1、51 单片机实验板的 PCB 设计摘 要：设计一种基于 C51 单片机的开发板，该开发板具有成本低、体积小、可靠性高、功能齐全、低功耗设计、操作方便等特点。本论文详细介绍了该开发板的开发过程及相关硬件结构和软件设计。开发板以宏晶公司的STC89C52 单片机为核心控制器，板上资源主要包括单片机最小系统、数模/模数模块、DS1302 时钟模块、DS18B20 温度传感器、 RS232 通信模块、PL2302USB 转串口模块、液晶显示模块（ LCD1602、LCD12864） 、点阵显示模块、数码管动/静态显示模块、键盘模块、五轴步进电机、 PWM 直流电机等。针对部分硬件模块开发了相应的软件模
2、块，包括数码管动态显示程序、LCD1602 液晶显示程序、步进电机控制程序、键盘模块程序等。开发板设计时将单片机以及各个模块的各个端口引出，既可以作为主控制模块安装于控制系统中执行控制任务，也可以用作实验板，完成单片机各类通用实验，操作简单，控制结果可见，性价比高，可以应用于高校的实验室等场合，具有一定的实用价值和现实意义。关键词：C51 DS1302 DS18B20 通信 液晶显示 键盘Abstract：自己翻译1 引言单片机具有成本低、体积小、可靠性高、具有高附加值、通过更改软件就可以改变控制对象等优点，单片机越来越成为电子工程师设计产品时的首选器件之一。因此拥有一块单片机开发板对单片机学
3、习具有着极其重要的意义。但是单片机学习效果的优劣直接取决于单片机的选择，C51 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 C51 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。C51 单片机除兼容 C51 系列的单片机外，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 C51 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
4、。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 STCISP 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，因此该开发板具有一定的实用价值和现实意义。2 Protel 99 SE 概述随着电子行业的飞速发展，电子线路的设计日趋复杂，传统的人工方式早已无法适应，取而代之的是便捷、高效的计算机辅助设计方式，许多电子设计CAD 软件也应运而生。Protel 就是这些软件中的典型代表。在众多计算机辅助设计工具云集
5、的今天，历经新考验的 Protel 99 SE 仍以其易用、高效等优点赢得了众多电子设计者的青睐。2.1 Protel 99 SE 的发展历史Protel 是 Protel Technology 公司在 20 世纪 80 年代末推出的 EDA 软件，在电子行业中，它当之无愧地排在众多 EDA 软件的前面，是电子设计者的首选软件。第一个应用于电子线路设计的软件包是 1987-1988 年由美国 ACCEL Technologies 公司推出的 TANGO，它开创了电子设计自动化(Electronic Design Automation，EDA)的先河。20 世纪 90 年代中期，Protel 推
6、出基于 Windows 95 的 3.X 版本，采用了新颖的主从式结构，但在自动布线方面却没有出众的表现，而且是 16 位与 32 位的混合型软件，运行不太稳定。1998 年，Protel 公司推出了新版本的 Protel 98，极大地增强了自动布线能力，从而获得了业内人士的一致好评。1999 年，Protel 公司又推出了更新一代的电子线路设计系统Protel 99。Protel 99 SE 是 Protel 99 的增强版本，在文件组织方面既可以采用传统的 Windows 文件格式也可以采用 Access 数据库文件格式，同时具有更强大的功能和良好的操作性，给设计者的工作带来了更大的便利。
7、此外 Protel 公司还不断推出 Protel 99 的升级包，对原有系统的问题加以修正和改良，目前最新版本出到了 Service Pack 6。2.2 Protel 99 SE 的主要特点Protel 99 SE 是一个 Client/Server 型的应用程序，它提供了一个基本的框架窗口和相应的 Protel 99 SE 组件之间的用户接口，在运行主程序时各服务器程序可在需要的时间调用，从而加快了主程序的启动速度，而且极大地提高了软件本身的可扩展性。Protel 99 SE 中的这些服务程序基本上可以分为 5 大组件，即原理图设计组件、PCB 设计组件、布线组件、可编程逻辑器件组件和仿真
8、组件。其中原理图设计组件和 PCB 设计组件是一般设计工作中的重点，而其他组件可以说是为这两个组件服务的。图 2-1 Protel99SE 打开界面1.2.1 原理图设计组件包括电路图编辑器、电路图元件库编辑器和各种文本编辑器。为用户提供了智能化的高速原理图编辑方法，能够准确地生成原理图设计输出，具有自动化的连线工具，同时具有强大的电气规则检测(ERC)功能。其主要特点归纳如下。1模块化的原理图设计2具有强大的原理图编辑功能3功能强大的电气检测4完善的库元件编辑和管理功能5同步设计功能1.2.2 PCB 设计组件进行电路设计最终是要设计出一个高质量的可加工的 PCB，这是一个电子产品的基础。因
9、而 PCB 设计系统的功能往往是用户在选用 EDA 软件时最关心的，而 Protel 99 SE 在这方面做出了突出的表现。1具有 32 位高精度设计系统2丰富而灵活的编辑功能3功能完善的元件封装编辑和管理器4强大的布线功能5完备的设计规则检查(DRC)功能1.2.3 PCB 自动布线组件Protel 99 SE 的自动布线组件是通过 PCB 编辑器实现与用户的交互的。其布局方法是基于人工智能，对 PCB 版面进行优化设计，采用了拆线重组的多层迷宫布线算法，可以同时处理全部信号层的自动布线，并不断进行优化，如图1.6 所示。图 1.6 PCB 自动布线结果1.2.4 可编程逻辑器件设计组件Pr
10、otel 99 SE 中包含一个新的 SCH-to-PLD 符号库，使得可编程逻辑器件设计更容易实现。设计时从 PLD 符号库中使用组件，再从唯一的器件库中选择目标器件，进行编译将原理图转换成 CPUL.PLD 文件后，即可编译生成下载文件。此外，用户还可以使用 Protel 99 SE 文本编辑器中易掌握而且功能强大的CPUL 硬件描述语言(VHDL)直接编写 PLD 描述文件，然后选择目标器件进行编译。1.2.5 电路仿真组件Protel 99 SE 提供了优越的混合信号电路仿真引擎，全面支持含有模拟和数字元件的混合电路设计。同时还提供了大量的仿真用元件，每个都链接到标准的 SPICE 模
11、型。用户在进行信号仿真时操作十分简单，只需要选择所需元件，连接好原理图，加上激励源即可进行仿真。2.3 层次原理图的设计对于大规模电路的设计，往往不是单个设计者能在短期内完成的，为了适应长期设计的需要，或者为缩短周期组织多人共同设计的需要，Protel 99 SE提供了层次原理图的设计功能。这一功能就是通过合理的规划，将整个电路系统分解为若干个相对独立的功能子模块，然后分别对每个子模块进行具体的电路设计，这样就实现了设计任务的分解，可以在不同的时间完成不同模块的设计而相互之间有没有过多的干扰，也可以将各个模块的设计任务分配给不同的设计者同时进行设计，从而大大提高了大规模电路设计的效率，本设计就
12、采用了层次原理图的设计方法。2.3.1 层次原理图的概念层次电路图的设计思路是将复杂系统按照功能要求分解为若干个子模块，如果需要，对于子模块还可以分解为更小的基本模块，各个模块之间设计好模块接口，上层原理图只负责根据功能需要对各个模块的接口进行合适的连接，而不关心电路细节，具体的电路设计在底层模块电路图中实现，底层模块的电路设计要能够满足接口要求，这样通过组合就能够得到完整并且符合功能要求的电路设计了。从设计思路中可以清楚地看到层次电路图的优点：电路结构清晰、便于任务分配。层次电路图的设计过程如图 7.1 所示图 7.1 层次电路图的设计过程(1) 在开始设计之前，要明确电路需要实现的功能以及
13、总体要求，规划好电路的整体框架。(2) 根据功能要求将电路分解为多个可单独实现的子模块，规定好每个模块之间的接口规范，实现设计任务的分解。(3) 对各个子模块进行独立设计，设计结果要保证接口要求。(4) 将各个子模块的设计整合为完整的电路，这时要充分考虑电路整体的要求，对各子模块进行必要的修改。层次原理图的优点(1) 电路结构清晰。(2) 便于对项目的管理。(3) 利于分工合作。(4) 能够提高效率，缩短项目设计时间。3 系统方案2.1 总体设计方案本开发板共分为以下几个模块，分别是：C51 单片机最小系统主控制器模块、键盘模块、AD/DA 模块、DS1302 时钟模块、DS18B20 测温模
14、块、MAX232 模块、PL2302 模块、数码管、点阵以及流水灯模块、 LCD1602 模块、LCD12864 模块、蜂鸣器模块、红外接收模块、E2PROM 模块、步进电机模块、直流电机、电源供电模块。其中以 C51 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息；AD/DA 模块用来实现模数/数模转换；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；PL2302模块用来实现 C51 单片机的 I
15、SP 程序下载；流水灯模块用来显示单片机 I/O 口电平的变化；蜂鸣器模块用来发出声音。2.2 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)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，即把有些端口引出，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
16、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、去耦电容滤波、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（如三极管、74HC245 等）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。3 硬件部分3.1 硬件结构框图总体硬件结构主要包括：C51 单片机最小系统主
17、控制器模块、键盘模块、AD/DA 模块、DS1302 时钟模块、测温模块、MAX232 模块、PL2302 串口转USB 程序下载模块、数码管模块、点阵模块、LCD1602 模块、LCD12864 模块、流水灯模块、蜂鸣器模块。硬件结构框图如图 3-1 所示：蜂鸣器模块AD/DA 模块LCD12864 模块LCD1602 模块8*8 点阵模块数码管模块流水灯模块MAX232 模块串口通信模块键盘模块 DS1302 实时时钟模块DS18B20测温模块C51 单片机最小系统主控制器STCISP 程序下载模块图 3-1 总体硬件结构框图3.2 硬件电路设计3.2.1 C51 单片机主控制模块C51
18、单片机最小系统包括：MCU、复位电路、晶振电路。原理图如图 3-2所示：图 3-2 C51 单片机主控制模块原理图采用按键复位方式，选取晶振为 12MHZ，系统机器周期为 1us。3.2.2 键盘模块在键盘中按键数量较多时，为了减少 I/O 口的占用，通常将按键排列成矩阵形式，如图 3-3 所示：图 3-3 键盘模块原理图在矩阵式键盘中，每条水平线和垂直线在交叉处不直接连通，而是通过一个按键加以连接。这样，一个端口（如 P2 口）就可以构成 4*4=16 个按键，比之直接将端口线用于键盘多出了一倍，而且线数越多，区别越明显，比如再多加一条线就可以构成 20 键的键盘，而直接用端口线则只能多出一
19、键（9 键） ，在需要的按键数较多时，采用矩阵法来做键盘是合理的，在学习和实验的过程中如果用到独立按键时，只需在编程中将矩阵键盘中的任意一行拉低即可得到一组独立按键。3.2.3 数模/模数转换模块a PCF8591 简介A/D 转换在单片机接口中应用广泛，串行 A/D 转换器具有功耗低、性价比较高、芯片引脚少等特点。PCF8591 的资料在网上查阅自己写PCF8591 有 DIP 和 SOIC 两种封装，DIP 封装的，PCF8591 引脚排列如图3-4 所示：图 3-4 PCF8591 引脚图各引脚说明如下：PCF8591 的资料在网上查阅。把每一个引脚介绍一下，如同前面单片机引脚介绍一样。
20、b 硬件实现数模/模数模块的原理图如图 3-5 所示：图 3-5 数模/模数模块原理图单片机与 PCF8591 通过 P3.6、P3.7 相连，分别为时钟信号线、数据输出信号线。开发板可外接模拟信号，也可由电位器 AD1、AD2 将+5V 分压后提供两路模拟信号。 3.2.5 DS1302 时钟模块DS1302 是美国 DALLAS 公司推出的一种高性能、低功耗、带 RAM 的实时时钟芯片，它可以对年、月、日、周日、时、分、秒进行计时，且具有闰年补偿功能，工作电压宽达 2.55.5V。采用三线接口与 MCU 进行同步通信，并可采用突发方式一次传送多个字节的时钟信号或 RAM 数据。DS1302
21、 内部有一个 31*8 的用于临时性存放数据的 RAM 寄存器。主要性能指标有：31 字节带后备电池的 RAM 用于数据存储；串行 I/O 口，管脚数量少；宽范围工作电压：2.05.5V；工作电压 2.0V 时，电流小于 300nA；读 /写时钟或 RAM 数据时有两种传送方式单字节传送和突发模式传送；8 脚 DIP 封装或其他可选封装方式；简单的 3 线接口；与 TTL 兼容(Vcc = 5V)；可选工业级温度范围：- 40+ 85 ；与 DS1202 兼容。DS1302 的引脚如图 3-8 所示：图 3-8 DS1302 引脚图Vcc1 为后备电源，Vcc2 为主电源。在主电源关闭的情况下
22、，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 高于Vcc1 + 0.2V 时，Vcc2 给 DS1302 供电。当 Vcc2 低于 Vcc1 时，DS1302 由Vcc1 供电。X1、X2 为振荡源，外接 32. 768 kHz 晶振。I/O 为串行数据输入/输出端(双向 )， SCL K 为时钟输入端。RST 是复位片选线，通过把 RST 输入驱动置为高电平来启动所有的数据传送。RST 输入有两种功能：RST 接通控制逻辑，允许地址/命令序列送入移位寄存器；RST 提供了终止单字节或多字节数据的传送手段。当 RST 为高电平时，所有的数
23、据传送被初始化，允许 DS1302 进行操作。如果在传送过程中置 RST 为低电平，则会终止此次数据传送，并且 I/ O 引脚变为高阻态。上电运行时，在 Vcc 高于 2. 5V 之前，RST 必须保持低电平。只有在 SCL K 为低电平时，才能将 RST 置为高电平。b 硬件实现DS1302 时钟模块的原理图如图 3-9 所示：图 3-9 DS1302 时钟原理图单片机与 DS1302 通过 P3.4、P3.5、P1.7 相连，分别为时钟信号线、输入输出线、复位信号线。DS1302 的晶振引脚连接 32768HZ 的晶振。3.2.6 DS18B20 测温模块a DS18B20 简介DS18B
24、20 是 DALLAS 半导体公司生产的，是一种单总线温度传感器，属于新一代适配微处理器的智能温度传感器，有两种封装形式分别为 3 脚 PR-35封装和 16 脚 SSOP 封装。本文采用的是 3 脚 PR-35 封装，其具有以下特点：采用了单总线技术，传感器直接以二进制输出被测温度，可通过串行口线，也可与单机通过 I/O 口连接；测量温度范围为： - 55+125 ，测量精度高达+0.5 ；内含寄生电源，在两线方式下可通过数据线提供寄生电源，而不需要再单独供电；转换时间在分辨率为 12 位（即 0.0625）时最大为 750ms；用户可分别对每个器件设定温度上下限；DS18B20 在使用时不
25、需要任何外围元件，全部传感元件及转换电路集成在形如一只三极管的集成电路内；电源极性接反时，芯片不会因发热而烧毁，但不能正常工作；每个 DSl8B20 器件对应一个唯一的 64 位长的序号，该序号值存放 ROM 中，可通过序号匹配实现多点测温。引脚排列如图 3-10 所示：图 3-10 DS18B20 引脚图VDD：接电源引脚，电源供电 3.05.5V；DQ：数据的输入和输出引脚；GND：接地b 硬件实现DS18b20 温度传感器模块的原理图如图 3-11 所示：图 3-11 DS18b20 温度传感器模块原理图单片机与 DS18B20 通过 P3.2 相连，作为数据/控制信号线。3.2.7 R
26、S232 串行通信模块a MAX232 转换模块RS232 是由电子工业协会 (Electronic Industries Association，EIA) 所制定的异步传输标准接口。对于一般双工通信，仅需几条信号线就可实现，如一条发送线、一条接收线及一条地线。RS232 与 TTL 电路之间需要进行电平和逻辑关系的变换。实现这种变换的方法可用分立元件，也可用集成电路芯片。MAX232 芯片可完成TTL RS232 双向电平转换。MAX232 芯片是 RS232 标准接口芯片，使用+5v 单电源供电。是 PC 机与单片机串口进行通讯的电平转换芯片。内部结构基本可分三个部分：第一部分是电荷泵电路
27、。由 1、2、3、4、5、6 脚和 4 只电容构成。功能是产生+12v 和-12v 两个电源，提供给 RS232 串口电平的需要。第二部分是数据转换通道。由 7、8、9、10、11、12、13、14 脚构成两个数据通道。其中 13 脚（R1IN） 、12 脚（R1OUT） 、11 脚（T1IN） 、14 脚（T1OUT）为第一数据通道。8 脚（R2IN） 、9 脚（ R2OUT） 、10 脚（T2IN） 、7 脚（T2OUT ）为第二数据通道。TTL/CMOS 数据从 T1IN、T2IN 输入转换成RS232 数据从 T1OUT、T2OUT 送到电脑 DP9 插头；DP9 插头的 RS232
28、数据从R1IN、R2IN 输入转换成 TTL/CMOS 数据后从 R1OUT、R2OUT 输出。第三部分是供电。15 脚 DNG、16 脚 VCC（+5V） 。MAX232 模块的原理图如图 3-12 所示：图 3-12 MAX232 模块的原理图单片机与 MAX232 通过 P3.0、P3.1 相连，分别为发送线、接收线，另外单片机要与 MAX232 共地。图 3-12 分立元件电平和逻辑关系变换原理图3.2.8 显示模块a 数码管模块(1) 数码管采用 8 段共阳数码管，驱动采用 8 位数据缓冲器 74HC245，其功能表如下表 3-1 所示：表 3-1 74HC245 功能表在网上找 7
29、4HC245 数据手册，把它的真值表考到这个地方并且写明白里面字母表示的意思，就如同下面所写：注意：H=高电平L=低电平I=要保持高电平到低电平转变时一个建立周期以上的低电平Z=高组态 选用 74HC245 增强驱动能力，提高数码管显示亮度。 A-DP 对应八段数码管的各段，当 A-DP 中有低电平输出时，被低电平片选中的数码管的相应段点亮。(2) 硬件实现：数码管模块的原理图如图 3-15 所示：图 3-15 数码管模块原理图单片机与 74HC245 通过 P0.0、P0.1 、P0.2、P0.3、P0.4、P0.5 、P0.6、P0.7相连，作为段码信号线；与 74LS138 通过 P1.
30、0、P1.1、P1.2 相连，作为位选信号线。b LCD1602 模块(1) LCD1602 简介：LCD1602 点阵字符液晶模块是由点阵字符液晶显示器件和专用的行列驱动器，控制器及必要的连接件，结构件装配而成，可以显示数字和英文字符。LCD1602 采用标准的 14 脚（无背光）或 16 脚（带背光）接口，各引脚接口说明如表 3-2 所示：表 3-2 LCD1602 引脚接口图编号 符号 引脚说明 编号 符号 引脚说明1 VSS 电源地 9 D2 数据2 VDD 电源正极 10 D3 数据3 VL 液晶显示偏压 11 D4 数据4 数据/命令选择 12 D5 数据5 读/写选择 13 D6
31、 数据6 使能信号 14 D7 数据7 数据 15 BLA 背光源正极8 数据 16 BLK 背光源负极(2) 硬件实现：LCD1602 模块的原理图如图 3-16 所示：图 3-16 LCD1602 模块原理图单片机与 LCD1602 通过P0.0、P0.1、P0.2、P0.3、P0.4、P0.5 、P0.6、P0.7、P1.0、P1.1 、P1.2 相连，P0.0P0.7 为数据线，P0 口在使用时应加 5 至 10K 的上拉电阻，在设计中加了5K 的排阻，P1.0 、P1.1 、 P1.2 为控制线。c LCD12864 模块(1) LCD12864 简介：LCD12864 汉字图形点阵
32、液晶显示模块可以显示汉字、图形、ASC码和自定义字形，内置 8192 个 16*16 的中文汉字、128 个 8*16 字符、以及 64*256点阵显示 RAM，控制器为 ST7920，具有串/并接口方式，其内部含有中文字库，LCD12864 显示屏为 128*64 点阵，可显示 4 行，每行 8 个字，模块内含有多种软件功能：光标显示、画面移位、自定义字符、反白、清除、关闭显示和睡眠模式等，可方便地对模块进行控制。模块内置升压电路，无需负压，配置 LED背光。3V 低电平工作时，只需一个 20K 的电阻与 Vo 的地相接。适用于3.3V5V 宽范围工作电压的系统。RS， R/W 的配合决定的
33、 4 种模式见表 3-3：表 3-3 RS， R/W 决定的控制模式RS R/W 功能说明L L MPU 写指令到指令暂存器（IR）L H 读出忙标志（BF）及地址记数器（ AC）的状态H L MPU 写入数据到数据暂存器（DR）H H MPU 从数据暂存器（DR ）中读出数据E 信号的状态产生的动作见表 3-4：表 3-4 E 信号的状态产生的动作E 状态 执行动作 结果高低 I/O 缓冲 DR 配合/W 进行写数据或指令高 DRI/O 缓冲 配合 R 进行读数据或指令低/低高 无动作 LCD12864 的并行接口见表 3-5：表 3-5 LCD12864 的并行接口管脚号管脚名称 电平 管
34、脚功能描述1 VSS 0V 电源地2 VCC 3.0+5V 电源正3 V0 - 对比度（亮度）调整4RS(CS） H/LRS=“H”，表示 DB7DB0 为显示数据RS=“L”，表示 DB7DB0 为显示指令数据5R/W(SID) H/LR/W=“H”，E=“H” ，数据被读到 DB7DB0R/W=“L”，E=“HL” ， DB7DB0 的数据被写到 IR 或 DR6 E(SCLK) H/L 使能信号7 DB0 H/L 三态数据线8 DB1 H/L 三态数据线9 DB2 H/L 三态数据线10 DB3 H/L 三态数据线11 DB4 H/L 三态数据线12 DB5 H/L 三态数据线13 DB
35、6 H/L 三态数据线14 DB7 H/L 三态数据线15 PSB H/L H：8 位或 4 位并口方式，L：串口方式（见注释 1）16 NC - 空脚17 /RESET H/L 复位端，低电平有效（见注释 2）18 VOUT - LCD 驱动电压输出端19 A VDD 背光源正端（+5V） （见注释 3）20 K VSS 背光源负端（见注释 3）*注释 1：如在实际应用中仅使用并口通讯模式，可将 PSB 接固定高电平，也可以将模块上的 J8 和“VCC”用焊锡短接。*注释 2：模块内部接有上电复位电路，因此在不需要经常复位的场合可将该端悬空。 *注释 3：如背光和模块共用一个电源，可以将模块
36、上的 JA、JK 用焊锡短接。(2) 硬件实现：开发板上 LCD12864 模块的原理图如图 3-17 所示：图 3-17 LCD12864 模块原理图单片机与 LCD12864 通过P0.0、P0.1、P0.2、P0.3、P0.4、P0.5 、P0.6、P0.7、P1.0、P1.1 、P1.2 相连，P0.0P0.7 为数据线，P1.0、P1.1、P1.2 为控制线。c 点阵显示模块(1) LED 点阵简介：点阵是整齐排列的，被镶嵌到一块塑料板上的 LED 灯，可以显示汉字和图形，用来介绍商品，吸引顾客。点阵 led 显示屏作为一种现代电子媒体，具有灵活的显示面积（可分割、任意拼装） 、高亮
37、度、长寿命、大容量、数字化、实时性的特点。图 3-11 点阵 LED图 3-12 点阵 LED 原理（2）硬件实现开发板上 LED 点阵模块的原理图如图 3-17 所示：图 3-17 LED 点阵模块原理图单片机与 LED 点阵通过 74HC245 和 74LS138 径P0.0、P0.1、P0.2、P0.3、P0.4、P0.5 、P0.6、P0.7、P1.0、P1.1 、P1.2 相连，P0.0P0.7 为数据线，P1.0、P1.1、P1.2 为控制线，控制三八译码器经三极管扫描 LED 点阵的行线。3.2.9 PL2302 程序下载模块写一两段 PL2302 芯片的资料图 3-17 PL2
38、302 程序下载模块原理图3.2.10 其他模块流水灯模块、蜂鸣器模块的原理图如图 3-20、图 3-21 所示：图 3-20 流水灯模块原理图如图 3-20 所示流水灯模块包含 8 个 LED 灯，单片机的 P0 口接 10K 上拉电阻，八个 LED 的负极依次连接单片机 P0 口的 8 个引脚，八个 LED 的正极依次与 510 欧姆的排阻的八个端子相连，排阻的公共端连接短路插针的一端，短路插针的另一端与电源相连，因此，若将短路插针用短路帽短路，则八个 LED 的正极上拉到高电平， LED 低电平点亮。如图 3-21 所示，单片机的 P3.4 与 Q1 的基极通过 1K 欧姆电阻连接，当
39、P3.4为高电平时，Q1 导通，Q1 的发射极与集电极导通，将发射极下拉为低电平，蜂鸣器两端出现电位差，蜂鸣器发声；当 P3.4 为低电平时，Q1 不导通，蜂鸣器两端没有电流流过，蜂鸣器不发声。图 3-21 蜂鸣器模块原理图如图 3-21 所示，介绍一下红外接收 HS0038，自己在网上找资料把我写的再详细的论述一下。红外通信基本原理1、将基带二进制信号调制为一系列的脉冲串信号，通过红外发射管发射红外信号。2、红外线遥控就是利用波长为 0.761.5m 之间的近红外线来传送控制信号的。红外发光二极管一般有黑色、深蓝、透明三种颜色。常用 38K 产生办法1、455K 晶振进行分频2、用单片机的
40、PWM 模块产生3、用时基电路搭建38K 电路图一38K 电路图二红外接收管 0038图 3-21 红外接收模块原理图图 3-21 NEC 协议遥控器数据格式引导码低电平持续时间(即载波时间)为 9000us 左右，高电平持续时间为4500us 左右。例如键码的数字信息通过一个高低电平持续时间来表示，1 的持续时间大概是 1680us 高电平+560us 低电平，0 的持续时间大概是 560us 高电平+560us低电平。总结：对硬件的设计采用模块化设计方法，采用的电路为典型应用电路，资源配置合理，通过使用短路帽连接相应的功能模块，降低了功耗，减弱了器件之间的相互干扰，提高了系统稳定性，硬件工
41、作稳定可靠。5 开发板设计5.1 开发板原理图设计5.1.1 原理图设计的一般流程一般说来，设计一个电路的原理图主要包括设置编辑器参数、规划布局、放置元件、布线、检查调整以及保存和输出等步骤，如图 4.1 所示。图 4.1 原理图设计的一般流程5.1.2 原理图的保存和输出1 保存文件完成原理图的设计后要进行保存，实际上，应该养成随时对设计工作进行保存的习惯，同时最好经常进行备份，以免发生意外导致设计内容的丢失。文件的保存可以通过主工具栏上的按钮来实现，也可以通过 FileSave 命令来实现。通过 FileSave Copy As 等操作可以对文件进行备份，在文件管理器中也可以直接对文件进行
42、复制存储备份。此外，系统也会自动对文件进行备份。2 打印输出设计好的原理图可以打印输出，便于设计人员参考。执行 FileSetup Printer 菜单命令，可以打开如图 4.88 所示的原理图打印机设置界面。图 4.88 原理图打印机设置界面5.2 开发板 PCB 设计5.2.1 工作层的设置在设计印制电路板时首先要了解电路板的工作层，Protel 99 SE 系统提供了多个工作层可供用户选择使用，其中包括了 16 个内部电源/接地层，16 个机械层等，下面就来介绍对工作层的设置。图 5-1 PCB 工作层的设置5.2.2 元器件的布局遵循先难后易，先大后小的原则。根据要求先将所有有定位要求
43、的元件固定并锁定。再参考原理图根据信号流向规律，放置其它原器件。布局保障总的连线尽可能的短，关键信号线最短。模拟信号，数字信号需分开。按照均匀分布，重心平衡，版面美观的标准来优化布局。相同结构电路部分尽可能采取对称布局。同类元件尽可能在 X 或 Y 方向上一致，以便于生产和调试。元件的放置要便于调试和维修，大元件边上不能放置小元件，需要调试的元件周围应有足够的空间。发热元件应有足够的空间以利于散热。使用同一种电源的元件应考虑尽量放在一起，以便于将来的电源分割。集成电路的去耦电容应尽量靠近芯片的电源脚，使之与电源和地之间形成回路最短。旁路电容应均匀分布在集成电路周围。5.2.3 PCB 布线采用
44、交互式布线，先用自动布线功能对设计的电路板进行布线，然后利用手动布线的方法进行调整，在保障布线合理，符合规范的情况下，尽量追求布线的完美，对于数字电路在完成电路板的布线后要多电路板进行铺地。避免字符被焊盘或过孔覆盖，要保证装配以后还可以清晰看到字符信息。所有字符在 X 或 Y 方向上应一致。字符，丝印大小要统一。6 结论通过三个月的毕业设计，完成了 C51 开发板的设计，详细对开发板进行了硬件设计，在硬件设计合理的情况下，对硬件驱动程序也进行了一定程度的开发。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，包括丰富的硬件模块数据采集处理模块、DS1302 时钟模块、通信模块、液
45、晶显示模块、键盘模块、流水灯模块、蜂鸣器模块等。针对各个功能模块开发的相应的功能程序模块控制驱动程序、AD/DA 程序、RS232/ RS485 通信程序、液晶显示程序等均能在开发板上正确的运行，运行效果准确无误。由于该开发板可以完成单片机各类通用实验以及各种软硬件测试，且具有操作简单，性价比高的特点，因此具有一定的实用价值和现实意义。致谢本论文的选题及研究是在 XXX 老师的关怀和指导下完成的。严谨的治学态度，精益求精的工作作风，深深地感染和激励着我。从最初论文题目的选择到最终论文的完成老师都始终给予我细心的指导和不懈的支持。在这半年的时间中，老师不仅在学业上给我以精心指导，同时还在思想、生
46、活上给我以无微不至的关怀，在此谨向老师致以诚挚的谢意。感谢在我遇到困难时为我提供帮助的所有同学，正是由于你们的支持，我才能克服一个又一个的困难，直至本文的顺利完成，他们对本课题做了不少工作，提出了许多宝贵的建议。感谢学校给我提供的良好的学习环境，并且提供了充足的图书资源及电子资源，为我们更好的完成毕业设计提供了极大的帮助。最后，向各位悉心指导，认真评阅的老师们致以最崇高的敬意和衷心的感谢！参考文献自己看着改一下1 周凯，郭黎利.采用 MAX485 实现单片机与 PC 机串行通信的一种方法J.应用科技， 2003，(03) . 2 罗慧滋.数字温度传感器 DS18B20 在粮情测控系统中的应用J
47、.粮食流通技术， 2004，(05) .3 冯国珍.基于数字温度传感器 DS18B20 的分布式测温系统的设计J.吉林化工学院学报，2003，(03) .4 王立文，吴健，许明生，郑静.DS1302 在温室 CO_2 增施控制器中的应用J.自动化与仪表，2008，(12) . 5 陶海敏. 利用 DS1302 时钟芯片实现“时间锁”的方法J.单片机与嵌入式系统应用， 2003，(03) .6 张迎辉.单片微型计算机键盘接口设计J.信息技术，2004，(07) . 7 廖向峰.节约单片机端口资源的键盘电路J.国外电子元器件，2001，(12) . 8 颜颐欣，胡伟杰，赵非. MG-12864 液晶显示器在智能仪表中的应用J.电脑学习， 2007，(02) .9 百度、谷歌、电子论坛等网站附录附录 1 51 单片机实验板总原理图附录 2 51 单片机实验板控制部分原理图
