基于STC89C52單片機(jī)最小系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

基于STC89C52單片機(jī)最小系統(tǒng)的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求設(shè)計(jì)題目：基于STC89C52單片機(jī)最小系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及制作。設(shè)計(jì)要求：輸入信號(hào)為傳感器、電壓、電流、開(kāi)關(guān)等形式，單片機(jī)型號(hào)可以自己選擇（51,128,430等），輸出控制信號(hào)為模擬電壓或者數(shù)字信號(hào)，控制對(duì)象可以是電機(jī)（直流電機(jī)，步進(jìn)電機(jī)）、開(kāi)關(guān)、顯示器等。（注：可以采用單片機(jī)、傳感器電路模塊以及集成電路芯片制作。）使用器材：感光板及常用PCB制版器材、常用電子裝配工具、萬(wàn)用表、示波器及電子元器件（詳見(jiàn)附錄）。STC89C52單片機(jī)STC89C52單片機(jī)簡(jiǎn)介單片微型計(jì)算機(jī)簡(jiǎn)稱(chēng)單片機(jī)，是典型的嵌入式微控制器（MicrocontrollerUnit），常用英文字母的縮寫(xiě)MCU表示單片機(jī)，它最早是被用在工業(yè)控制領(lǐng)域。單片機(jī)由芯片內(nèi)僅有CPU的專(zhuān)用處理器發(fā)展而來(lái)。最早的設(shè)計(jì)理念是通過(guò)將大量外圍設(shè)備和CPU集成在一個(gè)芯片中，使計(jì)算機(jī)系統(tǒng)更小，更容易集成進(jìn)復(fù)雜的而對(duì)體積要求嚴(yán)格的控制設(shè)備當(dāng)中。用專(zhuān)業(yè)語(yǔ)言講，單片機(jī)就是在一塊硅片上集成了微處理器、存儲(chǔ)器及各種輸入/輸出接口的芯片。單片機(jī)的特點(diǎn)高集成度，體積小，高可靠性單片機(jī)將各功能部件集成在一塊晶體芯片上，集成度很高，體積自然是最小的。芯片本身是按工業(yè)測(cè)控環(huán)境要求設(shè)計(jì)的，內(nèi)部布線很短，其抗工業(yè)噪聲性能優(yōu)于一般通用的CPU。單片機(jī)程序指令，常數(shù)及表格等固體化在ROM中不易破壞，許多信號(hào)通道均在一個(gè)芯片內(nèi)，故可靠性高。控制功能強(qiáng)為了滿足對(duì)控制對(duì)象的要求，單片機(jī)的指令系統(tǒng)均有極豐富的條件：分支轉(zhuǎn)移能力、I/O口的邏輯操作機(jī)位處理能力，非常適用于專(zhuān)門(mén)的控制功能。低電壓，低功耗，便于生產(chǎn)攜帶為了便于廣泛使用于便攜式系統(tǒng)，許多單片機(jī)內(nèi)的工作電壓僅為1.8V～3.6V，工作電流僅為數(shù)百微安。易擴(kuò)展片內(nèi)具有計(jì)算機(jī)正常運(yùn)行所需的部件。芯片外部有許多供擴(kuò)展用的三總線及并行、串行輸入/并行、串行輸入/輸出管腳，很容易構(gòu)成各種規(guī)模的計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。（5）優(yōu)異的性能價(jià)格比單片機(jī)的性能高。為提高速度和運(yùn)行效率，單片機(jī)開(kāi)始使用RISC流水線和DSP等技術(shù)。單片機(jī)的尋址能力也突破了64KB的限制，有的已達(dá)MB1，甚至16MB；片內(nèi)的ROM容量可達(dá)62MB，RAM容量則可達(dá)2MB。由于單片機(jī)的廣泛使用，因而銷(xiāo)量極大，各大公司的商業(yè)競(jìng)爭(zhēng)激烈，使其價(jià)格十分低廉，性能價(jià)格比極高。2.3單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)一個(gè)基本的MCS-52單片機(jī)通常包括：中央處理器、ROM、RAM、定時(shí)/計(jì)數(shù)器和I/O口等各功能部件，各個(gè)功能由內(nèi)部的總線連接起來(lái)，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信。其內(nèi)部框圖如圖2-1所示。圖2-1MCS單片機(jī)結(jié)構(gòu)圖2.4單片機(jī)的引腳功能常見(jiàn)的52系列單片機(jī)中一般采用雙列直插（DIP）封裝，共40個(gè)引腳。STC89C52共有40個(gè)引腳，采用的是雙列直插（DIP）封裝，如圖2-2所示。其中的40個(gè)引腳大致可以分為4類(lèi)：電源、時(shí)鐘、控制和I/O引腳。圖圖2-2STC89C52引腳分布圖2.4.1電源（1）VCC：芯片電源端，一般為+5V；（2）GND：接到端。2.4.2時(shí)鐘（1）XTAL1：晶體振蕩電路的反相輸入端；（2）XTAL2：晶體振蕩電路的輸出端。2.4.3控制線MCS-51單片機(jī)共有4根控制線，其中3根是復(fù)用線，具有兩種功能。（1）ALE/PROG_____________：地址所存允許/編程脈沖；（2）PSEN：外部ROM讀選通信號(hào)；（3）RST：復(fù)位引腳；（4）EA：內(nèi)外ROM選擇/EPROM編程電源2.4.4I/O引腳MCS-51單片機(jī)共有4個(gè)8位并行I/O端口，共32個(gè)可編程I/O引腳。（1）P0.0～P0.7：P0口是一個(gè)8位漏極開(kāi)路的雙向I/O口。作為輸出口，每位能驅(qū)動(dòng)8個(gè)個(gè)TTL邏輯電平。對(duì)P0端口寫(xiě)“1”時(shí)，引腳端用作高阻抗輸入。當(dāng)訪問(wèn)外部程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，P0口也被作為低8位地址/數(shù)據(jù)復(fù)用。在這種模式下，P0具有內(nèi)部上拉電阻。在Flash編程時(shí)，P0口也用來(lái)接收指令字節(jié)；在程序校驗(yàn)時(shí)，輸出指令字節(jié)。程序校驗(yàn)時(shí)，需要外部上拉電阻。P1.0～P1.7：P1口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P1輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL邏輯電平。對(duì)P1端口寫(xiě)“1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳端由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電（IIL）。此外，P1.0和P1.2分別作定時(shí)器/計(jì)數(shù)器2的外部計(jì)數(shù)輸入（P1.0/T2）和時(shí)器/計(jì)數(shù)器2的觸發(fā)輸入（P1.1/T2EX），具體如表2-1所示。在Flash編程和校驗(yàn)時(shí)，P1口接收低8位地址字節(jié)。引腳端引腳端P1.0鐘輸出P1.1T2EX（定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T2的捕捉/重載觸發(fā)信號(hào)和方向控制）P1.5MOSI（在系統(tǒng)編程用）P1.6MISO（在系統(tǒng)編程用）P1.7SCK（在系統(tǒng)編程用）T2（定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T2的外部計(jì)數(shù)輸入），時(shí)P2.0～P2.7：P2口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL邏輯電平。對(duì)P2端口寫(xiě)“1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（IIL）。在訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器或用16位地址讀取外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（例如執(zhí)行MOVX@DPTR）時(shí)，P2口送出高八位地址。在這種應(yīng)用中，P2口使用很強(qiáng)的內(nèi)部上拉發(fā)送1。在使用8位地址（如MOVX@RI）訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，P2口輸出P2鎖存器的內(nèi)容。在Flash編程和校驗(yàn)時(shí)，P2口也接收高8位地址字節(jié)和一些控制信號(hào)。P3.0～P3.7：P3口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P3輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL邏輯電平。對(duì)P3端口寫(xiě)“1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（IIL）。P3口亦作為STC89C52特殊功能（第二功能）使用，如表2-2所示。在Flash編程和校驗(yàn)時(shí)，P3口也接收一些控制信號(hào)。表2-2P3口的第二功能引腳端引腳端第二功能P3.0RXD（串行輸入）P3.1TXD（串行輸出）P3.20INT(外部中斷0)P3.3P3.31INT(外部中斷1)P3.4T0（定時(shí)器0外部輸入）P3.5T1（定時(shí)器1外部輸入）P3.6WR(外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)選通)P3.7RD(外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)選通)3STC89C52構(gòu)成的最小系統(tǒng)單片機(jī)最小系統(tǒng)包括復(fù)位電路、時(shí)鐘電路、電源電路、外圍電路，其外圍電路包括數(shù)碼顯示、液晶顯示、鍵盤(pán)檢測(cè)、串口測(cè)試等，如圖3-1所示。圖3-1單片機(jī)外圍電路3.1單片機(jī)周邊電路STC89C52的外圍電路如圖3-2所示。時(shí)鐘電路采用頻率是12MHz的石英晶振。在復(fù)位電路中當(dāng)REST為低電平時(shí)，系統(tǒng)處于工作狀態(tài)，當(dāng)REST為高電平時(shí)系統(tǒng)處于復(fù)位或下載程序狀態(tài)。STC89C52具有ISP在線編程功能，在程序下載過(guò)程中REST引腳被拉高，下載完畢后自動(dòng)拉低進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)，用戶也可以通過(guò)按下S17進(jìn)行手動(dòng)復(fù)位。為方便以后的學(xué)習(xí)，最小系統(tǒng)將32個(gè)I/O引腳全部引出。圖3-2單片機(jī)外圍電路3.2供電部分單片機(jī)供電部分的原理圖如圖3-3所示。系統(tǒng)供電采用標(biāo)準(zhǔn)的3.5mmDC接口輸入，通過(guò)線性穩(wěn)壓芯片7805進(jìn)行穩(wěn)壓處理以后，再供給電路的其他部分。為了方便起見(jiàn)，系統(tǒng)還將輸入電源用排針引出，方便用杜拉線進(jìn)行連接（“2腳”為正極）。電路中接入電源指示LED，R2為L(zhǎng)ED的限流電阻，SW1為電源開(kāi)關(guān)。圖3-3最小系統(tǒng)供電部分原理圖串行口部分電路圖如圖3-6串行口部分電路圖如圖3-6所示。圖3-5MAX232引腳分布圖圖3-6串行口部分電路原理圖3.5按鍵部分按鍵部分電路采用4*4矩陣式鍵盤(pán)，在修改時(shí)鐘或設(shè)置鬧鐘時(shí)間可以直接從鍵盤(pán)輸入，方便、快捷。而獨(dú)立式按鍵需設(shè)置過(guò)多按鍵，將會(huì)占用較多I/O口，而且會(huì)給布線帶來(lái)不便，因此，此方案適用于按鍵較少的情況。且由于按鍵較少，在修改時(shí)間或設(shè)置鬧鈴時(shí)間時(shí)就不能直接輸入，只能通過(guò)加或減完成，較為麻煩。單片機(jī)檢測(cè)按鍵的依據(jù)是與按鍵對(duì)應(yīng)的I/O口是否為低電平。檢測(cè)時(shí)，先給一列送低電平，其余幾列全為高電平，然后立即輪流檢測(cè)一次各行是否有低電平，若檢測(cè)到某一行為低電平就可以確認(rèn)是按下哪一行哪一列的按鍵。按鍵部分原理圖如圖3-7所示。圖圖3-7按鍵部分電路原理圖3.6液晶顯示部分液晶顯示器的主要原理是以電流刺激液晶分子產(chǎn)生點(diǎn)、線、面并配合北部燈管構(gòu)成畫(huà)面。各種型號(hào)的液晶通常是按照顯示字符的行數(shù)或液晶點(diǎn)陣的行、列數(shù)來(lái)命名的，液晶體積小、功耗低、顯示操作簡(jiǎn)單，但應(yīng)注意考慮其能承受的溫度范圍。1602液晶每行顯示16個(gè)字符，一共可以顯示兩行，由16列、2行組成。液晶顯示的電路原理圖如圖3-8所示。圖3-8液晶顯示電路原理圖3.7時(shí)鐘振蕩電路部分時(shí)鐘是單片機(jī)的心臟，單片機(jī)各功能部件的運(yùn)行都是以時(shí)鐘頻率為基準(zhǔn)，有條不紊的一拍一拍地工作。因此，時(shí)鐘頻率直接影響單片機(jī)的速度，時(shí)鐘電路的質(zhì)量也直接影響單片機(jī)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。常用的時(shí)鐘電路有兩種方式：一種是內(nèi)部時(shí)鐘方式，另一種為外部時(shí)鐘方式。STC89C52使用11.0592MHz的晶體振蕩器作為振蕩源，由于單片機(jī)內(nèi)部帶有振蕩電路。所以外部只要連接一個(gè)晶振和兩個(gè)電容即可，電容容量一般在15振蕩電路。所以外部只要連接一個(gè)晶振和兩個(gè)電容即可，電容容量一般在15pF至pF50之間。時(shí)鐘振蕩電路如圖3-9所示。圖3-9時(shí)鐘振蕩電路原理圖MCS-51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，該高增益反向放大器的輸入端為芯片引腳XTAL1，輸出端為引腳XTAL2。這兩個(gè)引腳跨接石英晶體振蕩器和微調(diào)電容，就構(gòu)成一個(gè)穩(wěn)定的自激振蕩器。圖3-10為DS1302實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路原理圖。圖3-10DS1302實(shí)時(shí)時(shí)鐘原理圖3.8溫度檢測(cè)部分溫度檢測(cè)部分選用的是DS18B20傳感器，其電路原理圖如圖3-11所示。圖3-11溫度檢測(cè)電路DS18B20傳感器，主要由四部分組成：DS18B20傳感器，主要由四部分組成：64位ROM、溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度報(bào)警觸發(fā)器TH和TL、配置寄存器。有三個(gè)管腳：DQ為數(shù)字信號(hào)輸入/輸出端；GND為電源地；VDD為外接供電電源輸入端。524STC89C應(yīng)用電路STC89C52單片機(jī)最小系統(tǒng)總的原理圖如圖4-1所示，PCB電路圖如圖4-2、4-3和4-4所示。圖4-1STC89C52單片機(jī)最小系統(tǒng)原理圖圖圖4-2單片機(jī)最小系統(tǒng)PCB圖（頂層）圖4-3單片機(jī)最小系統(tǒng)PCB圖圖圖4-4單片機(jī)最小系統(tǒng)PCB圖（3D效果圖）5PCB板制作過(guò)程（1）打印打印采用通用噴墨打印機(jī)，在AltiumDesigner下打印設(shè)置完成。（2）曝光在曝光之前將硫酸紙的打印面緊貼感光板，將底層和頂層的兩面完全重合，然后用雙面膠固定硫酸紙和感光板，不能遮住需要曝光的導(dǎo)線。曝光采用普通日光燈曝光約10分鐘左右，使用曝光機(jī)曝光的方法是將需要的曝光面朝下正對(duì)紫外線，壓緊、關(guān)上機(jī)器蓋子，曝光好的板子要盡快放入顯影液中顯影，時(shí)間過(guò)長(zhǎng)會(huì)影響顯影效果。（3）顯影顯影在整個(gè)印制板的制作過(guò)程中比較關(guān)鍵。①配制顯影液。將顯影劑按照1:100溶于溫度約35°C的溫水中，清搖容器或者用塑料棒攪拌使顯影劑充分溶解。應(yīng)當(dāng)注意的是在顯影液可以湮沒(méi)感光板的條件下，顯影液應(yīng)該盡可能的少，顯影劑的濃度不可過(guò)高，否則線路膜面會(huì)迅速剝離而遭到破壞。②顯影。將曝光好的感光板浸入顯影液中（單面板膜面朝上，雙面板懸空放置），然后清搖容器，用軟毛刷輕刷板面，板面未曝光的部分就會(huì)慢慢溶解露出銅底。當(dāng)未曝光的部分全部呈現(xiàn)光亮的銅金屬光澤時(shí)，顯影完成，整個(gè)過(guò)程約為1～2分鐘。將板子取出用清水沖洗干凈，目視無(wú)缺陷即可進(jìn)入蝕刻步驟。腐蝕腐蝕采用的是三氯化鐵溶液，腐蝕過(guò)程采用的是開(kāi)水可以加快。鉆孔將板子洗凈，然后選擇合適的鉆頭來(lái)鉆孔，區(qū)別主要在于過(guò)孔的焊盤(pán)和一般焊盤(pán)的大小。焊接對(duì)照原理圖和PCB布局圖，仔細(xì)查看印制電路板，找到對(duì)應(yīng)的元器件的功能區(qū)后，開(kāi)始準(zhǔn)備元器件和工具。在焊接過(guò)程中，最先焊的是過(guò)孔，因?yàn)樵诓迳显骷皯?yīng)該先處理好所有的過(guò)孔，過(guò)孔可以用0.3mm～0.6mm的導(dǎo)線連接。然后再將相關(guān)元器件插好，檢查無(wú)誤后才開(kāi)始焊接。電路檢查由于電路出現(xiàn)虛焊，會(huì)致使電路調(diào)試的不能正常工作或不穩(wěn)定。因此，在電路的檢測(cè)過(guò)程，要注意檢查過(guò)孔焊接和焊接元器件過(guò)程中因失誤造成的虛焊。6總結(jié)通過(guò)本次課程設(shè)計(jì)，完成了單片機(jī)最小系統(tǒng)的課程設(shè)計(jì)，使我更加深入地了解了STC89C52單片機(jī)的結(jié)構(gòu)和功能，將理論與實(shí)踐結(jié)合起來(lái)，實(shí)踐了課堂上所學(xué)的理論知識(shí)，同時(shí)也使我認(rèn)識(shí)到了自己的不足之處。在做單片機(jī)最小系統(tǒng)的課程設(shè)計(jì)時(shí)，由于自己平時(shí)很少應(yīng)用AltiumDesigner應(yīng)用軟件去畫(huà)原理圖和PCB圖，在畫(huà)元器件的封裝和PCB布線時(shí)，遇到了一些困難，花了不少時(shí)間。不過(guò)，最后在同學(xué)的幫助和自己的努力下，畫(huà)好了元器件的封裝和PCB布線。這次課程設(shè)計(jì)也使我意識(shí)到要做好一個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，首先要有一個(gè)較為明確系統(tǒng)設(shè)計(jì)的方案，根據(jù)系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)外圍電路，選擇合適的元器件?？傊@次課程設(shè)計(jì)，使我對(duì)電子工藝的理論有了更深入的了解，讓我明白動(dòng)手操作是以牢固的理論知識(shí)為基礎(chǔ)的，要學(xué)好課本上的知識(shí)，同時(shí)，也是一個(gè)對(duì)自己動(dòng)手能力的很大的鍛煉，提高了自己考慮問(wèn)題、分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力以及動(dòng)手操作能力，使我的綜合能力有了一個(gè)很大的提高。最后，我要感謝在這次課程中幫助過(guò)我的同學(xué)。參考文獻(xiàn)：黃智偉.凌陽(yáng)單片機(jī)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)．北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2007周航慈.單片機(jī)程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)．北京：北京航空航天大學(xué)出版社，1997求實(shí)科技.單片機(jī)典型模塊設(shè)計(jì)實(shí)例導(dǎo)航．北京：人民郵電出版社，2004余永權(quán).89系列（MCS-51）Flash單片機(jī)原理及應(yīng)用.北京：電子工業(yè)出版社，2003王幸之.單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)電磁干擾與抗干擾技術(shù)．北京