单片机学习板的设计 - 图文(3)

1.4 课题研究的内容

单片机学习效果的优劣直接取决于单片机的选择，这次设计制作的开发板采用的是52系列的单片机，C52系列单片机内部具有128字节RAM、5个中断源、32条I/O口线、2个16位定时器、4KB的程序存储器、一个全双工异步串行口。本开发板选择具有ISP在线编程功能的S51单片机，该单片机不需要烧写器，可在开发板上ISP在线编程，具有广泛的应用前景。S51单片机除兼容C51单片机外，还具有工作频率0至33MHz的高工作频率；可以满足绝大多数的实际应用开发需求，在开发板上使用十分方便。本课题设计的S51单片机开发板，具有一般开发板通用结构，并基于硬件进行相关软件设计。利用程序开发语言开发程序并实现ISP在线下载到单片机，无需配置单独的下载器。单片机使用ISP在线下载程序，加快了程序设计者调试的进度，使设计者所设计的程序尽快得到验证。通过对开发板上的模块进行实验，可以提高针对不同硬件进行编程的能力，同时通过实验现象对所用的硬件也有了更深一步的认识。

此次设计的开发板是以单片机位主控制系统的基础上对单片机外部接口进行扩展。充分利用了单片机的内部资源。在外部电路模块中，分别扩展了一些常用的功能模块，数码管显示能提供了单片机显示功能；A/D转换模块的设计很好的能进行模数转换，还有串口通信和USB串口通信很好的实现了通信中实现了发送和接收等通信功能，扩展接口巧妙的设计让IO接口省了很多的资源，提供了外部接口扩展的功能，1602模块和12864提供了清晰稳定的显示功能，电源供电以及8*8点阵等功能模块的设计使每个模块尽显其能，充分体现了单片机体积小，功能强大，性价比高等特点。

2 硬件电路设计

本章的硬件电路设计是制作单片机开发板的重点，同时也是难点。在设计的硬件电路中是这次设计开发板的重要组成部分，硬件电路设计的思路将决定了整个开发板的性能和功能，一个好的开发板不仅要求电路足够简单，电路元器件足够少的情况下还能够让开发板能够正常的工作并且不影响到要实现的功能模块，因此这一章节决定了整个开发板能否设计成功的关键环节，在这一章中详细的介绍了硬件电路功能模块的设计基本方法和设计原理，在本章节的学习中我们不仅明白了各种芯片能实现的功能以及各个芯片管脚使用方法，而且还详细的介绍了电路中各种元器件的使用的理论基础。在本章的学习中让我们更加的深入的掌握了模拟电路和数字电路的知识，更加深入的了解单片机外部接口扩展的知识，同时掌握了各种芯片手册的认识方法，具体的模块设计方法将在本章以下各个小节作具体的介绍。

2.1硬件电路设计图框

在这次开发板设计的思想理念是体积小，设计的电路简单易懂，开发板的功能足够强大，性能足够稳定等特点，在开发板设计了的功能有控制系统、显示功能、通信功能、数码转换功能、发音警报功能以及液晶显示功能、带有遥控技术的红外发送和接收功能、弱电控制强电的功能、显示日期的实时时钟等功能。有了这些功能使得单片机的功能更加强大，大大的提高了单片机的利用率，使得使用者能够利用者开发板研究或者学习更多的知识，做更多的实验。总系统控制总体硬件结构主要包括：C51单片机主控制器模块、A/D电路模块、串口通信模块、实时时钟模块、温度传感模块、I2C总线模块、数码管显示模块、1602模块、12864显示模块、8x8点阵显示模块、流水灯显示模块、蜂鸣器模块、继电器模块、红外接收和发射模块、扩展接口模块、电源供电模块、USB串口通信模块【5】，硬件总电路图设计图框如图2-1所示：

键盘模块 12864模块 A/D电路模块 8x8点阵模块 串口通信模块 流水灯模块 实时时钟模块 温度传感器 单片机系统主控制模块蜂鸣器模块 继电器模块 I2C总线模块 红外接收和发射USB串口模块 扩展接口模块 数码管模块 电源供电模块 1602模块 其他模块 图2-1 硬件电路设计方框图

2.2 C51单片机主控制模块

C51单片机最小系统包括：MCU、复位电路、晶振电路。其原理图如下图2-2所示：

图2-2 单片机主控制模块电路原理图

单片机复位一般有两种形式；分别是上电自动复位和按键手动复位，次开发板采用的是上电及按键复位，在上图中C3和R2组成了上电自动复位电路，其工作原理是利用电容的充电复位的，由于电容的惰性，在上电瞬间RESET引脚的电位和VCC是相同的，随着电容的从点电业增加，RESET电位逐渐下降，RESET是低电平有效，从而达到了复位的目的，加上开关K2后变成了上电及按键复位，在没有按键按下的时候复位电路和上电复位时一样的，当有按键按下的时候电流直接通过按键进入RESTE引脚，由于VCC电位比RESET高，所以达到了复位的效果[4]。