多功能实验开发板毕业设计

1、郑州轻工业学院本科毕业设计（论文）题 目 AVR多功能实验开发板的设计学生姓名 杨飞专业班级 电子科学与技术专业05-1 学 号 200511010140 院 （系） 技术物理系 指导教师(职称) 张晓冬(助教)完成时间 2009 年 5 月 24 日 目 录中文摘要英文摘要1引言12课题研究背景22.1市场上单片机实验开发板情况22.2课题研究的意义33课题研究内容43.1研究主要内容43.2主要方案选择44主要器件的原理及应用54.1ATmega165性能5引脚说明74.1.34.1.3 AVR CPU 内核94.2STC89C5210性能10内部结构图及外部管脚图114.374HC595

2、芯片资料12芯片特点12输出能力12芯片描述13参考数据13引脚说明134.4高耐压、大电流达林顿陈列ULN200315概述与特点15外部管脚图15极限值164.5DS18B20温度采集芯片16芯片特性16的内部结构17温度传感器的存储器18使用中注意事项194.6DS130219概述194.6.2DS1302 的基本组成和工作原理214.6.3DS1302 内部寄存器214.724C0221位串行 E2PROM21工作特性和可靠参数22概述22极限参数23可靠性参数23功能描述234.7.7管脚描述234.812864液晶显示24概述24基本特性25方框图26外形尺寸图26模块接口说明27模

3、块主要硬件构成说明27信号285整体电路设计295.1主控制MCU模块295.2DS1302时钟模块315.374HC595串转并模块325.48*8点阵模块325.5数码管模块335.6流水灯模块345.7串行通信模块355.8液晶显示模块365.9直流/步进电机模块375.10蜂鸣器/继电器模块375.11实验板电路总体概括385.12结束语39致谢40参考文献41附录142附录243附录 344AVR多功能实验开发板的设计摘 要本实验开发板是综合AVR和51单片机的多功能实验板，采用ATMEL公司的中高档MCUATmega16L和深圳宏晶公司生产的STC89C52作为实验开发板的“双核”

4、CPU。两种CPU的共同之处是均支持在线编程，不需为下载程序而专门购置所谓的编程器，徒增成本。另外，本实验开发板采用了排线连接的方式，将各部分功能模块单独引出插头以供实验，这样不仅提高了编程的灵活性而且给学习者以自由的编程思路；单独的功能模块使得电路减少了更或者说是避免了管脚复用所造成的种种干扰。再者，考虑到AVR和51的驱动差异，特有数码管和8*8点阵的驱动添加，从而使AVR和51的各部分试验功能得以吻合。该实验开发板的实验功能齐全，实验模块数量不低于实验开发箱，但成本却远远低于实验开发箱，比较适合学习者学习使用。关键词 ATmega16L STC89C52 实验开发板THE EXPERIM

5、ENTAL DEVELOPMENT OF MULTI-FUNCTION BOARD FOR AVRABSTRACTThis experiment exploitation board be the experiment board synthesizing AVR and 51 monolithic machine multiple functions, In adopt the ATMEL companys, STC89C52 that top grade MCU ATmega16L and the grand Shenzhen crystal company produce develop

6、s unnatural dicaryon CPU as the experiment. Two place of growing the CPU common are to support the online programming equally , specially, buy the so-called programming implement , increase cost only to download procedure . The experiment has developed the way that board has adopt to link up row gle

7、am besides , Originally , the function module has drawn forth an attachment plug to provide an experiment alone with every part , such has improved the programming flexibility not only giving a free programming of learner a train of thought; The feasible circuit of single-handed function module has

8、decreased by more in other words , being to have avoided what pin multiplexing brings about a variety of disturbances. Moreover, think to AVR and 51s drive difference, proper numerical code and 8*8lattice drive addition, Make AVR and every 51s parts test that the function can be fitted thereby. The

9、experiment function owing an experiment the board developing is all in readiness , The experiment module is not lower than the chest developing an experiments , the chest developing an experiments but over lower than the experiment , the learner comparatively suitable learns being put into use but.K

10、EY WORDSATmega16L，STC89C52， experiment develops board引言随着单片机课程在大学工科类专业的开设和普及，单片机课程已经日益成为不可缺少的重点课程。科技的发展和自动化的日渐兴起，使得单片机成为硬件设计人员和工程开发人员关注的焦点。单片机的种类也逐渐的由Inter的51单片机发展为种类繁多、功能强大的单片机体系。我们所学的课程往往太过偏重于理论，虽然开设有实验课，但实验室终究是不可能整日开放的，而且买一套实验室里的实验开发设备对学生来说是一笔不小的数目。为此，市面上出现了诸多种类和性能的单片机实验开发板，以满足初学者的编程锻炼需要。本实验开发板综合

11、了AVR和51的单片机作为板子的CPU，外部设置了种类齐全的实验模块，而且考虑到AVR和51单片机之间的驱动差异，特别添加了数码管和8*8点阵的驱动电路；开发板采用排线连接，各实验模块均设有连接端口，这种方式的设计不局限编程思维，使学习者可以根据自己的想法使用单片机端口；AVR和51同处一板，这样等于拥有了两套不同种类单片机的开发板，当然，在51单片机的基础上学习AVR会更容易了解和掌握AVR单片机的性能。该开发板的功能不亚于实验室的实验开发箱，但是成本却远远低于开发箱，这为单片机初学者提供了性价比超高的实验平台。而且具备完善的实验源程序，对初学者的单片机语言学习更有帮助。大部分独立模块之间可

12、以同时进行实验或者进行复用，实验开发板MCU外扩插槽为双排插槽，可为电路复用准备。课题研究背景市场上单片机实验开发板情况在现在的市场中，单片机实验开发板的种类繁多，特别是仅仅51单片机实验开发板就琳琅满目，试验功能也不尽相同。但是占据开发板市场排行之首的仍然是51实验开发板，这是由于51单片机是其他种类单片机的始祖，人们已经习惯了用51单片机去做一些智能控制。当然，其他新品种的单片机实验开发板也不在少数，只是人们对这种新品种单片机仍缺乏认识和信任，也或者说是先入为主吧，所以这些新型的单片机实验开发板在数目和气势上必然会劣于51。(1)51实验开发板 在目前的高校单片机课程中，51单片机占百分之

13、九十以上，所以51开发板必然会成为高校单片机试验设备所必须的，而且它也是单片机实验开发板中的领头军，因此51开发板在市场中所占的份额也是最大的。(2)AVR实验开发板AVR单片机作为新一代高性能低功耗的单片机，其性能优点让之脱颖而出。但市面上的AVR实验开发板数目很少，在大学课程里仍很少开设，但是基于AVR单片机的电路已经开始普遍。就AVR单片机实验开发板来说，确实有一定开发价值。(3)其他种类单片机 在单片机大家庭当中，除了前两种之外还有Microchip 单片机、TI 公司的 MSP430 系列单片机、凌阳单片机、Motorola 单片机、Zilog 单片机、Scenix单片机、NEC单片

14、机等等。这些品牌单片机大部分的八位单片机还是51内核，用作实验板的较少。课题研究的意义单片机课程在大学工科类专业的开设和普及，使单片机课程成为不可缺少的重点课程。而且单片机的应用非常广泛，学习单片机的必要性有目共睹。实验室具备单片机实验设备，但实验室终究是不可能整日开放的，而且买一套实验室里的实验开发设备对学生来说是一笔不小的数目。市面上所出售的单片机实验开发板往往功能不太齐全，而且单片机固定不变，使学习者必须去学习某一种单片机而没有其它单片机的实验设备，从而造成了单片机学习的局限。鉴于此，设计AVR多功能实验开发板，打破单一的单片机实验的种类局限，而且对这两种不同的单片机兼容了实验模块，让学

15、习者用同音、模块做不同的单片机实验。另外，该开发板的独立接线模块可以用来做非本板的实验，比如说用其它的单片机来控制该开发板上的实验模块。开发板综合了AVR和51的单片机作为板子的CPU，外部设置了种类齐全的实验模块，而且考虑到AVR和51单片机之间的驱动差异，特别添加了数码管和8*8点阵的驱动电路；开发板采用排线连接，各实验模块均设有连接端口，这种方式的设计不局限编程思维，使学习者可以根据自己的想法使用单片机端口；AVR和51同处一板，这样等于拥有了两套不同种类单片机的开发板，当然，在51单片机的基础上学习AVR会更容易了解和掌握AVR单片机的性能。该开发板的功能不亚于实验室的实验开发箱，但是

16、成本却远远低于开发箱，这为单片机初学者提供了性价比超高的实验平台。而且具备完善的实验源程序，可以辅助学习单片机语言，减少单片机学习中的弯路。课题研究内容研究主要内容(1) ATmega16L的外部接口及扩展；(2) STC89C52的外部接口及扩展；(3) 数码管驱动电路及程序；(4) 8*8点阵驱动电路及程序；(5) 74HC595串转并电路及程序；(6) 4*4键盘电路及程序；(7) 时钟模块DS1302电路及程序；(8) 液晶模块12864/1602电路及程序；(9) 温度采集模块18B20电路及程序；(10) 直流/步进电机电路及PWM调速程序；(11) 红外接收模块SM3381电路；

17、(12) 串行通信模块电路MAX232；(13) 流水灯、PS/2接口、模数转换、蜂鸣器、继电器，EEP电路等等主要方案选择(1)实验板中的AVR主控器芯片选用ATMEL公司的ATmega16L，这是一款很特别的多接口芯片,而且在接口设计方面的表现很优秀。其较高于51的驱动电流可以直接驱动小型继电器等器件，它也是AVR单片机的典型芯片。(2)实验板中的51芯片采用STC89C52，它支持串口下载程序，免去了编程器，比较适合作为51实验板的典型芯片。(3)整板电路采用5V电压，因此所用芯片器件均采用5V的，包括继电器、直流电机等。主要器件的原理及应用ATmega16ATmega16L性能(1)

18、高性能、低功耗的 8 位 AVR微处理器1(2)先进的 RISC 结构 131 条指令 大多数指令执行时间为单个时钟周期 32 个 8 位通用工作寄存器 全静态工作 工作于 16 MHz 时性能高达 16 MIPS 只需两个时钟周期的硬件乘法器(3) 非易失性程序和数据存储器 16K 字节的系统内可编程 Flash， 擦写寿命 : 10,000 次 具有独立锁定位的可选 Boot 代码区通过片上 Boot 程序实现系统内编程，真正的同时读写操作 512 字节的 EEPROM 擦写寿命 : 100,000 次 1K 字节的片内 SRAM 可以对锁定位进行编程以实现用户程序的加密(4) JTAG

19、接口 ( 与 IEEE 1149.1 标准兼容 ) 符合 JTAG 标准的边界扫描功能 支持扩展的片内调试功能 通过 JTAG 接口实现对 Flash、 EEPROM、熔丝位和锁定位的编程(5) 外设特点 两个具有独立预分频器和比较器功能的 8 位定时器 / 计数器 一个具有预分频器、比较功能和捕捉功能的 16 位定时器 / 计数器 具有独立振荡器的实时计数器 RTC 四通道 PWM 8 路 10 位 ADC，8 个单端通道，TQFP 封装的 7 个差分通道，2 个具有可编程增益 （1x, 10x, 或 200x）的差分通道 面向字节的两线接口 两个可编程的串行 USART 可工作于主机 /

20、从机模式的 SPI 串行接口 具有独立片内振荡器的可编程看门狗定时器 片内模拟比较器(6) 特殊的处理器特点 上电复位以及可编程的掉电检测 片内经过标定的 RC 振荡器 片内 / 片外中断源 6 种睡眠模式 : 空闲模式、ADC 噪声抑制模式、省电模式、掉电模式、Standby 模式以及扩展的 Standby 模式(7)I/O 和封装 32 个可编程的 I/O 口 40 引脚 PDIP 封装 , 44 引脚 TQFP 封装 , 与 44 引脚 MLF 封装(8) 工作电压 : ATmega16L：2.7 - 5.5V ATmega16：4.5 - 5.5V(9) 速度等级 0 - 8 MHz

21、ATmega16L 0 - 16 MHz ATmega16(10) ATmega16L 在 1 MHz, 3V, 25C 时的功耗 正常模式 : 1.1 mA 空闲模式 : 0.35 mA 掉电模式 : 低I/O缓冲DR配合/W进行写数据或指令高DRI/O缓冲配合R进行读数据或指令低/低高无动作 忙标志:BFBF标志提供内部工作情况.BF=1表示模块在进行内部操作,此时模块不接受外部指令和数据.BF=0时,模块为准备状态,随时可接受外部指令和数据. 利用STATUS RD 指令,可以将BF读到DB7总线,从而检验模块之工作状态. 字型产生ROM（CGROM）字型产生ROM（CGROM）提供81

22、92个此触发器是用于模块屏幕显示开和关的控制。DFF=1为开显示（DISPLAY ON),DDRAM 的内容就显示在屏幕上，DFF=0为关显示（DISPLAY OFF)。DFF 的状态是指令DISPLAY ON/OFF和RST信号控制的。 显示数据RAM（DDRAM）模块内部显示数据RAM提供642个位元组的空间，最多可控制4行16字（64个字）的中文字型显示，当写入显示数据RAM时，可分别显示CGROM与CGRAM的字型；此模块可显示三种字型，分别是半角英数字型(16*8)、CGRAM字型及CGROM的中文字型，三种字型的选择，由在DDRAM中写入的编码选择，在0000H0006H的编码中（

23、其代码分别是0000、0002、0004、0006共4个）将选择CGRAM的自定义字型，02H7FH的编码中将选择半角英数字的字型，至于A1以上的编码将自动的结合下一个位元组，组成两个位元组的编码形成中文字型的编码BIG5（A140D75F），GB（A1A0-F7FFH）。 字型产生RAM(CGRAM)型产生RAM提供图象定义(造字)功能, 可以提供四组1616点的自定义图象空间，使用者可以将内部字型没有提供的图象字型自行定义到CGRAM中，便可和CGROM中的定义一样地通过DDRAM显示在屏幕中。 地址计数器AC地址计数器是用来贮存DDRAM/CGRAM之一的地址,它可由设定指令暂存器来改变

24、，之后只要读取或是写入DDRAM/CGRAM的值时，地址计数器的值就会自动加一，当RS为“0”时而R/W为“1”时，地址计数器的值会被读取到DB6DB0中。 整体电路设计该部分将介绍AVR/51实验开发板的实验模块分类及功能主控制MCU模块此部分为实验板的核心部件，分为ATmega16L和STC89C52，用于实现不同单片机的实验控制。(1)ATmega16L部分的电路及扩展插头电路如图5-1所示：图5-1 ATmega16L及扩展电路(2) STC89C52部分的电路及扩展插头电路如图5-2所示：图5-2 STC89C52及扩展电路两部分的复位电路如下：(1) ATmega16L复位电路如下图5-3所示：图5-3 ATmega16L复位电路(2) STC89C52复位电路如下图5-4所示14：图5-4 STC89C52复位电路DS1302时钟模块DS1302作为本开发板时钟模块的时钟芯片，可与单片机进行通信，给单片机提供标准时钟，可进行年月日的设置，并通过通信口将数据传送给单片机，从而将时间信息显示出来，本实验开发板在程序上，将该部分模块与数码管结合起来显示时间。时钟模块的电路原理图如下