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1、单片机学习板89C51-IV（STC89C51系列）西安石油大学电子工程学院二00八年九月1. 系统概述89C51-III单片机学习板是一款基于8位单片机处理芯片STC89C52RC的系统。其功能强大，可以实现单片机开发的多种要求，学习、开发者可以根据需要选配多种常用模块，达到实验及教学的目的。89C51-III单片机学习板功能强大，具有报警，跑马灯、串行通信（max232）、段码液晶（msm0801LCD）和字符液晶显示(LCD1602)、电机控制(L298)、A/D转换(TLC2543)、D/A转换(TLC5615)、温度采集(DS1602)、数字信号合成(AD9851)、实时时钟电路(D
2、S1302)、420mA输出、PWM输出（UC3842）、红外检测（KSM-603LM）控制等十七种功能，供学习者学习开发使用。89C51-III单片机学习板采用的芯片都是常用芯片，使学习者对常用电子产品进一步学习理解。2. 系统原理2.1系统组成图1-1 系统原理图2.2 主CPU电路主CPU电路选用STC89C52RC系列单片机，STC89C52RC是采用8051核的ISP（In System Programming）在系统可编程芯片，最高工作时钟频率为80MHz，片内含8K Bytes的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，器件兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构，
3、芯片内集成了通用8位中央处理器和ISP Flash存储单元，具有在系统可编程（ISP）特性，配合PC端的控制程序即可将用户的程序代码下载进单片机内部，省去了购买通用编程器，而且速度更快。STC89C52RC系列单片机是单时钟/ 机器周期(1T)的兼容8051 内核单片机，是高速/ 低功耗的新一代8051 单片机，全新的流水线/ 精简指令集结构,内部集成MAX810 专用复位电路。STC89C51系列单片机的特点：(1) 增强型 1T 流水线/ 精简指令集结构 8051 CPU(2) 工作电压：3.4V - 5.5V （5V 单片机） / 2.0V - 3.8V （3V 单片机）(3) 工作频率
4、范围：0 - 35 MHz，相当于普通8051 的 0420MHz.实际工作频率可达48MHz.(4)用户应用程序空间12K / 10K / 8K / 6K / 4K / 2K 字节(5) 片上集成 512 字节 RAM(6) 通用I/O 口（27/23个），复位后为： 准双向口/ 弱上拉（普通8051 传统I/O 口）可设置成四种模式：准双向口/ 弱上拉，推挽/ 强上拉，仅为输入/ 高阻，开漏每个I/O 口驱动能力均可达到20mA，但整个芯片最大不得超过55mA(7) ISP（在系统可编程）/IAP（在应用可编程），无需专用编程器可通过串口（P3.0/P3.1）直接下载用户程序，数秒即可完成
5、一片(8) EEPROM 功能(9) 看门狗(10)内部集成MAX810 专用复位电路（外部晶体20M 以下时，可省外部复位电路）(11)时钟源：外部高精度晶体/ 时钟，内部R/C 振荡器。用户在下载用户程序时，可选择是使用内部R/C 振荡器还是外部晶体/ 时钟。常温下内部R/C 振荡器频率为：5.2MHz 6.8MHz。精度要求不高时，可选择使用内部时钟，因为有温漂，请选4MHz 8MHz(12)有2个16 位定时器/ 计数器(13)外部中断2 路,下降沿中断或低电平触发中断,Power Down 模式可由外部中断低电平触发中断方式唤醒(14)PWM ( 4 路）/ P C A（可编程计数器
6、阵列），也可用来再实现4个定时器或4个外部中断(上升沿中断/ 下降沿中断均可支持)(15) STC89Cc516AD具有ADC功能。 10 位精度ADC，共8 路(16) 通用异步串行口(UART)(17) SPI 同步通信口， 主模式/ 从模式(18)工作温度范围： 0 - 75 / -40 - +85(19)封装： PDIP-28，SOP-28，PDIP-20，SOP-20，PLCC-32,TSSOP-20(超小封状，定货)STC89C52RC系列单片机为真正的看门狗，缺省为关闭（冷启动），启动后无法关闭，可省去外部看门狗。此系列单片机P4口地址为E8H，并有2个附加外部中断，P4.2/I
7、NT3,P4.3/INT2。晶振电路部分，使用11.0592M晶体，和20PF的电容。在复位电路中，采用阻容复位时，电容为10uF，电阻为10k；晶振及复位电路如图2.1。因为STC89C52RC系列单片机RESET脚内部没有下拉电阻，必须接10k电阻。图2.1晶振及复位电路2.3 电源电路：电源电路采用外部供电的方式，通过变压器将220V交流电转变为12V，再通过接口J0向实验板供电，为保护系统的安全性，增加了开关k0,防止因电源不当引起硬件的烧坏，电源经过k0后，经过整流桥，再通过电源芯片7805和7809得到+5V和+9V，为系统及周围芯片提供电源。电源供电原理图如图2.2图2.2电源供
8、电原理图2.4 报警器电路报警器电路如图2.3所示，使用三极管9012进行驱动控制。用单片机控制引脚P3.2控制报警器工作，实现报警功能。图2.3 报警器电路与STC89C52RC的连接2.5 按键系统设计有三路独立的输入按键，按键直接接入到单片机的P1口，键盘电路如图2.4所示。当按键未按下时，由于上拉电阻的作用，单片机检测到引脚为高电平；当按键被按下时，单片机检测到引脚为低电平。所以只要通过检测相应端口的状态的变化，就可以检测到是否有按键按下。图2.4键盘电路与STC89C52RC的连接2.6 跑马灯电路系统跑马灯模块设计中，发光二极管LED作为指示器件，用亮或灭或是颜色的变化来告诉系统的
9、或某个模块的工作状态。 在该系统跑马灯模块设计中，由于考虑到P2口使用的外围器件比较多，同时使用时，可能使端口的驱动能力下降。为了使以后P2口更易于扩展，在P2口加入缓冲驱动器SN7407，提高P2口的驱动能力。跑马灯电路如图2.5所示：图2.5 跑马灯电路与STC89C52RC的连接2.7串行通信模块2.7.1. RS232接口电路系统设计了RS232接口电路，来实现系统与PC机串口通讯。在此系统中RS232接口电路主要用来将用户程序下载进控制器。用户通过USB线将程序代码送入RS232串口J9，经MAX232将程序下载进单片机。接线方法如图2.6.1。用户也可在自己的目标系统上，可将P3.
10、0/P3.1 经过RS-232 电平转换器转换后连接到电脑的普通RS-232 串口，就可以在系统编程/ 升级用户软件。建议如果用户板上无RS-232 电平转换器，应引出一个插座，含 Gnd / P3.1 / P3.0 / Vcc 四个信号线，当然如能引出Gnd / P3.1 / P3.0 / Vcc / P1.1 /P1.0 六个信号线为最好，这样就可以在用户系统上直接编程了。关于ISP 编程的原理及应用指南详见附录部分“STC12C5410AD 系列单片机 ISP 编程 原理 工具使用说明” 部分。图2.6.1 RS232、与TTL电平转换电路与STC89C52RC的连接2.7.2. RS4
11、85接口电路RS485是一个半双工通信的接口电路，其电路采用MAX485。利用RS485接口可方便实现多一机对多机的组网通信。P3.5为收发控制脚。电路如图2.6.2图2.6.2 RS485接口电路与STC89C52RC的连接2.8液晶显示模块系统设计中，液晶显示采用SMS0801 LCM液晶屏。SMS0801 LCM可以显示8位带小数点数字，采用串行接口，使用方便，只需将1，2脚接电源地，3脚接单片机P1.6，4，5脚接电源，6脚接单片机P1.3即可实现显示。如图2.7所示。 表1 SMS0801 LCM 使用说明一 主要技术参数显示容量8位带小数点数字芯片工作电压2.7v5.5v工作电流2
12、0uA(3.0V)字 高10.7mm环境相对湿度85视 角6:00工作温度-10+50显示方式反射式正显式存储温度-20+60接口方式串行接口二接口信号说明1 VSS:电源地2 VSS：电源地3 CLK：串行移位脉冲输入4 VDD：电源正极5 VDD：电源正极输入6 DI：串行数据输入三、SMS0401地址映射表LCDBUFD7D6D5D4D3D2D1D00A1B1C1D1E1F1G1H11A2B2C2D2E2F2G2H22A3B3C3D3E3F3G3H33A4B4C4D4E4F4G4H44A5B5C5D5E5F5G5H55A6B6C6D6E6F6G6H66A7B7C7D7E7F7G7H77A
13、8B8C8D8E8F8G8H8图2.7 SMS0801的结构图2.9电机控制模块电机控制模块中采用驱动二相和四相步进电机的专用芯片L298来完成，其内部包含4通道逻辑驱动电路，具有双电机控制功能，内含二个H桥的高电压大电流双全桥式驱动器，接收标准TTL逻辑电平信号，可驱动46V、2A以下的电机。 这种驱动电路可以很方便实现直流电机的四象限运行，分别对应正转、正转制动、反转、反转、制动等功能。为了进一步将功能扩展，将L298的输出out1,out2,out3,out4经扩展口J6,J7扩展出来。电机控制电路接线图如图2.8所示。表2-2 为电机控制功能表表2-2 电机控制功能表输入电机状态备注V
14、en(6脚、11脚)C(5脚、10脚)D(7脚、12脚)HHL正转电机转动LH反转00停止电机被制动11停止LX（任意）X（任意）停止电机不受控制图2.8 电机控制电路与STC89C52RC的连接2.10 A/D模块系统使用12位模数转换器TLV2543来实现，TLVC2543采用串行接口，具有11路输入，有三个控制输入端为CS(片选)、输入/输出时钟(I/OCLOCK)以及串行数据输入端(DATAINPUT)。片内的14通道多路器可以选择11个输入中的任何一个或3个内部自测试电压中的一个,采样保持是自动的,转换结束,EOC输出变高。主要特性如下：11个模拟输入通道；66ksps的采样速率;最大转换时间为10s；SPI串行接口；线性度误差最大为1LSB；低供电电流(1mA典型值)；TLC2543与STC89C52的连接如图2.9所示。TLC2543的I/O时钟、数据输入、片选信号由P2.1、P2.2、P2.0提供,转换结果由P2.3口串行读出。另外将11路输入端接J3扩展接口，以便信号输入。图2.9 A/D转换电路与STC89C52RC的连接2.11 D/A模块TLV5615是一个10位电压输出数模转换器（DAC），
