單片機實驗板的設計

1、電子產(chǎn)品實訓實踐設計報告姓 名： 游建雷 學 號： 20120510104 班 級： 12電子 指導教師： 王新玲、鄒明禮、鐘仙鳳 完成日期： 2014 .12.26 目 錄項目1 直流穩(wěn)壓電源設計31.1直流穩(wěn)壓電源的設計原理31.1 1電源變壓器31.12整流和濾波電路41.1 3穩(wěn)壓電路41.14附錄仿真原理圖51.2直流穩(wěn)壓電源的制作51.21根據(jù)實驗仿真原理圖進行實物焊接51.22直流電源的布線圖51.23直流電源的實物圖6項目2 單片機實驗板的設計62.1 實驗板使用說明62.11單片機STC89C5162.12數(shù)碼管顯示電路設計72.13蜂鳴器電路82.14繼電器控制電路82.1

2、5 LCD顯示電路82.2實驗板設計原理圖92.21PCB設計圖92.22 LCD模塊圖102.23 LED模塊圖112.24數(shù)碼管模塊圖112.25蜂鳴器模塊圖122.26單片機最小系統(tǒng)圖122.3程序設計132.31程序1數(shù)碼管動態(tài)顯示1234132.32程序2按鍵控制繼電器和蜂鳴器142.33程序3按鍵數(shù)碼管顯示152.4 實驗板調(diào)試與實現(xiàn)17總結(jié)18項目1 直流穩(wěn)壓電源設計1.1直流穩(wěn)壓電源的設計原理（這部分包括原理說明和仿真原理圖）  小功率穩(wěn)壓電源由電源變壓器、整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路四個部分組成，如圖1所示。 + 電 源 + 整 流 + 濾 波 + 穩(wěn) 壓 + u1

3、 u2 u3 uI U0 _ 變壓器 _ 電 路 _ 電 路 _ 電 路 _（a）穩(wěn)壓電源的組成框圖 u1 u2 u3 uI U0 0 t 0 t 0 t 0 t 0 t （b）整流與穩(wěn)壓過程圖1穩(wěn)壓電源的組成框圖及整流與穩(wěn)壓過程 1.1 1電源變壓器 電源變壓器的作用是將來自電網(wǎng)的220V交流電壓u1變換為整流電路所需要的交流電壓u2。電源變壓器的效率為：其中：是變壓器副邊的功率，是變壓器原邊的功率。一般小型變壓器的效率如表1所示：表1 小型變壓器的效率 副邊功率 效率0.60.70.80.85 因此，當算出了副邊功率后，就可以根據(jù)上表算出原邊功率。1.12整流和濾波電路在穩(wěn)壓電源中一般用四

4、個二極管組成橋式整流電路，整流電路的作用是將交流電壓u2變換成脈動的直流電壓u3。濾波電路一般由電容組成，其作用是把脈動直流電壓u3中的大部分紋波加以濾除，以得到較平滑的直流電壓UI。UI與交流電壓u2的有效值U2的關系為： 在整流電路中，每只二極管所承受的最大反向電壓為： 流過每只二極管的平均電流為： 其中：R為整流濾波電路的負載電阻，它為電容C提供放電通路，放電時間常數(shù)RC應滿足：其中：T = 20ms是50Hz交流電壓的周期。 1.1 3穩(wěn)壓電路由于輸入電壓u1發(fā)生波動、負載和溫度發(fā)生變化時，濾波電路輸出的直流電壓UI會隨著變化。因此，為了維持輸出電壓UI穩(wěn)定不變，還需加一級穩(wěn)壓電路。穩(wěn)

5、壓電路的作用是當外界因素（電網(wǎng)電壓、負載、環(huán)境溫度）發(fā)生變化時，能使輸出直流電壓不受影響，而維持穩(wěn)定的輸出。穩(wěn)壓電路一般采用集成穩(wěn)壓器和一些外圍元件所組成。采用集成穩(wěn)壓器設計的穩(wěn)壓電源具有性能穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點。集成穩(wěn)壓器的類型很多，在小功率穩(wěn)壓電源中，普遍使用的是三端穩(wěn)壓器。按輸出電壓類型可分為固定式和可調(diào)式，此外又可分為正電壓輸出或負電壓輸出兩種類型。（1） 固定電壓輸出穩(wěn)壓器常見的有CW78（LM78）系列三端固定式正電壓輸出集成穩(wěn)壓器；CW79（LM79）系列三端固定式負電壓輸出集成穩(wěn)壓器。三端是指穩(wěn)壓電路只有輸入、輸出和接地三個接地端子。型號中最后兩位數(shù)字表示輸出電壓的穩(wěn)定值，有5

6、V、6V、9V、15V、18V和24V。穩(wěn)壓器使用時，要求輸入電壓UI與輸出電壓Uo的電壓差UI - Uo 2V。穩(wěn)壓器的靜態(tài)電流Io = 8mA。當Uo = 5 18V時，UI的最大值UImax= 35V；當Uo=18 24V時，UI的最大值UImax = 40V。本實驗是用的L7805三端穩(wěn)壓器。1.14附錄仿真原理圖  1.2 直流穩(wěn)壓電源的制作1.21根據(jù)實驗仿真原理圖進行實物焊接1.22直流電源的布線圖 1.23直流電源的實物圖 項目2 單片機實驗板的設計2.1 實驗板使用說明2.11單片機STC89C51STC89C51是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 8K

7、 在系統(tǒng)可編程Flash 存儲器。在單芯片上，擁有靈巧的8 位CPU 和在系統(tǒng)可編程Flash，使得STC89C51為眾多嵌入式控制應用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。 具有以下標準功能： 8k字節(jié)Flash，512字節(jié)RAM， 32 位I/O 口線，看門狗定時器，內(nèi)置4KB EEPROM，MAX810復位電路，三個16 位 定時器/計數(shù)器，一個6向量2級中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口。另外 STC89X51 可降至0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式。空閑模式下，CPU 停止工作，允許RAM、定時器/計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機一切

8、工作停止，直到下一個中斷或硬件復位為止。最高運作頻率35Mhz，6T/12T可選。最小系統(tǒng)包括單片機及其所需的必要的電源、時鐘、復位等部件，能使單片機始終處于正常的運行狀態(tài)。電源、時鐘等電路是使單片機能運行的必備條件，可以將最小系統(tǒng)作為應用系統(tǒng)的核心部分，通過對其進行存儲器擴展、A/D擴展等，使單片機完成較復雜的功能。STC89C51是片內(nèi)有ROM/EPROM的單片機，因此，這種芯片構(gòu)成的最小系統(tǒng)簡單可靠。用STC89C52單片機構(gòu)成最小應用系統(tǒng)時，只要將單片機接上時鐘電路和復位電路即可， (1) 時鐘電路STC89C51單片機的時鐘信號通常有兩種方式產(chǎn)生：一是內(nèi)部時鐘方式，二是外部時鐘方式。

9、內(nèi)部時鐘方式如圖2-4所示。在STC89C51單片機內(nèi)部有一振蕩電路，只要在單片機的XTAL1(18)和XTAL2(19)引腳外接石英晶體(簡稱晶振)，就構(gòu)成了自激振蕩器并在單片機內(nèi)部產(chǎn)生時鐘脈沖信號。圖中電容C1和C2的作用是穩(wěn)定頻率和快速起振，電容值在530pF，典型值為30pF。晶振CYS的振蕩頻率范圍在1.212MHz間選擇，典型值為12MHz和6MHz。圖3.4 STC89C51內(nèi)部時鐘電路(2) 復位電路當在STC89C51單片機的RST引腳引入高電平并保持2個機器周期時，單片機內(nèi)部就執(zhí)行復位操作(若該引腳持續(xù)保持高電平，單片機就處于循環(huán)復位狀態(tài))。最簡單的上電自動復位電路中上電自

10、動復位是通過外部復位電路的電容充放電來實現(xiàn)的。只要Vcc的上升時間不超過1ms,就可以實現(xiàn)自動上電復位。除了上電復位外，有時還需要按鍵手動復位。本設計就是用的按鍵手動復位。按鍵手動復位有電平方式和脈沖方式兩種。其中電平復位是通過RST(9)端與電源Vcc接通而實現(xiàn)的。圖3.5 STC89C51復位電路2.12數(shù)碼管顯示電路設計LED數(shù)碼管（LED Segment Displays）是由多個發(fā)光二極管封裝在一起組成“8”字型的器件，引線已在內(nèi)部連接完成，只需引出它們的各個筆劃，公共電極。數(shù)碼管分為動態(tài)顯示和靜態(tài)顯示驅(qū)動兩種，靜態(tài)驅(qū)動也稱直流驅(qū)動。靜態(tài)驅(qū)動是指每個數(shù)碼管的每一個段碼都由一個單片機的

11、I/O端口進行驅(qū)動，或者使用如BCD碼二-十進制譯碼器譯碼進行驅(qū)動。靜態(tài)驅(qū)動的優(yōu)點是編程簡單，顯示亮度高，缺點是占用I/O端口多，如驅(qū)動5個數(shù)碼管靜態(tài)顯示則需要5×8=40根I/O端口來驅(qū)動，要知道一個STC89C52的I/O端口才32個呢：），實際應用時必須增加譯碼驅(qū)動器進行驅(qū)動，增加了硬件電路的復雜性。數(shù)碼管動態(tài)顯示接口是單片機中應用最為廣泛的一種顯示方式之一，動態(tài)驅(qū)動是將所有數(shù)碼管的8個顯示筆劃"a,b,c,d,e,f,g,dp"的同名端連在一起，另外為每個數(shù)碼管的公共極COM增加位選通控制電路，位選通由各自獨立的I/O線控制，當單片機輸出字形碼時，所有數(shù)碼

12、管都接收到相同的字形碼，但究竟是那個數(shù)碼管會顯示出字形，取決于單片機對位選通COM端電路的控制，所以我們只要將需要顯示的數(shù)碼管的選通控制打開，該位就顯示出字形，沒有選通的數(shù)碼管就不會亮。通過分時輪流控制各個數(shù)碼管的的COM端，就使各個數(shù)碼管輪流受控顯示，這就是動態(tài)驅(qū)動。在輪流顯示過程中，每位數(shù)碼管的點亮時間為12ms，由于人的視覺暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極管的余輝效應，盡管實際上各位數(shù)碼管并非同時點亮，但只要掃描的速度足夠快，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示數(shù)據(jù)，不會有閃爍感，動態(tài)顯示的效果和靜態(tài)顯示是一樣的，能夠節(jié)省大量的I/O端口，而且功耗更低。本設計利用三極管驅(qū)動數(shù)碼管，用2.2k電阻起到限流作用，

13、使得數(shù)碼管亮度適中。2.13蜂鳴器電路本系統(tǒng)中采用的蜂鳴器報警，由于單片機輸出電流較小，所以用三極管S9013驅(qū)動蜂鳴器發(fā)出聲音。單片機的P3.3口連接三極管基極，當檢測到P3.3輸出高電平，三極管工作在放大狀態(tài)，電路導通，蜂鳴器響亮。2.14繼電器控制電路本系統(tǒng)采用9012三極管驅(qū)動繼電器工作，來控制繼電器工作，當接收到控制信號時候，單片機控制繼電器動作，同時點亮發(fā)光二極管D2。2.15 LCD顯示電路本系統(tǒng)的顯示部分采用LCD1602字符顯示模塊，1602LCD 分為帶背光和不帶背光兩種，基控制器大部分為 HD44780，帶背光的比不帶背光的厚，是否帶背光在應用中并無差別。LCD顯示屏在使

14、用之前須根據(jù)具體配置情況初始化，初始化可在復位之后完成，過程一般如下:（1）清屏。清除屏幕，將顯示緩沖區(qū)DDRAM的內(nèi)容全部寫入空格。光標復位，回到顯示器的左上角。地址計數(shù)器AC清零。（2）功能設置。設置數(shù)據(jù)位數(shù)，根據(jù)LCD1602與處理器的連接選擇（LCD1602為雙行顯示）。設置字形大小。（3）開/關顯示設置。控制光標顯示，字符是否閃爍等。（4）輸入方式設置。設定光標的移動方向以及后面的內(nèi)容是否移動。單片機的P0.0P0.7引腳與LCD1602的714引腳相連，因為AT89S52單片機的P0口沒有上拉電阻，所以在它們中間接入10K的排阻，以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的通訊傳輸。單片機的P2.5P2.7引腳與

15、LCD1602的46引腳相連，進行寄存器的選擇及讀寫功能操作的選擇。2.2實驗板設計原理圖2.21PCB設計圖2.22 LCD模塊圖2.23 LED模塊圖2.24數(shù)碼管模塊圖2.25蜂鳴器模塊圖2.26單片機最小系統(tǒng)圖2.3程序設計2.31程序1數(shù)碼管動態(tài)顯示1234/頭文件:#include "reg51.h"/變量定義:unsigned char table=0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90;/表：共陽數(shù)碼管 0-9 /引腳定義:sbit SMG_q = P10;/定義數(shù)碼管陽級控制腳（千位）sbit S

16、MG_b = P11;/定義數(shù)碼管陽級控制腳（百位）sbit SMG_s = P12;/定義數(shù)碼管陽級控制腳（十位）sbit SMG_g = P13;/定義數(shù)碼管陽級控制腳（個位）/函數(shù)聲明:void delay(void); /延時子函時/主函數(shù)，C語言的入口函數(shù):void main(void) unsigned char i=0;/作為查表的索引號while(1)/不停的循環(huán)掃描,不掃描則不顯示或顯示不正確，即為動態(tài)顯示,/數(shù)碼管顯示 1234，可自行修改SMG_q=0;/選擇千位數(shù)碼管P0=table1;/查找"1"定義好的數(shù)碼管段值與P0口輸出，顯示相應的1dela

17、y();/加入短暫延時P0=0XFF;/清除數(shù)碼管顯示，因是共陽型，所以不是0SMG_q=1;/關閉千位數(shù)碼管SMG_b=0;/選擇百位數(shù)碼管P0=table2;/查找"2"定義好的數(shù)碼管段值與P0口輸出，顯示相應的2delay();/加入短暫延時P0=0XFF;/清除數(shù)碼管顯示，因是共陽型，所以不是0SMG_b=1;/關閉百位數(shù)碼管SMG_s=0;/選擇十位數(shù)碼管P0=table3;/查找"2"定義好的數(shù)碼管段值與P0口輸出，顯示相應的2delay();/加入短暫延時P0=0XFF;/清除數(shù)碼管顯示，因是共陽型，所以不是0SMG_s=1;/關閉十位數(shù)碼

18、管SMG_g=0;/選擇個位數(shù)碼管P0=table4;/查找"2"定義好的數(shù)碼管段值與P0口輸出，顯示相應的2delay();/加入短暫延時P0=0XFF;/清除數(shù)碼管顯示，因是共陽型，所以不是0SMG_g=1;/關閉個位數(shù)碼管/延時子函數(shù),短暫延時void delay(void)unsigned char i=10;while(i-);2.32程序2按鍵控制繼電器和蜂鳴器/頭文件:#include "reg51.h"/引腳定義:sbit key1 = P37;/定義按鍵1sbit key2 = P36;/定義按鍵2sbit key3 = P35;/定義

19、按鍵3sbit key4 = P34;/定義按鍵4sbit key5 = P33;/定義按鍵5sbit key6 = P32;/定義按鍵6sbit SPK = P15;/蜂鳴器控制引腳sbit JDQ = P14;/繼電器控制引腳/主函數(shù)，C語言的入口函數(shù):void main(void)while(1)/循環(huán)掃描按鍵if(key1=0)/按鍵1按下，繼電器吸合JDQ=0;if(key2=0)/按鍵2按下，繼電器斷開JDQ=1;if(key3=0)/按鍵3按下，蜂鳴器蜂鳴SPK=0;if(key4=0)/按鍵4按下，蜂鳴器關閉SPK=1;if(key5=0)/按鍵5按下，繼電器和蜂鳴器都開啟JD

20、Q=0;SPK=0;if(key6=0)/按鍵6按下，繼電器和蜂鳴器都關閉JDQ=1;SPK=1; 2.33程序3按鍵數(shù)碼管顯示/頭文件:#include "reg51.h"/引腳定義:sbit SMG_q = P10;/定義數(shù)碼管陽級控制腳（千位）sbit SMG_b = P11;/定義數(shù)碼管陽級控制腳（百位）sbit SMG_s = P12;/定義數(shù)碼管陽級控制腳（十位）sbit SMG_g = P13;/定義數(shù)碼管陽級控制腳（個位）sbit key1 = P37;/定義按鍵1sbit key2 = P36;/定義按鍵2sbit key3 = P35;/定義按鍵3sbi

21、t key4 = P34;/定義按鍵4sbit key5 = P33;/定義按鍵5sbit key6 = P32;/定義按鍵6/主函數(shù)，C語言的入口函數(shù):void main(void)P0=0xc0;/數(shù)碼管顯示0SMG_g=0;/使用數(shù)碼管個位來顯示鍵值while(1)/循環(huán)掃描按鍵及顯示if(key1=0)/按鍵1按下P0=0xf9;/數(shù)碼管顯示1else if(key2=0)/按鍵2按下P0=0xa4;/數(shù)碼管顯示2else if(key3=0)/按鍵3按下P0=0xb0;/數(shù)碼管顯示3else if(key4=0)/按鍵4按下P0=0x99;/數(shù)碼管顯示4else if(key5=0)/按鍵5按下P0=0x92;/數(shù)碼管