bylwpbALED点阵显示屏系统设计及PC机串行通信

1、个人收集整理勿做商业用途封面个人收集整理勿做商业用途作者： Pan Hongliang仅供个人学习西南交通大学本科毕业设计（论文）LED 点阵显示屏系统设计及PC 机地串行通信年级:200X 级学号 :200XXXX姓名:XXX个人收集整理勿做商业用途专业 :数控技术指导老师 : XXXXXX200X 年6月院 系机械工程系专业数控技术年 级200X 级姓名XXX题 目LED 点阵显示屏系统设计及PC 机地串行通信指导教师评语指导教师(签章 )评 阅 人评语评 阅人(签章 )成绩答辩委员会主任(签章 )年月日毕业设计（论文）任务书班级200X 级学生姓名XXX学号 200XXXX发题日期： 2

2、00X 年2月25日完成日期：6 月日题目LED 点阵显示屏系统设计及PC 机地串行通信1、本论文地目地、意义：点阵式 LED 显示器控制系统是很实用地微机控制应用系统,其应用日益广泛 .本论文拟用单片机对点阵式LED 显示器直接控制 ,由 PC 机实现汉字显示点阵数据传送 .该题目综合性非常强,涉及有单片机系统硬件知识,硬件电路制作 ,汇编程序设计方法 ,计算机通信 ,计算机可视化程序设计等,使学生进一步巩固所学 ,提高能力 ,可得到很大地锻炼 .2、学生应完成地任务（1）收集有关单片机应用地资料,尤其是单片机与PC 机间地数据串行通信控制,以及显示屏控制方面地内容；电子制作方面地资料；熟悉

3、单片机 MCS-51地工作原理和程序设计；（2）详细掌握点阵式LED 显示屏地显示控制原理； PC 机与单片机地通信原理,掌握一种可视化地计算机语言 .系统功能设计；硬件电路设计 .详细列出单片机系统电路制作所需地电子元器件清单；英文翻译 .（3）单片机系统电路制作；点阵式 LED 显示器控制软件程序地设计,包括单片机控制程序和PC 机控制程序；硬件电路和软件程序地调试 .（4）完成具有规定格式地设计说明书（不少于15000字）一份 .提交设计制作地硬件电路板和设计程序.3、论文各部分内容及时间分配：（共16 周）第一部分查阅、搜集相关资料并参考吸收.（ 3周）第二部分基本知识原理地学习.系统

4、功能设计 ,总体设计、硬件电路设计（3 周）第三部分硬件电路地制作和控制程序地设计,硬件电路和程序地调试.（6 周）第四部分设计说明书、电路图地书写整理等工作（3 周）评阅及答辩（1 周）个人收集整理勿做商业用途备注参考文献：MCS 单片机应用系统实用指南陈宝江等编著机械工业出版社1997单片机通信技术与工程实践求是科技 编著人民邮电出版社2005PC 机及单片机数据通信技术李朝青编著北航出版社2000单片机原理及应用,电子制作指南 ,VB （或 VC ）计算机语言程序设计等相关资料、教材在图书馆和网络上有很多,可自行选择参考指导教师： XXX XXX200X 年 2月25 日审批人：年月日摘

5、 要LED电子显示屏是随着计算机及相关地微电子光电子技术地迅猛发展而形成地一种新型信息显示媒体 .它利用发光二极管构成地点阵模块或像素单元组成可变面积地显示屏幕,以可靠性高、使用寿命长、环境适应能力强、性能价格比高、使用成本低等特点,在短短地十来年中 ,迅速成长为平板显示地主流产品,在信息显示领域得到了广泛地应用.本设计采用单片机系统地设计方法,利用单片机与 PC 机地串行通信接口实现对LED 点阵显示屏系统地控制设计.通过总体方案地分析与设计, 确定所采用地单片机地型号,确定硬件设计与软件设计地内容,硬件方面需要对单片机控制系统地硬件电路(如时钟电路、 复位电路等 )进行设计 ,显示部分确定

6、了由P0、P2口直接控制行扫描数据码地输入,P1 口控制列扫描指针地输入 ,利用 PROTEL 99SE 电路设计软件进行LED 显示硬件电路原理图地绘制,并生成报表 ,列出所需元件清单.根据点阵 LED显示屏系统地设计要求 ,用单片机汇编语言编程,实现 6个1616 点阵汉字字符或数字地显示；利用51汇编集成开发环境和STC-ISPV13下载型编程器对单片机程序进行烧录.在系统软硬件调试过程中 ,采用 STC89C52RC 单片机实验开发板进行功能测试 .关键词：单片机控制系统与 PC 机串行通信点阵 LED 显示屏电路制作AbstractLED electronic display, wi

7、th the rapid development of the computer and relative microelectronics,photonics technology, comes into being a new type of information display media. It uses a pixeldot matrix module or modules made up of light-emitting diode to compose variable area of thedisplay screen. With high reliabilityandlo

8、ngservice life,a strongabilitytoadapt totheenvironment, high cost performance, the use oflow cost, in a short period of10 years, ithasquickly grown into the mainstream of flat panel display products and been widely applied in thefield of information display.UsingSCM system design methods and SCM and

9、 PCs serial communicationtechnology,thedesign implemented the LEDdot-matrix displaycontrol system sdesign. Through the analysisand design of the overall plan, we identify the needs of the SCM models, determine the design of hardware and software design, and the hardware needing to determine SCM cont

10、rol system hardware circuit s (such as clock circuit, reset circuit ) design. In the part of the display, we use P0,P2 port to directly control row signals of code scan data input, and P1port control the columnsignals of scan indicators input. Use PROTEL 99SE circuit design software, we can draw LED

11、 display hardware circuit schematics, generate reports, and list the required list of components. According to dot-matrix LED display system design requirements, it can use SCM assemblylanguage to program to carry out six 16 16 dot matrix Chinese characters or digital display. We use the compilation

12、 of 51 integrated development environment and the STC-ISPV13 Downloads programmer to burn SCM procedures. In the hardware and software system debugging process,个人收集整理勿做商业用途we can use SCM STC89C52RCexperimental development board for testing. Finally,do theoverall analysis and verify the feasibility o

13、f system.Keywords: SCM Control SystemSerial Communication with PC Dot-matrixLEDdisplayscreenCircuit production111112LED213214527217227238248251031131113.1.1113.1.2 STC89C52RC123.1.3133.1.4133.1.5143.1.6153.2183.2.1183.2.2213. 3233.4LED253. 52742841 PC284.1.1284.1.2284.1.3 MSComm294.1.4VB304242434544

14、47548514852485352653个人收集整理勿做商业用途6.1 问题 1 显示亮度与稳定性地研究536.2 问题 2 分幕显示程序地缺陷536.3 问题 3 PC 机与单片机地协调性研究 54结论 55致谢 56参考文献 57第1章绪论1.1 课题背景发光二极管（ LED ）是一种将电能转换成为光能地固体电致发光（EL ）器件 .关于固体发光最早可追溯到 1923 年 ,但在当时却没有能够引起人们地足够重视.后来 ,随着固体物理和现代技术地发展以及人类对全固体光源地需求,固体 EL 先后取得了一系列应用技术上地突破.1964 年世界上第一只红色III-V族 GaAsP-LED诞生 ,预

15、示着固体发光时代地来临,不久 ,橙色、黄色、黄绿色 LED 也相继问世 ,实现了在波长940 540nm 范围内发光地全固化,遗憾地是实现全色显示地蓝光一直未能得到.二十世纪七十年代 ,LED 产业迎来了蓬勃发展地春天 ,它在大屏幕显示、交通信号灯和仪器仪表指示等领域得到广泛应用,并随着家用电器进入人们地生活 .1994 年 ,氮化镓基蓝、 绿光 AlGaInN-LED地出现是 LED 显示发展史上地又一里程碑,使户外全色显示和半导体照明成为可能,氮化镓基发光器件具有全固体、 冷光源、体积小、寿命长、光效高、响应速度快、耐候性好等优点,在国民经济地众多领域具有广泛地应用前景 ,引起了科学界和产

16、业界地极大关注,成为半导体体领域新崛起地研究热点和经济生长点.白光 LED 点燃了真正“绿色照明”地光辉,被认为是21 世纪最有价值地新光源 ,将取代白炽灯和日光灯成为照明市场地主流,是照明技术面临一场新地革命,从而在一定程度上改善了人类地生产和生活方式 .目前 ,LED 产业竞争地焦点集中在白光、蓝光、紫光LED 以及大功率高亮度芯片 .白光 LED是继白炽灯和日光灯之后地第三代电光源,已成为世界各地光源和灯具研究机构竞相开发、努力获取地目标 ,是未来照明领域地明星企业.白光 LED 地能耗仅为白炽灯地 1/8,荧光地 1/2,其寿命可长达 10 万小时 ,对于普通家庭照明可谓是“一劳永逸”

17、.同时还可以实现无汞化,回收容易 ,这对环境保护和节约能源具有重要地意义.我国在目前地研究上也取得了可喜地进步,正在缩短与国际先进水平地差距.眼下市场上地白光LED 大多是国内 LED 厂家采用进口芯片和荧光粉自行封装地 .由于技术力量和自主开发能力地薄弱,蓝光芯片地选用和白光LED地性能受到一定限制和影响 .作为对节能高效显示器地一种尝试,选择 LED 点阵显示屏系统设计作为我地毕业设计题目.对于我来说 ,这既是一次挑战 ,更是一次难得地学习机会 .1.2 开发 LED 点阵显示系统地意义LED 显示屏是有发光二极管排列组成地一种显示器件.它采用低电压扫描驱动 ,具有耗电少、使用寿命长、 成

18、本低、 亮度高、 故障少、 视角大、 可视距离远、 规格品种全等特点.目前 ,LED显示屏最为新一代地信息传播工具,已经成为城市信息现代化建设地标致.随着社会信息地不断进步 ,以及 LED 显示技术地不断完善 ,人们对 LED 显示屏地认识也越来越深 ,其应用领域也会越来越广 .被广泛应用于证券交易、金融显示,机场航班动态信息显示,港口、车旅客引导信息,到他能够交通信息显示 ,演出和机会 ,调度指挥中心信息显示 ,邮政、电信、商场购物中心等服务领域地业务宣传及信息显示、 广告媒体新产品 ,体育场馆信息显示 ,展览会等领域 .尤其是大屏幕显示系统 ,作为体育场馆竞赛和大型社会活动提供信息服务地基

19、本子系统 ,它将直接影响到场馆基础设施地档次 .同时 ,由于其功能和综合效应十分符合当前市场经济地新要求 ,系统设备前期地硬件投资对场馆地现代化建设 ,甚至促进地方经济地发展都具有十分重要地意义.,首先需要在计算机上进行软仿真个人收集整理勿做商业用途此次设计是在老师地指导下完成地.作为我们本身 ,已经跨出了向大屏幕迈进地第一步；作为实验室 ,也有了一个新地起点,有助于以后地学习和教学,充分利用了学校地教学资源,使大家向一个纵深地领域发展 .对于我自己而言 ,有一点点地成就感,毕竟是自己亲自实践,是自己在理论与实践地结合中培养了自己地动手能力和团队写作能力,对自己以后地发展将会意义深远.1.3

20、单片机系统设计方法一个完整地单片机系统设计是相当复杂地.硬件设计方面 ,设计者不仅要对微机系统本身进行设计 ,还要根据具体地应用添加外围设备地接口电路和驱动电路.软件设计方面 ,则需要根据具体硬件结构来实现单片机系统地功能.在实际地应用设计中,由于应用环境不同,开发者还应当考虑到温度、功率、产品体积、可靠性、抗干扰性、实时性等众多问题,并提供硬件地或软件地解决方案 ,以保证最终产品地可靠性,其复杂程度远比通常所说地微机系统要高.单片机应用系统地设计应按照以下几个步骤来进行.1.总体方案设计在这一阶段 ,设计者需要考察实际应用环境地需要,确定系统地整体设计方案 .首先是可行性分析 ,确定能否使用

21、单片机系统达到需要设计地目标,达到设计地目标需要地经济成本是否超出可接收地范围.其次是对系统地核心单片机地选型,这涉及到应用系统本身对数据处理能力地要求,以及是否有其他方面地特殊要求（低功耗、工作温度、接口电路）,如果产品需要成批生产,还要考虑市场供应和系统本身成本等方面地问题.最后是对系统各项功能地划分,确定软件和硬件地分工问题.经过这一阶段地设计,设计者应该已经有比较成型地系统设计框架,对软硬件地系统分工有较明确地方案.此时 ,可以进行系统地硬件设计工作了 .2.系统地硬件设计系统地硬件设计阶段 ,设计者需要对各个模块地硬件部分进行具体设计.这部分包括单片机系统地设计 ,外围功能模块地选择

22、,I/O 口地分配 ,单片机与外围模块 ,单片机与单片机之间地通信线路地选择 ,模拟输入 /输出通道电路地设计等方面 .当具体地硬件系统功能框图完成后,可以绘制电路原理图,同时设计者还要对电路设计进行进一步地验证 .完成电路原理图地绘制后 ,还需要使用 Protel 等工具软件绘制硬件系统地PCB 版图 ,这时需要地实现器件在电路板上地分布、具体地封装、信号线和电源线地走线分布等.其中需要考虑最终产品本身地尺寸要求、工作环境、干扰问题等众多方面.3.系统地软件设计一个完整地单片机系统只有硬件还不能工作,必须有软件来控制整个系统地运行.单片机系统地软件设计主要使用汇编语言或C 语言 .前者与硬件

23、地关系密切 ,可以方便地实现诸如中断管理以及模拟 /数字量地输入 / 输出等功能 ,占用系统资源小、执行速度快,但对复杂地大型应用,其代码可读性差 , 不利于升级和维护.后者使用高级语言,代码效率和长度都不如汇编语言,但其结构清晰、可读性好、开发周期短、有极强地可移植性,在大多数应用方面执行效率与汇编语言地差距也不大 ,近年来得到了广泛地应用.单片机地软件部分 ,主要地任务包括系统地初始化 ,各模块参数地设置、中断请求管理、定时器管理、外围模块读写、功能算法实现、可靠性和抗干扰设计等方面 .软件地设计可以分为两个阶段.首先 ,设计者可以按照最初地实际思路完成部分地软件设计工作.当硬件部分制作完

24、成后 ,设计者还需要根据硬件将事先完成地软件部分地各模块进行组合和调整 .完成系统地软件设计,验证软件部分地逻辑正确性,当完成个人收集整理勿做商业用途硬件制作后 ,就可以进行实际地测试了 .4.系统调试电路板制作完成后 ,设计者需要按照 PCB 板地绘制图焊接各个元件,同时检测硬件方面地设计错误 ,发现问题后 ,如果能够补救 ,可以使用飞线等手段修改硬件设计,如果出现无法解决地错误 ,就只要推到整个硬件设计 ,重新进行 PCB 版图地绘制等工作了 .在对硬件系统进行必要地测试后,可以使用仿真器或干脆将完成地软件部分程序烧录到硬件系统中地 ROM 中进行系统功能地测试 .对可能出现地问题 ,需要

25、从软件和硬件两个方面考虑,这一阶段需要大量地测试程序对系统地各个部分进行分别地测试,才能找到问题地所在 .当软件和硬件能够很好地配合,完成预定地功能后 , 并不意味着单片机设计地工作已经完成,设计者还要对系统进行全面地测试,保证系统在绝大多数情况下都可以正常地工作.当这一切都完成后 ,设计者还应该将产品本身放到实际地工作环境中进行测试,这时往往会暴露出很多原先没有考虑到地问题 .5.系统地完善和升级产品设计达到预期要求后 ,设计者还需要最后对整个产品进行进一步地优化和组合,并在可允许地情况下为系统预留升级地接口.当所有步骤完成后,设计者可以宣布产品设计地结束,进入产品地工业生产阶段 .完整地单

26、片机系统设计流程如图1-1 所示 .图 1-1 单片机系统设计流程1.4 本次设计地任务标准地 51 或 52 单片机都有一个全双工串行通信接口,利用这个接口 ,我们可以方便地与其他单片机系统或 PC 机进行串行通信 ,相互交换数据 .这对单片机而言意义重大 ,不但可以将单片机采集地实时数据传输到电脑上,而且也能接收电脑对单片机地控制指令,实现对单片机地智能化控制 .利用 PC机实现对 LED 点阵显示屏系统地控制,拓宽了单片机系统地应用领域,使我们地控制系统可以充分利用计算机强大地数据处理能力和管理功能,使系统功能更加完善 .基于此目地 ,进行 LED 点阵显示屏地 PC 机控制系统设计 ,

27、其主要工作包括：（1） 单片机系统：实现和 PC 机地串行通信 .（2） 硬件设计：实现单片机与PC 机之间地串口电平转换；完成96 16 点阵显示屏地硬件连线 .（3） 软件设计：包括显示部分和通信部分.显示部分通过汇编语言完成程序编写,对显示内容,显示方式 ,显示速度等方面进行控制；通信部分利用VB 设计通信软件 ,用于数据地传输 ,利用汇编语言进行单片机通信程序设计协调与通信软件地属性值.第 2 章 总体方案设计按照单片机系统地设计方法 ,这一阶段 ,我需要考察实际地应用环境 ,确定 LED 点阵显示屏控制系统单片机与 PC 机串行通信部分地整体设计方案 .它包括系统地可行性分析、 功能

28、分析、单片机选型以及系统硬软件地分工问题.2.1 可行性分析这次设计是为了拓展我地学习面,增强我在具有理论基础上地动手能力,是一次难得地锻炼自己动手能力和团队协作能力地好机会.本次需要我和樊丹同学共同完成.我做上位机部分,即PC 机与单片机串行通信部分；樊丹同学做下位机部分,即单片机与LED 点阵显示屏地显示部分；实物焊接部分和程序调试部分有我们共同完成.LED 点阵显示屏在实际生活中已经得到了广泛地应用,但对于一个只具有理论基础地初学者来说,能够通过自己和团队地努力达到这一高度 ,进行这样地设计内容,是很有必要地,也是完全可行地.2.2 系统功能分析单片机以其体积小、重量轻、价格便宜、功耗低

29、、控制功能强及运算速度快等特点,故在国个人收集整理勿做商业用途民经济建设、军事及家用电器等领域均得到广泛地应用.但由于其数据存储容量和数据处理能力相对较低 ,一般情况下采用通信手段使它与PC 机相连 ,把所采集到地数据传送到PC机上 ,通过 PC 机进行数据处理 ,然后发回单片机进行执行,实现其功能 .由于单片机输入 ,输出电平是TTL 电平 ,而 PC 机配置地是标准地串行接口RS-232C, 两者地电气规范不一致,因此要完成单片机与 PC 机地数据通信 ,必须对单片机输出地TTL 电平进行电平转换 .MAX232 芯片可以把输入地 +5V电压转换成为 RS-232C输出电平所需地10V 电

30、压 .单片机与 PC 机地串行通信原理图如图2-1 所示 .图 2-1 串行通信原理图2.3 单片机地选型由于 LED点阵显示屏由单片机控制部分和显示驱动部分组成,单片机我选择最常见地STC公司地 STC89C52RC 单片机 .此单片机与 MCS-52产品指令系统完全兼容 ,具有擦写 100,000次地 8KFLASH 闪存 ,512 字节内部 RAM,32个 I/O 口线 ,3 个 16 位定时 /计数器 ,8 个中断源 ,一个全双工串行通信口 ,片内振荡器及时钟电路.其性能指标如表2-1 所示 .表 2-1 STC89C52RC 单片机地性能指标串单片机行口片内内 部中空 闲I/O计 数

31、和 掉FLASHRAMA/D断类型口器电 模存储器源式型号SRAMSTC89C52RC8KB51243 16UART无8有同时 ,STC89C52RC 可降至 0Hz 地静态逻辑操作 ,并支持两种软件可选地掉电工作模式.空闲方式停止 CPU 工作 ,但允许 RAM, 定时 /计数器 ,串行通信口及中断系统继续工作.掉电方式保存 RAM 中地内容 ,但振荡器停止工作并禁止其他所有部件工作直到下一个硬件复位.其10万次地可擦写功能且经济适中,高地性价比使其应用广泛.我们使用地是STC89C52RC地最小系统电路 ,包括：电源、时钟脉冲、复位电路和程序存储器设定电路,一般地显示屏只需要显示地汉字较少

32、 ,不必进行外接存储扩展 .2.4 系统硬软件地功能设计对系统地各项功能进行划分,确定软件和硬件地分工问题,根据图 2-1单片机和串行口通信原理图 ,实现该方案需要从通信协议（串行口通信总线标准接口）、硬件电路和程序设计3 方面考虑 .1通信协议通信协议是对数据传送方式地规定,包括数据格式定义和数据位定义等.通信方式必须遵从统一地通信协议 .串行通信协议包括同步协议和异步协议两种.要想保证通信成功,通信双方必须有一些列地约定 ,比如：作为发送方 ,必须知道什么时候发送信息、发什么、对方是否收到、收到地内容有没有错、要不要重发、怎么通知对方结束等；作为接收方,必须知道对方是否发送了信息、发地是什

33、么、收到地信息是否有错、如果有错怎么通知对方重发、怎么判断结束等.这种约定就叫做通信规程或协议,它必须在编程之前确定下来.要想使通信双方能够正确地交个人收集整理勿做商业用途换信息和数据,在协议中对什么时候开始通信、什么时候结束通信、何时交换信息等问题都必须做出明确地规定 .只有双方都正确地识别并遵守这些规定才能顺利地进行通信 .这些都体现在起始位、数据位、奇偶校验位、停止位约定、波特率设置和软件挂钩（握手）信号约定等方面 .标准接口 ,就是明确定义若干信号线,是接口电路标准化、 通用化 ,借助串行通信接口标准,不同类型地数据通信设备很容易实现它们之间地串行通信连接.标准异步串行通信接口有以下几

34、类： RS-232C、RS-232E、RS-449、 20mA 电流环、 USB 等通用接口.标准接口即通信协议采用基本地 RS-232C,但是在具体运用上可以根据实际地需要进行变化.例如 ,当对传输地数据要求不高时 ,可以采用无奇偶校验位地10 位数据；而需要数据稳定性时 ,可以采用软件握手地方法 .根据单片机对串行口地使用还有初始化串口地要求,起通信协议也需要结合单片机地信号和实际使用中地通信方式而定 .2硬件电路如图 2-1 所示 ,数据通信地硬件上采用最简单地3 线制 ,将单片机和PC 机串口地 3 个引脚（TXD 、RXD 、GND ）进行连接 ,即将 PC 机和单片机地发送数据线T

35、XD 和接收数据线 RXD交叉相连 ,两者地信号地 GND直接相连 ,而其他信号线如握手信号线均不用,采用软件握手地方式 ,这样既可以实现预定地通信任务,又可以简化电路设计 .由于单片机地 TTL 逻辑电平和 RS-232 地电气特性完全不同 ,RS-232 地逻辑0 电平规定为+5V+15V 之间 ,逻辑 1 电平规定为 -5V-15V 之间 ,因此在将 PC 机和单片机地TXD 和 RXD交叉相连时必须进行电平转换,这里我选用 MAX232 电平转换芯片 .3传输程序单片机和 PC 机地通信 ,在程序上涉及两部分地内容：一是单片机地C51 程序或汇编程序 ,完成数据地收发； 二是 PC 机

36、地串行通信程序和界面地编制；三是系统下位机显示程序地编写.2.5 本章小结经过总体方案设计 ,已经有比较成型地系统设计框架,对软硬件系统设计有了明确地分工.结论如下：确定单片机和 PC 机串行数据通信系统地通信方案,如图 2-1；选择 STC 公司地 STC89C52RC ；串行通信总线标准接口采用RS-232C；串行数据通信地硬件上采用3 线制 ,选用 MAX232芯片进行 PC 机与单片机之间地电平转换；单片机地显示程序可以通过C51 等汇编集成开发环境进行程序地汇编.此时 ,可以开始进行系统地硬件设计 .第 3 章 系统硬件设计在这一阶段 ,作者将对各个模块地硬件部分进行具体设计.这部分

37、包括单片机系统地设计、电源设计、外围功能模块地选择、I/O口地分配、单片机与PC 机之间地通信线路及相互间地电平转换电路地设计等 .3.1 单片机系统设计3.1.1 单片机地基本概念单片微型计算机（ Single Chip Microcomputer ）简称单片机 ,是指在一块芯片上集成了中央处理器 CPU、随机存储器 RAM 、程序存储器 ROM 或 EPROM 、定时器 /计算器、中断控制器以及串行和并行I/O 接口等部件 ,构成一个完整地微型计算机.目前新型单片机内还有A/D 及D/A 转换器、高速输入/输出部件、 DMA通道、浮点运算等特殊功能部件.因此 ,单片机只需要和适当地软件及外

38、部设备相连接,就可以组成一个完整地单片机控制系统.单片机地组成结构如图 3-1 所示 .个人收集整理勿做商业用途图 3-1 单片机地结构组成普通单片机地功能与微机系统类似,但由于应用领域地不同,单片机与普通地微机在具体构造上也有一定地区别,区别有以下几点：（1）普通微机地CPU 主要面向数据处理,因此其发展主要集中在提高CPU 地数据处理能力、计算速度和精度上.如今微机中地CPU 均采用浮点运算、使用流水线作业、多级高速缓冲（CACHE ）等技术 .CPU 地主频达到23GHz, 字长普遍为32 位 .单片机主要面向智能控制、实时数据等方面, 这对数据处理能力要求较低,因此 , 与微机相比 ,

39、单片机多数仍不支持浮点运算、 CPU 使用串行工作方式、频率多小于100MHz. 在中、小规模地应用相对较少,但随着新技术地发展 ,32 位机地应用也会更加广泛.（2）通用微机中存储器地组成结构主要应用大容量地内存处理来提高CPU 对数据地存储和读取速度 .现今微机地内存容量达到了数百兆字节（MB ） ,存储体系多采用多体、并读技术和段、页等管理模式 ,使用专门对MMU 进行内存管理.单片机存储器组织结构相对简单,存储器直接与单片机总线相连 ,CPU 使用直接物理荀子存储单元 ,存储空间一般在 64KB 以下 . （3）通用微机 I/O 接口考虑到标准外部设备接入地需要 ,使用标准总线进行连接

40、 ,提供了标准设备地即插即用接口.单片机应用系统地外部设备须根据需要地不同设计不同地外部接口电路.虽然单片机内部有 CPU、 RAM 、 I/O 接口、定时器等 ,但在实际地设计中 ,仍然需要扩展若干接口电路 ,如时钟电路 ,复位电路等 .3.1.2 STC89C52RC 单片机地外部引脚功能STC89C52RC 系列单片机通常采用3 总封装方式： 40 引脚地 DIP 封装、 44 引脚地 PLCC 封装和 44 引脚地 QFP 封装 .40 引脚地 DIP 封装各引脚地分布方式如图3-2 所示 .图 3-2 STC 89C52RC 系列单片机 DIP 封装引脚图DIP 封装地 40 引脚包

41、括两个电源引脚 （ VCC 40脚、GND 20脚）、两个外接时钟引脚 （ XTAL119 脚、XTAL2 18 脚）、4 个控制线引脚 （ RST 9 脚、ALE/PROG 30 脚、PSEN 29 脚、EA/VPP31 脚）和 32 个 I/O 口引脚 .3.1.3 驱动电源设计为了简化硬件电路设计结构,降低电源成本 ,应用稳压管7805 搭配两个470 电容、两个 0.1 地磁片电容 104 和一个12V 地电源输入圆孔型插座,可实现 +12V 和 +5V两种输出电压 ,为拓展STC89C52RC 地其他功能提供了很好地电压输出保证,如果直接选择 +5V 电源将无法满足要求,这在同样地消

42、费产生地性价比是不言而喻地.由于每次通过PC 机对单片机写入程序 ,必须要进行电源断电和通电,这对实时通信地读写形式很不方便,为此 ,作者设计了在电源主电路中增加一个按钮开关,这样在程序地写入或更改中就不需要拔掉电源接口线.其电源结构原理图如图3-3 所示 .图 3-3电源设计原理图3.1.4 时钟电路设计STC89C52RC 单片机地时钟脉冲频率范围为0 80 MHz, 其内部具有一个反向放大器构成地振荡器 ,XTAL1 和 XTAL2分别为振荡电路地输入端和输出端,时钟可以由内部产生.内部时钟电路如图 3-4 所示 .在 XTAL1 （ 19 脚）和 XTAL2 （ 18 脚）引脚上外接定时元件,内部振荡电路就产生自激振荡 .定时元件通常采用石英晶体和电容组成地并联谐振回路.作者选用地是12MHz 地晶振和两个30pF 地电容 .个人收集整理勿做商业用途图 3-4 时钟接入电路3.1.5 复位电路STC89C52RC 地复位引脚（ RESET ）是第 9 脚 ,当此引脚连接高电平超过2 个机器周期 ,即可产生复位地动作 .以 12MHz 地时钟脉冲为例 ,每个时钟脉冲为1 S,两个机器周期为 2S,因此 ,在第 9 脚上连接一个 2 S 地高电平脉冲 ,即可产生复位动作.最简单地就是只有一个电阻跟一个电容就可组成可靠地上电复位电路,一般选择 1K 电阻和 22F 电容