單片機(jī)開發(fā)板制作

單片機(jī)開發(fā)板的設(shè)計(jì)與制作摘要：在學(xué)習(xí)單片機(jī)的過程中，通過做了一系列的實(shí)驗(yàn)，從而比較容易地領(lǐng)會(huì)了單片機(jī)哪些枯燥、難懂的專業(yè)術(shù)語，而且此次設(shè)計(jì)的單片機(jī)開發(fā)板彌補(bǔ)了市場上常見的單片機(jī)實(shí)驗(yàn)板的一些不足，有針對(duì)性地面向最終的實(shí)用控制功能，使整個(gè)開發(fā)板分解成若干個(gè)小模塊，并且每個(gè)模塊引出了一些引腳，這樣使用者就可以根據(jù)自己的需要連接自己的電路，增加了開發(fā)板的靈活性。本單片機(jī)開發(fā)板包括：單片機(jī)最小系統(tǒng)、A/D電路功能模塊、D/A電路功能模塊、串口、2位數(shù)碼管、驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)電路、4X4鍵盤、液顯(1602)顯示功能、溫度測量功能、喇叭等功能模塊。通過以上的功能模塊可以完成基本的單片機(jī)學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)。關(guān)鍵詞：單片機(jī)開發(fā)板，模塊，功能，實(shí)驗(yàn)MCUdevelopmentboarddesignandproductionAbstract:InthestudyprocessofMCU,Bydoingaseriesofexperiments,Soitcaneasiertounderstandwhichofthemicrocontroller’sboringandhardtounderstandterminology。Andthedesignofmicrocontrollerdevelopmentboardmadeupacommonmarket’smicrocontrollerdevelopmentboard’sanumberofinadequacies,targetedfortheendofthepracticalcontrol,Sothatthewholedevelopmentboardbrokendownintoseveralsmallmodules,Andeachmoduleraisesanumberofpins,Sothatuserscanconnecttotheirownneedsaccordingtothecircuit.SoyoucanusetheMCUdevelopmentboardbecomemoreflexible.TheMCUdevelopmentboardinclude:MinimumSystemofMCU,A/Dcircuitfunctionalmodules,D/Acircuitfunctionalmodules,serial,2-bitdigitalledcontrol,driveasteppermotorcircuit,4x4keyboard,LCD(1602)display,temperaturemeasurementfunctionmodules,Speakersfunctionmodulesandsoon.ThroughtheabovefunctionmodulestocompletethebasicofMCU’sexperiment.Keyword:Mcudevelopmentboard,Module,Function,Experimental第一章單片機(jī)開發(fā)板的介紹及發(fā)展趨勢1.1單片機(jī)開發(fā)板的介紹單片機(jī)開發(fā)板是一塊電路板和諸多元器件組合在一起供平時(shí)的學(xué)習(xí)、實(shí)驗(yàn)、開發(fā)等使用；是正式批量生產(chǎn)產(chǎn)品前，對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行設(shè)計(jì)和開發(fā)時(shí)使用的板子。我們學(xué)習(xí)單片機(jī)，開始是對(duì)理論知識(shí)的學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)了一些指令和相關(guān)單片機(jī)結(jié)構(gòu)的知識(shí)，而單片機(jī)開發(fā)板就是我們實(shí)踐的工具，通過開發(fā)板我們可以做一些實(shí)驗(yàn)，從而掌握所學(xué)的知識(shí)。打個(gè)比較通俗的例子：我們編寫的代碼是“軟件”，而開發(fā)板是“硬件”，兩者結(jié)合才會(huì)有用，如果只有代碼，只有模擬的實(shí)驗(yàn)結(jié)果而不經(jīng)過板子實(shí)踐是學(xué)不好的，也掌握不了單片機(jī)。簡單概括說開發(fā)板實(shí)際上就是個(gè)多功的實(shí)驗(yàn)板，是學(xué)習(xí)單片機(jī)和開發(fā)單片機(jī)產(chǎn)品的好幫手。上面集成了好多單片的的外圍器件，如LED燈、數(shù)碼管、按鍵、行列式按鍵、步進(jìn)電機(jī)、伺服電機(jī)、液晶顯示等等，利用一個(gè)開發(fā)板就可以編制不同的程序?qū)崿F(xiàn)各種各樣的功能，不用為了一個(gè)實(shí)驗(yàn)焊一塊電路板了。在開發(fā)板上設(shè)計(jì)、調(diào)試好程序，就能方便地移植到產(chǎn)品上，只是有時(shí)要作適當(dāng)?shù)男薷?，比如端口的設(shè)置等，因?yàn)楫吘归_發(fā)板和產(chǎn)品的電路板不可能完全一致的。這樣我們就可以通過開發(fā)板的使用節(jié)省大量的資源，提高我們的學(xué)習(xí)效率。為我們更好的學(xué)習(xí)單片機(jī)提供一個(gè)良好的平臺(tái)。2國內(nèi)外發(fā)展趨勢現(xiàn)在可以說是單片機(jī)的戰(zhàn)國時(shí)期，世界上各大芯片制造公司都推出了自己的單片機(jī)，從8位、16位到32位，數(shù)不勝數(shù)，應(yīng)有盡有，有與主流C51系列兼容的，也有不兼容的，但它們各具特色，互成互補(bǔ)，為單片機(jī)的應(yīng)用提供廣闊的天地?？v觀單片機(jī)的發(fā)展過程，可以預(yù)示單片機(jī)的發(fā)展趨勢，大致有：1、 低功耗CMOS化MCS-51系列的8031推出時(shí)的功耗達(dá)630mW，而現(xiàn)在的單片機(jī)普遍都在100mW左右，隨著對(duì)單片機(jī)功耗要求越來越低，現(xiàn)在的各個(gè)單片機(jī)制造商基本都采用了CMOS（互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體工藝）。像80C51就采用了HMOS（即高密度金屬氧化物半導(dǎo)體工藝）和CHMOS（互補(bǔ)高密度金屬氧化物半導(dǎo)體工藝）。CMOS雖然功耗較低，但由于其物理特征決定其工作速度不夠高，而CHMOS則具備了高速和低功耗的特點(diǎn)，這些特征，更適合于在要求低功耗象電池供電的應(yīng)用場合。所以這種工藝將是今后一段時(shí)期單片機(jī)發(fā)展的主要途徑2、 微型單片化現(xiàn)在常規(guī)的單片機(jī)普遍都是將中央處理器（CPU）、隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)（RAM）、只讀程序存儲(chǔ)器（ROM）、并行和串行通信接口，中斷系統(tǒng)、定時(shí)電路、時(shí)鐘電路集成在一塊單一的芯片上，增強(qiáng)型的單片機(jī)集成了如A/D轉(zhuǎn)換器、PMW（脈寬調(diào)制電路）、WDT（看門狗）、有些單片機(jī)將LCD（液晶）驅(qū)動(dòng)電路都集成在單一的芯片上，這樣單片機(jī)包含的單元電路就更多，功能就越強(qiáng)大。甚至單片機(jī)廠商還可以根據(jù)用戶的要求量身定做，制造出具有自己特色的單片機(jī)芯片。此外，現(xiàn)在的產(chǎn)品普遍要求體積小、重量輕，這就要求單片機(jī)除了功能強(qiáng)和功耗低外，還要求其體積要小。現(xiàn)在的許多單片機(jī)都具有多種封裝形式，其中SMD（表面封裝）越來越受歡迎，使得由單片機(jī)構(gòu)成的系統(tǒng)正朝微型化方向發(fā)展。3、 主流與多品種共存現(xiàn)在雖然單片機(jī)的品種繁多，各具特色，但仍以80C51為核心的單片機(jī)占主流，兼容其結(jié)構(gòu)和指令系統(tǒng)的有PHILIPS公司的產(chǎn)品，ATMEL公司的產(chǎn)品和中國臺(tái)灣的Winbond系列單片機(jī)。所以C8051為核心的單片機(jī)占據(jù)了半壁江山。而Microchip公司的PIC精簡指令集（RISC）也有著強(qiáng)勁的發(fā)展勢頭，中國臺(tái)灣的HOLTEK公司近年的單片機(jī)產(chǎn)量與日俱增，與其低價(jià)質(zhì)優(yōu)的優(yōu)勢，占據(jù)一定的市場分額。此外還有MOTOROLA公司的產(chǎn)品，日本幾大公司的專用單片機(jī)。在一定的時(shí)期內(nèi)，這種情形將得以延續(xù)，將不存在某個(gè)單片機(jī)一統(tǒng)天

下的壟斷局面，走的是依存互補(bǔ)，相輔相成、共同發(fā)展的道路。第二章單片機(jī)主要模塊芯片的介紹及使用2.1單片機(jī)最小系統(tǒng)2.1.1時(shí)鐘源電路單片機(jī)內(nèi)部具有一個(gè)高增益反相放大器，用于構(gòu)成振蕩器。通常在引腳XTALl和XTAL2跨接石英晶體和兩個(gè)補(bǔ)償電容構(gòu)成自激振蕩器，結(jié)構(gòu)如圖2.1.1中Y1、C16、C17。Y1一般選擇12MHZ頻率的石英晶體，補(bǔ)償電容通常選擇30pF左右的瓷片電容。XTAL12.1.2復(fù)位電路單片機(jī)小系統(tǒng)采用上電自動(dòng)復(fù)位和手動(dòng)按鍵復(fù)位兩種方式實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的復(fù)位操作。上電復(fù)位要求接通電源后，自動(dòng)實(shí)現(xiàn)復(fù)位操作。手動(dòng)復(fù)位要求在電源接通的條件下，在單片機(jī)運(yùn)行期間，用按鈕開關(guān)操作使單片機(jī)復(fù)位。其結(jié)構(gòu)如圖2.1.2中R1、R2、C3和S18。上電自動(dòng)復(fù)位通過電容C3充電來實(shí)現(xiàn)。手動(dòng)按鍵復(fù)位是通過按鍵將電阻R1與VCC接通來實(shí)現(xiàn)。A/D電路功能模塊2.2.1ADC0809芯片介紹ADC0809是帶有8位A/D轉(zhuǎn)換器、8路多路開關(guān)以及微處理機(jī)兼容的控制邏輯的CMOS組件。它是逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器，可以和單片機(jī)直接接口。（1）ADC0809的內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)由圖2.2.1可知，ADC0809由一個(gè)8路模擬開關(guān)、一個(gè)地址鎖存與譯碼器、一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器和一個(gè)三態(tài)輸出鎖存器組成。多路開關(guān)可選通8個(gè)模擬通道，允許8路模擬量分時(shí)輸入，共用A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。三態(tài)輸出鎖器用于鎖存A/D轉(zhuǎn)換完的數(shù)字量，當(dāng)OE端為高電平時(shí)，才可以從三態(tài)輸出鎖存器取走轉(zhuǎn)換完的數(shù)據(jù)。

CLKmuINIIN2hbIN4IN5IN6IN78路A/D轉(zhuǎn)換器態(tài)CLKmuINIIN2hbIN4IN5IN6IN78路A/D轉(zhuǎn)換器態(tài)輸出鎖存器0E地址鎖存圖2.2.1VREFX-)ADC0809各腳功能如下：D7-D0：8位數(shù)字量輸出引腳。VCC：+5V工作電壓。REF（+）：參考電壓正端。START：A/D轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)輸入端。IN0-IN7：8位模擬量輸入引腳。GND：地。REF（-）：參考電壓負(fù)端。ALE:地址鎖存允許信號(hào)輸入端。（以上兩種信號(hào)用于啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換）.EOC:轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)輸出引腳，開始轉(zhuǎn)換時(shí)為低電平，當(dāng)轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)為高電平。OE：輸出允許控制端，用以打開三態(tài)數(shù)據(jù)輸出鎖存器。CLK:時(shí)鐘信號(hào)輸入端（一般為500KHz）。A、B、C：地址輸入線。74LS163功能表及應(yīng)用由圖2.2.2可知：我們可以利用74LS163的計(jì)數(shù)功能來實(shí)現(xiàn)對(duì)4MHZ晶振的8分頻功能。我們可以輕松的從Q2端得到ADC0809所需的500KHZ的時(shí)鐘信號(hào)。2.2.3ADC0809模塊電路2.3D/A電路功能模塊2.3.1DAC0809芯片介紹2.2.3ADC0809模塊電路2.3D/A電路功能模塊2.3.1DAC0809芯片介紹RSTVCCPE-CETTCCEPCLKP0P1P2逐.P3Q3GND輸入輸出如LDCTpCFtCPDdDi\>2AQl8GXXXtXXXX000]0XXdfldi小由do山由1]jtXXXX1]nXtXXXXjX0XXXXX保持

DAC0832是采樣頻率為八位的D/A轉(zhuǎn)換器件,下面介紹一下該器件的中文資料以及電路原理方面的知識(shí)。DAC0832內(nèi)部結(jié)構(gòu)資料:芯片內(nèi)有兩級(jí)輸入寄存器，使DAC0832具備雙緩沖、單緩沖和直通三種輸入方式，以便適于各種電路的需要（如要求多路D/A異步輸入、同步轉(zhuǎn)換等）°D/A轉(zhuǎn)換結(jié)果采用電流形式輸出。要是需要相應(yīng)的模擬信號(hào)，可通過一個(gè)高輸入阻抗的線性運(yùn)算放大器實(shí)現(xiàn)這個(gè)供功能。運(yùn)放的反饋電阻可通過RFB端引用片內(nèi)固有電阻，海可以外接。該片邏輯輸入滿足TTL電壓電平范圍，可直接與TTL電路或微機(jī)電路相接，下面是芯片電路原理圖"；"時(shí)，者櫛牌"姓M了F-時(shí)，昨存器瀚\畋摳坡謝右c-1 2i：-fWK"；"時(shí)，者櫛牌"姓M了F-時(shí)，昨存器瀚\畋摳坡謝右c-1 2i：-fWKi—*n 抻—ILE"NIL$ 18—WSiIM、一■1 37—XFEK1虹訐住“皿18—D：l：i S Lj-TH、T31g—: U—[]，rk"-H 13—1gFl!?9 1,2—han[X；ND-in Ll—r?圖2.3.2DAC0832引腳圖圖2.3.21內(nèi)部結(jié)構(gòu)電路圖DAC0832引腳功能說明：DI0~DI7：數(shù)據(jù)輸入線，TLL電平。 ILE：數(shù)據(jù)鎖存允許控制信號(hào)輸入線，高電平有效。CS：片選信號(hào)輸入線，低電平有效。 WR1：為輸入寄存器的寫選通信號(hào)。XFER：數(shù)據(jù)傳送控制信號(hào)輸入線，低電平有效。WR2：為DAC寄存器寫選通輸入線。Iout1:電流輸出線。當(dāng)輸入全為1時(shí)Iout1最大。Iout2:電流輸出線。其值與Iout1之和為一常數(shù)。Rfb:反饋信號(hào)輸入線，芯片內(nèi)部有反饋電阻.Vcc:電源輸入線（+5v~+15v） Vref:基準(zhǔn)電壓輸入線 （-10v~+10v）AGND:模擬地，摸擬信號(hào)和基準(zhǔn)電源的參考地.DGND:數(shù)字地，兩種地線在基準(zhǔn)電源處共地比較好.2.3.2D/A電路功能模塊電路JP12.42.4.1款兼容RS232標(biāo)準(zhǔn)的芯片。由于電腦串口rs232ader2- 18g 昏WR2ILEDIODllDI2DI3DI4DI5RFBI0UT1TOUT電平是-10v+10v，而一般的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的信號(hào)電壓是ttl電平0+5v,max232就是用來進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換的，該器件包含2驅(qū)動(dòng)器、2接收器和一個(gè)電壓發(fā)生器電路提供TIA/EIA-232-F電平。MAX232應(yīng)用電路。232是電荷泵芯片，可以完成兩路TTL/RS-232電平的轉(zhuǎn)換，它的的9、10、11、12引腳是TTL電平端，用來連接單片機(jī)的。如下圖所示2.4.3串口模塊電路圖15圖2.4.1MAX232應(yīng)用電路VU-URS232C2-2.4.3串口模塊電路圖15圖2.4.1MAX232應(yīng)用電路VU-URS232C2-MAX23213+10uF641QuF=FI10uF==, ZZ^Cl)10[pF, ZZ^Cl)10[pF^=C9[IQDpF345VDDVCC100pF—P3.111T1INT2INT1OUTT2OUT2.54*4矩陣鍵盤2.5.14*4矩陣鍵盤原理 P3.111T1INT2INT1OUTT2OUT2.54*4矩陣鍵盤2.5.14*4矩陣鍵盤原理 15每個(gè)按鍵有它的行值和列值13R1OUTRUNR2OUTR2JNGNDVEE，行值和列值的組合就是識(shí)別這個(gè)按鍵的編碼。矩陣的行線和列線分別通過兩并行接口和|CPU通信。每個(gè)按鍵的狀態(tài)同樣需變成數(shù)字量“0”和“1”，開關(guān)的一端（列線）通過電阻接VCC，而按地是通過程序盤處理程序的任務(wù)是:：確定有無鍵按下，判斷哪一個(gè)鍵在閉合或斷開時(shí)的抖動(dòng)。兩個(gè)并行口中，一…，?并行口輸入按鍵狀態(tài)，由行掃描值和回饋信口查出該鍵的功能。2.5.24*4矩陣鍵盤電路圖及效果圖輸出數(shù)字“0”實(shí)現(xiàn)的。鍵什么；還要消除按呼的功■按^行動(dòng)態(tài)接地，另一個(gè)號(hào)共同形成鍵編碼而識(shí)別按鍵，通過軟件查表，圖2.5.14*4矩陣鍵盤電路圖 圖2.5.24*4矩陣鍵盤效果圖2.6LCD1602模塊2.6.1液晶顯示原理液晶顯示的原理是利用液晶的物理特性，通過電壓對(duì)其顯示區(qū)域進(jìn)行控制，有電就有顯示，這樣即可以顯示出圖形。液晶顯示器具有厚度薄、適用于大規(guī)模集成電路直接驅(qū)動(dòng)、易于實(shí)現(xiàn)全彩色顯示的特點(diǎn)，目前已經(jīng)被廣泛應(yīng)用在便攜式電腦、數(shù)字?jǐn)z像機(jī)、PDA移動(dòng)通信工具等眾多領(lǐng)域。LCD1602各引腳接口說明表1LCD1602各引腳接口說明編號(hào)符號(hào)引腳說明編號(hào)符號(hào)引腳說明1VSS電源地9D2數(shù)據(jù)2VDD電源正極10D3數(shù)據(jù)3VL液晶顯示偏壓11D4數(shù)據(jù)4RS數(shù)據(jù)/命令選擇12D5數(shù)據(jù)5R/W讀/寫選擇13D6數(shù)據(jù)6E使能信號(hào)14D7數(shù)據(jù)7D0數(shù)據(jù)15BLA背光源正極8D1數(shù)據(jù)16BLK背光源負(fù)極第1腳：VSS為地電源。第2腳：VDD接5V正電源。第3腳：VL為液晶顯示器對(duì)比度調(diào)整端，接正電源時(shí)對(duì)比度最弱，接地時(shí)對(duì)比度最高，對(duì)比度過高時(shí)會(huì)產(chǎn)生“鬼影”，使用時(shí)可以通過一個(gè)10K的電位器調(diào)整對(duì)比度。第4腳：RS為寄存器選擇，高電平時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時(shí)選擇指令寄存器。第5腳：R/W為讀寫信號(hào)線，高電平時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平時(shí)進(jìn)行寫操作。當(dāng)RS和R/W共同為低電平時(shí)可以寫入指令或者顯示地址，當(dāng)RS為低電平R/W為高電