線路板、背光源、結(jié)構(gòu)件裝配在一起的組件。主要完成液晶顯示器的連接功能。核心元器件1：型號(hào)LCD1602 名稱：工業(yè)字符型

4、液晶 主要使用方法： 1602液晶也叫1602字符型液晶，它是一種專門用來(lái)顯示字母、數(shù)字、符號(hào)等的點(diǎn)陣型液晶模塊。它由若干個(gè)5X7或者5X11等點(diǎn)陣字符位組成，每個(gè)點(diǎn)陣字符位都可以顯示一個(gè)字符，每位之間有一個(gè)點(diǎn)距的間隔，每行之間也有間隔，起到了字符間距和行間距的作用，正因?yàn)槿绱怂运荒芎芎玫仫@示圖形（用自定義CGRAM，顯示效果也不好）。1602LCD是指顯示的內(nèi)容為16X2,即可以顯示兩行，每行16個(gè)字符液晶模塊（顯示字符和數(shù)字）。1602液晶模塊內(nèi)部的字符發(fā)生存儲(chǔ)器已經(jīng)存儲(chǔ)了160個(gè)不同的點(diǎn)陣字符圖形，每一個(gè)字符都有一個(gè)固定的代碼，顯示時(shí)，模塊把地址中的點(diǎn)陣字符圖形顯示出來(lái)，就能看到字母

5、。典型應(yīng)用電路：基于單片機(jī)的LCD1602液晶顯示電路 圖3-1-2 LCD1602實(shí)物圖 圖3-1-3 LCD1602外形尺寸圖 圖3-1-4 LCD1602原理圖的元件符號(hào) 圖3-1-5 PCD圖 圖3-1-6 LCD典型應(yīng)用電路圖（2）核心元器件2： 名稱：128*64點(diǎn)陣液晶模塊，型號(hào)12864點(diǎn)陣液晶。主要使用方法：對(duì)12864的所有操作概括起來(lái)有4種：1）、讀忙狀態(tài)（同時(shí)讀出指針地址內(nèi)容），初始化之后每次對(duì)12864的讀寫均要進(jìn)行忙檢測(cè)。2）、寫命令：所有的命令可以查看指令表，后續(xù)講解指令的詳細(xì)用法。寫地址也是寫指令。3）、寫數(shù)據(jù)：操作對(duì)象有DDRAM、CGRAM、GDRAM。4）

6、、讀數(shù)據(jù)：操作對(duì)象也是DDRAM、CGRAM、GDRAM。DDRAM內(nèi)部存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)是字符的編碼，可以寫入的編碼有ASCII碼、GB2312碼、BIG5碼。典型應(yīng)用電路：基于51單片機(jī)的控制液晶顯示電路 圖3-2-1 LCD12864實(shí)物圖 圖3-2-2 LCD12864外形尺寸圖 圖3-2-3 原理圖元件符號(hào) 圖3-2-4 PCD文檔下的實(shí)物圖 圖3-2-5 典型應(yīng)用電路圖測(cè)試硬件電路圖（2）數(shù)碼管顯示模塊圖1 數(shù)碼管顯示模塊簡(jiǎn)單功能介紹：數(shù)碼管是一類價(jià)格便宜 使用簡(jiǎn)單，通過(guò)對(duì)其不同的管腳輸入相對(duì)的電流，使其發(fā)亮，從而顯示出數(shù)字能夠顯示 時(shí)間、日期、溫度等所有可用數(shù)字表示的參數(shù)的器件。在電器特

7、別是家電領(lǐng)域應(yīng)用極為廣泛，如顯示屏、空調(diào)、熱水器、冰箱等等。絕大多數(shù)熱水器用的都是數(shù)碼管，其他家電也用液晶屏與熒光屏。核心元器件型號(hào)：四位0.56數(shù)碼管5461BS主要使用方法： 共陽(yáng)極數(shù)碼管 單片機(jī)編程設(shè)置段選和位選，給I/O口寫“0”選通。四位共陽(yáng)極數(shù)碼管，位控制端(1-4)給高電平使能相應(yīng)的位，筆段控制端(A-B、DP.)給低電平可點(diǎn)亮。 1）直流驅(qū)動(dòng)是指每個(gè)數(shù)碼管的每一個(gè)段碼都由一個(gè)單片機(jī)的I/O端口進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，或者使用如BCD碼二-十進(jìn)制譯碼器譯碼進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。優(yōu)點(diǎn)是編程簡(jiǎn)單，顯示亮度高，缺點(diǎn)是占用I/O端口多。 2）動(dòng)態(tài)顯示驅(qū)動(dòng)是將所有數(shù)碼管通過(guò)分時(shí)輪流控制各個(gè)數(shù)碼管的的COM端，就使各

8、個(gè)數(shù)碼管輪流受控顯示。將所有數(shù)碼管的8個(gè)顯示筆劃"a,b,c,d,e,f,g,dp"的同名端連在一起，另外為每個(gè)數(shù)碼管的公共極COM增加位選通控制電路，位選通由各自獨(dú)立的I/O線控制，當(dāng)單片機(jī)輸出字形碼時(shí)，所有數(shù)碼管都接收到相同的字形碼，但究竟是那個(gè)數(shù)碼管會(huì)顯示出字形，取決于單片機(jī)對(duì)位選通COM端電路的控制，所以我們只要將需要顯示的數(shù)碼管的選通控制打開，該位就顯示出字形，沒(méi)有選通的數(shù)碼管就不會(huì)亮。典型應(yīng)用電路及在本系統(tǒng)中的功能：1）典型應(yīng)用電路圖2 典型應(yīng)用電路2)在本系統(tǒng)中的功能: 8位數(shù)碼管顯示，通過(guò)單片機(jī)編程可實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)顯示與靜態(tài)顯示。 圖3 實(shí)物圖 圖4 外形尺寸圖

9、圖5 原理圖元件符號(hào) 圖6 PCB電路圖符號(hào)4.采集、報(bào)警、控制模塊5.鍵盤模塊 圖1 4*4矩陣鍵盤模塊圖簡(jiǎn)單功能介紹：AT89C51單片機(jī)對(duì)4*4矩陣鍵盤進(jìn)行動(dòng)態(tài)掃描，當(dāng)有按鍵盤的鍵時(shí)，可將相應(yīng)按鍵值（0F）實(shí)時(shí)顯示在數(shù)碼管上。由p1.0p1.3(列)和p1.4p1.7（行）組成4*4矩陣鍵盤，p0口接LED靜態(tài)顯示電路。由于p0口內(nèi)部無(wú)上拉電阻，因此必須外部接上上拉電阻，其值的選擇可以根據(jù)LED數(shù)碼管發(fā)光電流及其亮度來(lái)決定。通過(guò)編寫4*4鍵盤的驅(qū)動(dòng)程序，當(dāng)有鍵盤按下時(shí)，能夠在數(shù)碼管顯示器與按鍵的鍵值對(duì)應(yīng)的數(shù)字。核心元器件：按鍵主要使用方法：可以通過(guò)單片機(jī)進(jìn)行編程與其他設(shè)備如led顯示器、

10、數(shù)碼管等實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)功能。典型應(yīng)用電路：圖2 典型應(yīng)用電路在本系統(tǒng)中的功能：在單片機(jī)中正好可以用一個(gè)p口實(shí)現(xiàn)16個(gè)按鍵功能，這也是單片機(jī)系統(tǒng)中最常見的形式。用AT89C51單片機(jī)對(duì)4*4矩陣鍵盤進(jìn)行動(dòng)態(tài)掃描，當(dāng)按鍵盤的鍵時(shí)，可以將相應(yīng)的按鍵值（0F）實(shí)時(shí)顯示在數(shù)碼管上。4*4矩陣鍵盤是用4條I/O線作為行線，4條I/O線作為列線，在行線和列線的交叉點(diǎn)上設(shè)置一個(gè)按鍵，每個(gè)按鍵有它的行值和列值。在“單片機(jī)系統(tǒng)”區(qū)域中，把單片機(jī)的P1.0P1.7端口通過(guò)8聯(lián)撥動(dòng)撥碼開關(guān)連接到“4×4行列式鍵盤”區(qū)域的相應(yīng)端口上。圖3 實(shí)物圖 圖4 外形尺寸圖 圖5 元件符號(hào) 圖6 PCB電路圖符號(hào)6.接口模塊

11、圖6-1核心模塊1串口RS232功能介紹：串行接口簡(jiǎn)稱串口，也稱串行通信接口或串行通訊接口（通常指COM接口），是采用串行通信方式的擴(kuò)展接口。串行接口 (Serial Interface) 是指數(shù)據(jù)一位一位地順序傳送，其特點(diǎn)是通信線路簡(jiǎn)單，只要一對(duì)傳輸線就可以實(shí)現(xiàn)雙向通信（可以直接利用電話線作為傳輸線），從而大大降低了成本，特別適用于遠(yuǎn)距離通信，但傳送速度較慢。一條信息的各位數(shù)據(jù)被逐位按順序傳送的通訊方式稱為串行通訊。串行通訊的特點(diǎn)是：數(shù)據(jù)位的傳送，按位順序進(jìn)行，最少只需一根傳輸線即可完成；成本低但傳送速度慢。串行通訊的距離可以從幾米到幾千米；根據(jù)信息的傳送方向，串行通訊可以進(jìn)一步分

12、為單工、半雙工和全雙工三種。圖6-2實(shí)物圖圖6-3尺寸圖圖6-4原理圖圖6-5PCB圖使用方法及典型應(yīng)用電路圖6-6引腳圖與PC通信時(shí)通信過(guò)程中只有兩個(gè)腳參與通信2腳：電腦的輸入RXD3腳：電腦的輸出TXD 通過(guò)2 ，3 腳就可以實(shí)現(xiàn)全雙工(可同時(shí)收發(fā))的串行異步通信5腳：接地RS232的引腳電路連接完成(就三個(gè)腳)對(duì)于單片機(jī)圖6-7典型應(yīng)用電路單片機(jī)的P3口是有兩個(gè)復(fù)用接口RXD 和TXD 這是單片機(jī)進(jìn)行串行通信的收發(fā)口 連接應(yīng)該錯(cuò)位的對(duì)應(yīng)到電腦的TDX RDX上注意：?jiǎn)纹瑱C(jī)和rs232的電平標(biāo)準(zhǔn)是不一樣的單片機(jī)的電平標(biāo)準(zhǔn) TTL電平 ：+5V表示1 0V表示0Rs232的電平標(biāo)準(zhǔn) +15/

13、+13 V表示1 -15/-13 表示0所以 單片機(jī)與電腦串口通信就應(yīng)該遵循下面的連接方式：在單片機(jī)與上位機(jī)給出的rs232口之間 通過(guò)電平轉(zhuǎn)換電路(Max232芯片) 實(shí)現(xiàn)TTL電平與RS232電平之間的轉(zhuǎn)換2.ISP接口圖6-2-1實(shí)物圖圖6-2-2尺寸圖圖6-2-3原理圖圖6-2-4PCB圖功能介紹及典型應(yīng)用電路ATMEL指定的ISP_10PIN標(biāo)準(zhǔn)接口ISP下載接口設(shè)計(jì)ISP下載接口，不需要任何的外圍零件。使用雙排25插座。由于沒(méi)有外圍零件，故PB5（MOSI）、PB6（MISO）、PB7（SCK）、復(fù)位腳仍可以正常使用，不受ISP的干擾。重要說(shuō)明：實(shí)際應(yīng)用時(shí)，如果你想簡(jiǎn)化零件，可以不

14、焊接25座。但在PCB設(shè)計(jì)時(shí)最好保留這個(gè)空位，以便以后升級(jí)AVR內(nèi)的軟件。ISP接口定義標(biāo)準(zhǔn)SPI接口（串行外圍設(shè)備接口SPI（serial peripheral interface）總線技術(shù)）是以主從方式工作的,這種模式通常有一個(gè)主器件和一個(gè)或多個(gè)從器件,其接口包括以下四種信號(hào)：（1）MOSI 主器件數(shù)據(jù)輸出,從器件數(shù)據(jù)輸入（2）MISO 主器件數(shù)據(jù)輸入,從器件數(shù)據(jù)輸出（3）SCLK 時(shí)鐘信號(hào),由主器件產(chǎn)生 （4）/SS 從器件使能信號(hào),由主器件控制MOSI （SPI Bus Master Output/Slave Input） SPI 總線主輸出/ 從輸入MISO （SPI Bus Mas

15、ter Input/Slave Output) SPI 總線主機(jī)輸入/ 從機(jī)輸出7.電源模塊圖7-1核心模塊 該模塊中作為電壓轉(zhuǎn)換穩(wěn)定的元件是7805正三端穩(wěn)壓器在本設(shè)計(jì)中的作用：電源供電模塊對(duì)于一個(gè)完整的電子設(shè)計(jì)來(lái)講，首要問(wèn)題就是為整個(gè)系統(tǒng)提供電源供電模塊，電源模塊的穩(wěn)定可靠是系統(tǒng)平穩(wěn)運(yùn)行的前提和基礎(chǔ)。52片機(jī)雖然使用時(shí)間最早、應(yīng)用范圍最廣，但是在實(shí)際使用過(guò)程中，一個(gè)和典型的問(wèn)題就是相比其他系列的單片機(jī)，52片機(jī)更容易受到干擾而出現(xiàn)程序跑飛的現(xiàn)象，克服這種現(xiàn)象出現(xiàn)的一個(gè)重要手段就是為單片機(jī)系統(tǒng)配置一個(gè)穩(wěn)定可靠的電源供電模塊。圖7-2原理圖圖7-3PCB圖圖7-4實(shí)物圖,圖7-5尺寸圖圖7-6

16、引腳功能壓器780578XX系列集成穩(wěn)壓器的典型應(yīng)用電路如下圖所示，這是一個(gè)輸出正5V直流電壓的穩(wěn)壓電源電路。IC采用集成穩(wěn)壓器7805，C1、C2分別為輸入端和輸出端濾波電容，RL為負(fù)載電阻。當(dāng)輸出電較大時(shí)，7805應(yīng)配上散熱板。 7-7典型電路圖8.時(shí)鐘模塊圖8-1核心元件 本模塊使用了ds1302時(shí)鐘模塊DS1302有12個(gè)寄存器，其中有7個(gè)寄存器與日歷、時(shí)鐘相關(guān)，存放的數(shù)據(jù)位為BCD碼形式,其日歷、時(shí)間寄存器及其控制字此外，DS1302 還有年份寄存器、控制寄存器、充電寄存器、時(shí)鐘突發(fā)寄存器及與RAM相關(guān)的寄存器等。時(shí)鐘突發(fā)寄存器可一次性順序讀寫除充電寄存器外的所有寄存器內(nèi)容。 DS1

17、302與RAM相關(guān)的寄存器分為兩類：一類是單個(gè)RAM單元，共31個(gè)，每個(gè)單元組態(tài)為一個(gè)8位的字節(jié)，其命令控制字為C0HFDH，其中奇數(shù)為讀操作，偶數(shù)為寫操作；另一類為突發(fā)方式下的RAM寄存器，此方式下可一次性讀寫所有的RAM的31個(gè)字節(jié)，命令控制字為FEH(寫)、FFH(讀)。圖8-2實(shí)物圖8-4原理圖8-5PCB圖Ds1302功能介紹及典型電路：DS1302的引腳排列,其中Vcc2為主電源，VCC1為后備電源。在主電源關(guān)閉的情況下，也能保持時(shí)鐘的連續(xù)運(yùn)行。DS1302由Vcc1或Vcc2兩者中的較大者供電。當(dāng)Vcc2大于Vcc1+0.2V時(shí)，Vcc2給DS1302供電。當(dāng)Vcc2小于Vcc1

18、時(shí)，DS1302由Vcc1供電。X1和X2是振蕩源，外接32.768kHz晶振。RST是復(fù)位/片選線，通過(guò)把RST輸入驅(qū)動(dòng)置高電平來(lái)啟動(dòng)所有的數(shù)據(jù)傳送。RST輸入有兩種功能：首先，RST接通控制邏輯，允許地址/命令序列送入移位寄存器；其次，RST提供終止單字節(jié)或多字節(jié)數(shù)據(jù)傳送的方法。當(dāng)RST為高電平時(shí)，所有的數(shù)據(jù)傳送被初始化，允許對(duì)DS1302進(jìn)行操作。如果在傳送過(guò)程中RST置為低電平，則會(huì)終止此次數(shù)據(jù)傳送，I/O引腳變?yōu)楦咦钁B(tài)。上電運(yùn)行時(shí)，在Vcc>2.0V之前，RST必須保持低電平。只有在SCLK為低電平時(shí)，才能將RST置為高電平。I/O為串行數(shù)據(jù)輸入輸出端(雙向)，后面有詳細(xì)說(shuō)明。SCLK為時(shí)鐘輸入端。8-6典型應(yīng)用電路四、總結(jié) 51單片機(jī)開發(fā)板也稱51單片機(jī)實(shí)驗(yàn)板、51單片機(jī)學(xué)習(xí)板,是用于學(xué)習(xí)51型號(hào)的單片機(jī)的實(shí)驗(yàn)及學(xué)習(xí)器件，它將51單片機(jī)常用的外圍集成在一小塊電路板上，可以直接插在PC機(jī)上面，便于攜帶和學(xué)習(xí)，另外一些中小型項(xiàng)目也可以直接在此板上面進(jìn)行二次開發(fā)，開發(fā)完成后即可以在