基于STC89C52单片机最小系统的设计

基于STC89C52单片机最小系统的设计设计内容及要求设计题目：基于STC89C52单片机最小系统的设计及制作。设计要求：输入信号为传感器、电压、电流、开关等形式，单片机型号可以自己选择（51,128,430等），输出控制信号为模拟电压或者数字信号，控制对象可以是电机（直流电机，步进电机）、开关、显示器等。（注：可以采用单片机、传感器电路模块以及集成电路芯片制作。）使用器材：感光板及常用PCB制版器材、常用电子装配工具、万用表、示波器及电子元器件（详见附录）。STC89C52单片机STC89C52单片机简介单片微型计算机简称单片机，是典型的嵌入式微控制器（MicrocontrollerUnit），常用英文字母的缩写MCU表示单片机，它最早是被用在工业控制领域。单片机由芯片内仅有CPU的专用处理器发展而来。最早的设计理念是通过将大量外围设备和CPU集成在一个芯片中，使计算机系统更小，更容易集成进复杂的而对体积要求严格的控制设备当中。用专业语言讲，单片机就是在一块硅片上集成了微处理器、存储器及各种输入/输出接口的芯片。单片机的特点高集成度，体积小，高可靠性单片机将各功能部件集成在一块晶体芯片上，集成度很高，体积自然是最小的。芯片本身是按工业测控环境要求设计的，内部布线很短，其抗工业噪声性能优于一般通用的CPU。单片机程序指令，常数及表格等固体化在ROM中不易破坏，许多信号通道均在一个芯片内，故可靠性高。控制功能强为了满足对控制对象的要求，单片机的指令系统均有极丰富的条件：分支转移能力、I/O口的逻辑操作机位处理能力，非常适用于专门的控制功能。低电压，低功耗，便于生产携带为了便于广泛使用于便携式系统，许多单片机内的工作电压仅为1.8V～3.6V，工作电流仅为数百微安。易扩展片内具有计算机正常运行所需的部件。芯片外部有许多供扩展用的三总线及并行、串行输入/并行、串行输入/输出管脚，很容易构成各种规模的计算机应用系统。（5）优异的性能价格比单片机的性能高。为提高速度和运行效率，单片机开始使用RISC流水线和DSP等技术。单片机的寻址能力也突破了64KB的限制，有的已达MB1，甚至16MB；片内的ROM容量可达62MB，RAM容量则可达2MB。由于单片机的广泛使用，因而销量极大，各大公司的商业竞争激烈，使其价格十分低廉，性能价格比极高。2.3单片机的内部结构一个基本的MCS-52单片机通常包括：中央处理器、ROM、RAM、定时/计数器和I/O口等各功能部件，各个功能由内部的总线连接起来，从而实现数据通信。其内部框图如图2-1所示。图2-1MCS单片机结构图2.4单片机的引脚功能常见的52系列单片机中一般采用双列直插（DIP）封装，共40个引脚。STC89C52共有40个引脚，采用的是双列直插（DIP）封装，如图2-2所示。其中的40个引脚大致可以分为4类：电源、时钟、控制和I/O引脚。图图2-2STC89C52引脚分布图2.4.1电源（1）VCC：芯片电源端，一般为+5V；（2）GND：接到端。2.4.2时钟（1）XTAL1：晶体振荡电路的反相输入端；（2）XTAL2：晶体振荡电路的输出端。2.4.3控制线MCS-51单片机共有4根控制线，其中3根是复用线，具有两种功能。（1）ALE/PROG_____________：地址所存允许/编程脉冲；（2）PSEN：外部ROM读选通信号；（3）RST：复位引脚；（4）EA：内外ROM选择/EPROM编程电源2.4.4I/O引脚MCS-51单片机共有4个8位并行I/O端口，共32个可编程I/O引脚。（1）P0.0～P0.7：P0口是一个8位漏极开路的双向I/O口。作为输出口，每位能驱动8个个TTL逻辑电平。对P0端口写“1”时，引脚端用作高阻抗输入。当访问外部程序和数据存储器时，P0口也被作为低8位地址/数据复用。在这种模式下，P0具有内部上拉电阻。在Flash编程时，P0口也用来接收指令字节；在程序校验时，输出指令字节。程序校验时，需要外部上拉电阻。P1.0～P1.7：P1口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P1输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。对P1端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚端由于内部电阻的原因，将输出电（IIL）。此外，P1.0和P1.2分别作定时器/计数器2的外部计数输入（P1.0/T2）和时器/计数器2的触发输入（P1.1/T2EX），具体如表2-1所示。在Flash编程和校验时，P1口接收低8位地址字节。引脚端引脚端P1.0钟输出P1.1T2EX（定时器/计数器T2的捕捉/重载触发信号和方向控制）P1.5MOSI（在系统编程用）P1.6MISO（在系统编程用）P1.7SCK（在系统编程用）T2（定时器/计数器T2的外部计数输入），时P2.0～P2.7：P2口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。对P2端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。在访问外部程序存储器或用16位地址读取外部数据存储器（例如执行MOVX@DPTR）时，P2口送出高八位地址。在这种应用中，P2口使用很强的内部上拉发送1。在使用8位地址（如MOVX@RI）访问外部数据存储器时，P2口输出P2锁存器的内容。在Flash编程和校验时，P2口也接收高8位地址字节和一些控制信号。P3.0～P3.7：P3口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P3输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。对P3端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。P3口亦作为STC89C52特殊功能（第二功能）使用，如表2-2所示。在Flash编程和校验时，P3口也接收一些控制信号。表2-2P3口的第二功能引脚端引脚端第二功能P3.0RXD（串行输入）P3.1TXD（串行输出）P3.20INT(外部中断0)P3.3P3.31INT(外部中断1)P3.4T0（定时器0外部输入）P3.5T1（定时器1外部输入）P3.6WR(外部数据存储器写选通)P3.7RD(外部数据存储器写选通)3STC89C52构成的最小系统单片机最小系统包括复位电路、时钟电路、电源电路、外围电路，其外围电路包括数码显示、液晶显示、键盘检测、串口测试等，如图3-1所示。图3-1单片机外围电路3.1单片机周边电路STC89C52的外围电路如图3-2所示。时钟电路采用频率是12MHz的石英晶振。在复位电路中当REST为低电平时，系统处于工作状态，当REST为高电平时系统处于复位或下载程序状态。STC89C52具有ISP在线编程功能，在程序下载过程中REST引脚被拉高，下载完毕后自动拉低进入运行状态，用户也可以通过按下S17进行手动复位。为方便以后的学习，最小系统将32个I/O引脚全部引出。图3-2单片机外围电路3.2供电部分单片机供电部分的原理图如图3-3所示。系统供电采用标准的3.5mmDC接口输入，通过线性稳压芯片7805进行稳压处理以后，再供给电路的其他部分。为了方便起见，系统还将输入电源用排针引出，方便用杜拉线进行连接（“2脚”为正极）。电路中接入电源指示LED，R2为LED的限流电阻，SW1为电源开关。图3-3最小系统供电部分原理图串行口部分电路图如图3-6串行口部分电路图如图3-6所示。图3-5MAX232引脚分布图图3-6串行口部分电路原理图3.5按键部分按键部分电路采用4*4矩阵式键盘，在修改时钟或设置闹钟时间可以直接从键盘输入，方便、快捷。而独立式按键需设置过多按键，将会占用较多I/O口，而且会给布线带来不便，因此，此方案适用于按键较少的情况。且由于按键较少，在修改时间或设置闹铃时间时就不能直接输入，只能通过加或减完成，较为麻烦。单片机检测按键的依据是与按键对应的I/O口是否为低电平。检测时，先给一列送低电平，其余几列全为高电平，然后立即轮流检测一次各行是否有低电平，若检测到某一行为低电平就可以确认是按下哪一行哪一列的按键。按键部分原理图如图3-7所示。图图3-7按键部分电路原理图3.6液晶显示部分液晶显示器的主要原理是以电流刺激液晶分子产生点、线、面并配合北部灯管构成画面。各种型号的液晶通常是按照显示字符的行数或液晶点阵的行、列数来命名的，液晶体积小、功耗低、显示操作简单，但应注意考虑其能承受的温度范围。1602液晶每行显示16个字符，一共可以显示两行，由16列、2行组成。液晶显示的电路原理图如图3-8所示。图3-8液晶显示电路原理图3.7时钟振荡电路部分时钟是单片机的心脏，单片机各功能部件的运行都是以时钟频率为基准，有条不紊的一拍一拍地工作。因此，时钟频率直接影响单片机的速度，时钟电路的质量也直接影响单片机系统的稳定性。常用的时钟电路有两种方式：一种是内部时钟方式，另一种为外部时钟方式。STC89C52使用11.0592MHz的晶体振荡器作为振荡源，由于单片机内部带有振荡电路。所以外部只要连接一个晶振和两个电容即可，电容容量一般在15振荡电路。所以外部只要连接一个晶振和两个电容即可，电容容量一般在15pF至pF50之间。时钟振荡电路如图3-9所示。图3-9时钟振荡电路原理图MCS-51单片机内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器，该高增益反向放大器的输入端为芯片引脚XTAL1，输出端为引脚XTAL2。这两个引脚跨接石英晶体振荡器和微调电容，就构成一个稳定的自激振荡器。图3-10为DS1302实时时钟电路原理图。图3-10DS1302实时时钟原理图3.8温度检测部分温度检测部分选用的是DS18B20传感器，其电路原理图如图3-11所示。图3-11温度检测电路DS18B20传感器，主要由四部分组成：DS18B20传感器，主要由四部分组成：64位ROM、温度传感器、非挥发的温度报警触发器TH和TL、配置寄存器。有三个管脚：DQ为数字信号输入/输出端；GND为电源地；VDD为外接供电电源输入端。524STC89C应用电路STC89C52单片机最小系统总的原理图如图4-1所示，PCB电路图如图4-2、4-3和4-4所示。图4-1STC89C52单片机最小系统原理图图图4-2单片机最小系统PCB图（顶层）图4-3单片机最小系统PCB图图图4-4单片机最小系统PCB图（3D效果图）5PCB板制作过程（1）打印打印采用通用喷墨打印机，在AltiumDesigner下打印设置完成。（2）曝光在曝光之前将硫酸纸的打印面紧贴感光板，将底层和顶层的两面完全重合，然后用双面胶固定硫酸纸和感光板，不能遮住需要曝光的导线。曝光采用普通日光灯曝光约10分钟左右，使用曝光机曝光的方法是将需要的曝光面朝下正对紫外线，压紧、关上机器盖子，曝光好的板子要尽快放入显影液中显影，时间过长会影响显影效果。（3）显影显影在整个印制板的制作过程中比较关键。①配制显影液。将显影剂按照1:100溶于温度约35°C的温水中，清摇容器或者用塑料棒搅拌使显影剂充分溶解。应当注意的是在显影液可以湮没感光板的条件下，显影液应该尽可能的少，显影剂的浓度不可过高，否则线路膜面会迅速剥离而遭到破坏。②显影。将曝光好的感光板浸入显影液中（单面板膜面朝上，双面板悬空放置），然后清摇容器，用软毛刷轻刷板面，板面未曝光的部分就会慢慢溶解露出铜底。当未曝光的部分全部呈现光亮的铜金属光泽时，显影完成，整个过程约为1～2分钟。将板子取出用清水冲洗干净，目视无缺陷即可进入蚀刻步骤。腐蚀腐蚀采用的是三氯化铁溶液，腐蚀过程采用的是开水可以加快。钻孔将板子洗净，然后选择合适的钻头来钻孔，区别主要在于过孔的焊盘和一般焊盘的大小。焊接对照原理图和PCB布局图，仔细查看印制电路板，找到对应的元器件的功能区后，开始准备元器件和工具。在焊接过程中，最先焊的是过孔，因为在插上元器件之前应该先处理好所有的过孔，过孔可以用0.3mm～0.6mm的导线连接。然后再将相关元器件插好，检查无误后才开始焊接。电路检查由于电路出现虚焊，会致使电路调试的不能正常工作或不稳定。因此，在电路的检测过程，要注意检查过孔焊接和焊接元器件过程中因失误造成的虚焊。6总结通过本次课程设计，完成了单片机最小系统的课程设计，使我更加深入地了解了STC89C52单片机的结构和功能，将理论与实践结合起来，实践了课堂上所学的理论知识，同时也使我认识到了自己的不足之处。在做单片机最小系统的课程设计时，由于自己平时很少应用AltiumDesigner应用软件去画原理图和PCB图，在画元器件的封装和PCB布线时，遇到了一些困难，花了不少时间。不过，最后在同学的帮助和自己的努力下，画好了元器件的封装和PCB布线。这次课程设计也使我意识到要做好一个系统的设计，首先要有一个较为明确系统设计的方案，根据系统方案设计外围电路，选择合适的元器件。总之，这次课程设计，使我对电子工艺的理论有了更深入的了解，让我明白动手操作是以牢固的理论知识为基础的，要学好课本上的知识，同时，也是一个对自己动手能力的很大的锻炼，提高了自己考虑问题、分析问题、解决问题的能力以及动手操作能力，使我的综合能力有了一个很大的提高。最后，我要感谢在这次课程中帮助过我的同学。参考文献：黄智伟.凌阳单片机课程设计指导．北京：北京航空航天大学出版社，2007周航慈.单片机程序设计基础．北京：北京航空航天大学出版社，1997求实科技.单片机典型模块设计实例导航．北京：人民邮电出版社，2004余永权.89系列（MCS-51）Flash单片机原理及应用.北京：电子工业出版社，2003王幸之.单片机应用系统电磁干扰与抗干扰技术．北京