1、 本文由 jiaoshi8 贡献doc 文档可能在 WAP 端浏览体验不佳。建议您优先选择 TXT，或下载源文件到本机查看。2010 年毕业设计毕 业 设 计课题名称： 系 班 姓 学 部： 级： 名： 号：基于单片机设计的最小系统电子信息工程系 电子信息工程（1）班 刘七七 102212114 刘星慧、刘昆山指导教师：2010 年11 月18日单片机最小系统制作 单片机最小系统制作DevKit MCS51 Lite题目： 一、 题目：单片机最小系统 引言： 二、 引言：由于单片机技术在各个领域正得到越来越广泛的应用， 世界上许多集成电路生产厂家相 继推出了各种类型的单片机，在单片机家族的众多
2、成员中，MCS-51 系列单片机以其优越的 性能、 成熟的技术及高可靠性和高性能价格比， 迅速占领了工业测控和自动化工程应用的主 要市场，成为国内单片机应用领域中的主流。目前，可用于 MCS-51 系列单片机开发的硬件 越来越多，与其配套的各类开发系统、各种软件也日趋完善，因此，可以极方便地利用现有 资源，开发出用于不同目的的各类应用系统。 单片机最小系统是在以 MCS-51 单片机为基础上扩展，使其能更方便地运用于测试系 统中，不仅具有控制方便、组态简单和灵活性大等优点，而且可以大幅度提高被测试的技术 指标，从而能够大大提高产品的质量和数量。单片机以其功能强、体积小、可靠性高、造价 低和开发
3、周期短等优点， 称为在实时检测和自动控制领域中广泛应用的器件， 在工业生产中 称为必不可少的器件，尤其是在日常生活中发挥的作用也越来越大。本课题设计主要在 MCS-51 单片机上扩展 I/O 口，扩展定时器定时范围，扩展键盘显示接口。适合于我们学生 用于单片机的学习掌握和一些各种科研立项等的需求。 因此， 研究单片机最小系统有很大的 实用意义。 三、关键字： 关键字： DevKit MCS51 Lite 、AT89S51、AD/DA、RS232 串口、串行 EEPROM 存储器、蜂鸣 器、独立按键、LED、8 段数码管。四、 目的要求4.1 目的： 通过对单片机最小系统的研究， 掌握单片机各引
4、脚功能，理解单片机工作过程及 原理，以及与各种外部扩展器件的连接，能够自己运用单片机来解决实际问题。 4.2 任务： 根据单片机最小系统的连接说明图，完成单片机最小系统的焊接以及调试。掌握 Isplay、keil 等单片机相关软件的使用。理解小系统的工作原理，掌握实际运用单片机 小系统。五、 系统原理MCS51 Lite 是由电源、复位及振荡电路、蜂鸣器电路、RS232 串口电路、八段数 码管显示电路、按键及 LED 电路、串行存储器电路、AD/DA 转换电路、JTAG 下载接 口、Byte Blaster II 下载线等部分组成。 5.1 电源2TPVCCR19 330 POWER TPF1
5、J11 2 3 4VBUS DD+ GND787780-1电源接口电路图MCS51 Lite 的电源通过计算机的 USB 口供给，使用套件提供的 USB A 转 B 口电 缆连接计算机 USB 口与开发板即可。在电源电路中接入了电源指示 LED，使用 330 电阻限流。并提供两个测试点来测量 5V 电是否正常。 5.2 复位及振荡电路VCCC8 10uF RST C6 18p R18RSTC718pX1XTAL1 XTAL210K复位及振荡电路图复位电路由按键复位和上电复位两部分组成。 AT89S 系列单片及为高电平复位， 通 常在复位引脚 RST 上连接一个电容到 VCC，再连接一个电阻到
6、GND，由此形成一个 RC 充放电回路保证单片机在上电时 RST 脚上有足够时间的高电平进行复位， 随后回归 到低电平进入正常工作状态，这个电阻和电容的典型值为 8.2K 和 10uF。 按键复位就是在复位电容上并联一个开关，当开关按下时电容被放电、RST 也被拉到 高电平， 而且由于电容的充电， 会保持一段时间的高电平来使单片机复位。 MCS51 LITE 使用 22.1184MHz 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 15pF 至 50pF 之间。 5.3 蜂鸣器电路VCCP3_7R7 4.7KQ1 9012 Buz
7、zerD1 Diode3蜂鸣器电路图蜂鸣器使用 PNP 三极管进行驱动控制，板上使用的是直流蜂鸣器，当 P3.7 输出低电 平时，蜂鸣器鸣叫。由于蜂鸣器为感性原件，可以在两端并接一个二极管来起到泄放作 用。 5.4 RS232 串口电路U1 0.1uF 0.1uF C2 C3 C1VCC 1 6 2 7 3 8 4 9 5CN11 3 4 5 11 10 12 9 15C1+ C1C2+ C2T1IN T2INVDD VCC2 0.1uF 16PRxDTxDT1OUT T2OUT14 7 13 8 6PTxD10 11RxDR1OUT R1IN R2OUT R2IN GNDMAX232CPE
8、0.1uF C4VEERS232 串口电路图RS232 串口电路使用 MAX232CPE 作为电平转换芯片，并通过套件提供的串口电缆 连接到计算机背后的 COM 口（9 针 D 型口） ，用于 MCS51 LITE 与上位机通信以及和其他 串口设备的数据交互。 需要注意的是这里在电路板上对 TxD 和 RxD 进行了交叉，对应 使用的 DB9接头类型为 Female， 使用的线缆为延长线， 也叫做直连线， 线缆一头为 Female 一头为Male。如果电路板上不将 RxD 和 TxD 交叉，就应该采用 Male 类型的接头和交叉线 缆(两头均为 Female)连接。 5.5 八段数码显示管DS
9、1P0_0 P0_1 P0_2 P0_3 P0_4 P0_5 P0_6 P0_7R20 R21 R22 R23 R24 R25 R26 R27 330 330 330 330 330 330 330 330a b c d e f g dp10 9 8 5 4 2 3 7a b c d e f g DPDpy Red-CA DS2A A1 6Q2 R28 4K7 P1_0VCCa b c d e f g dp10 9 8 5 4 2 3 7a b c d e f g DPDpy Red-CAA A1 6Q3 R29 4K7 P1_1VCC数码管电路图4七段数码管电路图MCS51 LITE 包含两
10、个共阳 8 段数码管显示器， 使用动态扫描方式驱动。 共阳极作为位选 有 PNP 三极管驱动连接在 P1.0 和 P1.1 口，八位段选在通过 330 限流后连接在单片机的 P0 口 上。由于数码管是共阳的，所以当驱动信号为 0 时对应的数码管才点亮。 5.6 按键及 LED 电路P2_0 R32 4.7KVCCQ4 QVCCP3_2R10 10K R11 330 R12 10K R13 330 R14 10K R15 330 R16 10K R17 330 K1P0_0 P0_1 SW P0_2 K2 P0_3 SW P0_4 K3 P0_5 SW P0_6 K4 P0_7 SWR1 R2
11、R3 R4 R5 R6 R8 R9 330 330 330 330 330 330 330 330 DS9 DS10 DS7 DS8 DS5 DS6 DS3 DS4VCCP3_3VCCP3_4VCCP3_5GND5按键及 LED 电路图开发板上提供了 8 个独立 LED，由 P2 口控制，同样采用共阳级接法，所以只有当 P2 口输 出低电平时 LED 才会点亮。这样做的主要原因是因为单片机的低电平驱动能力高电平强。4 个独立按键使用 10K 电阻上拉后连接到单片机的 P3.2-P3.5 口，中间串接的 330 电阻起 到限流作用。 按键没有按下时口线上因为上拉而呈现高电平， 当某个按键按下时对
12、应口线会 被连接到 GND 而变成低电平。 另外由于 LED 的反向截止特性以及按键上拉较弱， P2 口及 P3.2-P3.5 口亦可以兼做通用 IO 口使用，用来连接外部器件。MCS51 Lite 板上也提供了插针方便连接。 5.7 串行存储器U2 P5 P1_62 1Header 2P1_2 P1_31 6 3 2 5 GNDCS ORG D SCL GNDM93C46WBN1VCC Q DUVCC 8 4 7P1_4GND串行存储器电路图MCS51 Lite 使用 Atmel 93 系列串行 Flash 存储器作为存储单元。使用 93C46 时可以存储 1K bit 的数据，93C56
13、为 2K、93C66 为 4K。存储器连接在单片机的 P1.3、P1.2、P1.4和 P1.6 上， 其中 CS 为片选信号，SCL 为串行时钟，D 为数据输入，Q 为数据输出。ORG 是存储位宽选择， 当 ORG 接 VCC 时，存储器为 16 位结构，接 GND 时存储器为 8 位结构。而当 ORG 引脚悬空 时内部的上拉电阻把存储器选择为 16 位结构。开发板上使用跳线帽 P2 来切换，将跳线帽短 路为 8 位，断开相当为悬空，为 16 位。 5.8 AD/DA 转换器VCCU3ADU4DAVCC 8 7 6 5R30 10K AOUT1 C9 0.1uF R31 10KTP TPAIN
14、1 GND11 2 3 4REF+ AIN REFGNDTLC549VCC I/O CLK DOUT CS8 7 6 5P2_4 P2_1 P2_2 P2_3 P2_5 P2_6 P2_71 2 3 4DIN SCLK CS DOUTTLC5615VCC AOUT REFIN AGNDTPGND GNDAD/DA 转换器电路图AOUT 为模拟数据输出引脚，SCLK 为读写时钟输入，DIN 是数据输入引脚，DOUT 为 输入输出引脚。CS 为芯片使能。 5.9 JTAG 下载口6P1_7 P1_6 RST P1_51 3 5 7 9TCK TDO TMS NC TDIP4GND VCC NC N
15、C GND2 4 6 8 10GND VCCGNDJTAG 下载口电路图JTAG 接口为 ISP 下载接口，用于通过下载电缆将程序从计算机上下载到单片机中。 5.10 Byte Blaster II 下载线CONF_DONEU100A nCONFIG nOE DCLK DCLK OE nCONFIG nCE ASDIDATAOUT1 2 4 6 8OE A1 A2 A3 A4 Y1 Y2 Y3 Y4 18 R105 16 R106 14 R107 12 R108100 100 100 100 DCLKo nCONFIGo nCEo ASDIo OE U100B R101VCCR210 4.7k
16、 nOEASDInCSnCEM74HC244M1RQ100 4.7k 901313 25 12 24 11 23 10 22 9 21 8 20 7 19 6 18 5 17 4 16 3 15 2 14 1GNDCONF_DONEi DATAOUTi nCS 100 100 R104 R10319 11 13 15 17OE A1 A2 A3 A4 Y1 Y2 Y3 Y4 9 7 5 3CONF_DONE DATAOUT R109 100 nCSoJ100M74HC244M1RByte Blaster II 下载线电路图用户可以通过 ISPlay 软件方便的对 AT89S 系列单片及编程。在
17、对 CPLD、FPGA 编程时需 要 Altera Quartus II 软件支持；对 ARM 编程时需要 H-JTAG 以及 ADS 等软件支持。六、 具体步骤6.1 先按照说明书的器件规格要求，找到每个位置对应的具体器件，特别是电阻和三极 管的大小，单片机等各个芯片的缺口要与板子对应。重要元器件清单芯片 AT89S51 93c46 AD/DA电阻 100R 330R 10KR 4.7KR电容 独石电容 电解电容 瓷片电容晶体管 二极管 三极管6.2 按照对应的器件把器件牢固的焊接到板子对应的焊盘上，在此步骤中比较难焊接的 是 JTAG 下载口的，要注意不要让针脚脱落。76.3 根据要求把
18、JTAG 下载口用下载线连接到电脑的并口延长线上，插上电源线。 6.4 使用单片机编程软件 keil 编写调试所用的程序，比如流水灯、数码管、AD/DA 转换 还有蜂鸣器调试程序。 清单 1 LED 流水灯程序：#include sbit p20=P20; void delay() int i; for(i=0;i25000;i+); void main() int led,i; p20=0; while(1) led=0xFE; P0=led; delay(); for(i=0;i7;i+) led=led1; led=led+1; P0=led; delay(); led=0xFF; de
19、lay(); 8/P2.0 拉低，LED 工作/P0.0 置零，第一个灯亮/左移一位, P0.1 口置零 /第一灯灭 /第二灯亮 6.5 使用串口调试工具调试各个模块， 使用这个软件可以自动检测所有硬件是否正常工 作，也可以单独检测某个模块是否正常。 用此软件需要先把系统自带的 Demoncode 程序用 Isplay 装入单片机中。 可以用它来检测 LED、数码管、AD/DA、E2PROM、按键还有蜂鸣器。在检测蜂 鸣器是如果正常，蜂鸣器会发出一长两短的叫声。检测 LED 时 LED 闪烁。检测数码管的 时候，数码管会从 0 开始显示到 F。 6.6 检测完所有模块没有问题就说明单片机最小系
20、统制作完成，然后撰写课程设计报 告。七、设计总结单片机最小系统经过我们一段时间的焊接、调试，终于能够达到预定的功能，虽然 只是简单的焊接和调试， 但从中我们也接触了不少的关于单片机的知识。 此次课程设计 让我对单片机有了初步的认识， 能够了解单片机工作的模式和具体过程， 明白了怎样利 用单片机来设计满足自己设定功能的作品，怎样利用单片机来控制系统。同时，这也让 我了解到怎样进行单片机编程。 还有就是通过具体焊接过程掌握了焊接的技巧， 锻炼了 自己的焊接能力。 掌握了这些就可以在大学期间利用单片机最小系统来拓展功能， 制作 自己想做的东西，对科研立项等活动有很大的帮助作用。八、参考文献DevKit MCS51 Lite 使用说明； 单片机实用技术，清华大学出版社； 单片机 KEIL CX51 应用开发技术，人民邮电出版社； 单片机 C 语言 windows 编程，北京航空航天大学出版社；91
