51单片机开发板.docx
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51单片机开发板
课程名称电路CAD作业项目51单片机开发板作业日期2016-5-12成绩
班级14物联网工程XX李延晖学号9上课地点启智楼4122
一．开发板电路原理图
图1开发板电路原理图
二．电路模块划分及功能简介
1.单片机最小系统模块
图1-1单片机最小系统模块图
简单功能介绍：
单片机最小系统，也叫做单片机最小应用系统，是指用最少的原件组成单片机可以工作的系统。
单片机最小系统的三要素就是电源、晶振、复位电路。
型号名称：
AT89S52
主要使用方法：
客房控制系统的最大特点是输入、输出开关量多，主控制器单片机已有的I/O口不能满足使用需求，需要进行扩展。
为降低成本，采用简单的TTL电路扩展I/O口，即单片机的P2.0、P2.1口地址信号作为译码器74LS139的输入信号，74LS139的输出信号作为总线驱动器74LS244的片选信号，74LS244的8个输出脚分别接单片机P0口的8位，通过片选74LS244单片机即可把74LS244输入脚上的数据读入，其I/O输入接口电路如图2所示。
IG01~IG08是一组弱电端子输入信号线，它们分别和8个弱电开关相连。
由于系统有24个开关输入量，因此，电路共用了3个74LS244，当片选信号CS1~CS3中有一个有效时，其对应74LS244上的数据就被读入到单片机中。
典型应用电路：
图1-2典型应用电路
在本系统中的功能：
作为控制核心原件进行数据的采集分析运算，协调各个管口及原件形成完整的控制系统。
图1-3AT89S52的实物图
图1-4AT89S52的外形尺寸图
图1-5AT89S52元件符号图1-6PCB电路符号
2.A/D、D/A模块
3．显示、指示模块
（1）液晶显示模块：
图3-1-1液晶显示模块图
简单功能介绍：
液晶显示模块是即“Liquid Crystal Display Module”，简称“LCM”，是一种将液晶显示器件、连接件、集成电路、PCB线路板、背光源、结构件装配在一起的组件。
主要完成液晶显示器的连接功能。
核心元器件1：
型号LCD1602
名称：
工业字符型液晶
主要使用方法：
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，正因为如此所以它不能很好地显示图形（用自定义CGRAM，显示效果也不好）。
1602LCD是指显示的内容为16X2,即可以显示两行，每行16个字符液晶模块（显示字符和数字）。
1602液晶模块内部的字符发生存储器已经存储了160个不同的点阵字符图形，每一个字符都有一个固定的代码，显示时，模块把地址中的点阵字符图形显示出来，就能看到字母。
典型应用电路：
基于单片机的LCD1602液晶显示电路
图3-1-2LCD1602实物图
图3-1-3LCD1602外形尺寸图
图3-1-4LCD1602原理图的元件符号图3-1-5PCD图
图3-1-6LCD典型应用电路图
（2）核心元器件2：
名称：
128*64点阵液晶模块，型号12864点阵液晶。
主要使用方法：
对12864的所有操作概括起来有4种：
1）、读忙状态（同时读出指针地址内容），初始化之后每次对12864的读写均要进行忙检测。
2）、写命令：
所有的命令可以查看指令表，后续讲解指令的详细用法。
写地址也是写指令。
3）、写数据：
操作对象有DDRAM、CGRAM、GDRAM。
4）、读数据：
操作对象也是DDRAM、CGRAM、GDRAM。
DDRAM内部存储的数据是字符的编码，可以写入的编码有ASCII码、GB2312码、BIG5码。
典型应用电路：
基于51单片机的控制液晶显示电路
图3-2-1LCD12864实物图
图3-2-2LCD12864外形尺寸图
图3-2-3原理图元件符号图3-2-4PCD文档下的实物图
图3-2-5典型应用电路图——测试硬件电路图
（2）数码管显示模块
图1数码管显示模块
简单功能介绍：
数码管是一类价格便宜使用简单，通过对其不同的管脚输入相对的电流，使其发亮，从而显示出数字能够显示时间、日期、温度等所有可用数字表示的参数的器件。
在电器特别是家电领域应用极为广泛，如显示屏、空调、热水器、冰箱等等。
绝大多数热水器用的都是数码管，其他家电也用液晶屏与荧光屏。
核心元器件型号：
四位0.56数码管5461BS
主要使用方法：
共阳极数码管单片机编程设置段选和位选，给I/O口写“0”选通。
四位共阳极数码管，位控制端（1-4）给高电平使能相应的位，笔段控制端（A-B、DP.）给低电平可点亮。
1）直流驱动
是指每个数码管的每一个段码都由一个单片机的I/O端口进行驱动，或者使用如BCD码二-十进制译码器译码进行驱动。
优点是编程简单，显示亮度高，缺点是占用I/O端口多。
2）动态显示驱动
是将所有数码管通过分时轮流控制各个数码管的的端，就使各个数码管轮流受控显示。
将所有数码管的8个显示笔划"a,b,c,d,e,f,g,dp"的同名端连在一起，另外为每个数码管的公共极增加位选通控制电路，位选通由各自独立的I/O线控制，当单片机输出字形码时，所有数码管都接收到相同的字形码，但究竟是那个数码管会显示出字形，取决于单片机对位选通端电路的控制，所以我们只要将需要显示的数码管的选通控制打开，该位就显示出字形，没有选通的数码管就不会亮。
典型应用电路及在本系统中的功能：
1）典型应用电路
图2典型应用电路
2）在本系统中的功能:
8位数码管显示，通过单片机编程可实现动态显示与静态显示。
图3实物图
图4外形尺寸图
图5原理图元件符号图6PCB电路图符号
4.采集、报警、控制模块
5.键盘模块
图14*4矩阵键盘模块图
简单功能介绍：
AT89C51单片机对4*4矩阵键盘进行动态扫描，当有按键盘的键时，可将相应按键值（0~F）实时显示在数码管上。
由p1.0—p1.3（列）和p1.4—p1.7（行）组成4*4矩阵键盘，p0口接LED静态显示电路。
由于p0口内部无上拉电阻，因此必须外部接上上拉电阻，其值的选择可以根据LED数码管发光电流及其亮度来决定。
通过编写4*4键盘的驱动程序，当有键盘按下时，能够在数码管显示器与按键的键值对应的数字。
核心元器件：
按键
主要使用方法：
可以通过单片机进行编程与其他设备如led显示器、数码管等实现各项功能。
典型应用电路：
图2典型应用电路
在本系统中的功能：
在单片机中正好可以用一个p口实现16个按键功能，这也是单片机系统中最常见的形式。
用AT89C51单片机对4*4矩阵键盘进行动态扫描，当按键盘的键时，可以将相应的按键值（0~F）实时显示在数码管上。
4*4矩阵键盘是用4条I/O线作为行线，4条I/O线作为列线，在行线和列线的交叉点上设置一个按键，每个按键有它的行值和列值。
在“单片机系统”区域中，把单片机的P1.0－P1.7端口通过8联拨动拨码开关连接到“4×4行列式键盘”区域的相应端口上。
图3实物图
图4外形尺寸图
图5元件符号图6PCB电路图符号
6.接口模块
图6-1
核心模块
1串口RS232
功能介绍：
串行接口简称串口，也称串行通信接口或串行通讯接口（通常指接口），是采用串行通信方式的扩展接口。
串行接口 （SerialInterface）是指数据一位一位地顺序传送，其特点是通信线路简单，只要一对传输线就可以实现双向通信（可以直接利用线作为传输线），从而大大降低了成本，特别适用于远距离通信，但传送速度较慢。
一条信息的各位数据被逐位按顺序传送的通讯方式称为串行通讯。
串行通讯的特点是：
数据位的传送，按位顺序进行，最少只需一根传输线即可完成；成本低但传送速度慢。
串行通讯的距离可以从几米到几千米；根据信息的传送方向，串行通讯可以进一步分为单工、半双工和全双工三种。
图6-2实物图
图6-3尺寸图
图6-4原理图
图6-5PCB图
使用方法及典型应用电路
图6-6引脚图
与PC通信时
通信过程中只有两个脚参与通信
2脚：
电脑的输入RXD
3脚：
电脑的输出TXD通过2，3脚就可以实现全双工（可同时收发）的串行异步通信
5脚：
接地
RS232的引脚电路连接完成（就三个脚）
对于单片机
图6-7典型应用电路
单片机的P3口是有两个复用接口RXD和TXD这是单片机进行串行通信的收发口连接应该错位的对应到电脑的TDXRDX上
注意：
单片机和rs232的电平标准是不一样的
单片机的电平标准TTL电平：
+5V表示10V表示0
Rs232的电平标准+15/+13V表示1-15/-13表示0
所以单片机与电脑串口通信就应该遵循下面的连接方式：
在单片机与上位机给出的rs232口之间通过电平转换电路（Max232芯片）实现TTL电平与RS232电平之间的转换
2.ISP接口
图6-2-1实物图
图6-2-2尺寸图
图6-2-3原理图
图6-2-4PCB图
功能介绍及典型应用电路
ATMEL指定的ISP_10PIN标准接口
ISP下载接口设计
ISP下载接口，不需要任何的外围零件。
使用双排2＊5插座。
由于没有外围零件，故PB5（MOSI）、PB6（MISO）、PB7（SCK）、复位脚仍可以正常使用，不受ISP的干扰。
重要说明：
实际应用时，如果你想简化零件，可以不焊接2＊5座。
但在PCB设计时最好保留这个空位，以便以后升级AVR内的软件。
ISP接口定义
标准SPI接口（串行外围设备接口SPI（serialperipheralinterface）总线技术）是以主从方式工作的,这种模式通常有一个主器件和一个或多个从器件,其接口包括以下四种信号：
（1）MOSI–主器件数据输出,从器件数据输入
（2）MISO–主器件数据输入,从器件数据输出
（3）SCLK–时钟信号,由主器件产生
（4）/SS–从器件使能信号,由主器件控制
MOSI（SPIBusMasterOutput/SlaveInput）SPI总线主输出/从输入
MISO（SPIBusMasterInput/SlaveOutput）SPI总线主机输入/从机输出
7.电源模块
图7-1
核心模块该模块中作为电压转换稳定的元件是7805正三端稳压器
在本设计中的作用：
电源供电模块对于一个完整的电子设计来讲，首要问题就是为整个系统提供电源供电模块，电源模块的稳定可靠是系统平稳运行的前提和基础。
52片机虽然使用时间最早、应用X围最广，但是在实际使用过程中，一个和典型的问题就是相比其他系列的单片机，52片机更容易受到干扰而出现程序跑飞的现象，克服这种现象出现的一个重要手段就是为单片机系统配置一个稳定可靠的电源供电模块。
图7-2原理图
图7-3PCB图
图7-4实物图
图7-5尺寸图
图7-6引脚功能
78XX系列集成稳压器的典型应用电路如下图所示，这是一个输出正5V直流电压的稳压电源电路。
IC采用集成稳压器7805，C1、C2分别为输入端和输出端滤波电容，RL为负载电阻。
当输出电较大时，7805应配上散热板。
7-7典型电路图
8.时钟模块
图8-1
核心元件本模块使用了ds1302时钟模块DS1302有12个寄存器，其中有7个寄存器与日历、时钟相关，存放的数据位为BCD码形式,其日历、时间寄存器及其控制字此外，DS1302还有年份寄存器、控制寄存器、充电寄存器、时钟突发寄存器及与RAM相关的寄存器等。
时钟突发寄存器可一次性顺序读写除充电寄存器外的所有寄存器内容。
DS1302与RAM相关的寄存器分为两类：
一类是单个RAM单元，共31个，每个单元组态为一个8位的字节，其命令控制字为C0H～FDH，其中奇数为读操作，偶数为写操作；另一类为突发方式下的RAM寄存器，此方式下可一次性读写所有的RAM的31个字节，命令控制字为FEH（写）、FFH（读）。
图8-2实物图
8-4原理图
8-5PCB图
Ds1302功能介绍及典型电路：
DS1302的引脚排列,其中Vcc2为主电源，VCC1为后备电源。
在主电源关闭的情况下，也能保持时钟的连续运行。
DS1302由Vcc1或Vcc2两者中的较大者供电。
当Vcc2大于Vcc1+0.2V时，Vcc2给DS1302供电。
当Vcc2小于Vcc1时，DS1302由Vcc1供电。
X1和X2是振荡源，外接32.768kHz晶振。
RST是复位/片选线，通过把RST输入驱动置高电平来启动所有的数据传送。
RST输入有两种功能：
首先，RST接通控制逻辑，允许地址/命令序列送入移位寄存器；其次，RST提供终止单字节或多字节数据传送的方法。
当RST为高电平时，所有的数据传送被初始化，允许对DS1302进行操作。
如果在传送过程中RST置为低电平，则会终止此次数据传送，I/O引脚变为高阻态。
上电运行时，在Vcc>2.0V之前，RST必须保持低电平。
只有在SCLK为低电平时，才能将RST置为高电平。
I/O为串行数据输入输出端（双向），后面有详细说明。
SCLK为时钟输入端。
8-6典型应用电路
四、总结
51单片机开发板也称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，它将51单片机常用的外围集成在一小块电路板上，可以直接插在PC机上面，便于携带和学习，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重新画图做板，极大地缩短了公司的开发周期，节省硬件成本。
本开发板在以c51单片机为核心控制器的基础上，对外围电路进行了设计，包括时钟电路、显示电路、报警电路等，可以用于各类通用实验、软硬件测试和51单片机的学习，具有操作简单、性价比高和可靠性高特点，因此具有一定的实用价值和现实意义。
本系统能实现数据存储器、I/O口的扩展,能进行A/D与D/A转换、键盘与显示及串行口通讯等接口实验.学生如适当增加局部电路,可作为实际控制板使用.学生进行原理设计后可很快在该实验板上进行软件开发与调试,改变了原始方式,增强了系统的可靠性,大大提高了学生自己设计控制系统的成功率。
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