机电一体化毕业设计（论文）-基于51单片机多功能实验板设计.doc

郑州铁路职业技术学院毕业设计说明书 设计题目 ： 基于51单片机多功能实验板设计 作者姓名： 班级学号： 系 部： 机电工程系 专 业： 机电一体化 指导教师： 2012年 4月 15 日摘 要 设计一种基于51单片机的实验板，实验板具有成本低、体积小、可靠性能高,功能多、低功耗设计、操作方便等特点。本设计介绍了该开发板的开发过程及相关硬件设计。实验板以stc89c52以单片机为核心控制器，板上资源主要包括通信模块、数码管模块、led模块、蜂鸣器模块、键盘模块等。 实验板可以作为主控制模块安装于控制系统中执行控制任务，也可以用于高校教学，实验板能够完成多数通用实验，操作简单，控制结果可见，性价比高，具有一定的实用价值和现实意义。关键词： stc89c52 max232 键盘 led灯 数码管 蜂鸣器 目 录第1章 绪论 1.1单片机基本概念及引脚说明 .11.2stc89c芯片介绍 。31.3max2芯片介绍 。3第2章 方案介绍 52.1系统原理框图 5第3章 硬件电路设计 63.1 键盘模 63.2 发光二极管模块 63.3 数码管模块 83.4 蜂鸣器模块 83.5 串行通信模块 83.6 中断模块 93.7 电源模块 .103.8 复位模块 .10第4章 实验板实用方法 11 4.1 keil 软件介绍114.2 stc-isp下载13附a单片机引脚分配15致谢16参考文献。.17第一章绪论1.1单片机基本概念及引脚说明图1.1单片机组成框图单片机：将微处理器(cpu)、存储器、i/o接口电路和相应实时控制器件集成在一块芯片上，称其为单片微型计算机，简称单片机。输入 / 输出引脚 ：(1) p0口(3932脚)：p0.0p0.7统称为p0口。在不接片外存储器与不扩展i/o口时，可作为准双向输入/输出口。在接有片外存储器或扩展i/o口时，p0口分时复用为低8位地址总线和双向数据总线。(2) p1口(18脚)：p1.0p1.7统称为p1口，可作为准双向i/o口使用。对于52子系列，p1.0与p1.1还有第二功能：p1.0可用作定时器/计数器2的计数脉冲输入端t2，p1.1可用作定时器/计数器2的外部控制端t2ex。(3) p2口(2128脚)：p2.0p2.7统称为p2口，一般可作为准双向i/o口使用；在接有片外存储器或扩展i/o口且寻址范围超过256字节时，p2口用作高8位地址总线。(4) p3口(1017脚)：p3.0p3.7统称为p3口。除作为准双向i/o口使用外，还可以将每一位用于第二功能，而且p3口的每一条引脚均可独立定义为第一功能的输入输出或第二功能。p3口的第二功能如表1.1所示。表1.1 p3口第二功能表外接晶体引脚： xtal1(19脚)：接外部石英晶体的一端。在单片机内部，它是一个反相放大器的输入端，这个放大器构成了片内振荡器。当采用外部时钟时，对于hmos单片机，该引脚接地；对于chmos单片机，该引脚作为外部振荡信号的输入端。控制线：（1) ale/prog(30脚)：地址锁存有效信号输出端。ale在每个机器周期内输出两个脉冲。在访问片外程序存储器期间，下降沿用于控制锁存p0输出的低8位地址；在不访问片外程序存储器期间，可作为对外输出的时钟脉冲或用于定时目的。但要注意，在访问片外数据存储器期间，ale脉冲会跳空一个，此时作为时钟输出就不妥了(详见2.3.3节cpu时序)。对于片内含有eprom的机型，在编程期间，该引脚用作编程脉冲prog的输入端。(2) psen(29脚)：片外程序存储器读选通信号输出端，低电平有效。当从外部程序存储器读取指令或常数期间，每个机器周期该信号两次有效，以通过数据总线p0口读回指令或常数。在访问片外数据存储器期间，psen信号将不出现。(3) rst/vpd(9脚)：rst即为reset，vpd为备用电源。该引脚为单片机的上电复位或掉电保护端。当单片机振荡器工作时，该引脚上出现持续两个机器周期的高电平，就可实现复位操作，使单片机回复到初始状态。上电时，考虑到振荡器有一定的起振时间，该引脚上高电平必须持续10 ms以上才能保证有效复位。当vcc发生故障，降低到低电平规定值或掉电时，该引脚可接上备用电源vpd(+5 v)为内部ram供电，以保证ram中的数据不丢失。(4) ea/vpp(31脚)：ea为片外程序存储器选用端。该引脚有效(低电平)时，只选用片外程序存储器，否则单片机上电或复位后选用片内程序存储器。对于片内含有eprom的机型，在编程期间，此引脚用作21 v编程电源vpp的输入端。 1.2 stc89c522芯片介绍stc89c51rc介绍系列单片机是宏晶科技推出的新一代超强抗干扰/高速/低功耗的单片机，指令代码完全兼容传统8051单片机，12时钟/机器周期可任意选择，最新的d版本内部集成max810专用复位电路特点：1. 增强型6时钟/机器周期，12时钟/机器周期 8051 cpu。2. 工作电压：5.5-3.4v(5v单片机)/3.8-2.0v(3v单片机)。3. 工作频率范围：0-40mhz。户应用程序空间:4k/8k/13k/16k/20k/32k/64k 字节。片上集成1280字节/512字节 ram。 4. 通用i/o(32/366个)，复位后为：p1/p2/p3/p4是准双向口/弱上拉（普通8051传统i/o口）p0口是开漏输出，作为总线扩展时，不用加上拉电阻，作为i/o口用时，需加上拉电阻。5. isp（在系统可编程）/iap(在应用可编程)，无需专用编程器/仿真。可通过串口（p3.0/p3.1）直接下载用户程序，8k程序3秒即可完成一片。6. eepromm功能。看门狗。7. 共有3个16位定时器/计数器，其中定时器0还可以当成2个8位定时器使用。8. 外部中断4路，下降沿中断或低电平触发中断，power downn模式可由外部中断低电平触发中断方式唤醒。9. 通用异步串行口还可以用定时软件实现多个uart。10. 工作温度范围：0-75/-40-+85 1.3 max232芯片介绍max232是一种双组驱动器/接收器，片内含有一个电容性电压发生器以便在单/tia-232-e电平。每个接收器将eia/tia-232-e电平输入转换为5v ttl/cmos电平。典型门限值及0.5v的典型迟滞，而且可以接收30v的输入。每个驱动器将ttl/c/tia-232-e电平。所有的驱动器、接收器及电压发生器都可以在德州仪器公司的元件库中找到标准单元。max232的工作温度范围为0至70，max232i的工作温度范围为-40至85。特点：1单5v电源工作2 linbicmostm工艺技术。3两个驱动器及两个接收器。4 30v输入电平。5低电源电流：典型值是8ma。6符合甚至优于ansi标准eia/tia-232-e及itu推荐标准v.28。7可与maxim公司的max232互换。8 esd保护大于mil-std-883（方法3015）标准的2000v. 图1.2引脚排列 图1.3逻辑符号（右）应用范围：1 eia/tia-232-e。2 电池供电系统。3 终端4 调制解调器。5 计算机。应用资料图1.4典型工作电路第二章方案介绍2. 1系统原理框图 图 2.1系统原理框图 总体设计模块主要包括通信模块、数码管模块、电源模块、流水灯模块、蜂鸣器模块、键盘模块等 第三章硬件电路设计3.1键盘模块 独立键盘如下图，由五个按键组成，每个按键的一端连接 io 口，另一端直接连接 gnd（0电位）。五个按键分别接入 p13-p17，只要按下按键，相应位的 io 口位将被拉为低电平（0），程序可以判断相应位是否为 0 来确认按键已按下。3.2 发光二极管模块 发光二极管模块（led灯）如下图，二极管的两个引脚分别为阳极和阴极，电流从阳极入阴极出，多个发光二极管并列可接成共阳型或共阴型，共阳是将多个发光二极管的阳极接在一起，引出各阴极；共阴是将多个发光二极管的阴极接在一起，引出各阳极。led数码管和 led点阵屏都是使用这两种连接方式。 如下图上半部份，本板的 8 个发光二极管采用共阳接法，各阳极接限流电阻排到 vcc 端，阴极接单片机的 p2 口。 因是共阳接法，要使发光二极管点亮，p2 口得输出低电平，如：要让 led1（d20）灯亮，p2.0=0即 p2=0xfe。3.3 数码管模块数码管模块如上图，电路使用 1 个双位数码管，数码管为共阳型，两个阳级公共端由三极管放大电流来驱动，三极管由 p10 与 p11 控制输出。数码管的阴级由 p0 口经电阻连接。比如，要十位的数码管工作，p10 输出 0，使三极管 q1 导通，10 脚得电，当 p0 口相应位有输出 0 时，相应位的 led 灯点亮组合各种字符数字。 3.4 蜂鸣器模块蜂鸣器模块如下图，单片机 p12 输出经 r12加在三极管 b极，控制三极管的导通与截止，从而控制蜂鸣器的工作。低电平时三极管导通，蜂鸣器得电蜂鸣，高电平时三极管截止，蜂鸣器失电关闭蜂鸣。3.5 串行通信模块同步异步串行通信：单片机的同步异步串行通信接口是 p3.0 和 p3.1，接口输出的是 ttl电平。因 ttl电平的通讯距离有限，因此就出现了 rs232 接口，此接口通讯距离大大提升。那么要使 ttl电平转为 rs232电平，就必需通过转换电路，部份电路使用分立元件构成，现大部份使用 max232 芯片。电脑上的 com 口就是 rs232接口了，stc 单片机也是通过此 com 口烧写程序的。 如下原理图：电路中的 max232 电平转换 ic 外接四个电容，有电压泵的作用，可以将输出电位差拉高，与接口 rs232 电平相符合。双机通讯也可通过此接口，可大大加长连接距离。3.6 中断模块中断模块：中断电路比较简单，io 口 p32 经一个按钮接入 gnd，当按下按钮时，p32 口由高电平 1 转到低电平 0，cpu 产生中断（当然，芯片内部要开启中断才有作用）。当不使用中断时，可作为一个普通按键使用。3.7 电源模块电源模块：电源部份采用两种输入电源。 1、外电源供电，j1-power 是一个接线端子，可外电源 dc5v，经单向保护 d1 接入开关 s1。 2、usb供电，usb供电口输入电源也经 d1 单向保护，送到开关 s1。 注：两路电源输入是并连的，因此只选择一路就可以了，以免出问题。 s1 为板子工作电源开关，按下后接通电源，提共 vcc 给板子各功能电路。电路采用了两滤波电容，给板子一个更加稳定的工作电源。 jp-power2 是扩展电源输出接口，是在开关之后的电源，此接口可供扩展设备取电，同时由s1 开关控制。3.8 复位模块复位模块如下图：第四章实验板使用方法4.1 keil软件使用使用c 语言肯定要使用到c 编译器，以便把写好的c 程序编译为机器码，这样单片机 才能执行编写好的程序。keil uvision2 是众多单片机应用开发软件中优秀的软件之一， 它支持众多不同公司的mcs51 架构的芯片，它集编辑，编译，仿真等于一体， ，要使用keil51 软件，必需先要安装它。k安装好后，接着按下面的步骤建立您的第一个项目： （1）点击project菜单，选择弹出的下拉式菜单中的 new project，接着弹出一个标准 windows文件对话窗口，在“文件名”中输入您的第一个c程序项目名称，这里我们用“test” ，“保存”后的文件扩展名为 uv2，这是 keil uvision2 项目文件扩展名，以后我们可以直接点击此文件以打开先前做的项目。 (1)建工程文件选项选取芯片新建程序文件把文件加入到项目组中编译程序项目选项窗口编译信息窗口 4.2 stc-isp方法下载软件使用方法如何使用开发板：插上电源，打开电源开关，指示灯亮，把实验芯片stc89c52插入实验卡座，串口线连接电脑com口和实验板的串口。首先到stc的官方网站下载最新的stc-isp下载编程烧录软件并安装。第一步：选择正确的单片机型号（这里是stc89c52rc） 第一步：打开要烧写的文件 第二步：选择串口号和波特率（一般是 com1，然后要注意关闭其它可能用到串口的软件比如编程器仿真器等避免争抢串口，波特率按默认即可）第四步：下载程序( 特别注意：以上完成后拔掉电源， 然后重新插上，以冷启动单片机,最好是从锁紧座上取下待烧写的stc芯片， 然后再重新缩紧，在此瞬间系统自动复位最有效！)烧写完成程序按下rest键， 程序即可运行。 按照上面的图顺序操作即可。p10、附录单片机引脚分配表p00-p07 8位数码管的段码数据线，共阳数码管p11 数码管位控制（共阳）p12 蜂鸣器 控制信号p13-p17 外接5个按键，按键使用接0方式p20-p27 8路led发光二极管，共阳接法p30 串行通信 rxdp31 串行通信 txdp32 int0中断按钮p33-p37p15、p16、p17 未用致 谢本文的全部工作是在尊敬的陈光伟的悉心指导下完成的。从论文的选题到论文的撰写每一步都倾注着老师的心血，老师严谨、踏实的治学态度，敏锐的学术思想和勤奋、刻苦的钻研精神给我留下了深刻印象，并深受鼓舞，籍此完成论文之际，谨向辛勤指导我的老师致以真挚的谢意。 在此特别感谢高宏鹏、孟现东、李亚杰、郭福磊、王建伟、武新帅、张溪文等同学的大力支持。 同时，衷心感谢在百忙之中抽出时间审阅本论文的专家教授参考文献：李全利. 单片机原理及应用技术 北京：.高等教育出版