stc89c51單片機(jī)實(shí)驗(yàn)開發(fā)板系統(tǒng)設(shè)計(jì)—維修電工技師論文

1、國(guó)家職業(yè)資格全國(guó)統(tǒng)一鑒定維修電工技師論文（國(guó)家職業(yè)資格二級(jí)）論文題目： STC89C51單片機(jī)實(shí)驗(yàn)開發(fā)板系統(tǒng)STC89C51單片機(jī)實(shí)驗(yàn)開發(fā)板系統(tǒng)姓名：呂星明單位：無(wú)錫技師學(xué)院摘 要基于51單片機(jī)的綜合開發(fā)系統(tǒng)，目前國(guó)外的產(chǎn)品，主要是51廠家配套提供的學(xué)習(xí)開發(fā)系統(tǒng)，價(jià)格偏高，技術(shù)也基本處于保密狀態(tài)，深層次學(xué)習(xí)和利用比較困難，特別是全球領(lǐng)先的單片機(jī)和模擬半導(dǎo)體供應(yīng)商不斷向高端推出他的一系列新產(chǎn)品，為汽車、工業(yè)產(chǎn)品、家電和消費(fèi)類應(yīng)用提供更高的能效、更低的噪音和更廣泛的使用范圍，這些技術(shù)已相對(duì)成熟。國(guó)內(nèi)正處于發(fā)展階段，大多數(shù)人學(xué)習(xí)的主要對(duì)象還都是MCU-51系列單片機(jī)，51單片機(jī)開發(fā)系統(tǒng)相對(duì)較少，也只

2、是與匯編語(yǔ)言配套，要達(dá)到普及和提高開發(fā)應(yīng)用速度，必須采用C語(yǔ)言，而C語(yǔ)言配套程序又非常少并不完善，不適合學(xué)生與大眾人群學(xué)習(xí)和利用。關(guān)鍵詞 51單片機(jī)開發(fā)板 學(xué)習(xí)開發(fā)系統(tǒng)第1章 緒 論 單片機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀單片機(jī)屬于第四代微型計(jì)算機(jī)的一個(gè)重要分支。單片機(jī)是把中央處理器CPU（Central Processing Unit），隨機(jī)存取存儲(chǔ)器RAM（Random Access Memory），只讀存儲(chǔ)器ROM（Read Only Memory）,定時(shí)器/計(jì)數(shù)器以及I/O接口電路等主要計(jì)算部件集成在一塊集成電路芯片上的微型計(jì)算機(jī)。單片機(jī)的應(yīng)用導(dǎo)致了控制領(lǐng)域的一場(chǎng)革命，是微控制技術(shù)逐步取代傳統(tǒng)的硬件控制。近

3、十幾年來(lái)，單片機(jī)在生產(chǎn)過(guò)程控制、自動(dòng)檢測(cè)、數(shù)據(jù)采集與處理、科技計(jì)算、商業(yè)管理和辦公室自動(dòng)化等方面獲得了廣泛的應(yīng)用。單片機(jī)具有體積小、重量輕、耗能省、價(jià)格低、可靠性高和通用靈活等優(yōu)點(diǎn)，因此也廣泛應(yīng)用于衛(wèi)星定向、汽車火花控制、交通自動(dòng)管理和微波爐等專用控制上。近幾年來(lái)，單片機(jī)的發(fā)展更為迅速，己經(jīng)滲透到諸多學(xué)科的領(lǐng)域，以及人們生活的各個(gè)方面。在嵌入式系統(tǒng)低端的單片機(jī)領(lǐng)域，從8位單片機(jī)誕生至今，已近30年，在百花齊放的單片機(jī)家族中，80C51系列一直扮演著一個(gè)獨(dú)特的角色。Silabs推出89C51更令業(yè)界人士刮目相看。回顧歷史，在STC公司推出了MCS-51不久便實(shí)施了最徹底的技術(shù)開放政策,在眾多電器

4、商、半導(dǎo)體商的積極參與下，將MCS-51發(fā)展成了眾多型號(hào)系列的80C51 MCU家族。MCS-51經(jīng)典的體系結(jié)構(gòu)、極好的兼容性和STC公司的開放政策不僅使眾多廠家參與發(fā)展，也誘使半導(dǎo)體廠家對(duì)MCS-51實(shí)行為所欲為的改造。由于MCS-51提供的最佳兼容性，使MCS-51在被"肢解"式改造后，還能以不變的指令系統(tǒng)、基本單元的兼容性保持著8051內(nèi)核的生命延續(xù)，并在未來(lái)SoC發(fā)展中，擔(dān)任8位CPU內(nèi)核的重任。回顧80C51系列從MCS-51、80C51到89C51的過(guò)程，我們可以深刻領(lǐng)會(huì)到單片機(jī)發(fā)展的一些規(guī)律性東西。早期單片機(jī)都是用1個(gè)時(shí)鐘控制片內(nèi)所有時(shí)序。進(jìn)入CMOS時(shí)代后，

5、由于低功耗設(shè)計(jì)的要求，出現(xiàn)了在一個(gè)主時(shí)鐘下CPU運(yùn)行速度可選擇在不同的時(shí)鐘頻率下操作；或設(shè)置成高、低兩個(gè)主時(shí)鐘，按系統(tǒng)操作要求選擇合適的時(shí)鐘速度，或關(guān)閉時(shí)鐘。而Silabs公司的89C51則提供了一個(gè)完整而先進(jìn)的時(shí)鐘系統(tǒng)，在這個(gè)系統(tǒng)中，片內(nèi)設(shè)置有一個(gè)可編程的時(shí)鐘振蕩器（無(wú)需外部器件），可提供2、4、8和16 MHz時(shí)鐘的編程設(shè)定。外部振蕩器可選擇4種方式。當(dāng)程序運(yùn)行時(shí)，可實(shí)現(xiàn)內(nèi)外時(shí)鐘的動(dòng)態(tài)切換。編程選擇的時(shí)鐘輸出CYSCLK除供片內(nèi)使用外，還可從隨意選擇的I/O端口輸出。 實(shí)驗(yàn)開發(fā)板的現(xiàn)狀與發(fā)展及使用對(duì)象51單片機(jī)技術(shù)自發(fā)展以來(lái)已走過(guò)了近20年的發(fā)展路程 。單片機(jī)技術(shù)的發(fā)展以微處理器(MPU)

6、技術(shù)及超大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展為先導(dǎo)，以廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域拉動(dòng)，表現(xiàn)出較微處理器更具個(gè)性的發(fā)展趨勢(shì)。小到遙電子玩具，大到航空航天技術(shù)等電子行業(yè)都有單片機(jī)應(yīng)用的影子。針對(duì)51單片機(jī)技術(shù)在電子行業(yè)自動(dòng)化方面的重要應(yīng)用，為滿足廣大學(xué)生、愛好者、產(chǎn)品開發(fā)者迅速學(xué)會(huì)掌握單片機(jī)這門技術(shù)，于是產(chǎn)生51單片機(jī)開發(fā)板。實(shí)踐表時(shí)，8位的單片機(jī)仍然占據(jù)著市場(chǎng)百分之八十的份量。單片機(jī)開發(fā)板是適合目前想要學(xué)習(xí)單片機(jī)技術(shù)的人士，這些人士大致可以分成三類：一類是在校的電子專業(yè)學(xué)生，為了完成一些科技項(xiàng)目或者是把學(xué)校學(xué)到的知識(shí)轉(zhuǎn)化成實(shí)際的電子作品，為以后的技術(shù)開發(fā)及工作求職創(chuàng)造更好的條件，這類學(xué)生需要的就是實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)了。一類是業(yè)余

7、的電子愛好者，想通過(guò)自學(xué)單片機(jī)來(lái)提高自己的電子技術(shù)水平，以后能夠運(yùn)用到自己熟悉的領(lǐng)域中有所作為，這類學(xué)員的動(dòng)手能力一般比較好，但是理論知識(shí)一般欠缺一些。最后一類人就是有一定的理論和較少的開發(fā)經(jīng)驗(yàn)者。這類時(shí)需要豐富自己的開發(fā)經(jīng)驗(yàn)，并與現(xiàn)實(shí)生活中實(shí)際用例相接合。1.3 STC89C51 在實(shí)驗(yàn)板中的應(yīng)用STC89C51是STC公司生產(chǎn)的低電壓，高性能 CMOS 8 位單片機(jī)，片內(nèi)含 4KB 的可反 復(fù)擦寫的 Flash 只讀程序存儲(chǔ)器和 128b 的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM） ，器件采用 STC公司的高密度，非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn) MCS51 指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用中央處 理器（CPU）和

8、 Flash 存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大 STC89C51 單片機(jī)可為您提供許多高性價(jià)比的應(yīng)用場(chǎng)合，可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。 STC89C51 在此整個(gè)實(shí)驗(yàn)板系統(tǒng)中處于核心地位。硬件電路板設(shè)計(jì)中，幾乎其它所有的元器 件的選取都要依據(jù) STC89C51 的性能參數(shù)來(lái)決定。 例如電源電路中基于 STC89C51 的工作電壓 為+5V 所以穩(wěn)壓芯片選擇 7805 系列。 在軟件設(shè)計(jì)中，STC89C51 接收并處理鍵盤輸入的信號(hào)，將其發(fā)送給顯示器件，實(shí)現(xiàn)液晶顯 示功能，或發(fā)送給 PC 機(jī) 實(shí)現(xiàn)串行通信功能。另一方面，它也接收上位機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù)，處理后傳送給顯示器件 。 課題的背景與意義MCS-51單片機(jī)的運(yùn)行

9、速度快,工作電壓低,功耗低,抗干擾能力強(qiáng),被廣泛應(yīng)用于辦公自動(dòng)化設(shè)備,消費(fèi)電子產(chǎn)品,電訊通信,智能儀器儀表,汽車電子,金融電子,工業(yè)控制等不同領(lǐng)域，特別是近幾年應(yīng)用更加廣泛，各公司兼采用此芯片開發(fā)應(yīng)用類產(chǎn)品。而目前市場(chǎng)上的學(xué)習(xí)套件一般功能不全，配套的軟件系統(tǒng)都是匯編語(yǔ)言，還沒有一個(gè)比較完善的51開發(fā)板供學(xué)習(xí)和研究。鑒于此，本設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)了一個(gè)可供學(xué)習(xí)與開發(fā)系統(tǒng)于一體的51單片機(jī)的綜合開發(fā)系統(tǒng)。第2章 開發(fā)板的總體設(shè)計(jì) 開發(fā)板系統(tǒng)功能單片機(jī)開發(fā)板是一個(gè)實(shí)際應(yīng)用的系統(tǒng)，能夠?yàn)橄嚓P(guān)的單片機(jī)實(shí)驗(yàn)提供支持。此開發(fā)板是參考單片機(jī)教材中的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)計(jì)的，能夠?qū)崿F(xiàn)一些測(cè)試實(shí)驗(yàn)。本論文包括硬件系統(tǒng)的詳細(xì)設(shè)計(jì)及C語(yǔ)言

10、程序流程圖的制作。此開發(fā)板設(shè)計(jì)的功能如下：(1)DS18B20數(shù)字溫度傳感器。(2)燒錄HEX文件。(3)動(dòng)態(tài)數(shù)碼管顯示。(4)八位獨(dú)立鍵盤。(5)1602LCD。(6) DS1302時(shí)鐘芯片。(7) ADC0809模/數(shù)轉(zhuǎn)換。(8) DAC0832數(shù)/模轉(zhuǎn)換。(9) 4*4矩陣鍵盤。 開發(fā)板的性能要求基于開發(fā)板的功能定義和各種芯片的性能參數(shù)，總結(jié)系統(tǒng)基本性能要求如下：(1)各芯片所需的+5V平穩(wěn)電壓。(2)STC89C51單片機(jī)時(shí)鐘信號(hào)為12MHz。(3)STC89C51單片機(jī)手動(dòng)復(fù)位電路。(4)顯示器件（1602、8位一體數(shù)碼管）。(5)8位獨(dú)立鍵盤，4*4矩陣鍵盤。(6)與PC機(jī)串行通信

11、。硬件總體設(shè)計(jì)本人設(shè)計(jì)的單片機(jī)開發(fā)板是以STC89C51作為主控制芯片,串口通信芯片MAX232、液晶顯示器、按鍵開關(guān)、DS18B20等元器件組成,通過(guò)軟硬件結(jié)合實(shí)現(xiàn)鍵盤掃描,液晶顯示,與PC機(jī)串行通信功能等。一方面,它能作為學(xué)生實(shí)驗(yàn)的工具,另一方面,它也是綜合型單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ),可擴(kuò)展許多其它功能。外圍電路是STC89C51工作的基礎(chǔ)保障電源電路提供穩(wěn)定的+5V工作電壓，時(shí)鐘電路用于產(chǎn)生單片機(jī)工作所需的時(shí)鐘信號(hào)，復(fù)位電路使單片機(jī)實(shí)現(xiàn)初始化狀態(tài)復(fù)位。鍵盤電路用于向系統(tǒng)輸入運(yùn)行參數(shù)，控制系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)。通過(guò)鍵盤掃描等程序設(shè)計(jì)把鍵盤輸入的數(shù)據(jù)在液晶顯示器上顯示或把數(shù)據(jù)發(fā)送到PC機(jī)實(shí)現(xiàn)串行通信。

12、LCD電路用來(lái)顯示鍵盤輸入的數(shù)據(jù)，PC機(jī)發(fā)送到STC89C51的數(shù)據(jù)，其功能也是靠硬件電路的設(shè)計(jì)和軟件程序的結(jié)合來(lái)實(shí)現(xiàn)的。串行通信電路主要是為了單片機(jī)與PC機(jī)之間數(shù)據(jù)傳送而設(shè)計(jì)的，DS18B20電路是把溫度模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字溫度信號(hào)的電路。此開發(fā)板中采用電平轉(zhuǎn)換芯片MAX232與9芯D插座連接方式。STC89C51器件集成了一個(gè)完整的全速/低速USB功能控制器，用于實(shí)現(xiàn)USB外部設(shè)備（STC89C51不能被用作USB主設(shè)備）。圖21最小系統(tǒng)圖 第3章 開發(fā)板的模塊電路設(shè)計(jì)3.1 STC89C51單片機(jī)STC89C51是一種帶4K字節(jié)FLASH存儲(chǔ)器的低電壓、高性能CMOS的8位微處理器，俗稱單

13、片機(jī)。STC89C51是一種帶2K字節(jié)閃存可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器的單片機(jī)。單片機(jī)的可擦除只讀存儲(chǔ)器可以反復(fù)擦除1000次。該器件采用STC高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中，STC的STC89C51是一種高效微控制器。STC89C51單片機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。引腳排列所示圖3-1所示。圖3-1 單片機(jī)引腳圖由于電路原理中只用到單片機(jī)的P0、P1、P2、P3口，所示下面對(duì)這4個(gè)端口進(jìn)行詳細(xì)介紹。P0口：P00P07統(tǒng)稱為P0口，在不接片外存儲(chǔ)器與不擴(kuò)展I/O接口時(shí)，作為

14、準(zhǔn)雙向輸入/輸出接口。在接有片外存儲(chǔ)器或擴(kuò)展I/O接口時(shí),P0口分時(shí)復(fù)用為低8位地址總線和雙向數(shù)據(jù)總線。P0口是一個(gè)三態(tài)雙向口，由一個(gè)輸出鎖存器、兩個(gè)三態(tài)緩沖器、輸出驅(qū)動(dòng)電路和輸出控制電路組成。在輸入數(shù)據(jù)時(shí)，應(yīng)人為地先向P0口寫“1”，定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的低八位。在FIASH編程時(shí)，P0 口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，P0輸出原碼，此時(shí)P0外部必須被拉高。 P1口：P10P17統(tǒng)稱為P1口，可作為準(zhǔn)雙向I/O接口使用。P1口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4LSTTL門電流。P1口管腳寫入“1”后

15、，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口：P20 P27口統(tǒng)稱為P2口，一般可以作為準(zhǔn)雙向I/O接口使用，在接有片外存儲(chǔ)器或擴(kuò)展I/O接口且尋址范圍超過(guò)256字節(jié)時(shí)，P2口用作高8位地址總線。P2口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個(gè)TTL門電流，當(dāng)P2口被寫“1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時(shí)，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)

16、勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí)，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。P3口：P3口除作為通用I/O口外，還有第二種功能。P3口的第二種功能定義如下表：P3.0 RXD串行數(shù)據(jù)輸入口P3.1 TXD串行數(shù)據(jù)輸出口P3.2 INT0外部中斷0P3.3 INT1外部中斷1P3.4 T0定時(shí)器/計(jì)數(shù)器0外部輸入P3.5 T1定時(shí)器/計(jì)數(shù)器1外部輸入P3.6 WR外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫脈沖P3.7 RD外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀脈沖 單片機(jī)外圍電路1時(shí)鐘電路 時(shí)鐘電路用于產(chǎn)生單片機(jī)工作所需的時(shí)鐘信號(hào)，時(shí)序是指令執(zhí)行中各信號(hào)之間的相互關(guān)系。 單片機(jī)本身就

17、如同一個(gè)復(fù)雜的同步時(shí)序電路， 為了保證同步工作方式的實(shí)現(xiàn)， 電路應(yīng)在唯一的時(shí)鐘信號(hào)控制下嚴(yán)格地按時(shí)序進(jìn)行工作。 在本次設(shè)計(jì)中，時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)就是采用內(nèi)部方式，即利用芯片內(nèi)部的振蕩電路。STC89C51單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器。引腳XTAL1和XTAL2是高增益反相放大器的輸入端和輸出端。這個(gè)高增益反相放大器將與作為反饋元件的片外晶體諧振器一起構(gòu)成一個(gè)自激振蕩器。外接晶體振蕩器以及電容C1和C4構(gòu)成并聯(lián)諧振電路，接在放大器的反饋回路中，對(duì)外接電容的值雖然沒有嚴(yán)格的要求，但是電容的大小會(huì)影響起振的快速和溫度的穩(wěn)定性、振蕩器的穩(wěn)定性、振蕩器頻率的高低。因此，此系統(tǒng)電路的晶體振蕩

18、器的值為12MHz,電容應(yīng)盡可能的選擇陶瓷電容，電容值約為22pF。在焊接刷電路板時(shí)，我們應(yīng)注意晶體振蕩器和電容盡可能安裝的與單片機(jī)芯片靠近些，用以減少寄生電容，為了更好地保證振蕩器可靠地工作和穩(wěn)定行，其電路圖如圖3-2所示。圖3-2 時(shí)鐘電路用晶振和電容構(gòu)成諧振電路。電容 C1 、C4 容量在 1540pF 之間，大小與晶振頻率和工作 電壓有關(guān)。但電容的大小影響振蕩器的穩(wěn)定性和起振的快速性，為了提高精度，本實(shí)驗(yàn)板采 用 22pF 的電容作為微調(diào)電容。在設(shè)計(jì)電路板時(shí)，晶振、電容等均應(yīng)盡可能靠近芯片，以減 小分布電容，保證振蕩器振蕩的穩(wěn)定性。 2復(fù)位電路 復(fù)位是單片機(jī)的初始化操作，其主要功能是使

19、單片機(jī)從 0000H 單元開始執(zhí)行程序。除了進(jìn) 入系統(tǒng)的正常初始化以外，當(dāng)由于程序運(yùn)行出錯(cuò)或操作錯(cuò)誤使系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)時(shí)，為擺脫 困境也需按復(fù)位鍵以重新啟動(dòng)。STC89C51 芯片內(nèi)部有復(fù)位電路，RST 引腳是復(fù)位信號(hào)的輸 入端高電平有效，復(fù)位方式有自動(dòng)復(fù)位和手動(dòng)復(fù)位兩種。 計(jì)算機(jī)在啟動(dòng)運(yùn)行時(shí)都需要復(fù)位，復(fù)位時(shí)使中央處理器CPU和內(nèi)部其他部件處于一個(gè)確定的初始狀態(tài)，從這個(gè)狀態(tài)開始工作。STC89C51單片機(jī)有一個(gè)復(fù)位引腳RST，高電平有效。在時(shí)鐘電路工作以后，當(dāng)外部電路使得RST端出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期（24個(gè)時(shí)鐘周期）以上的高電平，系統(tǒng)內(nèi)部復(fù)位。復(fù)位有兩種方式：上電復(fù)位和按鈕復(fù)位。在此次的設(shè)計(jì)中，

20、我采用按鍵復(fù)位，其電路圖如圖3-3所示。圖3-3復(fù)位電路只要RST保持高電平，STC89C51單片機(jī)將循環(huán)復(fù)位。復(fù)位期間，ALE、PSEN輸出高電平。RST從高電平變?yōu)榈碗娖胶?，PC指針變?yōu)?000H，使單片機(jī)從程序存儲(chǔ)器地址為0000H的單元開始執(zhí)行程序。復(fù)位后，內(nèi)容各寄存器初始化，當(dāng)單片機(jī)執(zhí)行程序出錯(cuò)或進(jìn)入死循環(huán)時(shí)，可按復(fù)位按鈕重新啟動(dòng)。 獨(dú)立鍵盤電路鍵盤是人與STC89C51單片機(jī)聯(lián)系的重要手段，用于向CPU輸入運(yùn)行參數(shù)，控制系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)。由八個(gè)獨(dú)立按鍵來(lái)控制八個(gè)發(fā)光二極管的亮滅，八位獨(dú)立按鍵的操作輸入單片機(jī)，通過(guò)編程實(shí)現(xiàn)對(duì)LED的控制電路圖如下圖3-4示。 圖3-4 獨(dú)立按鍵和發(fā)光二

21、極管電路 DS18B20數(shù)字溫度轉(zhuǎn)換電路溫度傳感器的種類眾多，在應(yīng)用與高精度、高可靠性的場(chǎng)合時(shí)DALLAS（達(dá)拉斯）公司生產(chǎn)的DS18B20溫度傳感器當(dāng)仁不讓。超小的體積，超低的硬件開消，抗干擾能力強(qiáng)，精度高，附加功能強(qiáng)，使得DS18B20更受歡迎。對(duì)于我們普通的電子愛好者來(lái)說(shuō)，DS18B20的優(yōu)勢(shì)更是我們學(xué)習(xí)單片機(jī)技術(shù)和開發(fā)溫度相關(guān)的小產(chǎn)品的不二選擇。了解其工作原理和應(yīng)用可以拓寬您對(duì)單片機(jī)開發(fā)的思路。 DS18B20的主要特征： 全數(shù)字溫度轉(zhuǎn)換及輸出。 先進(jìn)的單總線數(shù)據(jù)通信。最高12位分辨率，精度可達(dá)土攝氏度。 12位分辨率時(shí)的最大工作周期為750毫秒。可選擇寄生工作方式。檢測(cè)溫度范圍為55

22、°C +125°C (67°F +257°F) 內(nèi)置EEPROM，限溫報(bào)警功能。64位光刻ROM，內(nèi)置產(chǎn)品序列號(hào)，方便多機(jī)掛接。多樣封裝形式，適應(yīng)不同硬件系統(tǒng)。圖3-5 DS18B20溫度轉(zhuǎn)換電路 電源電路電源（Vcc）是整個(gè)開發(fā)板正常工作的動(dòng)力源泉。電源電壓過(guò)大會(huì)大大縮短芯片的工作壽命，嚴(yán)重的會(huì)燒毀芯片及其它元器件；過(guò)小將不能驅(qū)動(dòng)實(shí)驗(yàn)板工作電路。因此設(shè)定合適的電源電壓值非常重要。此開發(fā)板主要芯片工作電壓均+5V左右，開發(fā)板的電源電路如圖3-6所示。 圖3-6 電源電路 3.6 LCD1602液晶顯示電路 顯示器件是開發(fā)板中普遍使用的輸出器件，較常用的是

23、LED數(shù)碼管和LCD液晶顯示器。前者僅能顯示數(shù)據(jù)輸出，而后者能顯示更多，更復(fù)雜的字符，如漢字，甚至是圖形等。此開發(fā)板采用1602液晶顯示器作為輸出顯示器件。1602液晶引腳特性：該液晶顯示器以其微功耗、體積小、顯示內(nèi)容豐富、超薄輕巧的諸多優(yōu)點(diǎn)，在各類儀表和低功耗系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用。根據(jù)顯示內(nèi)容可以分為字符型液晶，圖形液晶。根據(jù)顯示容量又可以分為單行16字，2行16字，兩行20字等等。這里介紹常用的字16字X2行的字符型液晶模塊的使用方法。這是一種通用模塊。與數(shù)碼管相比該模塊有如下優(yōu)點(diǎn)：(1)位數(shù)多，可顯示32位，32個(gè)數(shù)碼管體積相當(dāng)龐大了。(2)顯示內(nèi)容豐富，可顯示所有數(shù)字和大、小寫字母。(

24、3)程序簡(jiǎn)單，如果用數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示，會(huì)占用很多時(shí)間來(lái)刷新顯示，而1602自動(dòng)完成此功能。開發(fā)板液晶顯示電路如圖3-7所示。 圖3-7 LCD液晶顯示電路第4章 電路PCB的制作在任何開關(guān)電源設(shè)計(jì)中，PCB板的物理設(shè)計(jì)都是最后一個(gè)環(huán)節(jié)，如果設(shè)計(jì)方法不當(dāng)，PCB可能會(huì)輻射過(guò)多的電磁干擾，造成電源工作不穩(wěn)定，以下針對(duì)各個(gè)步驟中所需注意的事項(xiàng)進(jìn)行分析。電路原理圖設(shè)計(jì)電路原理圖設(shè)計(jì)本著連線簡(jiǎn)潔各功能模塊清晰的設(shè)計(jì)思路設(shè)計(jì)。因?yàn)楹笃谝O(shè)計(jì)PCB電路板，因此要為每一個(gè)元件選擇和設(shè)計(jì)合適的封裝，必要的時(shí)候要添加自己特有元件的封裝庫(kù)。4.2 PCB電路板元件布局與走線設(shè)計(jì)在硬件設(shè)計(jì)完成之后可以說(shuō)最關(guān)鍵的應(yīng)該是P

25、CB板的設(shè)計(jì)，因?yàn)槔碚摰臇|西無(wú)論講解的多詳細(xì)，指導(dǎo)的多全面，也不及實(shí)物擺放出來(lái)更具說(shuō)服力。要完成從理論到實(shí)際的升華就要設(shè)計(jì)PCB印制版圖。PCB設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)：由于開關(guān)穩(wěn)壓電源工作在高頻開關(guān)狀態(tài)，而且高頻變壓器初級(jí)側(cè)有高達(dá)300V 的直流電壓，在功率開關(guān)管的集電極甚至有700V的瞬間高電壓，因此在設(shè)計(jì)PCB板時(shí)要考慮電磁干擾問題和安全問題，主要應(yīng)該注意PCB引線盡量短，功率輸出部分引線盡量寬，甚至要加焊錫條，高壓元件應(yīng)該有足夠的間距保證安全，在這套電路中既有模擬電路又有數(shù)字電路，這兩部分電路地線要分開連接，最后再接到一起，防止出現(xiàn)共地干擾。對(duì)于數(shù)字電路來(lái)說(shuō)，時(shí)鐘晶振應(yīng)該盡量靠近單片機(jī)時(shí)鐘脈沖輸入

26、引腳，防止引入干擾。最后就是要注意各個(gè)模塊電路元件盡量集中，在放置元件時(shí)應(yīng)遵守先放置單元電路中的主要元件，一般是集成電路或體積較大，對(duì)整體電路影響較大的元件，然后根據(jù)小單元電路放置外圍元件，以保證對(duì)其它電路影響盡量小，引線盡量短的原則。在進(jìn)行PCB板設(shè)計(jì)之前還要檢查一下每個(gè)元件是否都有封裝，封裝是否正確，是否符合要求，對(duì)于沒有封裝的元件和封裝不符合要求的元件要重新繪制封裝，直到所有元件封裝都正確為止。4.3 PCB板整體設(shè)計(jì)(1)從原理圖到PCB的設(shè)計(jì)流程：建立組件參數(shù)輸入原理網(wǎng)表設(shè)計(jì)參數(shù)設(shè)置手動(dòng)布局手動(dòng)布線檢查錯(cuò)誤輸出。(2)參數(shù)設(shè)置相鄰導(dǎo)線間距必須能滿足電氣安全要求，而且為了便于操作和生產(chǎn)

27、，間距也應(yīng)盡量寬些。最小間距至少要能適合承受的電壓，在布線密度較低時(shí)，信號(hào)線的間距可適當(dāng)?shù)丶哟?，?duì)高、低電平懸殊的信號(hào)線應(yīng)盡可能地短且加大間距，一般情況下將走線間距設(shè)為8mil。焊盤內(nèi)孔邊緣到印制板邊的距離要大于1mm，這樣可以避免加工時(shí)導(dǎo)致焊盤缺損。當(dāng)與焊盤連接的走線較細(xì)時(shí)，要將焊盤與走線之間的連接設(shè)計(jì)成水滴狀，這樣的好處是焊盤不容易起皮，而且走線與焊盤不易斷開。(3)元器件布局實(shí)踐證明，即使電路原理圖設(shè)計(jì)正確，印制電路板設(shè)計(jì)不當(dāng)，也會(huì)對(duì)電子設(shè)備的可靠性產(chǎn)生不利影響。例如，如果印制板兩條細(xì)并行線靠得很近，則會(huì)形成信號(hào)波形的延遲，在傳輸線的終端形成反射噪聲；由于電源、地線的考慮不周到而引起的干

28、擾，會(huì)使產(chǎn)品的性能下降，因此，在設(shè)計(jì)印制電路板的時(shí)候，應(yīng)注意采用正確的方法。(4)設(shè)計(jì)布線圖時(shí)走線盡量少拐彎，印刷弧上的線寬不要突變，導(dǎo)線拐角應(yīng)90度,力求線條簡(jiǎn)單明了。印刷電路中不允許有交叉電路，對(duì)于可能交叉的線條，可以用“鉆”、“繞”兩種辦法解決。即讓某引線從別的電阻、電容、三極管腳下的空隙處“鉆”過(guò)去，或從可能交叉的某條引線的一端“繞”過(guò)去，在特殊情況下如果電路很復(fù)雜，為簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)也允許用導(dǎo)線跨接，解決交叉電路問題。因采用單面板，直插組件位于top面，表貼器件位于bottom面，所以在布局的時(shí)候直插器件可與表貼器件交迭，但要避免焊盤重迭。(5)檢查布線設(shè)計(jì)完成后，需認(rèn)真檢查布線設(shè)計(jì)是否符合

29、開始所制定的規(guī)則，同時(shí)也需確認(rèn)所制定的規(guī)則是否符合印制板生產(chǎn)工藝的需求，一般檢查線與線、線與組件焊盤、線與貫通孔、組件焊盤與貫通孔、貫通孔與貫通孔之間的距離是否合理，是否滿足生產(chǎn)要求。 電源線和地線的寬度是否合適，在PCB中是否還有能讓地線加寬的地方。 注意：有些錯(cuò)誤可以忽略，例如有些接插件的Outline的一部分放在了板框外，檢查間距時(shí)會(huì)出錯(cuò)；另外每次修改過(guò)走線和過(guò)孔之后，都要重新覆銅一次。(6)復(fù)查根據(jù)“PCB檢查表”，內(nèi)容包括設(shè)計(jì)規(guī)則，層定義、線寬、間距、焊盤、過(guò)孔設(shè)置，還要重點(diǎn)復(fù)查器件布局的合理性，電源、地線網(wǎng)絡(luò)的走線，高速時(shí)鐘網(wǎng)絡(luò)的走線與屏蔽，去耦電容的擺放和連接等。(7)封閉的物理

30、邊框?qū)σ院蟮脑季帧⒆呔€來(lái)說(shuō)是個(gè)基本平臺(tái)，也對(duì)自動(dòng)布局起著約束作用，否則，從原理圖過(guò)來(lái)的元件會(huì)不知所措的。但這里一定要注意精確，否則以后出現(xiàn)安裝問題麻煩可就大了。還有就是拐角地方最好用圓弧，一方面可以避免尖角劃傷工人，同時(shí)又可以減輕應(yīng)力作用。4.4 PCB板具體參數(shù)設(shè)置的依據(jù)(1)模擬地線寬度較寬，因其通過(guò)電流較大，同時(shí)減小干擾(2)線間距設(shè)置較大，主要考慮到設(shè)計(jì)好的PCB板要手工腐蝕和打孔，精度沒有交給PCB廠家做的高，防止腐蝕不好造成短路，線寬也較寬，主要防止腐蝕過(guò)程造成斷線，而且線間距寬一些也可防止干擾的產(chǎn)生。(3)設(shè)計(jì)為單層板，限于實(shí)際條件的限制，只有單面覆銅箔PCB電路板。因此設(shè)計(jì)

31、時(shí)只采用底層走線，但是由于元件與元件之間有空隙，可在頂層走一些跳線，這樣可減小底層布線難度。(4)布線拐角設(shè)置成45度，主要是為了防止過(guò)度腐蝕或腐蝕不夠情況出現(xiàn)，還有防止銅箔剝落。(5)過(guò)孔和焊盤都比默認(rèn)值大，主要是考慮到焊盤過(guò)小在手工制作PCB電路板打孔時(shí)容易損壞焊盤，造成PCB板報(bào)廢。還有個(gè)別的元件本身引腳就比較粗，例如功率開關(guān)變壓器二次側(cè)整流二極管HER307其引腳直徑達(dá)到了。圖4-4 PCB第5章 結(jié) 論通過(guò)本次基于單片機(jī)的實(shí)驗(yàn)開發(fā)板系統(tǒng)的課程設(shè)計(jì)，在這過(guò)程中，我學(xué)到了很多，加深了對(duì)單片內(nèi)部模塊的理解，進(jìn)一步學(xué)習(xí)了匯編語(yǔ)言的編寫規(guī)則。從設(shè)計(jì)開始到最終完成設(shè)計(jì)，一點(diǎn)一滴積累，在實(shí)踐中成長(zhǎng)

32、，在挫折中前進(jìn)。在設(shè)計(jì)的前期，我系統(tǒng)的學(xué)習(xí)了51單片機(jī)的相關(guān)資料，掌握了單片機(jī)外部電路的合理設(shè)計(jì)以及各個(gè)引腳的功能。系統(tǒng)的進(jìn)行了開發(fā)板的需求分析，合理的設(shè)計(jì)出了電路原理框圖，根據(jù)原理框圖設(shè)計(jì)出電路原理圖，針對(duì)使用的單片機(jī)引腳，對(duì)單片機(jī)使用匯編語(yǔ)言編程。這一步一步的不斷努力，讓我學(xué)到了很多在書本上學(xué)不到的東西，尤其是在處理故障和電路兼容方面的考慮，都使我受益頗多。在這里課程設(shè)計(jì)中，我深深感受到實(shí)踐的重要性，它是檢驗(yàn)我們所學(xué)知識(shí)的有效途徑。沒有付出，就沒有回報(bào)。在這過(guò)程中也遇到過(guò)一些難題，經(jīng)過(guò)自身的努力以及向老師和同學(xué)請(qǐng)教，我學(xué)到很多，也解決了很多問題。最后，我深刻感受到要做好一個(gè)課程設(shè)計(jì)，就必須

33、做到：在設(shè)計(jì)程序之前，對(duì)所需資料的綜合整理，有效的挑選資料；要明確目標(biāo)，整理思路；合理設(shè)計(jì)出系統(tǒng)所必須的流程圖，做好充分的心里準(zhǔn)備。這次設(shè)計(jì)是對(duì)我所學(xué)單片機(jī)一書的綜合考驗(yàn)，使我能查漏補(bǔ)缺，復(fù)習(xí)課本知識(shí)，加深理解記憶，所以每一步我都用心去做。參考文獻(xiàn)1 李廣弟，朱月秀，王秀山.單片機(jī)基礎(chǔ)M. 北京：北京航空航天大學(xué)出版社，20012 求是科技， 靳達(dá).單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)實(shí)例導(dǎo)航M. 北京：人民郵電出版社，20033 何立民.MCS-51系列單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)系統(tǒng)配置與接口技術(shù)M.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，19994 胡漢才.單片機(jī)原理及其接口技術(shù)(第2版)M.北京：清華大學(xué)出版社，20045

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35、言教程.電子工業(yè)出版社出版13 李秀忠.單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)（匯編語(yǔ)言）. 中國(guó)勞動(dòng)社會(huì)保障出版社附 錄1設(shè)計(jì)實(shí)物圖照片：附 錄2DS18B20參考程序：bit RST_DQ ()/DQ總線復(fù)位 bit flag;DQ = 1;delayus (8);DQ = 0;delayus (90);DQ = 1;_nop_();_nop_();if (DQ)flag = 1;delayus (100);DQ = 1;return flag; void write_ds18b20 (uchar date)/寫數(shù)據(jù)寫指令 uchar i,ii=0x01;for (i=0;i<8;i+) DQ = 0;DQ = date&ii;delayus (5);DQ = 1;delayus (2);ii*=2; int read_ds18b20 ()/讀數(shù)據(jù) char i; int ii;DQ =1;delayus (1);for (i=0;i<12;i+)DQ = 0;_nop_();_nop_();ii>>=1;DQ = 1;_nop_();_nop_();if (DQ)ii|=0x0800;delayus (30);DQ =