《單片機一體化應(yīng)用技術(shù)基礎(chǔ)》項目六 40路快充工作站一體化應(yīng)用設(shè)計

單片機一體化應(yīng)用技術(shù)基礎(chǔ)

本項目主要介紹單片機數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)，RS232C串行通信標準，串/并行通信設(shè)計、單片機與PC通信、兩塊單片機之間串行通信等基礎(chǔ)內(nèi)容，并利用ProteusISIS平臺進行單片機通信仿真設(shè)計。

另一方面，利用ProtelDXP2004平臺進行40路快充工作站原理圖、PCB板設(shè)計。熟悉串行通信程序下載操作步驟，并熟悉STC90C58RD+單片機一體化應(yīng)用設(shè)計。項目六

40路快充工作站一體化應(yīng)用設(shè)計◎教學(xué)目標

通過學(xué)習(xí)，熟悉并掌握單片機串口標準與應(yīng)用，設(shè)計制作并口連接器，實踐40路快充工作站的PCB板制作，完成串口通信仿真程序設(shè)計，完成客戶對40路快充工作站軟硬件要求的一體化綜合產(chǎn)品設(shè)計。◎教學(xué)提示

本項目從初識單片機串口、并口通信開始，結(jié)合Proteus電路訪真設(shè)計、ProtelDXP200440路快充工作站電路原理圖設(shè)計、PCB設(shè)計，再到利用串口通信、單片機與計算機相連，并完成硬件焊接、調(diào)試，利用KeilC完成主程序、子程序模塊的設(shè)計、編譯最終完成程序的燒錄。項目六

40路快充工作站一體化應(yīng)用設(shè)計眼見為識——串口、并口連接器1．計算機主板常用接口，如下圖所示。任務(wù)一初識單片機與PC通信2．單片機常用MAX232串口連接器，普通插件型（正反面）如下圖所示，貼片型（正反面）如下圖3所示。眼見為識——串口、并口連接器任務(wù)一初識單片機與PC通信3．單片機串/并口連接器貼片型的MAX232串口連接器單片機并口連接器眼見為識——串口、并口連接器任務(wù)一初識單片機與PC通信融匯貫通——RS232C串行通信接口標準一、串行通信方式

在串行通信中，數(shù)據(jù)是在兩個站點之間傳送的。按照數(shù)據(jù)傳送方向，串行通信可分為單工、半雙工和全雙工三種傳送方式。二、串行擴展總線分類

常用的串行擴展總線和接口有UART，I2C總線、SPI總線、USB總線等。任務(wù)一初識單片機與PC通信三、串行通信傳輸速率

波特率用于表征數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣瓤炻?。其定義為每秒鐘傳送二進制數(shù)碼的位數(shù)（亦稱比特數(shù)），單位是bit/s，即位/秒。它是串行通信的重要指標，波特率越高，數(shù)據(jù)傳輸速度越快。四、RS-232C串行通信接口標準RS-232C接口（又稱EIARS-232-C）是目前最常用的一種串行通信接口。它的全名是“數(shù)據(jù)終端設(shè)備（DTE）和數(shù)據(jù)通信設(shè)備（DCE）之間串行二進制數(shù)據(jù)交換接口技術(shù)標準”。融匯貫通——RS232C串行通信接口標準任務(wù)一初識單片機與PC通信理實并進——單片機標準PCB板并口設(shè)計標準單片機PCB板的ISP并口下載器1.連接單片機芯片原理圖如下圖所示。10針插座原理圖設(shè)計任務(wù)一初識單片機與PC通信2.使用下載線ByteBlaster，其電路原理圖如下圖所示。ByteBlaster下載線電路圖理實并進——單片機標準PCB板并口設(shè)計標準單片機PCB板的ISP并口下載器任務(wù)一初識單片機與PC通信快樂升級——40路快充工作站主板串口設(shè)計利用ProtelDXP2004平臺進行40路快充工作站設(shè)備的PCB主板的串口設(shè)計?？斐涔ぷ髡敬诮涌谠O(shè)計1.因為設(shè)計快充工作站充電端口為40個，我們用兩塊STC90C58RD+單片機芯片來解決輸出控制端口數(shù)量的問題（其中一塊單片機相當于擴充器使用），結(jié)果如下圖所示。任務(wù)一初識單片機與PC通信串口下載端口PCB設(shè)計效果圖2.對應(yīng)上圖原理圖設(shè)計，生成的兩個快充工作站串口下載端口PCB設(shè)計，如下圖所示，實際連接時注意下載端口各引腳導(dǎo)線網(wǎng)絡(luò)Net號?？鞓飞墶?0路快充工作站主板串口設(shè)計利用ProtelDXP2004平臺進行40路快充工作站設(shè)備的PCB主板的串口設(shè)計。任務(wù)一初識單片機與PC通信兩塊單片機芯片串口原理圖設(shè)計3.

40路快充工作站串口接口設(shè)計中兩塊單片機芯片串口設(shè)計?？鞓飞墶?0路快充工作站主板串口設(shè)計任務(wù)一初識單片機與PC通信眼見為識——串口通信仿真電路原理圖及仿真1.利用并串轉(zhuǎn)換芯片及撥碼開關(guān)，將并行數(shù)據(jù)以串行方式發(fā)送到單片機引腳，移位脈沖控制，并由P1端口輸出的“心”形LED彩燈仿真電路原理圖，如下圖所示。任務(wù)二

單片機通信電路原理圖設(shè)計與仿真2.仿真運行仿真電路，交錯單擊打開2468撥碼開關(guān)，“心”形LED彩燈仿真電路運行顯示效果如下圖所示。眼見為識——串口通信仿真電路原理圖及仿真任務(wù)二

單片機通信電路原理圖設(shè)計與仿真3.雙機通信仿真電路原理圖設(shè)計，如下圖所示。A機通過串口控制B機4個LED閃爍仿真電路運行效果眼見為識——串口通信仿真電路原理圖及仿真任務(wù)二

單片機通信電路原理圖設(shè)計與仿真

融匯貫通——單片機串行接口控制

AT89S52單片機有功能很強的全雙工串行通信端口，屬于UART方式，設(shè)有兩個互相獨立的接收、發(fā)送緩沖器，可以在同一時刻進行接收和發(fā)送數(shù)據(jù)，它有4種工作方式可供選擇，通信波特率可由軟件根據(jù)需要設(shè)置，串行接收與發(fā)送可激活中斷系統(tǒng)，應(yīng)用方便。AT89S52單片機中有兩個獨立的接收、發(fā)送緩沖器SBUF（屬于特殊功能寄存器），一個用作發(fā)送，一個用作接收。任務(wù)二

單片機通信電路原理圖設(shè)計與仿真

融匯貫通——單片機串行接口控制任務(wù)二

單片機通信電路原理圖設(shè)計與仿真1．串行接口數(shù)據(jù)緩沖器SBUF◆SBUF是兩個在物理上獨立的發(fā)送、接收緩沖器，可同時發(fā)送、接收數(shù)據(jù)?！舭l(fā)送緩沖器只能寫入不能讀出；接收緩沖器只能讀出不能寫入，兩者共用一個字節(jié)地址（99H）。可通過指令對SBUF的讀寫來區(qū)別是對接收緩沖器的操作還是對發(fā)送緩沖器的操作?！舸邪l(fā)送時，CPU向SBUF寫入數(shù)據(jù)，此時99H表示發(fā)送SBUF；串行接收時，CPU從SBUF讀出數(shù)據(jù)，此時99H表示接收SBUF。2.串行口控制寄存器SCON

SCON寄存器用來控制串行口的工作方式和狀態(tài)，它可以是位尋址。在復(fù)位時所有位被清零，字地址為98H。其格式如下表所示。

融匯貫通——單片機串行接口控制任務(wù)二

單片機通信電路原理圖設(shè)計與仿真其中，SM0、SM1：串行口工作方式選擇位，其狀態(tài)組合所對應(yīng)的4種工作方式如下表所示。3.電源控制寄存器PCON

串行通信只占用PCON寄存器中的最高位，其余位均用于節(jié)電運行方式。單元地址為87H，不能位尋址。

第7位SMOD:是波特率選擇位，當用軟件置SMOD為1時，則串行通信工作方式1，2，3時的波特率加倍，即串行口波特率倍增。當復(fù)位SMOD=0時，則波特率不加倍。4．串行通信的4種工作方式

各個方式的發(fā)送與接收的方式及各計算公式詳見教材。

融匯貫通——單片機串行接口控制任務(wù)二

單片機通信電路原理圖設(shè)計與仿真理實并進——串口通信設(shè)計一、并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換串行輸出

利用并串轉(zhuǎn)換74LS165芯片及撥碼開關(guān)，將并行數(shù)據(jù)以串行方式發(fā)送到單片機芯片的RXD引腳，移位脈沖由TXD提供，實現(xiàn)對P1端口16個LED彩燈的“心”控制。晶振f=12MHz，整個仿真電路原理圖設(shè)計的主要步驟如下：

任務(wù)二

單片機通信電路原理圖設(shè)計與仿真理實并進——串口通信設(shè)計任務(wù)二

單片機通信電路原理圖設(shè)計與仿真1．打開項目五任務(wù)四“心”中“521”（我愛你）仿真電路原理圖，刪除芯片三個端口的數(shù)碼管電路原理圖部分，結(jié)果如圖6-2-6所示。2．通過相關(guān)的仿真庫，添加并串轉(zhuǎn)換74LS165芯片及8位撥碼開關(guān)，結(jié)果如圖6-2-7所示。圖6-2-6圖6-2-73.完成74LS165芯片及撥碼開關(guān)的仿真電路設(shè)計效果如下圖所示。理實并進——串口通信設(shè)計任務(wù)二

單片機通信電路原理圖設(shè)計與仿真

4.打開KeilC程序設(shè)計平臺，編輯源程序（6-1并口數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為串口—LED.c）,其代碼如下：#include<at89X52.h>#include<intrins.h>#include<stdio.h>#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedintsbitP20=P2^0;voidDelaytime(uintx){uchari;

while(x--){

for(i=0;i<150;i++);}}理實并進——串口通信設(shè)計任務(wù)二

單片機通信電路原理圖設(shè)計與仿真voidmain(){SCON=0X10;//串口模式0，允許串口接收數(shù)據(jù)while(1){P20=0; //賦值，讀入并口輸入的8位數(shù)據(jù)P20=1; //移位，并口輸入衩封鎖，開始轉(zhuǎn)換串口數(shù)據(jù)

while(RI==0); //未接收到8位進等待 RI=0; //RI軟件置位 P1=SBUF; //將接收到的數(shù)據(jù)顯示在P1端口Delaytime(20); }}----------------------------------------------5.程序編譯通過的窗口如下圖所示。理實并進——串口通信設(shè)計任務(wù)二

單片機通信電路原理圖設(shè)計與仿真6.進行KeilC與Proteus仿真聯(lián)調(diào)。將上面編譯生成的HEX，加載到仿真電路AT89S52芯片中，編輯元件窗口如下圖所示。理實并進——串口通信設(shè)計任務(wù)二

單片機通信電路原理圖設(shè)計與仿真7.仿真程序運行，電路撥碼開關(guān)全部打開，LED彩燈如下圖所示。理實并進——串口通信設(shè)計任務(wù)二

單片機通信電路原理圖設(shè)計與仿真二、A機通過串口控制B機LED閃爍

單片機A負責(zé)向外發(fā)送控制命令字符“x”、“y”、“z”或停止發(fā)送，單片機B根據(jù)所接收到的字符完成P1.0、P1.2兩個端口的4個LED彩燈順序閃爍，按第一下，單片機B的P1.0端口的2個LED閃爍（單片機A的P1.0端口的2個LED也閃爍）；按第二下，P1.1端口的2個LED閃爍（單片機A的P1.1端口的2個LED也閃爍）；按第三下，兩機8個LED都閃爍（單片機A,B）；按第四下，停止閃爍。晶振f=12MHz，整個仿真電路原理圖設(shè)計的主要步驟如下：理實并進——串口通信設(shè)計任務(wù)二

單片機通信電路原理圖設(shè)計與仿真理實并進——串口通信設(shè)計任務(wù)二

單片機通信電路原理圖設(shè)計與仿真1.建立單片機A、單片機B的基本仿真電路。

理實并進——串口通信設(shè)計任務(wù)二

單片機通信電路原理圖設(shè)計與仿真2．添加串行通信電平轉(zhuǎn)換器件RS232，添加窗口如圖6-2-14所示。理實并進——串口通信設(shè)計任務(wù)二

單片機通信電路原理圖設(shè)計與仿真3．添加DB-9串口連接器CONN-D9F和CONN-9M，添加DB-9串口連接器窗口如圖6-2-15所示。

理實并進——串口通信設(shè)計任務(wù)二

單片機通信電路原理圖設(shè)計與仿真4．繼續(xù)添加一般元器件，如電阻、電容、按鈕等，元器件準備完成后如圖6-2-16所示。理實并進——串口通信設(shè)計任務(wù)二

單片機通信電路原理圖設(shè)計與仿真5．修改重復(fù)的元器件標號，進行導(dǎo)線連接、標號設(shè)置，單片機A的MAX232串口通信電路設(shè)計部分原理圖如圖6-2-17所示。同理，完成單片機B的MAX232串口通信電路設(shè)計。理實并進——串口通信設(shè)計任務(wù)二

單片機通信電路原理圖設(shè)計與仿真6．最終完成單片機A機通過串口控制B機LED閃爍的原理圖，如圖

6-2-3所示。

7．打開KeilC程序設(shè)計平臺，分別編輯單片機A和單片機B的源程序,各自代碼詳見教材。

8.分別將程序編譯生成HEX文件，打開Proteus仿真電路，分別加載A機、B機的HEX文件，加載HEX文件的打開過程如下圖所示。理實并進——串口通信設(shè)計任務(wù)二

單片機通信電路原理圖設(shè)計與仿真9.仿真運行程序，單片機A和單片機B初始8個LED彩燈均不亮。仿真運行開始后的A機B機狀態(tài)原理圖，如圖（a）所示，單擊按鈕第1下、第2下的仿真電路原理圖顯示如圖（b）、（c）所示。（a）仿真運行開始的A機B機及LED彩燈效果理實并進——串口通信設(shè)計任務(wù)二

單片機通信電路原理圖設(shè)計與仿真

（b）單擊按鈕第1下效果圖（c）單擊按鈕第2下效果圖理實并進——串口通信設(shè)計任務(wù)二

單片機通信電路原理圖設(shè)計與仿真單擊按鈕第3下的仿真電路原理圖顯示如教材圖6-2-3所示?？鞓飞墶?0路電動車充電工作站的雙機通信設(shè)計

繼續(xù)上一任務(wù)原理圖及PCB設(shè)計，接下來主要完成40路電動車充電工作站的雙機通信設(shè)計。主要設(shè)計的原理圖、PCB內(nèi)容如下：單片機A、B串口通信連接端口原理圖設(shè)計1.單片機A和單片機B之間的串口通信連接端口（俗稱短路子）原理圖設(shè)計如下圖所示。任務(wù)二

單片機通信電路原理圖設(shè)計與仿真單片機A、B串口通信連接端口原理圖設(shè)計2.單片機A和單片機B之間的串口通信連接端口（俗稱短路子）PCB設(shè)計如下圖所示?？鞓飞墶?0路電動車充電工作站的雙機通信設(shè)計任務(wù)二

單片機通信電路原理圖設(shè)計與仿真眼見為識——40路快充工作站主板1.最終40路快充工作站設(shè)計完成電路原理圖，其中40路快充工作站雙單片機主原理圖設(shè)計如下圖（a）所示。任務(wù)三

實戰(zhàn)40路快充工作站電路板其中，40路控制端口及接口原理圖設(shè)計部分如下圖（b）所示。眼見為識——40路快充工作站主板任務(wù)三

實戰(zhàn)40路快充工作站電路板其中，41路（其中多的1路為公共地線）控制線原理圖設(shè)計部分如下圖（c）所示。眼見為識——40路快充工作站主板任務(wù)三

實戰(zhàn)40路快充工作站電路板2.最終40路快充工作站設(shè)計完成的PCB圖，如下圖所示。眼見為識——40路快充工作站主板任務(wù)三

實戰(zhàn)40路快充工作站電路板3.最終40路快充工作站完成的主板，如下圖所示。眼見為識——40路快充工作站主板任務(wù)三

實戰(zhàn)40路快充工作站電路板眼見為識——40路快充工作站主板任務(wù)三

實戰(zhàn)40路快充工作站電路板4.40路快充工作站主板內(nèi)部安裝效果圖，包括4位LED數(shù)碼管、4×4鍵盤、IC卡槽等，如右圖所示。融匯貫通——IC卡應(yīng)用IC卡由于其固有的信息安全、攜帶方便、比較完善的標準化等優(yōu)點，在銀行、電信、公共交通、車場管理等領(lǐng)域正得到廣泛的應(yīng)用。例如二代身份證，銀行的電子錢包，電信的手機SIM卡，公共交通的公交卡、地鐵卡，用于收取停車費的停車卡等，都在人們?nèi)粘Ｉ钪邪缪葜匾巧?。任?wù)三

實戰(zhàn)40路快充工作站電路板IC卡（IntegratedCircuitCard，集成電路卡），也稱智能卡（Smartcard）、智慧卡（Intelligentcard）、微電路卡（Microcircuitcard）或微芯片卡等。它是將一個微電子芯片嵌入符合ISO7816標準的卡基中，做成卡片形式。IC卡與讀寫器之間的通訊方式可以是接觸式，也可以是非接觸式。融匯貫通——IC卡應(yīng)用任務(wù)三

實戰(zhàn)40路快充工作站電路板這里設(shè)計采用接觸式IC卡，卡槽如下圖所示。融匯貫通——IC卡應(yīng)用任務(wù)三

實戰(zhàn)40路快充工作站電路板40路快充工作站關(guān)于IC卡設(shè)計（IC接線端）的原理圖和PCB設(shè)計如下圖所示。IC接線端PCB圖IC接線端原理圖融匯貫通——IC卡應(yīng)用任務(wù)三

實戰(zhàn)40路快充工作站電路板理實并進——設(shè)計PCB主板一、充分了解客戶對40路快充工作站設(shè)計提出的（主要）功能要求。二、進行產(chǎn)品的各部分電路功能分析1.主板電源部分原理圖如右圖所示，其組成如下：（1）J1--電源接口PWRIN外接電源為+12V。（2）U7--L2576穩(wěn)壓器，輸出5V電壓，給單片機STC90C58RD+供電。（3）D1--5819大功率整流二極管。（4）D4--電源指示燈。（5）D2--1N4007整流二極管，單向電源保護作用。任務(wù)三

實戰(zhàn)40路快充工作站電路板二、進行產(chǎn)品的各部分電路功能分析主板電源部分PCB圖如右圖所示。理實并進——設(shè)計PCB主板任務(wù)三

實戰(zhàn)40路快充工作站電路板2.主板蜂鳴器原理圖及PCB圖設(shè)計，如下圖所示。主板蜂鳴器原理圖及PCB圖設(shè)計二、進行產(chǎn)品的各部分電路功能分析理實并進——設(shè)計PCB主板任務(wù)三

實戰(zhàn)40路快充工作站電路板3.40路光耦控制設(shè)計。主板光耦隔離原理圖及PCB設(shè)計（Q01）二、進行產(chǎn)品的各部分電路功能分析理實并進——設(shè)計PCB主板任務(wù)三

實戰(zhàn)40路快充工作站電路板三、利用ProteusISIS平臺進行部分控制電路仿真設(shè)計如項目四中的蜂鳴器報警、LED彩燈設(shè)計；項目五中的LED數(shù)碼管、4×4鍵盤設(shè)計；中斷、定時的設(shè)計等內(nèi)容。因篇幅所限，此處不再重復(fù)仿真設(shè)計。四、由原理圖，最終完成40路快充工作站的PCB主板五、聯(lián)系PCB制板廠出板理實并進——設(shè)計PCB主板任務(wù)三

實戰(zhàn)40路快充工作站電路板快樂升級——40路快充主板手工焊接、調(diào)試一、準備40路快充主板電子元器件材料（詳見教材）二、40路快充PCB主板最小系統(tǒng)焊接、調(diào)試1.首先，焊接PCB主板電源部分，實物效果如下圖所示。任務(wù)三

實戰(zhàn)40路快充工作站電路板2.焊接PCB主板兩塊STC90C58RD+單片機芯片、晶振電路部分的電子元器件，實物效果如下圖所示。主板上的兩塊STC90C58RD+和晶振電路部分焊接完成實物效果圖快樂升級——40路快充主板手工焊接、調(diào)試任務(wù)三

實戰(zhàn)40路快充工作站電路板再例如：焊接4位LED數(shù)碼管顯示部分電路，實物效果如下圖所示。其它詳見教材?？斐銹CB主板LED數(shù)碼管焊接實物效果圖快樂升級——40路快充主板手工焊接、調(diào)試任務(wù)三

實戰(zhàn)40路快充工作站電路板PCB主板運行后，蜂鳴器先響一聲，幾秒鐘后LED數(shù)碼管顯示“8.8.8.8.”,自檢顯示正常，結(jié)果如下圖所示?？斐湓O(shè)備PCB板LED數(shù)碼管自檢顯示效果圖快樂升級——40路快充主板手工焊接、調(diào)試任務(wù)三

實戰(zhàn)40路快充工作站電路板

三、40路快充主板電子元件全焊接并調(diào)試最終焊接完成的40路快充主板實物效果，如下圖所示?？鞓飞墶?0路快充主板手工焊接、調(diào)試任務(wù)三

實戰(zhàn)40路快充工作站電路板眼見為識——40路快充主板的運行與調(diào)試1.40路快充工作站PCB主板程序設(shè)計Main.c主程序編輯窗口，如下圖所示。各子程序見教材或教學(xué)參考資料包。任務(wù)四

40路快充主板程序設(shè)計與燒錄2.首先進行40路快充主板單片機最小系統(tǒng)的運行與調(diào)試，如下圖所示。串口連接PC進行調(diào)試眼見為識——40路快充主板的運行與調(diào)試任務(wù)四

40路快充主板程序設(shè)計與燒錄3.利用IC卡進行40路快充主板整體調(diào)試運行效果，如下圖所示。利用IC卡進行40路快充主板整體調(diào)試眼見為識——40路快充主板的運行與調(diào)試任務(wù)四

40路快充主板程序設(shè)計與燒錄融匯貫通——40路快充工作站用戶操作流程一、設(shè)備啟動設(shè)備加電，等待幾秒鐘，啟動后主機箱四位LED數(shù)碼管顯示待機界面是“8.8.8.8.”。二、電動車充電流程三、查詢充電時間四、查詢和清除累計充電時間五、強制關(guān)閉正在充電的某一線路六、4ⅹ4鍵盤布局示意圖任務(wù)四

40路快充主板程序設(shè)計與燒錄理實并進——程序設(shè)計與燒錄一、設(shè)計程序(main.c)1.打開KeilC環(huán)境，主程序源代碼編輯如下：（詳見教材或教學(xué)資料包）//*文件名稱：main.c#include<include.h>//函數(shù)作用：設(shè)備初始化voiddriver_init(void){ mcu_init()； timer0_init()；

………………任務(wù)四

40路快充主板程序設(shè)計與燒錄二、程序燒錄1.網(wǎng)上下載STC_ISP_V483.EXE或更高的軟件版本，安裝在指定目標盤中。2.運行STC_ISP_V483.exe，打開燒錄軟件，如右圖所示。理實并進——程序設(shè)計與燒錄任務(wù)四

40路快充主板程序設(shè)計與燒錄二、程序燒錄3.設(shè)置軟件環(huán)境，并給