单片机开发板产品文档.docx
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单片机开发板产品文档
西安科技大学高新学院
51单片机开发板产品文档
学院：
机电信息学院
专业班级：
微电子120x班
课程：
电子产品设计
姓名：
学号：
一、文档目录
序号
文档名
编制人
备注
1
文档目录
2
项目申请书
3
项目任务书
4
项目进度表及阶段成果报告
5
结项报告书
6
电原理图
7
元器件清单
8
印制板图
9
硬件设计说明
10
软件流程图
11
软件清单
12
PROTEUS仿真文件及仿真说明
13
结构设计图（示意图）
14
面板铭牌图
15
包装设计图
16
产品说明书
17
合格证
18
装箱单
19
装配示意图
二、项目申请书
51单片机开发板项目
申请书
项 目 名 称：
单片机开发板
申 请 单 位：
机电信息学院微电1201班
法人代表（盖章）：
起 止 年 限：
2015年3月—2015年6月
推 荐 单 位：
机电信息学院
申 请 日 期：
2015年3月
项目申请信息表
项目名称
51单片机开发板
归口领域
技术领域
单片机技术
产品领域
实验教学
项目水平
51开发板也称51单片机实验板、51单片机学习板。
是用于学习51型号的单片机的实验及学习器件，他是将51单片机常用的外围。
比如流水灯，数码管，矩阵键盘，EEPROM，时钟，蜂鸣器，继电器及集成在一小块电路板上。
便于携带及学习，直接插在PC机上面。
随时随地的进行学习，另外一些中小型项目也可以直接在此板上面进行二次开发，开发完成后即可以在此基础上面重新画图做板，极大的缩短了公司的开发周期，节省硬件成本。
知识产权
技术来源
自主立项
其他
合作项目
本项目是否
院（校）地合作项目
否
院校信息
一、研究开发的目的、意义
单片机开发板全称为“单片微型计算机”，是典型的嵌入式微控制器（MCU），单片机开发板芯片，又称单片微控制器。
它是把一个计算机系统集成到一个芯片上，由运算器、控制器、存储器、输入输出设备构成，相当于一个微型的计算机（最小系统）。
它的体积小、质量轻、价格便宜，为学习、应用和开发提供了便利条件。
同时，使用单片机开发板进行学习，是了解计算机原理与结构的最佳选择。
它最早是被用在工业控制领域。
二、关键技术内容、技术特点和创新点
本51开发板电源模块使用两个7343封装的钽电容。
钽电容全称是钽电解电容，也属于电解电容的一种。
直插钽电容，使用金属钽做介质，不像普通电解电容那样使用电解液，钽电容不需像普通电解电容那样使用镀了铝膜的电容纸绕制，本身几乎没有电感，但这也限制了它的容量。
此外，由于钽电容内部没有电解液，很适合在高温下工作。
这种独特自愈性能，保证了其长寿命和可靠性的优势。
固体钽电容器电性能优良，工作温度范围宽，而且形式多样，体积效率优异，具有其独特的特征：
钽电容器的工作介质是在钽金属表面生成的一层极薄的五氧化二钽膜。
此层氧化膜介质与组成电容器的一端极结合成一个整体，不能单独存在。
因此单位体积内具有非常高的工作电场强度，所具有的电容量特别大，即比容量非常高，因此特别适宜于小型化。
钽电容的性能优异，是电容器中体积小而又能达到较大电容量的产品，在电源滤波、交流旁路等用途上少有竞争对手。
本开发板主要供单片机爱好者入门学习用的，上面集成了一款STC11L16XE单片机的最小系统，并加上了一些扩展应用资源，在开发板上可以做以下练习：
1、LED流水灯
2、LCD显示
3、数码管
4、矩阵键盘
5、红外接收
6、继电器控制的外设
7、串口通信
8、蜂鸣器
三、国内外相关行业现状、发展趋势
开发板（demoboard）一般由嵌入式系统开发者根据开发需求自己订制，也可由用户自行研究设计。
开发板是为初学者了解和学习系统的硬件和软件，同时部分开发板也提供的基础集成开发环境和软件源代码和硬件原理图等。
51单片机技术自发展以来已走过了近20年的发展路程。
单片机技术的发展以微处理器（MPU）技术及超大规模集成电路技术的发展为先导，以广泛的应用领域拉动，表现出较微处理器更具个性的发展趋势。
小到遥控电子玩具，大到航空航天技术等电子行业都有单片机应用的影子。
针对51单片机技术在电子行业自动化方面的重要应用，为满足广大学生、爱好者、产品开发者迅速学会掌握单片机这门技术，于是产生51单片机开发板。
四、研究方法、技术路线
研究方法：
1.文献索引法：
利用学校图书馆资料和文献及相关论文对相关系统进行研究，为设计和实现本设计做理论准备。
2.调查法：
与身边的同学和朋友进行交流，充分考虑电热水器实现的功能，尽可能完善该功能。
技术路线及实验方案：
1、技术路线
（1）单片机的选择：
STC11L16XE单片机是STC生产的单时钟/机器周期（1T）的单片机，是高速/低功耗/超强抗干扰的新一代8051单片机，指令代码完全兼容传统8051，但速度快8-12倍。
内部集成高可靠复位电路，针对高速通信，智能控制，强干扰场合。
STC11L16XE系列单片机的定时器0/定时器1/串行口与传统8051兼容，增
强了独立波特率发生器，省去了定时器2。
传统8051的111条指令执行速度全面提速，最快的指令快24倍,最慢的指令快3倍。
1、增强型8051CPU，1T，单时钟/机器周期，指令代码完全兼容传统8051
2、工作电压：
STC11L16XE工作电压：
3.6V-2.4V/2.1V（3V单片机）
3、工作频率范围：
0～35MHz，相当于普通8051的0～420MHz
4、STC11L16XE单片机用户应用程序空间：
1/2/3/4/5/6/8/16/20/32/40/48/52/56/60/62K字节
5、STC11L16XE单片机：
片上集成1280字节或256字节RAM
6、通用I/O口（36/40/12/14/16个），复位后为：
准双向口/弱上拉（普通8051传统I/O口）可设置成四种模式：
准双向口/弱上拉，强推挽/强上拉，仅为输入/高阻，开漏
每个I/O口驱动能力均可达到20mA，但整个芯片最大不要超过100mA
7、ISP（在系统可编程）/IAP（在应用可编程），无需专用编程器，无需专用仿真器可通过串口（RxD/P3.0,TxD/P3.1）直接程载用户程序，数秒即可完成一片
8、有EEPROM功能
9、看门狗
10、内部集成MAX810专用复位电路（晶体频率在24MHz以下时，要选择高的复位门槛电压,如4.1V以下复位,晶体频率在12MHz以下时，可选择低的复位门槛电压，如3.7V以下复位，复位脚接1K电阻到地）
11、内置一个对内部Vcc进行掉电检测的掉电检测电路，可设置为中断或复位
5V单片机掉电检测门槛电压为4.1V/3/7V附近，3.3V单片机掉电检测门槛电压为2.4V附近
（2）电源电路的选择：
市电整流成+5v电压，由于89C52对电源要求不甚严格，市电来源方便，且经稳压管稳压也较可靠，较经济实惠。
（3）显示器的选择：
采用1602液晶显示器。
1602液晶也叫1602字符型液晶，它是一种专门用来显示字母、数字、符号等的点阵型液晶模块。
它由若干个5X7或者5X11等点阵字符位组成，每个点阵字符位都可以显示一个字符，每位之间有一个点距的间隔，每行之间也有间隔，起到了字符间距和行间距的作用。
（4）按键的选择：
独立式按键是指直接用输入端口线构成的单个按键电路，常用于需要少量几个按键的计算机控制系统。
每个独立式按键单独占用一根输入端口线，各键的工作状态不会相互影响。
采用轻触式独立小按钮，即实用又方便。
2、电路板的制作及仿真
采用Proteus软件，对电路原理、硬件进行仿真；用AutiumDesigner完成原理图和PCB图，进行制板，再进行电路板的焊接。
3、电路的调试
电源的的调试之前，一定要仔细检查电路，确认无误后，才进行通电调试。
可行性分析：
1.硬件、软件可行性从所采用的技术方案角度来看，本设计硬件部分使用，包括：
电容、二极管、电位器、LED、电阻、单片机等，它们都是常用的电子器件，硬件是可行的；软件设计部分采用的是AutiumDesigner软件进行电原理图的绘制，通过Proteus进行仿真，因此，技术方面是绝对可行的。
2.理论可行思路可行，涉及到的理论知识包括：
电源电路、复位电路、数码管的显示等都是在电子技术模拟/数字电路所学的知识，都是有依据的，所以设计思路是可行的。
3.法律可行性，本开发板系统完全由作者开发研究，没有任何侵权的行为，不会与第三方产生纠纷。
所以本系统在法律上具有可行性。
三、项目任务书
一、项目名称：
51单片机开发板
二、项目简介：
此51单片机开发板是由STC11L16XE单片机控制，可实现，流水灯，数码管，矩阵键盘，EEPROM，时钟，蜂鸣器，继电器等单片机开发学习等功能。
三、项目开发内容
设计采用单片机控制系统，硬件主要分为三个模块：
主控模块、外设模块、显示模块。
采用的主控芯片为STC11L16XE芯片，显示模块主要为LCD1602显示屏和四个八段数码管。
四、技术关键及实施方案
本设计采用C语言编程，利用单片机控制，采用1602液晶显示，最终使得整个开发板适用于学生学习入门单片机。
五、项目所需条件：
技术性人才数名，电脑数台，电烙铁，焊锡丝，元器件，万用表，程序设计开发平台，试制样品工作设备。
六、样机数量及项目进度
预计制作样品1个
第一阶段：
对此产品的需求调查，并制定总方案。
第二阶段：
提出改进后的方案。
第三阶段：
制作本产品的样品，进行试用。
七、项目人员情况、分工及职责
由一名组员搜集并整理资料，一名组员负责焊接，一名组员编写程序，其组员工辅助完成。
项目负责人签字：
单位领导签字：
四、项目进度表及阶段成果报告
一、项目进度表
序号
任务名称
完成时间
负责人
备注
1
可行性分析
2015.3
XXX
/
2
绘制
Proteus仿真
2015.4
XXX
/
3
绘制AutiumDesigner完成原理图和PCB图
2015.5
XXX
/
4
采购元器件及
定制PCB版
2015.5
XXX
/
5
焊接
2015.6
XXX
/
6
测试
2015.6
XXX
/
7
制作盒子
2015.6
XXX
/
二、成果报告
51单片机开发板以单总线为基本结构，采用STC公司的 STC11L16XE单片机为总线命令，实现与各模块之间的总线接口。
其Proteus软件电路原理、硬件进行仿真成功，AutiumDesigner完成原理图和PCB图检查无错误。
定制PCB板无明显质量问题。
焊接成功后单片机各模块测试正常，无明显问题。
五、结项报告书
一、项目概况
（1）项目概况表
项目名称
51单片机开发板
项目起止年限
2015.3-2015.6
项目简介
本开发板集成了一款STC11L16XE单片机的最小系统，并加上了一些扩展应用资源，在开发板上可以做以下练习：
1、LED流水灯；2、LCD显示；3、数码管；4、矩阵键盘；5、红外接收；6、继电器控制的外设；7、串口通信；8、蜂鸣器。
项目成员
XXX尹文青刘彦刚
项目所需工具
软件
Proteus、AutiumDesigner、AutoCAD2007、KEIL4
硬件
电烙铁、焊锡丝、万用表、剪线钳、各元器件
二、项目实施情况
（1）项目进度
名称
负责人
时间
备注
产前项目评估
XXX
2015.3
／
产品设计及器件采购
XXX
2015.4
／
项目风险评估
XXX
2015.4
／
焊接测试
XXX
2015.6
／
外型设计
XXX
2015.6
／
产品成测
XXX
2015.6
／
（2）项目预算产品
根据实际情况调整。
三、成品实验情况
符合预计效果
四、目前还未投产
目前还未投产
五、项目的贡献，包括示范性及社会影响
对于单片机爱好者和电子产品制作者，可以自己动手操作。
六、项目经验、教训总结
对于开发板的组装焊接，因操作过于简单，技术要求低。
但对于程序的编写和调试非常复杂，因此团结合作非常重要。
七、结项结论
结项结论
[√]同意项目结项
[]拒绝项目结项
意见
产品设计新颖
客户方签字
承担方签字
微电子1201项目部
2015年6月23日
六、电原理图一
Altium原理图
单位：
XXX小组
尺寸：
A3
编号：
02
修订：
XXX
日期：
2015年6月23日
文件页数：
1
文件存储：
绘图人员：
XXX
说明：
51单片机开发板原理图
从左至右，从上至下第一：
电源模块
第二：
显示模块
第三：
STC11L16XE芯片模块
第四：
串口模块
电原理图二
Altium原理图
单位：
XXX小组
尺寸：
A3
编号：
02
修订：
XXX
日期：
2015年6月23日
文件页数：
1
文件存储：
绘图人员：
XXX
说明：
51单片机开发板原理图
从左至右，从上至下第一：
LED模块
第二：
八段数码管显示模块
第三：
独立键盘
电原理图三
Altium原理图
单位：
XXX小组
尺寸：
A3
编号：
02
修订：
XXX
日期：
2015年6月23日
文件页数：
1
文件存储：
绘图人员：
XXX
说明：
51单片机开发板原理图
从左至右，从上至下第一：
继电器模块
第二：
4x4键盘模块
第三：
蜂鸣器键盘
第四：
无线模块
七、元器件清单
产品名称
序号
元器件名称
单位
规格
数量
备注
51单片
机开发板
1
STC11L16xe
LQFP44
1
2
max3232cse
nso16-n
1
3
reg1117—3.3
sot-223
1
4
晶振11.0592
Hz
hc-49s
1
5
四位八段数码管
2841AH
2
6
蜂鸣器
直径12mm
1
3.3v
7
复位开关
（6*6mm）
21
四脚
8
继电器
（15.5*10.5mm）
2
六脚3.3v
9
磁珠
mh
0805
1
10mh
10
三极管
sot-23
11
npn
11
电位器
Ω
3296
1
10k
12
九针串口母口
DB9
1
13
电容
F
0805
2
30pf
14
电容
F
0805
10
104
15
钽电容
F
7343
2
100uf
16
电阻
Ω
0805
4
100
17
电阻
Ω
0805
5
10k
18
电阻
Ω
0805
26
1k
19
LED
0805
11
20
二极管
smb
21
电源插口
pwr2.5
1
22
按键开关
8*8mm
1
23
排针
40p
4
24
排母
16p
1
25
跳线帽
80
八、印制板图一
单位：
XXX小组
尺寸：
A3
编号：
02
修订：
XXX
日期：
2015年6月23日
文件页数：
1
文件存储：
绘图人员：
XXX
说明：
51单片机开发板PCB图（顶层）
印制板图二
单位：
XXX小组
尺寸：
A3
编号：
02
修订：
XXX
日期：
2015年6月23日
文件页数：
1
文件存储：
绘图人员：
XXX
说明：
51单片机开发板PCB图（未敷铜）
九、硬件设计说明
本设计系统共由十一部分组成：
1：
STC11L16xe为控制装置，负责各部分的控制和数据采集。
2：
max3232cse组成了通讯系统，负责和上位机通讯的TTL/RS232电平转换。
3：
reg1117—3.3为电源模块的主要芯片，负责对整块电路的电源控制。
4：
1602显示器为显示装置，负责显示工作状态和采集到的数据。
5：
LED模块，此为开发板拓展模块。
6：
八段数码管显示模块，此为开发板拓展模块。
7：
独立键盘模块，此为开发板拓展模块。
8：
4x4键盘模块，此为开发板拓展模块。
9：
继电器模块，此为开发板拓展模块。
10：
蜂鸣器模块，此为开发板拓展模块。
11：
无线模块，此为开发板拓展模块。
STC11L16XE芯片模块
STC11L16单片机是STC生产的单时钟/机器周期（1T）的单片机，是高速/低功耗/超强抗干扰的新一代8051单片机，指令代码完全兼容传统8051，但速度快8-12倍。
内部集成高可靠复位电路，针对高速通信，智能控制，强干扰场合。
STC11L16单片机的定时器0/定时器1/串行口与传统8051兼容，增加了独立波特率发生器，省去了定时器2。
传统8051的111条指令执行速度全面提速，最快的指令快3倍。
芯片模块如图所示：
时钟电路
时钟电路可以简单定义如下：
1.就是产生像时钟一样准确的振荡电路。
2.任何工作都按时间顺序。
用于产生这个时间的电路就是时钟电路。
时钟电路用于产生单片机工作所需的时钟信号，时序是指令执行中各信号之间的相互关系。
单片机本身就如同一个复杂的同步时序电路，为了保证同步工作方式的实现，电路应在唯一的时钟信号控制下严格地按时序进行工作。
在STC11L16xe单片机内部带有时钟电路，因此，只需要在片外通过XTAL1和XTAL2引脚接入定时控制元件（晶体振荡器和电容），即可构成一个稳定的自激振荡器。
在STC11L16xe芯片内部有一个高增益反相放大器，而在芯片的外部，XTAL1和XTAL2之间跨接晶体振荡器和微调电容。
在单片机的XTAL1脚和XTAL2脚之间并接一个晶体振荡器就构成了内部振荡方式。
STC11L16xe单片机内部有一个高增益的反相放大器，XTAL1为内部反相放大器的输入端，XTAL2为内部反相放大器的输出端，在其两端接上晶振后，就构成了自激振荡电路，并产生振荡脉冲，振荡电路输出的脉冲信号的频率就是晶振的固有频率。
在实际应用中通常还需要在晶振的两端和地之间各并上一个小电容。
STC11L16xe的时钟电路如图2.2所示:
图中，电容器C12、C13常称为微调电容，其作用有三个：
快速起振、稳定振荡频率、微调振荡频率。
STC11L16XE单片机允许外接0～33M Hz的晶振，电容器C12、C13可取5pF～33pF。
一般情况下，使用频率较低的晶振时，C12、C13的容量可选大一点。
为了更好地保证振荡器稳定可靠地工作，在实际装配电路时，晶振X和电容C12、C13应尽可能地安装在XTAL1、XTAL2引脚附近。
内部振荡方式所得到时钟信号比较稳定，在实际电路中，一般是选用内部振荡方式。
用晶振和电容构成谐振电路。
电容大小与晶振频率和工作电压有关。
但电容的大小影响振荡器的稳定性和起振的快速性，为了提高精度，本实验板采用30pF的电容作为微调电容。
在设计电路板时，晶振、电容等均应尽可能靠近芯片，以减小分布电容，保证振荡器振荡的稳定性。
复位电路
复位的功能:
复位是单片机的初始化操作，其目的是使CPU和系统中各部分处于一个确定的状态，并从这一状态开始工作。
系统上电路或死机后都要进行复位操作。
复位电路如图所示：
单片机复位时，将程序计数器PC初始化为0000H，表明复位后程序从0000H地址单元开始执行，同时复位时输出控制信号ALE，PSEN均为高电平。
复位后，P0～P3口输出高电平，且使准双向口均处于输入状态。
串口模块
串口模块采用的主要芯片是MAX3232CSE。
电原理图如下所示：
MAX3232CSE具有二路接收器和二路驱动器，提供1uA关断模式，有效降低功效并延迟便携式产品的电池使用寿命。
关断模式下，接收器保持有效状态，对外部设备进行监测，仅消耗1uA电源电流，MAX3232CSE的引脚、封装和功能分别与工业标准MAX242和MAX232兼容。
即使工作在高数据速率下，MAX3232CSE仍然能保持RS-232标准要求的正负5.0V最小发送器输出电压。
只要输入电压在3.0V至5.5V范围以内，即可提供+5.5V（倍压电荷泵）和—5.5V（反相电荷泵）输出电压，电荷泵工作在非连续模式，一旦输出电压低于5.5V，将开启电荷泵；输出电压超过5.5V，即可关闭电荷泵，每个电荷泵需要一个飞容器和一个储能电容，产生V+和V-的电压。
显示模块
本次显示模块采用1602字符型液晶
显示模块如下图
1602LCD主要技术参数：
显示容量:
16×2个字符
芯片工作电压:
4.5—5.5V
工作电流:
2.0mA（5.0V）
模块最佳工作电压:
5.0V
字符尺寸:
2.95×4.35（W×H）mm
引脚接口说明表
第1脚：
VSS为地电源。
第2脚：
VDD接5V正电源。
第3脚：
VL为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地时对比度最高，对比度过高时会产生“鬼影”，使用时可以通过一个10K的电位器调整对比度。
第4脚：
RS为寄存器选择，高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄存器。
第5脚：
R/W为读写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。
当RS和R/W共同为低电平时可以写入指令或者显示地址，当RS为低电平R/W为高电平时可以读忙信号，当RS为高电平R/W为低电平时可以写入数据。
第6脚：
E端为使能端，当E端由高电平跳变成低电平时，液晶模块执行命令。
第7～14脚：
D0～D7为8位双向数据线。
第15脚：
背光源正极。
第16脚：
背光源负极。
LED跑马灯模块
0805贴片LED是一款高亮度发光二极管，它的低热量、高亮度、坚固耐用被广泛应用。
LED跑马灯模块如下图所示
八段数码管显示模块
此模块为51单片机开发板的扩展功能之一：
led数码管常用段数一般为7段有的另加一个小数点，还有一种是类似于3位“+1”型。
位数有半位，1，2，3，4，5，6，8，10位等等....，led数码管根据LED的接法不同分为共阴和共阳两类，了解LED的这些特性，对编程是很重要的，因为不同类型的数码管，除了它们的硬件电路有差异外，编程方法也是不同的。
LED数码管要正常显示，就要用驱动电路来驱动数码管的各个段码，从而显示出我们要的数字，因此根据LED数码管的驱动方式的不同，可以分为静态式和动态式两类。
电原理图如下所示。
静态显示
静态驱动也称直流驱动。
静态驱动是指每个数码管的每一个段码都由一个单片机的I/O端口进
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