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1、S-51单片机开发板设计 S-51单片机开发板设计 -单片机及应用设计实训报告姓 名： 学 号： 200801020121 班 级： 08级电子信息工程专业本科班 学 院： 计算机电子信息工程学院 时 间： 2010年11月15日12月3日 指导教师： 目录一前言2二单片机及各模块简介21.总体设计方案22.硬件模块简介32.1 S51单片机主控制模块32.2 键盘模块42.3 DS1302时钟模块42.4 串口通信模块52.5 LED数码管显示和流水灯模块52.6下载线模块62.7 蜂鸣器模块62.8 其他模块7三开发板（串口通信模块）设计原理介绍71实验项目要求71.1元器件功能介绍71.
2、2串口通信原理82原理图的绘制1021串口通信模块仿真电路设计103程序的编写113.1 keil操作过程113.2程序框图123.3USB模块电路原理图的绘制12四印刷板的焊接及流程14焊接流程14五调试及遭遇的问题解决方法141调试141.1程序下载141.2开发板调试152问题解决15六总结体会15附录：16串口通信C语言源程序16一前言近年来随着科技的飞速发展，单片机的应用正在不断深入，同时带动传统控制检测技术日益更新。在实时检测和自动控制的单片机应用系统中，单片机往往作为一个核心部件来使用，仅单片机方面知识是不够的，还应根据具体硬件结构软硬件结合，加以完善。本次实训的主要目的就是为了
3、学习单片机的基本理论知识，进而进行单片机的开发、实践和扩展，以更好的运用到实际的软硬件开发中去。此次单片机的实训目的如下：（1）掌握单片机的相关理论知识。学习单片机相关寄存器的配置，单片机内部结构及特点，存储器组织及外部接口，中断及串口功能，功能寄存器的相关配置，确定软硬件设计总体方案；（2）掌握硬件设计和软件设计的基本知识，学会使用基本的设计软件，依据总体的设计方案对单片机进行软硬件开发。在Protel中对单片机的各个功能模块进行外部电路的设计，在实现各个模块的功能的前提下充分合理利用单片机的内部资源和外围接口，以求最大限度的发挥单片机的功能。学会使用Keil C进行编辑、编译及仿真调试，实
4、现对单片机进行C语言开发。以Proteus为平台，对单片机外围各个功能模块进行软件仿真验证功能。（3）开发板板上资源的硬件实现及下载器的制作。对软硬件设计仿真验证功能无误后，将Protel绘制的PCB进行加工、焊接元器件，制作出S51开发板及下载器。二单片机及各模块简介1.总体设计方案本开发板共分为十个模块，分别是：S51单片机主控制器模块、键盘模块、DS1302时钟模块、数码管模块、LCDCPS364BR模块、ARK点阵模块、下载器模块、流水灯模块、蜂鸣器模块、电源模块。其中以S51单片机作为核心控制器；键盘模块用来向单片机输入特定编码的信息； DS1302时钟模块用来实现实时时钟；数码管模
5、块用来显示简单的数字、字母；LCD模块用来显示字母、数字、符号；点阵模块用来显示图像、符号、汉字；下载器模块用来实现S51单片机的ISP在线编程；流水灯模块用来显示单片机I/O口电平的变化；蜂鸣器模块用来发出声音。总体硬件电路如下图1所示： 图1 总体硬件电路2.硬件模块简介2.1 S51单片机主控制模块S51单片机最小系统包括：MCU、复位电路、晶振电路。S51系列单片机内部具有128字节RAM、5个中断源、32条I/O口线、2个16位定时器、4KB的程序存储器、一个全双工异步串行口,具有ISP在线编程功能，该单片机不需要烧写器，可在开发板上ISP在线编程， S51单片机除兼容C51单片机外
6、，还具有工作频率0至33MHz的高工作频率。 原理图如图2所示： 图2 主控制模块2.2 键盘模块按键模块，通过外部中断INT1实现按键功能，并通过软件编程识别按键K0-K3四个按键，进而实现相关功能，例如数码管显示字符数字的加减，LED灯速度的变换等。原理图如图3所示：2.3 DS1302时钟模块DS1302 的引脚如图4所示： 图3 按键模块 图4 DS1302引脚图Vcc1为后备电源，Vcc2为主电源。在主电源关闭的情况下，也能保持时钟的连续运行。DS1302由Vcc1或Vcc2两者中的较大者供电。当Vcc2高于Vcc1 + 0. 2V时，Vcc2给DS1302供电。当Vcc2低于Vcc
7、1时，DS1302由Vcc1 供电。X1、X2为振荡源，外接32. 768 kHz晶振。I/O为串行数据输入/输出端(双向)，SCL K为时钟输入端。RST是复位片选线，通过把RST输入驱动置为高电平来启动所有的数据传送。RST输入有两种功能：RST接通控制逻辑，允许地址/命令序列送入移位寄存器；RST提供了终止单字节或多字节数据的传送手段。当RST为高电平时，所有的数据传送被初始化，允许DS1302进行操作。如果在传送过程中置RST为低电平，则会终止此次数据传送，并且I/ O引脚变为高阻态。上电运行时，在Vcc高于2. 5V之前，RST必须保持低电平。只有在SCL K为低电平时，才能将RST
8、置为高电平。DS1302时钟模块的原理图如图5所示：图5 DS1302时钟原理图单片机与DS1302通过P1.1、P1.2、P1.3相连，分别为时钟信号线、输入输出线、复位信号线。DS1302的晶振引脚连接32768HZ的晶振。2.4 串口通信模块串口通信模块的原理图如图6所示：图6 串口通信模块的原理图单片机与MAX232通过P3.0、P3.1相连，分别为发送线、接收线，另外单片机要与MAX232共地。2.5 LED数码管显示和流水灯模块 LED显示器有静态显示和动态显示两种显示方式。LED静态显示方式：LED显示器工作于静态显示方式时，各位的共阴极（或共阳极）连接在一起并接地（或+5V）；
9、每位的段选线（adp）分别与一个8位的锁存器输出相连。各个LED的显示字符一经确定，相应锁存器的输出将维持不变，直到显示另一个字符为止。LED动态显示方式：在多位LED显示时，将所有位的段选线相应的并联在一起，有一个8位I/O口控制，形成段选线的多路复用。而各位的共阳极或共阴极分别由相应的I/O线控制，实现各位的分时选通。要各位LED能够显示出与本位相应的显示字符，就必须采用扫描显示方式，段选线上输出相应位要显示字节的段码。流水灯模块包含8个LED灯，单片机的P0口接10K上拉电阻，八个LED的负极依次连接单片机P0口的8个引脚，八个LED的正极依次与510欧姆的排阻的八个端子相连。 LED数
10、码管和流水灯模块原理图如图7： 图8 LCD数码管和流水灯模块2.6下载线模块下载器模块实现将USB信号转换为能通过SPI协议传输的信号，从而实现对单片机的编程。下载模块原理图如图9所示：图9 下载线接口模块 图10 蜂鸣器模块2.7 蜂鸣器模块单片机的P1.4与Q1的基极通过1K欧姆电阻连接，当P1.4为高电平时，Q1导通，Q1的发射极与集电极导通，将发射极下拉为低电平，蜂鸣器两端出现电位差，蜂鸣器发声；当P1.4为低电平时，Q1不导通，蜂鸣器两端没有电流流过，蜂鸣器不发声。2.8 其他模块I2C EEPROM模块用于程序或数据存储器的扩展功能，片外可最大扩展到64KB,地址为0000FFF
11、FH。此存储芯片支持电科擦除，即可写。电源模块通过整流电桥实现交直流的转换功能，直接供单片机使用。原理图如图11图12所示： 图11 电源模块 图12 I2C EEPROM模块 三开发板（串口通信模块）设计原理介绍1实验项目要求实验任务是通过串口通信实现单片机数据的自发自收以及双机通信功能，并且通过数码管循环显示0F来表现其实现过程。1.1元器件功能介绍AT89S51: At89s51 是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 8K 在系统可编程Flash 存储器。使用Atmel 公司高密度非 易失性存储器技术制造，与工业80C51 产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在
12、系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU和在系统可编程Flash，使得AT89S51为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。AT89S51具有以下标准功能：8k字节Flash，256字节RAM，32 位I/O口线，看门狗定时器，2个数据指针，三16位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口， 片内晶振及时钟电路。另外AT89S51 可降至0Hz 静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工 作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断
13、或硬件复位为止。8位微控制器 8K 字节在系统可编程 Flash AT89S51。 RS232：RS232是由电子工业协会(Electronic Industries Association，EIA) 所制定的异步传输标准接口。对于一般双工通信，仅需几条信号线就可实现，如一条发送线、一条接收线及一条地线。RS232与TTL电路之间需要进行电平和逻辑关系的变换。实现这种变换的方法可用分立元件，也可用集成电路芯片。MAX232芯片可完成TTLRS232双向电平转换。MAX232：MAX232芯片是RS232标准接口芯片，使用+5v单电源供电。是PC机与单片机串口进行通讯的电平转换芯片。内部结构基本
14、可分三个部分：第一部分是电荷泵电路。由1、2、3、4、5、6脚和4只电容构成。功能是产生+12v和-12v两个电源，提供给RS232串口电平的需要。第二部分是数据转换通道。由7、8、9、10、11、12、13、14脚构成两个数据通道。其中13脚（R1IN）、12脚（R1OUT）、11脚（T1IN）、14脚（T1OUT）为第一数据通道。8脚（R2IN）、9脚（R2OUT）、10脚（T2IN）、7脚（T2OUT）为第二数据通道。TTL/CMOS数据从T1IN、T2IN输入转换成RS232数据从T1OUT、T2OUT送到电脑DP9插头；DP9插头的RS232数据从R1IN、R2IN输入转换成TTL/CMOS数据后从R1OUT、R2OUT输出。第三部分是供电。15脚DNG、16脚VCC（+5V）。 图13 RS232芯片引脚图 图14 MAX232芯片引脚图1.2串
