毕业论文：基于单片机设计的最小系统

    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 、ATS51、AD/DA、RS232 串口、串行 EEPROM 存储器、蜂鸣 器、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

    2

    TP

    VCC

    R19 330 POWER TP

    F1

    J1

    1 2 3 4

    VBUS DD+ GND

    787780-1

    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

    VCC

    C8 10uF RST C6 18p R18

    RST

    C7

    18p

    X1

    XTAL1 XTAL2

    10K

    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。 ATS 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 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

    VCC

    P3_7

    R7 4.7K

    Q1 9012 Buzzer

    D1 Diode

    3

    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 C1

    VCC 1 6 2 7 3 8 4 9 5

    CN1

    1 3 4 5 11 10 12 9 15

    C1+ C1C2+ C2T1IN T2IN

    VDD VCC

    2 0.1uF 16

    PRxD

    TxD

    T1OUT T2OUT

    14 7 13 8 6

    PTxD

    10 11

    RxD

    R1OUT R1IN R2OUT R2IN GND

    MAX232CPE 0.1uF C4

    VEE

    RS232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

    DS1

    P0_0 P0_1 P0_2 P0_3 P0_4 P0_5 P0_6 P0_7

    R20 R21 R22 R23 R24 R25 R26 R27 330 330 330 330 330 330 330 330

    a b c d e f g dp

    10 9 8 5 4 2 3 7

    a b c d e f g DP

    Dpy Red-CA DS2

    A A

    1 6

    Q2 R28 4K7 P1_0

    VCC

    a b c d e f g dp

    10 9 8 5 4 2 3 7

    a b c d e f g DP

    Dpy Red-CA

    A A

    1 6

    Q3 R29 4K7 P1_1

    VCC

    数码管电路图

    4

    七段数码管电路图

    MCS51 LITE包含两个共阳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 4.7K

    VCC

    Q4 Q

    VCC

    P3_2

    R10 10K R11 330 R12 10K R13 330 R14 10K R15 330 R16 10K R17 330 K1

    P0_0 P0_1 SW P0_2 K2 P0_3 SW P0_4 K3 P0_5 SW P0_6 K4 P0_7 SW

    R1 R2 R3 R4 R5 R6 R8 R9 330 330 330 330 330 330 330 330 DS9 DS10 DS7 DS8 DS5 DS6 DS3 DS4

    VCC

    P3_3

    VCC

    P3_4

    VCC

    P3_5

    GND

    5

    按键及LED电路图

    开发板上提供了8个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_6

    2 1

    Header 2

    P1_2 P1_3

    1 6 3 2 5 GND

    CS ORG D SCL GND

    M93C46WBN1

    VCC Q DU

    VCC 8 4 7

    P1_4

    GND

    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

    VCC

    U3

    AD

    U4

    DA

    VCC 8 7 6 5

    R30 10K AOUT1 C9 0.1uF R31 10K

    TP TP

    AIN1 GND1

    1 2 3 4

    REF+ AIN REFGND

    TLC549

    VCC I/O CLK DOUT CS

    8 7 6 5

    P2_4 P2_1 P2_2 P2_3 P2_5 P2_6 P2_7

    1 2 3 4

    DIN SCLK CS DOUT

    TLC5615

    VCC AOUT REFIN AGND

    TP

    GND GND

    AD/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

    6

    P1_7 P1_6 RST P1_5

    1 3 5 7 9

    TCK TDO TMS NC TDI

    P4

    GND VCC NC NC GND

    2 4 6 8 10

    GND VCC

    GND

    JTAG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_DONE

    U100A nCONFIG nOE DCLK DCLK OE nCONFIG nCE ASDI

    DATAOUT

    1 2 4 6 8

    OE A1 A2 A3 A4 Y1 Y2 Y3 Y4 18 R105 16 R106 14 R107 12 R108

    100 100 100 100 DCLKo nCONFIGo nCEo ASDIo OE U100B R101

    VCC

    R210 4.7k nOE

    ASDI

    nCS

    nCE

    M74HC244M1R

    Q100 4.7k 9013

    13 25 12 24 11 23 10 22 9 21 8 20 7 19 6 18 5 17 4 16 3 15 2 14 1

    GND

    CONF_DONEi DATAOUTi nCS 100 100 R104 R103

    19 11 13 15 17

    OE A1 A2 A3 A4 Y1 Y2 Y3 Y4 9 7 5 3

    CONF_DONE DATAOUT R109 100 nCSo

    J100

    M74HC244M1R

    Byte Blaster II 下载线电路图

    用户可以通过ISPlay软件方便的对ATS系列单片及编程。在对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 ATS51 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。

    7

    6.3 根据要求把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=P2^0; void delay() { int i; for(i=0;i<25000;i++); } void main() { int led,i; p20=0; while(1) { led=0xFE; P0=led; delay(); for(i=0;i<7;i++) { led=led<<1; led=led+1; P0=led; delay(); } led=0xFF; delay(); }

    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；

    9

1