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1、编号：079050241024本 科 毕 业 论 文题 目：基于51单片机的学习/开发板的设计 学 院：物理与电子信息学院 专 业：电子信息科学与技术 年级：07级(1)班 姓 名：刘志强 指导教师：周昆鹏 完成日期：2021年5月23日 目 录摘 要1Abstract2引 言3一设计方案31.1系统功能分析31.2芯片选型4二硬件设计82.1单片机最小系统电路的设计82.2输入局部的设计92.3显示局部的设计112.4AD和DA设计132.5串口的设计142.6其它电路设计15三开发板功能验证203.1矩阵键盘+数码管显示数字和字符203.2TLC2543+数码管显示0-5V可调直流电压21
2、3.3DAC0832+数码管控制发光二极管的亮暗显示223.41602显示字符233.5AT24C04+LCD显示单片机向外接ROM存取数据的过程243.6DS1302+1602显示实时时钟243.7串口实验25结 语27参考文献28致 谢29作者简介30摘 要为了让单片机使用者有更好的学习、应用和开发单片机系统的条件，在参考了许多单片机开发板设计的根底上，本文提出了一款资源丰富，使用简便，附带程序源代码的51单片机学习/开发板的详细设计方案。本设计是基于51单片机的学习/开发板，主要分为硬件系统的设计和软件功能验证两个局部。硬件局部涵盖了单片机学习及应用过程中使用到的大局部硬件资源，如LCD
3、显示器、AD和DA转换器、数码管显示器、键盘输入等。并具有一定的扩展性；软件附有各模块的C程序实例，可与硬件资源实现联调。为单片机的学习和开发提供软硬件资源平台。关键词：单片机；学习/开发板；硬件资源；C程序AbstractIn order to let single-chip microcomputer users are better learning, application and development of single-chip microcomputer system conditions, in reference to the many MCU development ba
4、sed on board design, this paper puts forward a paragraph is rich in resources, easy to use, the source code 51 single-chip microcomputer incidental learning/development board detailed design proposal.This design is based on 51 MCU learning/development board, mainly divides into hardware system desig
5、n and software design. Hardware covers the microcontroller learning and application process in use of the most hardware resources, such as LCD monitor, the AD and DA converter, digital tube display, etc., and has certain expandability; Software with each module with C program examples, hardware reso
6、urces to achieve the alignment. The learning and development for microcontroller provides software and hardware resource platform.Keywords: MCU；learning/development board；hardware；C program引 言随着电子技术的开展，单片机在电讯技术、工业控制、汽车自动化、家用电器等领域得到了广泛的应用，而51单片机由于其实用性好、可靠性高、便于扩展等特点得到了广泛的应用。为了更好的学习和应用单片机，可以将经常应用到的单片机外
7、围电路集成到一个学习/开发板上以供使用者方便使用。同时应提供常用的移植性较好的模块代码本设计选用C作为源代码的编写工具。市场上现存的单片机开发板很多，因此，要求设计尽量能够到达资源丰富、易用性好、设计美观等特点。本系统是基于51单片机的学习/开发板，集成了单片机应用过程中常用到的硬件资源，如键盘独立键盘、矩阵键盘、数码管、LCD显示器、模数和数模转换电路，外接存储等。为学习和开发单片机产品提供平台。一 设计方案1.1 系统功能分析 硬件功能1 输入功能系统需要有输入数据的功能，如按键输入。按键分为独立按键和矩阵按键，独立按键的特点是操作简便，矩阵按键有占用I/O口少的特点，考虑到实际应用中这两
8、种按键会经常用到，因此都要设计。2 显示功能系统选用三种显示方法，分别为LED显示、段数码管显示、LCD液晶显示器显示。以到达监控单片机工作状态和显示输出结果的目的。1 LED选择8个红色发光二极管，采用共阳接法即单片机输出0时二极管亮，输出1时二极管灭，用P0口输出数据，来显示端口的电平状态。2 数码管选择8位8段数码管作为单片机的数字和字符输出可显示数字“0-9，字符“a-f。数码管显示的特点是快速直观。3 LCD液晶选择字符型液晶显示器1602作为单片机输出字符的显示。3 模数和数模转换电路单片机在控制过程中经常要在外部采集到模拟信号，经模数转换转为单片机能够识别的数字信号处理后再转为模
9、拟信号输出，控制外设的正常运行。模数和数模转换的通信方式有串行和并行两种，为了到达学习的目的，要求模数转换用串行的通信方式，数模转换用并行的通信方式。4 串口及其他外围电路1 串口串口是单片机应用过程中最常用到的部件之一，它具有通信简单，通信用线少，可级联多个外设的特点，能够实现单片机与其他外设的通信。要求开发板实现串口的功能。2其它功能外接存储电路、实时时钟电路，报警电路等都应该具备。 软件功能单片机系统是由硬件资源和软件代码联合起来工作的。因此，作为一个完整的学习/开发板，还要求有必要的源代码，C语言既具有高级语言的特点，又具有汇编语言的特点，最重要的是，它具有很好的移植性，因此，它的应用
10、范围非常广泛，所以系统的所有实例代码都用C编写。为了使开发板学习和使用更加方便，设计中分模块编写源代码，比方将LCD液晶显示器和AT24C04的硬件功能联合起来编写一个验证代码。这样可以使使用者直观的把硬件和软件联合起来。1.2 芯片选型 单片机的选择单片机是将CPU、存储器、总线、I/O接口电路集成在一片超大规模集成电路芯片上。单片机具有体积小、功能全、价格低廉等突出优点。与其对应的软件也非常丰富。AT89S52单片机是以MCS-51核心技术为其内核，采用高性能、低功耗、非易失性存储器技术的8位微控制器。其具有8KB可在线ISP编程的Flash存储器，32个可编程I/O接口，3个可编程16位
11、定时器/计数器，具有8个中断源、6个中断矢量、2级优先权的中断系统，全双工UART串行通信口，1000次擦写周期等特点。AT89S52的引脚排列图如图1-1所示。 图1-1 AT89S52单片机引脚图Figure 1-1 AT89S52 microcontroller pin diagram设计选用ATMEL公司的AT89S52单片机做为控制芯片。 锁存器的选择锁存器可以在特定输入脉冲电平作用下改变状态。锁存，就是把信号暂存以维持某种电平状态。锁存器的最主要作用是缓存，其次完成高速的控制其与慢速的外设的不同步问题，最后是解决一个I/O口既能输出也能输入的问题。为了控制不同外设的不同步工作，需要
12、加锁存器以控制在不同时刻单片机可以控制不同的外设工作。本设计选用八位输入输出的锁存器74HC573。表1-1 74HC573真值表。Table 1-1 74HC573 truth table输出使能锁存使能D输入Q输出LHHHLHLLLLX不变HXXZ当输出使能为低电平，锁存使能为1时，输出端数据等于输入端数据；当输出使能为低电平，锁存使能为0时，输出端保持不变；当输出使能为高电平，无论锁存使能和D为何值输出端为高阻态。74HC573芯片引脚图如图1-2所示。OE VCCD0 Q0D1 Q1D2 Q2D3 Q3D4 Q4D5 Q5D6 Q6D7 Q7GND LE图1-2 74HC573引脚图F
13、igure 1-2 74HC573 pin diagram 串口电平转换芯片的选择MAX232芯片是美信公司专门为电脑的RS-232标准串口设计的单电源电平转换芯片,使用+5V单电源供电。MAX232专门解决单片机与PC机通信时电平不匹配的问题。TTL/COMS数据从T1IN、T2IN输入转换成RS-232数据从T1OUT、T2OUT送到DB9插头；DB9插头的RS-232数据从R1IN、R2IN输入转换成TTL/COMS数据后从R1OUT、R2OUT输出。MAX232芯片管脚排列如图1-3所示。图1-3 MAX232芯片引脚图Figure 1-3 MAX232 chip pin diagra
14、m AD芯片的选择模数转换(ADC)亦称模拟-数字转换。是将连续的模拟量如电压、电流等通过取样转换成离散的数字量，以供单片机处理。常用的有为积分型、逐次比拟型等。TLC2543是德州仪器公司生产的8/12位逐次逼近型模数转换器它有四个控制输入端采用简单的4线串行接口即可方便的与控制部件连接。四个控制端为CS片选、输入输出时钟I/O CLOCK串行数据输出端DATA OUT以及串行数据输入端DATA INPUT。片内的14通道多路器可以选择11个输入中的任何一个或三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。TLC2543的最大转换时间为10uS。TLC2543引脚图如图1-4所示。 图1-4 TLC2543引脚图Figure 1-4 TLC2543 p
