1单片机最小系统硬件设计报告

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1、项目教学法的精髓就是“遇到问题不要逃避它！应该越挫越勇”- 1 -单片机最小系统设计报告1 基本原理分析1.1 单 片 机 简 介单片机又叫单片微型计算机 ，是采用超大规模集成电路技术把 CPU、RAM、ROM 、多种 I/O 口和中断系统、定时器/计时器等功能集成到一块硅片上构成的一个小而完善的微型计算机系统。常见的单片机有很多型号，外观如下图所示。图 1 各种单片机的外观芯 片 的 显 微 图 如 下 所 示 。我 们 不 设 计 芯 片 ，也 不 需 要 对 芯 片 的 内 部 结 构 作 过 多 了 解 ， 为 了 理 解单 片 机 的 工 作 原 理 ，我 们 绘 制 单 片 机 的

2、 内 部 方 框 图 如 下 :图 2 单片机的显微图 图 3 单片机的内部方框图教 材 上 花 费 大 量 的 篇 幅 去 讲 解 单 片 机 的 结 构 和 原 理 ， 其 实 太 详 细 地 学 习 冗 长 的 工 作 原 理 也 没有 用 ， 反 而 让 同 学 们 在 花 费 长 时 间 以 后 产 生 疲 劳 。 重 要 的 是 如 何 快 速 学 会 用 单 片 机 设 计 电 子 产 品 。1.2 单 片 机 的 特 点单 片 机 具 有 体 积 小 、 功 耗 低 、 控 制 功 能 强 、 扩 展 灵 活 、 微 型 化 和 使 用 方 便 等 优 点 。 因此广泛地应用于

3、家用电器、工农业自动化控制、导弹自动跟踪、电子仪表等领域。1.3.单 片 机 的 广 泛 应 用现 代 人 类 生 活 中 所 用 的 几 乎 每 件 电 子 和 机 械 产 品 中 都 会 集 成 有 单 片 机 。 手 机 、 电 话 、 计算器、家 用 电 器 、 电 子 玩 具 、 掌上电脑以 及 鼠 标 等 电 脑 配 件 中 都 配 有 1-2 部 单 片 机 。 汽 车 上 一 般 配 备 40多 部 单 片 机 。 飞 机 上 各 种 仪 表 的 控 制 ， 计 算 机 的 网 络 通 讯 与 数 据 传 输 ， 工 业 自 动 化 过 程 的 实 时 控 制和 数 据 处 理

4、 ， 广 泛 使 用 的 各 种 智 能 IC 卡 ， 民 用 豪 华 轿 车 的 安 全 保 障 系 统 ， 录 像 机 、 摄 像 机 、 全 自动 洗 衣 机 的 控 制 ， 以 及 程 控 玩 具 、 电 子 宠 物 、 机 器 人 、 智 能 仪 表 、 医 疗 器 械 等 等 ， 这 些 都 离 不 开 单片 机 。 举 例 如 下 ：单 片 机 在 电 子 仪 表 中 的 应 用 。 结 合 不 同 类 型 的 传感器， 可 实 现 诸 如 电 压 、 电 流 、 功率、 频 率 、湿 度 、 温 度 、 流 量 、 速 度 、 厚 度 、 角 度 、 长 度 、 硬 度 、 元

5、 素 、 压 力 等 物 理 量 的 测 量 。 采 用 单 片 机 控 制使 得 仪 器 仪 表 数 字 化 、 智 能 化 、 微 型 化 ， 且 功 能 比 起 采 用 电 子 或 数字电路更 加 强 大 。单 片 机 在 自 动 化 控 制 中 的 应 用 。 用 单 片 机 可 以 构 成 形 式 多 样 的 控 制 系 统 、 数据采集系统、 通 信项目教学法的精髓就是“遇到问题不要逃避它！应该越挫越勇”- 2 -系 统 、 信 号 检 测 系 统 、 无 线 感 知 系 统 、 测 控 系 统 、 机 器 人 等 应 用 控 制 系 统 。 例 如 工 厂 流 水 线 的 智 能

6、化 管 理 ， 电 梯 智 能 化 控 制 、 各 种 报 警 系 统 ， 与 计 算 机 联 网 构 成 二 级 控 制 系 统 等 。单 片 机 在 家 用 电 器 中 的 应 用 。 现 在 的 家 用 电 器 广 泛 采 用 了 单 片 机 控 制 ， 从 电 饭 煲 、 洗 衣 机 、 电冰 箱 、 空 调 机 、 彩 电 、 其 他 音响视 频 器 材 。1.4 单 片 机 的 引 脚 不 同 单 片 机 引 脚 都 有 差 异 ， 一 般 来 说 8051 系 列 单 片 机 有 40 个 引 脚 。 包 括 2 个 电 源 脚 、 2 个 时钟 脚 、 1 个 复 位 脚 和

7、32 个 通 用 IO 脚 。 32 个 通 用 IO 脚 又 分 成 4 组 ， 分 别 叫 做 P0、 P1、 P2 和P3， P3 除 了 作 为 通 用 输 入 和 输 出 以 外 ， 还 有 一 些 特 殊 功 能 ， 详 情 请 参 考 单 片 机 教 材 。1.5 单 片 机 最 小 系 统单片机最小系统是指 。单片机最小系统一般包括 、 、 三部分。可是我们还需要一些别的接口才能连接更多的功能电路，因此还要增加 、 、 、 、 接口和 接口等。2.方案论证单片机选型：常用的单片机有 、 、 和凌阳单片机等。我们选择 ，是因为 。键盘选型：常用的键盘有 、 、 ，我们选择独立式按

8、键的原因是 显示器选型：常用的单片机显示器有 、 、 ，我们选择 LED数码管的原因是 项目教学法的精髓就是“遇到问题不要逃避它！应该越挫越勇”- 3 -3.电路设计3.1 最小系统电路原理图3.2 元件选型和参数计算1）时钟电路。为了设置通讯波特率，晶振选择 6 MHZ，根据经验，晶振配套的电容一般 30 PF2）稳压电路。三端稳压 1117 有 3.3V、5V 和可调三种。根据单片机的电源需求，选择 5 .5-3.3 V 的。3）显示驱动电路。先计算三极管的集电极工作电流。确定三极管的型号。数码管内部是 LED 发光管，数码管的一段点亮时，其最大电流为 20 mA，数码管全亮时，三极管的最

9、大电流应为 = 160 dI 8DCImA。 查阅 9015 和 8550 的英文资料，可知 Ic 分别为 100mA 、 500mA 。基本满足要求。计算三极管的基极偏置电阻. 三极管的基极驱动电阻应使三极管工作在饱和状态。根据经验我们知道 R= 1 K。但是我们要学会计算。计算方法如下：查资料可知三极管的放大倍数为 40-140 。则其基极电流应为 4mA CBI。根据欧姆定律，可知三极管的限流电阻 1K 。BbIVcR7.03.3 键盘电路设计采用独立式按键设计四个按钮，但是采用插接件与最小系统连接。项目教学法的精髓就是“遇到问题不要逃避它！应该越挫越勇”- 4 -K1、K2、K3、K4

10、 都各自独占一根 IO 线，分别是 、 、 、 没有按键的时候，对应的线全部为高电平；按下相应的键，对应的线就为低电平，其它的线仍为高电平。不考虑两个按键同时按下的情况，键值计算如下表：表 1 键值表P3 对应的端口P3.7 P3.6 P3.5 P3.4 P3.3 P3.2 P3.1 P3.0 键值端口值 8 4 2 1 8 4 2 1 K1 * * * *K2 * * * *K3 * * * *K4 * * * *读键盘的程序设计1） 要在读键盘的时候屏蔽无关的低 4 位，C51 的代码为： key_value = 2） 要根据键值确定按键的功能.最好采用分支语句,代码如下：Switch(

11、) case : ；break；case : ；break；case : ；break；case : ；break；4 安装调试：4.1 绘制 PCB 图项目教学法的精髓就是“遇到问题不要逃避它！应该越挫越勇”- 5 -4.2 焊接电路 先焊接贴片电阻、电容、三极管和指示灯， 焊接晶振， 焊接 DIP40 焊接输入输出插座4.3 硬件调试按以下四步开展 短路测试。先测量 与 之间是否有显著的短路，如有短路就必须排除短路，才能插电源。然后还要测量 与 之间是否短路。 电源测试。先不插芯片，插上电源、测量所有的 Vcc 是否为+5V。如果电源不正常，就要检查 下载测试。插上芯片和 ISP 后通电，

12、下载一个 LED 测试程序，看能否正常下载。如果不能下载，说明单片机系统还不能工作。如果不能正常下载，首先需要检查 ，然后检查 电路。如果电路没有发现问题，还是不能下载，则需要考虑是否 。 数码测试。如果能下载程序，说明单片机能正常工作，接上 LED 数码管，看能否正常显示。如果显示不正常，说明 和 有问题。4.4 LED 码表测试和计算自己设计的 LED 驱动电路可能与教材不同，不能参考教材上现成的码表，因此需要自己写一个程序来测试码表。通过观察显示规律，再计算码表测试程序的基本思路如下：1） 按照从低位到高位的顺序，每次只点亮数码管的 1 个段，显示 1 秒钟，就关闭 0.5 秒钟2） 到

13、最高位以后，熄灭 3 秒钟，从新开始循环。测试程序代码如下：项目教学法的精髓就是“遇到问题不要逃避它！应该越挫越勇”- 6 -按从右到左的顺序，将显示规律的代码填入下表，按照 8421 码的规律计算码表：特别注意:低电平有效,就是 0 亮灯,1 灭灯.P0 口 P0.7 P0.7 P0.7 P0.7 P0.7 P0.7 P0.7 P0.7 码表BCD 码 8 4 2 1 8 4 2 1显示规律数字“0”数字“1”数字“2”数字“3”数字“4”数字“5”数字“6”数字“7”数字“8”数字“9”根据上表，可将码表用 C 语言的数组表示为Led_table= , , , , , , , , , 5 总结采用 单片机设计了一个最小系统，该系统的时钟电路由 和 组成。设计了三极管驱动的 LED 驱动电路，通过理论计算确定了三极管的型号为 ，基极偏置电阻为 。设计了一个独立式按键电路。为了能连接输出电压信号的传感器，采用 设计了传感器的接口。通过测试，该电路能正常下载和显示。为进一步进行产品开发奠定了硬件基础。编写了一个测试程序，测试出 LED 的显示规律，并计算出 C 语言的码表。