单片机小系统构建报告.docx

1、单片机小系统构建报告单片机小系统构建报告摘要本系统以AT89S52为核心,通过外部扩展加入以下模块：外部数据存储区,外部程序存储区,AD/DA转换模块,人机交互模块,数据显示模块,并设计了总线扩展口,打印机接口,串行数据通信口,从而构建了单片机最小系统.本系统可对各种数据进行采集处理并显示,实现实时日历钟的显示,同时通过串行接口可与外部进行通信,并可通过总线扩展口与外接芯片进行连接从而使功能更加全面.关键词：单片机小系统,AD/DA,总线扩展口,串行通信接口一系统分析1.明确系统要求根据系统设计要求,我们确定了本系统应该包括的功能模块： 32K x 8B SRAM,256B EEPROM,实时

2、日历钟 前向模拟通道,8bit/1M 电压型并行A/D 后向模拟通道：2CH,8bit并行D/A, 带低通滤波及功率输出. 通讯接口：三线制TTL电平,经驱动后支持RS232,SPI,I2C,CAN等. 扩展电路：centronics并行打印口,总线扩展口,8bit I/O口2.系统框图设计.针对以上模块我们设计功能框图如下二芯片选型在完成了对系统功能框图的设计后,我们开始对芯片进行选型1. MCU根据以往构建系统经历,我们选择AT89S52作为MCU,以其为基础扩建系统.At89s52 是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器,具有 8K 在系统可编程Flash 存储器.使用Atmel 公司

3、高密度非 易失性存储器技术制造,与工业80C51 产品指令和引脚完 全兼容.片上Flash允许程序存储器在系统可编程,亦适于 常规编程器.在单芯片上,拥有灵巧的8 位CPU 和在系统 可编程Flash,使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提 供高灵活、超有效的解决方案. AT89S52具有以下标准功能： 8k字节Flash,256字节RAM, 32 位I/O 口线,看门狗定时器,2 个数据指针,三个16 位 定时器/计数器,一个6向量2级中断结构,全双工串行口, 片内晶振及时钟电路.另外,AT89S52 可降至0Hz 静态逻 辑操作,支持2种软件可选择节电模式.空闲模式下,CPU 停止工

4、作,允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工 作.掉电保护方式下,RAM内容被保存,振荡器被冻结, 单片机一切工作停止,直到下一个中断或硬件复位为止.8 位微控制器 8K 字节在系统可编程.2. AD/DA芯片 AD芯片我们选用TI公司的TLC0820,TLC0820采用先进的lincmos工艺制作是一款单通道,8位AD转换芯片,具有转换速度快（2.5S）,接口电路简单,无需外部时钟等优点.该芯片采样率最高可达20M/S,可以满足系统需求.TLC0820的控制信号主要有WR,RD,INT,MODE等,其中MODE脚可以用来决定工作在READ MODE或者WRITE READ MODE.WR

5、为转换开始信号,当WR由高变低时,转换开始.RD为读信号,当RD为低时,MCU将转换完成的数据读回.INT为转换完成标志信号,当一次转换完成后,INT由高变低,可将INT脚作为中断使用.在实际应用中,由89S52发出转换开始信号,由于0820转换时间短,故不再使用INT脚,经过短暂延时后发出读信号,读回数据即可. DA芯片我们选用TI公司的TLC7528, 它是电压输出型DA转换器,输入阻抗为20K,其采样频率可达10MHz.ADC7528C是双路,8位数字-模拟转换器,它们设计成具有单独的片内数据锁存器,其特点包括非常紧密的DAC至DAC（DAC-to-DAC）一致性.数据通过公共8位输入口

6、传送至两个DAC数据锁存器的任一个.控制输入端DACA/DACB决定哪一个DAC被装载固定输入电压(Vref)与模拟输出电压之间的关系为： Vo= - Vi (D/256) （2-1） 式中：Vo为模拟输出电压 Vi为固定输入电压（Vref） D为转换至十进制的数字输入代码 在实际应用中,只需产生7528的写信号,即可将数据写入并进行DA转换3. 外部数据存储器SRAM 系统要求有32K的外部数据扩展,为此我们选用62256作为扩展芯片.62256是32K*8位的静态随机存储器.它是应用高性能、高可靠性的CMOS技术制造,适用于高密度、高速的系统应用.单一5V电源供电.快速存取时间8/10/1

7、2/15ns.低运转功率消耗80mA.全静态运转.三态输出.所有的输入、输出与TTL相兼容.当CS0,OE0,WE=1时,数据读出,read有效.当CS0,WE=0时,数据写入.4. 外部数据存储器EEPROM（日历钟） 我们选用PCF8583作EPROM.PCF8583是实时日历钟电路基于一个2048-bit 静态CMOS RAM,具有256字节（8-bit）.地址和数据通过2条双向的总线串行传输.当每个字节被读或写后,内置字节地址寄存器自动增加.地址管脚A0用于编程硬件地址,在不添加其他硬件的情况下,允许连接2个设备到地址总线.内置32.768K的晶振和前8字节的RAM用于4年时钟和计数功

8、能.余下8字节用于报警寄存器.最后的240字节用于低电压RAM.总线接口运转电压为2.5-6V.具有通用定时器报警和溢出标志.5. 键盘及数码管显示接口芯片 为了达到节省IO口从而实现更多扩展功能的目的,我们使用ZLG7289A作为键盘与数码管的接口芯片. ZLG7289具有SPI串行接口功能的可同时驱动8位共阴式数码管（或64只独立LED）的智能显示驱动芯片,该芯片同时还可管理多达64键的键盘矩阵,单片即可完成LED显示,键盘接口的全部功能. ZLG7289A内部含有译码器,可直接接受BCD码或16进制码,并同时具有2种译码方式,此外,还具有多种控制指令,如消隐,闪烁,左移,右移,段寻址等.

9、指令结构有3种类型：不带数据的纯指令；带有数据的指令；读取键盘数据指令.在使用了7289后,仅需3个IO口即可完成对16位键盘及8位8段显示数码管的管理.6. 串行通信接口芯片MAX232是双驱动/接收器.采用LinBICMOS处理技术.包含电容性电压发生器,由单一5V电源提供EIA-232电平.每一个接收器将EIA-232输入转化为5V TTL/CMOS电平.这些接收器具有典型的1.3V极限电压及典型迟滞电压0.5V,可以接受的输入.每一个驱动器将TTL/CMOS电平转化为EIA-232电平.鉴于以后应用中可能使用RS232标准进行通信,我们选用MAX232作为串口通信接口芯片.7. 锁存器

10、 在对外部程序与数据存储器进行读或写操作时,或对打印机接口进行写操作时,都需要先将地址信号锁存起来.选用74HC573作数据总线的驱动器.具有闭锁使能端和输出使能端,由闭锁使能端控制信号的转换,当闭锁使能端变低时,对信号进行锁存.当输出使能端变高时,输出高阻状态.我们选用74HC377作打印机驱动芯片.它由8个D型触发器构成.在时钟使能端有效时,时钟上升沿触发,将数据输入转化为输出.时钟使能端的应用避免了错误的时钟触发.时钟使能端无效时,数据仍然锁存在74HC377的输出端,用于打印机输出.8. 运算放大器鉴于我们设计最小系统需要功率输出,而TL082C和TL084C具有功率输出的功能,因此选

11、用TL082C和TL084C作本小系统的运算放大器.这些低成本的JFET输入运算放大器联合两种巧妙的线性技术在单块集成电路中.每一内部补偿运算放大器都能与高电压JFET输入设备的低输入偏移电压相匹配.这种BIFET技术为低输入偏置电流,输入偏移电流和输出电流提供了宽带宽（4MHz）和快速回转率(13V/us).9. 显示装置为了增强系统显示功能,我们采用lcd1602液晶显示器作为显示芯片.它是一种工业型液晶,可显示16（行）2（列）的字符,包括阿拉伯数字、英文字母的大小写、常用的符号、和日文假名等.1602液晶模块内部的字符发生存储器（CGROM)已经存储了160个不同的点阵字符图形,这些字

12、符有：阿拉伯数字、英文字母的大小写、常用的符号、和日文假名等,每一个字符都有一个固定的代码,比如大写的英文字母“A”的代码是01000001B,显示时模块把地址41H中的点阵字符图形显示出来,我们就能看到字母“A”.因为1602识别的是ASCII码,试验可以用ASCII码直接赋值,在单片机编程中还可以用字符型常量或变量赋值,如A.三系统硬件框图及地址分配 1.在完成芯片的选型后,我们画出硬件框图如下 2.系统地址分配表 采用74138对各芯片进行地址分配,分配表如下 芯片地址芯片地址622560000H-7FFFHDA75288000H-8FFFHAD0820A 9000H-9FFFHAD08

13、20B0A000H-0AFFFH打印机0B000H-0BFFFH16020C000H-0CFFFHZLG72890D000H-0DFFFHEXP(扩展)0F000H-0FFFFH四系统电路设计 1.电源及滤波电路本系统采用双路电源(DC5V-GND,DC12V-12V)供电，为了防止人为原因造成电源接反，电源使用对称设计，如下为了给各芯片提供稳定的工作电压，系统中构建了滤波电路来消除噪声信号对Vcc的影响，形成了滤波电路如下其中各滤波电容应尽量靠近其对应芯片Vcc处，图中为展示电路而将电容排在一起，在实际印制电路板的过程中要注意滤波电容的位置。 2.总线形成电路及单片机外部电路（晶振,复位）

14、总线的形成本系统工作方式为三总线控制，包括：数据总线D0-D7,地址总线A0-A15，控制信号。其中P0口作为数据线与地址低位线，P2口作为地址高位线，P3口用于输出控制信号，剩下P1口作为基本IO口。利用74573作地址信号锁存，把A0-A7与其输入端相连，将ALE与闭锁输出端连接，当单片机往外发送地址信号时，ALE输出高电平，地址信号发送完毕，ALE变低，将地址信号锁存，将74573的输出端与62256的A0-A7相连。将A8-A15与62256的A8-A15相连来构成对32KSRAM的选址，D0-D7与D0-D7相边来构成数据的传送。 电路形式如下 利用74LS138作为地址选择芯片，对

15、其余芯片进行片选，电路如下 各芯片的数据端可直接与单片机P0口相连，控制信号也可直接相连，电路形式不再描述。 单片机外部电路单片机外部电路是给单片机提供上电复位以及振荡信号的电路，形式较为简单，如下： 3.键盘及数码管控制电路 键盘和数码管统一分配给ZLG7289A管理。ZLG7289A的管脚分布如下： 主要管脚功能如下： /CS：片选输入端，此引脚为低电平时，可向芯片发送指令及读取键盘数据，但其为高电平时，仍然可以检测到中断。 CLK:同步时钟输入端，向芯片发送数据及读取键盘数据时，引引脚电平上长沿表示数据有效，即在上长沿取数据。 DATA:串行数据输入端，向芯片发送指令时，此引脚为输入端；

16、当读取键盘数据时，此引脚在“读”指令最后一个时钟的下降沿变成输出端。 /KEY：按键有效输出端，平时为高电平，当检测到有效按键时，此引脚变成低电平。 SG-SA，DP：对数码管的8位进行驱动. DIG0-DIG7: 数字0-数字7驱动输出。在了解了其引脚功能后，我们连接电路如下 我们由P1.6脚发出CLK信号，并从P1.7脚发送指令或者数据，来控制7289以达到读取键盘输入及控制数码管的目的。 7289A的指令分为纯指令和带数据的指令两部分，只需通过正确的时序写入正确指令，即可完成键盘的读入，数码管由0-9 A B C D E F H L P 的显示。 4.AD/DA转换电路 AD部分AD转换

17、要有前向调理电路的存在，主要功能是对信号进行增益调整，偏置调整，平滑，滤波处理，为此，系统中使用了TL084构成调理电路如下：电路中前一部分为增益调整，偏置调整电路，增益调整主要靠KW302来实现，通过如下公式计算：k=20*lg|(RW302/R301)|,但这并不能作为整个调理电路的增益，因为在后级平滑电路中还有增益。电位器KW301用来调整偏置，ADVREF为2.5V，DAVREF为-2.5V，电位器最大阻值为50K，调整精度为 （2.5-（-2.5）*5/50K0.5mv.电路后一部分为滤波电路，主要对信号进行平滑处理，滤去高频杂波，由公式计算可以得到其截止频率为 1/(2*10K*1

18、nf)=159KHZ为了更好地得到电路的性能指标，我们使用仿真软件对其进行了模拟，其模拟结果如下：AD芯片接口电路如下，由74138进行地址的分配，LM366-2.5提供稳定的2.5V参考电压，AT89S52的WR /RD与/RD /WR相连，作为读写信号，我们在软件的设计中采用延时读入数字信号的方案，故可以将INT悬空，OFLW用来作为模拟信号超出限定值的报警指示，D0-D7直接与S52的D0-D7相连即可。 DA部分由于DA部分要求功率输出且进行滤波处理，故在后输出接上由TL082构成的运放电路如下。电路截止频率计算如AD部分。对电路进行仿真分析结果如下：DA芯片接口电路如下：由74ls138引出地址信号进行片选，由S52的WR引脚发出写命令信号来写入数字信号，/DACA与DBCB为通道选择信号，在实际使用中，只要将数据放在数据线上，发出写信号即可进行DA转换。 5.串行接口电路 接口电路如图： 使用MAX232构成RS232串行通信,T2IN与S52上的TXD相连，构成输出通道，R2OUT与S52上的RXD相连，构成输入通道。 6.日历钟电路 7.总线扩展及打印机电路 8.LCD接口电路 9.其余电路