基于STC12系列单片机的开发板设计Word格式.docx

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单片机，开发板，STC12C5410AD

DesignofDevelopmentBoardBasedon

STC12SeriesMCU

ABSRACT

Singlechipmicrocomputerhasbeendevelopedrapidlysincethe1970s,atpresent,itsfunctionismoreperfect,anditiswidelyusedinvariouscontrolsystems.Developmentboarduseasinglechipprocessorasthecore,integratesomebasichardwaremodules,canbeusedasamaincontrolmoduletocontrolfunctionsinavarietyofdevices,canalsobeusedastheexperimentalplateforbeginnerstopracticeexercises,easytouse,canaccelerateproductdevelopment.Forautomationprofessionalstudents,havingamicrocontrollerdevelopmentboard,whethertodevelopproductsorlearnmicrocontroller,isverynecessary.So,IdesignedadevelopmentboardbasedonSTC12C5410ADMCU.

ThispaperdesignedadevelopmentboardminimumsystembasedonSTC12C5410ADmicrocontroller,mainlyincludingpowersupplymodule,DS1302clockmodule,matrixkeyboardandindependentkeyboardmodule,LCD1206and12864liquidcrystaldisplaymodule,digitaltubedisplaymodule,steppermotormodule,RS232serialcommunicationmodule,DS18B20temperaturedetectionmoduleandmemoryexpansionmodule,alsowritethecorrespondingsoftwareprogram.

KEYWORDS:

SingleChipMicrocomputer,DevelopmentBoard,STC12C5410AD

目　录

前　言

单片机诞生于1971年，经历了SCM、MCU、SOC三大阶段，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，具有性能高、速度快、体积小、价格低、稳定可靠、应用广泛、通用性强等突出优点，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，于是产生单片机开发板也称单片机学习板、单片机实验板。

根据单片机使用的型号又有51单片机开发板、STC单片机开发板、AVR单片机开发板。

常见配套有硬件、实验程序源码、电路原理图、电路PCB图等学习资料。

STC公司的单片机主要是基于8051内核，是新一代增强型单片机，指令代码完全兼容传统8051，速度快8~12倍，带ADC，4路PWM，双串口，有全球唯一ID号，加密性好，抗干扰强。

本文的主要内容是掌握STC12系列单片机的结构、接口、片上外设的特点，并用STC12C5410AD单片机的片上资源设计出适当的最小系统。

包括整体方案设计、单片机及外设的选型、硬件电路设计及PCB图的绘制、软件程序编写。

第1章　系统方案

1.1总体设计方案

目前市场上单片机的品牌繁多，功能丰富，结合自身需要，以及综合功能设计要求，目前市场比较流行的STC单片机是个不错的选择。

STC12系列单片机是一款性价比非常高的单片机，它完全兼容MSC-51系列单片机，除此之外它自身还有很多特点，如：

无法解密，低功耗，高速，高可靠，强抗静电，强抗干扰等。

STC12C5410AD系列单片机是宏晶科技生产的单时钟/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MAX810专用复位电路，4路PWM，8路高速10位A/D转换，从而使得最小系统的硬件设计大为简单。

本文设计一个STC12系列单片机开发板，主要内容有：

（1）总体方案设计，单片机及外设等的选型。

（2）设计硬件电路，完成开发板PCB设计。

（3）软件设计，完成各功能模块软件例程设计。

（4）对设计的开发板进行分析，找出系统的不足并提出改进的方法。

1.2设计原则

开发板系统的扩展和配置应遵循以下设计原则[1]：

（1）尽可能选择典型电路，并符合单片机常规用法。

为硬件系统的标准化、模块化打下良好的基础；

（2）系统扩展与外围设备的配置水平应充分满足应用系统的功能要求，并留有适当余地，以便进行二次开发；

（3）硬件结构应结合应用软件方案一并考虑。

硬件结构与软件方案会产生相互影响，考虑的原则是：

软件能实现的功能尽可能由软件实现，以简化硬件结构。

但必须注意，由软件实现的硬件功能，一般响应时间比硬件实现长，且占用CPU时间；

（4）系统中的相关器件要尽可能做到性能匹配。

如选用CMOS芯片单片机构成低功耗系统时，系统中所有芯片都应尽可能选择低功耗产品；

（5）可靠性及抗干扰设计是硬件设计必不可少的一部分，它包括芯片、器件选择、去耦滤波、印刷电路板布线、通道隔离等；

（6）单片机外围电路较多时，必须考虑其驱动能力。

驱动能力不足时，系统工作不可靠，可通过增设线驱动器增强驱动能力或减少芯片功耗来降低总线负载；

（7）尽量朝“单片”方向设计硬件系统。

系统器件越多，器件之间相互干扰也越强，功耗也增大，也不可避免地降低了系统的稳定性。

第2章硬件电路设计

2.1硬件整体结构框图

硬件电路主要包括：

STC12C5410AD单片机主控制器模块、电源模块、DS1302时钟模块、矩阵键盘和独立键盘模块、数码管显示模块、步进电机模块、DS18B20温度检测模块、RS232串口模块、LCD1602模块、LCD12864模块及存储器扩展模块。

其中以STC12C5410AD单片机作为核心控制器，键盘模块用来向单片机输入特定编码的信，DS1302时钟模块用来实现实时时钟，测温模块用来测量环境温度，RS232模块通过电平转换实现通信，数码管模块用来显示简单的数字、字母；

LCD1602模块用来显示字母、数字、符号，LCD12864模块用来显示图像、符号、汉字[2]。

硬件结构框图如图2-1所示。

图2-1总体硬件结构框图

2.2硬件电路设计

2.2.1STC12C5410AD单片机主控制模块

STC12C5410AD单片机最小系统包括：

MCU、复位电路、晶振电路。

原理图如图2-2所示[11]：

图2-2STC12C系列单片机主控制模块原理图

STC12C5410AD系列单片机特点：

（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：

STC12C5410AD系列工作电压：

5.5V-3.5V（5V单片机）

STC12LE5410AD系列工作电压：

3.6V-2.2V（3V单片机）

（3）工作频率范围：

0～35MHz，相当于普通8051的0～420MHz

（4）用户应用程序空间12K/10K/8K/6K/4K/2K/1K字节......

（5）片上集成512字节RAM

（6）通用I/O口（27/23/15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：

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55mA

（7）ISP（在系统可编程）/IAP（在应用可编程），可通过串口（P3.0/P3.1）直接下载用户程序

（8）有EEPROM功能

（9）看门狗

（10）内部集成MAX810专用复位电路（外部晶体12M以下时，可省外部复位电路）

（11）时钟源：

外部高精度晶体/时钟，内部R/C振荡器，用户在下载用户程序时，可选择是使用内部R/C振荡器还是外部晶体/时钟。

常温下内部R/C振荡器频率为：

5.2MHz～6.8MHz

（12）共6个16位定时器

两个与传统8051兼容的定时器/计数器，16位定时器T0和T1，没有定时器2，PCA模块可再实现4个16位定时器

（13）2个时钟输出口，可由T0的溢出在P1.0输出时钟，可由T1的溢出在P1.1输出时钟

（14）外部中断9路，下降沿中断或低电平触发中断，PCA模式可分别或同时支持上升沿中断/下降沿中断，PowerDown模式可由外部中断唤醒

（15）PWM（4路）/PCA（可编程计数器阵列4路）

--也可用来当4路D/A使用

--也可用来再实现4个定时器

--也可用来再实现4个外部中断（上升沿中断/下降沿中断均可分别或同时支持）

（16）A/D转换，10位精度ADC，共8路

（17）通用全双工异步串行口（UART），由于STC12系列是高速的8051可再用定时器软件实现多串口

（18）SPI同步通信口，主模式/从模式

（19）工作温度范围：

-40~+85℃（工业级）/0~75℃（商业级）

（20）封装：

LQFP-32,，SOP-32/28/20，SKDIP-28，PDIP-20，TSSOP-20（超小封装6.4mm×

6.4mm），LQFP32/SOP32有27个I/O口，SOP28/SKDIP28有23个I/O口，SOP20/TSSOP20/PDIP20有15个I/O口，I/O口不够时，可用2到3根普通I/O口线外接74HC595/164/165（均可级联）来扩展I/O口还可用A/D做按键扫描来节省I/O口，或用双CPU，三线通信，还多了串口。

图2-3STC12C5410AD内部结构图

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