基于51单片机的开发板设计毕业论文

1、.西安邮电学院 毕 业 设 计（论 文）题 目： 基于51单片机的开发板设计 院 （系）： 专 业： 班 级： 学生姓名： 导师姓名： 职称： 西 安 邮 电 学 院毕业设计(论文)任务书学生姓名指导教师职称院（系）专业题目S51开发板的设计 任务与要求一、任务C51系列单片机已趋淘汰，S51单片机除兼容C51外，还具有ISP在线编、高工作频率、全新的加密算法等特点。本次任务将基于S51设计制造一个开发板及下载器，它将具有一般开发板通用结构，并基此硬件进行相关软件设计。二、要求：1、 熟悉S51单片机及其Keil C 设计软件的使用。2、 完成硬件电路设计，应包括流水灯单元、独立按键单元、矩阵

2、键盘单元、液晶单元（包括1602、12864）、控制器单元、AD单元、RS232及RS485通信单元等；3、 完成软件设计，主要包括各功能单元的验证程序开发；4、 完成开发板功能验证。开始日期2010年 3 月8 日完成日期2010年6 月20 日院长签字2010年1月8日西 安 邮 电 学 院毕 业 设 计 (论文) 工 作 计 划 学生姓名 _ 指导教师_职称 _院（系）_ _专业 _ 题目 S51开发板的设计 工作进程起 止 时 间工 作 内 容第一周 至第二周 查找S51单片机资料，确定软硬件设计总体方案。 第三周至第五周 使用Protel软件，确定单片机外围电路的各功能模块硬件设计。

3、 第六周至第八周 使用Keil C 设计软件，对各个功能模块进行软件设计。 第九周至第十二周 利用Proteus进行软件仿真，对功能模块进行仿真验证，仿真验证合格后进行PCB加工，焊接元器件，制作出S51开发板及下载器，并对开发板和下载器功能进行最后验证，保证功能全部能够实现。 第十三周至第十四周 撰写毕业论文，准备答辩。主要参考书目(资料)主要参考书目(资料) 相关论文（电子版）；新概念51单片机C语言教程；新编MCS-51单片机应用设计；51单片机C语言应用程序设计实例精讲；及相关网站主要仪器设备及材料计算机、S51控制器及外围元件、相关传感器、配套软件论文(设计)过程中教师的指导安排除每

4、周定时具体指导外，学生有问题也可随时联系指导。对计划的说明如有特殊原因可是当调整，否则按计划执行。1本课题所涉及的问题及应用现状综述由于具有低成本、小体积、高可靠性、具有高附加值、通过更改软件就可以改变控制对象等优点，单片机越来越成为电子工程师设计产品时的首选器件之一。过去一个复杂电路才能实现的功能，现在用一个纯单片机芯片就能完成。单片机控制系统正以空前的速度取代着经典电子控制系统，单片机的应用开发技术已成为大学生的必备技能。因此拥有一块单片机开发板对大学生的单片机学习具有着极其重要的意义。但是单片机学习效果的优劣直接取决于单片机的选择，传统的C51系列单片机内部具有128字节RAM、5个中断

5、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。对C51系列单片机的程序烧写要依靠单独的烧写器，烧写器的价格不但昂贵，而且不方便初学者操作。为了节约成本、只需简洁操作即可烧写单片机，本开发板选择具有ISP在线编程功能的S51单片机，该单片机不需要烧写器，可在开发板上ISP在线编程，具有广泛的应用前景。S51单片机除兼容C51单片机外，还具有工作频率0至33MHz的高工作频率；三级程序加密锁定的全新加密算法；4KB可编程快闪存储器可重复擦写1000次，数据保存达十年以上等特点。可以满足绝大多数的实际应用开发需求，在开发板上使用十分方便。设计基于S51单片机的开发

6、板，具有一般开发板通用结构，并基于硬件进行相关软件设计。利用C语言开发程序并实现ISP在线下载到单片机，将二者有机的结合，发挥各自的优势。采用C语言进行设计不必对单片机和硬件的接口结构有很深入的了解，编译器可以自动完成变量存储单元的分配，编程者只需专注于软件的设计，大大加快了软件的开发速度；C语言模块化程序结构特点，可以使程序模块共享、丰富；C语言可读性强的特点，可以使大家更容易的借鉴前人的开发经验，提高自己的软件设计水平。ISP在线下载程序，加快了程序设计者调试的进度，能使设计者所设计的程序尽快得到验证。2本课题需要重点研究的关键问题、解决的思路及实现预期目标的可行性分析本课题需要重点研究得

7、关键问题及解决思路主要有： （1）研究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；解决思路就是搜集单片机相关资料，并加以仔细的研究，并学习科学的方案设计及评估。（2）研究设计单片的最小系统及外围电路，在Protel中进行电路的设计；解决思路是查阅资料，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。（3）研究设计单片机各个外围功能模块的驱动软件；解决思路是学会使用Keil C进行编辑、编译及仿真调试，实现对单片机进行C语言开

8、发。（4）对开发板的功能进行仿真验证；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。（5）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。（6）开发板功能验证。对单片机烧写相应的模块程序，验证功能是否能够实现。此次毕设的预期目的如下:（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，为学习其他MCU打下基础；学习系统科学的方案设计方法。（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。（3）撰写毕业论文。由于掌

9、握知识的局限性，对本次毕业设计还需要学习很多软硬件相关知识，相信在自己查找资料认真学习以及老师的指导下，能够顺利完成这次的任务。3完成本课题的工作方案 完成本课题，我拟定的工作方案如下：第一周 至 第二周 查找S51单片机资料，确定软硬件设计总体方案第三周 至 第五周 使用Protel软件，确定单片机外围电路的各功能模块硬件设计 第六周 至 第八周 使用Keil C 设计软件，对各个功能模块进行软件设计第九周日至第十二周 利用Proteus进行软件仿真，对功能模块进行仿真验证，仿真验证合格后进行PCB加工，焊接元器件，制作出S51开发板及下载器，并对开发板和下载器功能进行最后验证，保证功能全部

10、能够实现。第十三周至第十四周 撰写毕业论文，做PPT，准备答辩4指导教师审阅意见指导教师(签字)： 年 月 日说明：本报告必须由承担毕业论文(设计)课题任务的学生在毕业论文(设计) 正式开始的第1周周五之前独立撰写完成，并交指导教师审阅。西安邮电学院毕业设计 (论文)成绩评定表学生姓名性别学号专 业班 级课题名称S51开发板的设计课题类型硬件设计难度一般毕业设计（论文）时间2009 年3月8日6月20日 指导教师课题任务完成情况论 文 (千字)； 设计、计算说 明书 (千字)； 图纸 (张)；其它(含附 件)：指导教师意见 分项得分：开题调研论证 分； 课题质量（论文内容） 分； 创新 分；论

11、文撰写（规范） 分； 学习态度 分； 外文翻译 分指导教师审阅成绩： 指导教师(签字)： 年 月 日评阅教师意见分项得分：选题 分； 开题调研论证 分； 课题质量（论文内容） 分； 创新 分；论文撰写（规范） 分； 外文翻译 分评阅成绩： 评阅教师(签字)： 年 月 日验收小组意见 分项得分：准备情况 分； 毕业设计（论文）质量 分； （操作）回答问题 分验收成绩： 验收教师(组长)(签字)： 年 月 日答辩小组意见 分项得分：准备情况 分； 陈述情况 分； 回答问题 分； 仪表 分答辩成绩： 答辩小组组长(签字)： 年 月 日成绩计算方法(填写本系实用比例)指导教师成绩 20 () 评阅成绩

12、 30 () 验收成绩 30 () 答辩成绩 20 ()学生实得成绩(百分制)指导教师成绩 评阅成绩 验收成绩 答辩成绩 总评 答辩委员会意见 毕业论文(设计)总评成绩(等级)： 院(系)答辩委员会主任(签字)： 院(系)(签章) 年 月 日备注西安邮电学院毕业论文(设计)成绩评定表(续表):S51开发板的设计目录摘 要IABSTRACTII1 引言12 系统方案22.1 总体设计方案22.2 设计原则23 硬件部分33.1 硬件结构框图33.2 硬件电路设计43.2.1 S51单片机主控制模块43.2.2 键盘模块43.2.3 AD模块53.2.4 DA模块63.2.5 DS1302时钟模块

13、73.2.6 测温模块93.2.7 串行通信模块103.2.8 显示模块123.2.9 下载器模块163.2.10 其他模块174 软件部分194.1 整体程序设计194.2 分模块程序设计194.2.1 键盘模块程序设计194.2.2 AD模块程序设计204.2.3 DA模块程序设计224.2.4 DS1302时钟模块程序设计234.2.5 测温模块程序设计254.2.6 串行通信模块程序设计284.2.7 显示模块程序设计304.2.8 其他模块385 开发板设计及测试415.1 开发板PCB设计415.2 开发板测试416 结论43致谢44参考文献45附录46附录1 键盘模块部分程序46

14、附录2 AD模块部分程序46附录3 DA模块部分程序48附录4 DS1302时钟模块部分程序48附录5 测温模块部分程序51附录6 单片机通过MAX485与PC机通讯程序52附录7 LCD1602显示模块部分程序53附录8 开发板整观图55附录9 下载器整观图55摘 要设计一种基于S51单片机的开发板，该开发板具有成本低、体积小、可靠性高、功能齐全、低功耗设计、操作方便等特点。本论文详细介绍了该开发板的开发过程及相关硬件结构和软件设计。开发板以ATMEL公司的AT89S51单片机为核心控制器，板上资源主要包括数据采集处理模块、DS1302时钟模块、通信模块、液晶显示模块、键盘模块等。针对各个硬

15、件模块开发了相应的软件模块，包括各个控制驱动程序、AD/DA程序、RS232/ RS485通信程序、液晶显示程序等。开发板可以作为主控制模块安装于控制系统中执行控制任务，也可以用作实验板，完成单片机各类通用实验，操作简单，控制结果可见，性价比高，可以应用于高校、科研院所的实验室等场合，具有一定的实用价值和现实意义。关键词：S51 DS1302 通信 液晶显示 键盘 AbstractDesign a development board based on S51 MCU,the board has characteristics of low cost, small size, high reli

16、ability, full-featured, low-power design and easy to operate. This paper introduces the development process of the development board and related hardware and software design. Development board using AT89S51 of ATMEL Corporation as core controller, resources on-board include data acquisition and proc

17、essing module, DS1302 clock module, communication module, LCD module and keyboard module. Design software module corresponding to each hardware module, including the driver and control programs, AD/DA programs, RS232/RS485 communication programs, liquid crystal display programs and so on. Developmen

18、t board can be used as the main control module installed in the control system to perform control tasks, also can be used as experimental board, complete all kinds of universal experiments of MCU, operated simply, control results can be seen,high cost performance, can be applied to universities, res

19、earch institutes, laboratories and so on, has some practical value and practical significance. Key words: S51 DS1302 communication LCD keypadII1 引言单片机具有成本低、体积小、可靠性高、具有高附加值、通过更改软件就可以改变控制对象等优点，单片机越来越成为电子工程师设计产品时的首选器件之一。因此拥有一块单片机开发板对单片机学习具有着极其重要的意义。但是单片机学习效果的优劣直接取决于单片机的选择，C51系列单片机内部具有128字节RAM、5个中断源、32条

20、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。本开发板选择具有ISP在线编程功能的S51单片机，该单片机不需要烧写器，可在开发板上ISP在线编程，具有广泛的应用前景。S51单片机除兼容C51单片机外，还具有工作频率0至33MHz的高工作频率；可以满足绝大多数的实际应用开发需求，在开发板上使用十分方便。本课题设计的S51单片机开发板，具有一般开发板通用结构，并基于硬件进行相关软件设计。利用程序开发语言开发程序并实现ISP在线下载到单片机，无需配置单独的下载器。单片机使用ISP在线下载程序，加快了程序设计者调试的进度，使设计者所设计的程序尽快得到验证。通过对开发板上的模块

21、进行实验，可以提高针对不同硬件进行编程的能力，同时通过实验现象对所用的硬件也有了更深一步的认识，因此该开发板具有一定的实用价值和现实意义。2 系统方案2.1 总体设计方案本开发板共分为十四个模块，分别是：S51单片机主控制器模块、键盘模块、AD模块、DA模块、DS1302时钟模块、测温模块、MAX232模块、MAX485模块、数码管模块、LCD1602模块、LCD12864模块、下载器模块、流水灯模块、蜂鸣器模块。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；AD模块用来实现模数转换；DA模块用来实现DA转换；DS1302时钟模块用来实现实时时钟；测温模块用来测量环

22、境温度；RS232模块和RS485模块通过电平转换实现通信；数码管模块用来显示简单的数字、字母；LCD1602模块用来显示字母、数字、符号；LCD12864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。2.2 设计原则开发板系统的扩展和配置应遵循以下设计原则： (1)尽可能选择典型电路，并符合单片机常规用法。为硬件系统的标准化、模块化打下良好的基础；(2)系统扩展与外围设备的配置水平应充分满足应用系统的功能要求，并留有适当余地，以便进行二次开发； (3)硬件结构应结合应用软件方案一并考虑。硬件结

23、构与软件方案会产生相互影响，考虑的原则是：软件能实现的功能尽可能由软件实现，以简化硬件结构。但必须注意，由软件实现的硬件功能，一般响应时间比硬件实现长，且占用CPU时间；(4)系统中的相关器件要尽可能做到性能匹配。如选用CMOS芯片单片机构成低功耗系统时，系统中所有芯片都应尽可能选择低功耗产品； (5)可靠性及抗干扰设计是硬件设计必不可少的一部分，它包括芯片、器件选择、去耦滤波、印刷电路板布线、通道隔离等；(6)单片机外围电路较多时，必须考虑其驱动能力。驱动能力不足时，系统工作不可靠，可通过增设线驱动器增强驱动能力或减少芯片功耗来降低总线负载； (7)尽量朝“单片”方向设计硬件系统。系统器件越

24、多，器件之间相互干扰也越强，功耗也增大，也不可避免地降低了系统的稳定性。3 硬件部分3.1 硬件结构框图总体硬件结构主要包括：S51单片机主控制器模块、键盘模块、AD模块、DA模块、DS1302时钟模块、测温模块、MAX232模块、MAX485模块、数码管模块、LCD1602模块、LCD12864模块、下载器模块、流水灯模块、蜂鸣器模块。硬件结构框图如图3-1所示： S51单片机主控制模块DA模块流水灯模块蜂鸣器模块AD模块数码管模块LCD12864模块LCD1602模块MAX485模块MAX232模块下载器模块键盘模块DS1302实时时钟模块测温模块图3-1 总体硬件结构框图3.2 硬件电路

25、设计3.2.1 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。原理图如图3-2所示： 图3-2 S51单片机主控制模块原理图 采用按键复位方式，选取晶振为12MHZ，系统机器周期为1us。3.2.2 键盘模块在键盘中按键数量较多时，为了减少I/O口的占用，通常将按键排列成矩阵形式，如图3-3所示：图3-3 键盘模块原理图JP7用来连接P2口与矩阵键盘模块，在矩阵式键盘中，每条水平线和垂直线在交叉处不直接连通，而是通过一个按键加以连接。这样，一个端口（如P2口）就可以构成4*4=16个按键，比之直接将端口线用于键盘多出了一倍，而且线数越多，区别越明显，比如再多加一条

26、线就可以构成20键的键盘，而直接用端口线则只能多出一键（9键），在需要的按键数较多时，采用矩阵法来做键盘是合理的。3.2.3 AD模块a ADC0832简介A/D转换在单片机接口中应用广泛，串行A/D转换器具有功耗低、性价比较高、芯片引脚少等特点。ADC0832是NS(National Semiconductor)公司生产的具有Microwire/Plus串行接口的8位A/D转换器，通过三线接口与单片机连接，适宜在袖珍式智能仪器中使用。主要性能指标有：功耗低，只有15mW；8位分辨率，逐次逼近型，基准电压为5V；输入模拟信号电压范围为05V；输入和输出电平与TTL和CMOS兼容；在250kHz

27、时钟频率时，转换时间为32us；具有两个可供选择的模拟输入通道。ADC0832有DIP和SOIC两种封装，DIP封装的，ADC0832引脚排列如图3-4所示：图3-4 ADC0832引脚图各引脚说明如下：CS片选端，低电平有效；CH0，CH1两路模拟信号输入端；D I两路模拟输入选择输入端；DO模数转换结果串行输出端；CLK串行时钟输入端；VCC /REF正电源端和基准电压输入端；GND电源地。ADC0832工作时，模拟通道的选择及单端输入和差分输入的选择，都取决于输入时序的配置位。当差分输入时，要分配输入通道的极性，两个输入通道的任何一个通道都可作为正极或负极。b 硬件实现AD模块的原理图如

28、图3-5所示：图3-5 AD模块原理图单片机与ADC0832通过P2.5、P2.6、P2.7相连，分别为时钟信号线、数据输出信号线、片选信号线。开发板可外接模拟信号，也可由电位器R7、R8将+5V分压后提供两路模拟信号。 3.2.4 DA模块a TLC5615简介 TLC5615为美国德州仪器公司1999年推出的产品，是具有串行接口的数模转换器，其输出为电压型，最大输出电压是基准电压值的两倍。带有上电复位功能，即把DAC寄存器复位至全零。TLC5615性能价格比高，目前在国内市场很方便购买。主要性能指标有：10位CMOS电压输出；5V单电源供电；与CPU三线串行接口；最大输出电压可达基准电压的

29、二倍；输出电压具有和基准电压相同极性；建立时间12.5s；内部上电复位；低功耗，最大仅1.75mW。 TLC5615有小型和塑料DIP封装，DIP封装的TLC5615芯片引脚排列如图3-6所示： 图3-6 TLC5615引脚排列图引脚功能说明如下： DIN串行数据输入端； SCLK串行时钟输入端； CS芯片选用通端，低电平有效； DOUT用于级联时的串行数据输出端； AGND模拟地； REFIN基准电压输入端； OUTDAC模拟电压输出端； VDD正电源端。 b 硬件实现DA模块的原理图如图3-7所示：图3-7 DA模块原理图单片机与TLC5615通过P2.0、P2.1、P2.2相连，分别为片

30、选信号线、时钟信号线、数据输入信号线。TLC5615转换后的模拟信号通过OUT端输出。3.2.5 DS1302时钟模块a DS1302简介DS1302是美国DALLAS公司推出的一种高性能、低功耗、带RAM的实时时钟芯片，它可以对年、月、日、周日、时、分、秒进行计时，且具有闰年补偿功能，工作电压宽达2.55.5V。采用三线接口与MCU进行同步通信，并可采用突发方式一次传送多个字节的时钟信号或RAM数据。DS1302内部有一个31*8的用于临时性存放数据的RAM寄存器。主要性能指标有：31字节带后备电池的RAM用于数据存储；串行I/O口，管脚数量少；宽范围工作电压：2.05.5V；工作电压2.0

31、V时，电流小于300nA；读/写时钟或RAM数据时有两种传送方式单字节传送和突发模式传送；8 脚DIP封装或其他可选封装方式；简单的3线接口；与TTL 兼容(Vcc = 5V)；可选工业级温度范围：- 40+ 85；与DS1202 兼容。DS1302 的引脚如图3-8所示： 图3-8 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Vcc1时，DS1302由Vcc1 供电。X1、X2为振荡源，外接32. 7

32、68 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置为高电平。b 硬件实现DS1302时钟模块的原理图如图3-9所示：图

33、3-9 DS1302时钟原理图单片机与DS1302通过P3.5、P3.6、P3.7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。3.2.6 测温模块a DS18B20简介DS18B20 是DALLAS 半导体公司生产的，是一种单总线温度传感器，属于新一代适配微处理器的智能温度传感器，有两种封装形式分别为3脚PR-35封装和16脚SSOP封装。本文采用的是3脚PR-35封装，其具有以下特点：采用了单总线技术，传感器直接以二进制输出被测温度，可通过串行口线，也可与单机通过I/O 口连接；测量温度范围为：- 55+125，测量精度高达+0.5；内含寄

34、生电源，在两线方式下可通过数据线提供寄生电源，而不需要再单独供电；转换时间在分辨率为12位（即0.0625）时最大为750ms；用户可分别对每个器件设定温度上下限；DS18B20 在使用时不需要任何外围元件，全部传感元件及转换电路集成在形如一只三极管的集成电路内；电源极性接反时，芯片不会因发热而烧毁，但不能正常工作；每个DSl8B20 器件对应一个唯一的64 位长的序号，该序号值存放ROM中，可通过序号匹配实现多点测温。引脚排列如图3-10所示： 57 VDD：接电源引脚，电源供电3.05.5V；DQ：数据的输入和输出引脚；GND：接地图3-10 DS18B20引脚图b 硬件实现DS18b20

35、温度传感器模块的原理图如图3-11所示：图3-11 DS18b20温度传感器模块原理图单片机与DS18B20通过P3.7相连，作为数据/控制信号线。3.2.7 串行通信模块a RS232串行通信模块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芯片是RS232标准

36、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、T2O

37、UT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）。MAX232模块的原理图如图3-12所示：图3-12 MAX232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。b RS485串行通信模块RS232由于传输速率慢，传输距离短，传输信号易受外界的干扰等缺点。新的串行通讯接口标准RS-449被制定出来，与之相对应的是RS-485的电气标准。RS-485是美国电气工业联合会(EIA)制定的利用平衡双

38、绞线作传输线的多点通讯标准。它采用差分信号进行传输；最大传输距离可以达到1.2 km；最大可连接32个驱动器和收发器；接收器最小灵敏度可达±200 mV；最大传输速率可达2.5 Mb/s。由此可见，RS-485协议正是针对远距离、高灵敏度、多点通讯制定的标准。MAX485的引脚和结构如下图3-13所示：图3-13 MAX485的引脚和结构该芯片采用单一电源+5 V工作，额定电流为300 A，采用半双工通讯方式。它完成将TTL电平转换为RS-485电平的功能。MAX485芯片的结构和引脚都非常简单，内部含有一个驱动器和接收器。RO和DI端分别为接收器的输出和驱动器的输入端，与单片机连接

39、时只需分别与单片机的RXD和TXD相连即可；/RE和DE端分别为接收和发送的使能端，当/RE为逻辑0时，器件处于接收状态；当DE为逻辑1时，器件处于发送状态，因为MAX485工作在半双工状态，所以只需用单片机的一个管脚控制这两个引脚即可；A端和B端分别为接收和发送的差分信号端，当A引脚的电平高于B时，代表发送的数据为1；当A的电平低于B端时，代表发送的数据为0。在与单片机连接时接线非常简单。只需要一个信号控制MAX485的接收和发送即可。同时将A和B端之间加匹配电阻，一般可选100的电阻。MAX485模块的原理图如图3-14所示：图3-14 MAX485模块原理图单片机与MAX485通过P3.

40、0、P3.1、P3.2相连，分别为接收输出线、发送输入线、发送/接收使能信号线。3.2.8 显示模块a 数码管模块(1) 数码管驱动采用8位数据缓冲器74HC573，其功能表如下表3-1所示：表3-1 74HC573功能表OPERATINGMODESINPUTINTERNALLATCHESOUTPUTSOELEDNQ0 to Q7enable and read registerLHLLLLHHHHLatch and read registerLLILLLLhHHLatch register and disable outputsHLILZHLhHZ注意：H=高电平h=要保持高电平到低电平转变时

41、一个建立周期以上的高电平L=低电平I=要保持高电平到低电平转变时一个建立周期以上的低电平Z=高组态 选用74HC573增强驱动能力，提高数码管显示亮度。A-DP对应八段数码管的各段，当A-DP中有低电平输出时，被低电平片选中的数码管的相应段点亮。(2) 硬件实现：数码管模块的原理图如图3-15所示：图3-15 数码管模块原理图单片机与74HC573通过P0.0、P0.1、P0.2、P0.3、P0.4、P0.5、P0.6、P0.7相连，作为段码信号线；与74HC138通过P1.0、P1.1、P1.2相连，作为片选信号线。b LCD1602模块 (1) LCD1602简介：LCD1602点阵字符液

42、晶模块是由点阵字符液晶显示器件和专用的行列驱动器，控制器及必要的连接件，结构件装配而成，可以显示数字和英文字符。LCD1602采用标准的14脚（无背光）或16脚（带背光）接口，各引脚接口说明如表3-2所示：表3-2 LCD1602引脚接口图编号符号引脚说明编号符号引脚说明1VSS电源地9D2数据2VDD电源正极10D3数据3VL液晶显示偏压11D4数据续表3-2 LCD1602引脚接口图4RS数据/命令选择12D5数据5R/W读/写选择13D6数据6E使能信号14D7数据7D0数据15BLA背光源正极8D1数据16BLK背光源负极(2) 硬件实现：LCD1602模块的原理图如图3-16所示：图

43、3-16 LCD1602模块原理图单片机与LCD1602通过P0.0、P0.1、P0.2、P0.3、P0.4、P0.5、P0.6、P0.7、P1.0、P1.1、P1.2相连，P0.0P0.7为数据线，P1.0、P1.1、P1.2为控制线。c LCD12864模块 (1) LCD12864简介：LCD12864汉字图形点阵液晶显示模块可以显示汉字、图形、ASC码和自定义字形，内置8192个16*16的中文汉字、128个8*16字符、以及64*256点阵显示RAM，控制器为ST7920，具有串/并接口方式，其内部含有中文字库，LCD12864显示屏为128*64点阵，可显示4行，每行8个字，模块内

44、含有多种软件功能：光标显示、画面移位、自定义字符、反白、清除、关闭显示和睡眠模式等，可方便地对模块进行控制。模块内置升压电路，无需负压，配置LED背光。3V低电平工作时，只需一个20K的电阻与Vo的地相接。适用于3.3V5V宽范围工作电压的系统。RS，R/W的配合决定的4种模式见表3-3：表3-3 RS，R/W决定的控制模式RSR/W功能说明LLMPU写指令到指令暂存器（IR）LH读出忙标志（BF）及地址记数器（AC）的状态HLMPU写入数据到数据暂存器（DR）HHMPU从数据暂存器（DR）中读出数据E信号的状态产生的动作见表3-4：表3-4 E信号的状态产生的动作E状态执行动作结果高>

45、低I/O缓冲>DR配合/W进行写数据或指令高DR>I/O缓冲配合R进行读数据或指令低/低>高无动作  LCD12864的并行接口见表3-5：表3-5 LCD12864的并行接口管脚号管脚名称电平管脚功能描述1VSS0V电源地2VCC3.0+5V电源正3V0-对比度（亮度）调整4RS(CS）H/LRS=“H”，表示DB7DB0为显示数据RS=“L”，表示DB7DB0为显示指令数据5R/W(SID)H/LR/W=“H”，E=“H”，数据被读到DB7DB0R/W=“L”，E=“HL”， DB7DB0的数据被写到IR或DR6E(SCLK)H/L使能信号7DB0H/L三态数据

46、线8DB1H/L三态数据线9DB2H/L三态数据线10DB3H/L三态数据线11DB4H/L三态数据线12DB5H/L三态数据线13DB6H/L三态数据线14DB7H/L三态数据线15PSBH/LH：8位或4位并口方式，L：串口方式（见注释1）16NC-空脚17/RESETH/L复位端，低电平有效（见注释2）18VOUT-LCD驱动电压输出端19AVDD背光源正端（+5V）（见注释3）20KVSS背光源负端（见注释3）*注释1：如在实际应用中仅使用并口通讯模式，可将PSB接固定高电平，也可以将模块上的J8和“VCC”用焊锡短接。*注释2：模块内部接有上电复位电路，因此在不需要经常复位的场合可将

47、该端悬空。 *注释3：如背光和模块共用一个电源，可以将模块上的JA、JK用焊锡短接。 (2) 硬件实现：开发板上LCD12864模块的原理图如图3-17所示：图3-17 LCD12864模块原理图单片机与LCD12864通过P0.0、P0.1、P0.2、P0.3、P0.4、P0.5、P0.6、P0.7、P1.0、P1.1、P1.2相连，P0.0P0.7为数据线，P1.0、P1.1、P1.2为控制线。3.2.9 下载器模块ATmega8是基于增强的AVR RISC结构的低功耗8位CMOS微控制器。由于其先进的指令集以及单时钟周期指令执行时间， ATmega8 的数据吞吐率高达 1MIPS/MHz

48、，从而可以缓减系统在功耗和处理速度之间的矛盾。ATmega8有如下特点：8K字节的系统内可编程 Flash(具有同时读写的能力，即 RWW)，512 字节 EEPROM，1K 字节 SRAM，32个通用I/O口线，32 个通用工作寄存器，三个具有比较模式的灵活的定时器 / 计数器 (T/C)， 片内 / 外中断，可编程串行 USART，面向字节的两线串行接口，10 位6 路(8 路为 TQFP与MLF 封装)ADC，具有片内振荡器的可编程看门狗定时器，一个SPI 串行端口，以及五种可以通过软件进行选择的省电模式。工作于空闲模式时 CPU 停止工作，而 SRAM、T/C、SPI 端口以及中断系统

49、继续工作；掉电模式时晶体振荡器停止振荡，所有功能除了中断和硬件复位之外都停止工作；在省电模式下，异步定时器继续运行，允许用户保持一个时间基准，而其余功能模块处于休眠状态；ADC噪声抑制模式时终止CPU 和除了异步定时器与ADC 以外所有 I/O 模块的工作，以降低ADC 转换时的开关噪声；Standby 模式下只有晶体或谐振振荡器运行，其余功能模块处于休眠状态，使得器件只消耗极少的电流，同时具有快速启动能力。 ATMEGA8L的引脚配置如下图3-18所示： 图3-18 ATMEGA8L的引脚配置图下载器模块原理图如图3-19所示：图3-19下载器模块原理图下载器模块实现将USB信号转换为能通过

50、SPI协议传输的信号，从而实现对单片机的编程。3.2.10 其他模块 流水灯模块、蜂鸣器模块的原理图如图3-20、图3-21所示： 图3-20 流水灯模块原理图 图3-21蜂鸣器模块原理图如图3-20所示流水灯模块包含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，排阻的公共端连接短路插针的一端，短路插针的另一端与电源相连，因此，若将短路插针用短路帽短路，则八个LED的正极上拉到高电平， LED低电平点亮。如图3-21所示，单片机的P3.4与Q1的基极通过1K欧姆电阻连接，当P3.4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P3.4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。总结：对硬件的设计采用模块化设计方法，采用的电路为典型应用电路，资源配置合理，通过使用短路帽连接相应的功能模块，降低了功耗，减弱了器件之间的相互干扰，提高了系统稳定性，硬件工作稳定可靠。4 软件部分4.1 整体程序设计软件部分主要包括数码管程序、键盘程序、AD