4.1-單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)

4PAGE1PAGE8第4章單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)制作訓(xùn)練內(nèi)容提要在電子競(jìng)賽設(shè)計(jì)中，單片機(jī)作為系統(tǒng)的控制核心廣泛應(yīng)用。本章介紹了單片機(jī)最小系統(tǒng)電路板、通用鍵盤顯示電路、液晶顯示模塊、A/D及D/A轉(zhuǎn)換等單元電路設(shè)計(jì)及其程序設(shè)計(jì)。知識(shí)要點(diǎn)：?jiǎn)纹瑱C(jī)最小系統(tǒng)，可編程鍵盤和顯示器的接口電路，MDLS點(diǎn)陣字符型液晶顯示模塊，點(diǎn)陣圖形型液晶顯示模塊，A/D與D/A，程序設(shè)計(jì)。教學(xué)建議:本章的重點(diǎn)是掌握單片機(jī)最小系統(tǒng)與接口電路的設(shè)計(jì)與制作。建議學(xué)時(shí)數(shù)為8學(xué)時(shí)。單片機(jī)最小系統(tǒng)在競(jìng)賽中可以選用成品。但單片機(jī)作為競(jìng)賽作品中的核心部件，軟件編程訓(xùn)練可以利用單片機(jī)開(kāi)發(fā)系統(tǒng)進(jìn)行培訓(xùn)，通過(guò)對(duì)單片機(jī)最小系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)制作，可以使學(xué)生加深對(duì)單片機(jī)的了解。液晶顯示模塊采用成品，接口電路與程序設(shè)計(jì)是訓(xùn)練的重點(diǎn)。A/D與D/A等電路需要進(jìn)行設(shè)計(jì)制作。設(shè)計(jì)制作的產(chǎn)品可以作為子系統(tǒng)或者模塊保留備用。訓(xùn)練中要求學(xué)生完成電原理圖、印制板圖、裝配圖、實(shí)際制作、電路調(diào)試、設(shè)計(jì)總結(jié)報(bào)告。4.1單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)制作4.1.1單片機(jī)最小系統(tǒng)電路板硬件設(shè)計(jì)4全文共14頁(yè)，當(dāng)前為第1頁(yè)。單片機(jī)最小系統(tǒng)電路板可選用AT89C51、AT89C52等DIP-40封裝的單片機(jī)作為MCU。系統(tǒng)包括時(shí)鐘電路，復(fù)位電路，擴(kuò)展了片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和地址鎖存器。系統(tǒng)還設(shè)置了8個(gè)并行鍵盤S1～S4，S6～S9，6個(gè)共陽(yáng)極LED數(shù)碼管LED1～LED6。系統(tǒng)無(wú)需擴(kuò)展程序存儲(chǔ)器，用戶可根據(jù)系統(tǒng)程序大小選擇片內(nèi)帶不同容量閃存的單片機(jī)，例如PHILIPS半導(dǎo)體公司推出的P89C66XFlash單片機(jī)，其片內(nèi)FlashROM容量最大可達(dá)64KB。系統(tǒng)還提供基于8279的通用鍵盤顯示電路、液晶顯示模塊、A/D及D/A轉(zhuǎn)換等眾多外圍器件和設(shè)備接口。單片機(jī)最小系統(tǒng)原理框圖如圖4.1.1所示。最小系統(tǒng)電路原理圖如圖4.1.2所示。LED數(shù)碼管和并行鍵盤電路原理圖如圖4.1.3所示。4全文共14頁(yè)，當(dāng)前為第1頁(yè)。圖4.1.1單片機(jī)最小系統(tǒng)原理框圖4全文共14頁(yè)，當(dāng)前為第2頁(yè)。圖4.1.2單片機(jī)最小系統(tǒng)電原理圖4全文共14頁(yè)，當(dāng)前為第2頁(yè)。圖4.1.3LED數(shù)碼管和并行鍵盤電路原理圖單片機(jī)時(shí)鐘信電路原理圖如圖4.1.4所示。在引腳XTAL1和XTAL2跨接晶振Y1和微調(diào)電容C5,C6就構(gòu)成了內(nèi)部振蕩方式，由于單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)高增益反相放大器，當(dāng)外接晶振后，就構(gòu)成了自激振蕩器并產(chǎn)生振蕩時(shí)鐘脈沖。其中Y1是可插拔更換的，默認(rèn)值是12MHz。4全文共14頁(yè)，當(dāng)前為第3頁(yè)。圖4.1.4時(shí)鐘源4全文共14頁(yè)，當(dāng)前為第3頁(yè)。系統(tǒng)板采用上電自動(dòng)復(fù)位和按鍵手動(dòng)復(fù)位方式。上電復(fù)位要求接通電源后，自動(dòng)實(shí)現(xiàn)復(fù)位操作。手動(dòng)復(fù)位要求在電源接通的條件下，在單片機(jī)運(yùn)行期間，用按鈕開(kāi)關(guān)操作使單片機(jī)復(fù)位。其電路原理圖如圖4.1.5所示。上電自動(dòng)復(fù)位通過(guò)外部復(fù)位電容C4充電來(lái)實(shí)現(xiàn)。按鍵手動(dòng)復(fù)位是通過(guò)復(fù)位端經(jīng)電阻和Vcc接通而實(shí)現(xiàn)的。二極管用來(lái)防止反相放電。圖4.1.5復(fù)位電路原理圖系統(tǒng)板擴(kuò)展了一片32K的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器62256，如圖4.1.6所示。數(shù)據(jù)線D0～D7直接與單片機(jī)的數(shù)據(jù)地址復(fù)用口P0相連，地址的低8位A0～A7則由U15鎖存器74LS373獲得，地址的高7位則直接與單片機(jī)的P2.0～P2.6相連。片選信號(hào)則由地址線A15（P2.7引腳）獲得，低電平有效。這樣數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器占用了系統(tǒng)從0X0000H～0X7FFFH的XDATA空間。圖4.1.6數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的擴(kuò)展4全文共14頁(yè)，當(dāng)前為第4頁(yè)。系統(tǒng)板設(shè)置了8個(gè)并行鍵盤S1～S4,S6～S9，6個(gè)共陽(yáng)極LED數(shù)碼管LED1～LED6。其電路原理圖如圖4.1.2所示?？梢钥闯鰹榱斯?jié)省單片機(jī)的I/O口，在此采用了兩片74LS373鎖存器U15和U16擴(kuò)展了8個(gè)I/O口。U15用來(lái)鎖存P0口送出的地址信號(hào)，它的片選信號(hào)接地，表示一直有效，其控制端C接ALE信號(hào)。U16的輸出端通過(guò)限流電阻R8～R15與數(shù)碼管的段碼數(shù)據(jù)線和并行鍵盤相連，用來(lái)送出LED數(shù)碼管的段碼數(shù)據(jù)信號(hào)和并行鍵盤的掃描信號(hào)，它的片選信號(hào)接地，表示一直有效，其數(shù)據(jù)鎖存允許信號(hào)C由CS0～CS6和WR信號(hào)經(jīng)一個(gè)或非門74LS02得到（其中CS0～CS5控制LED數(shù)碼管，CS6控制鍵盤），這樣只有當(dāng)CS0～CS6中的某一個(gè)和WR同時(shí)有效且由低電平跳變到高電平時(shí)，輸入的數(shù)據(jù)D0～D7即被輸出到輸出端Q0～Q7。U17為3－8譯碼器74LS138，通過(guò)它將高位地址A15～A12譯成8個(gè)片選信號(hào)CS0～CS7。它的G2,G3端接地，G1接A15，所以A15應(yīng)始終為高電平，這樣CS0～CS7的地址就分別為8000H，9000H，0A000H，0B000H，0C000H，0D000H，0E000H，0F000H。CS0～CS5和WR信號(hào)經(jīng)過(guò)一個(gè)或非門控制三極管9012的導(dǎo)通，從而控制LED數(shù)碼管的導(dǎo)通，并且三極管9012用來(lái)增強(qiáng)信號(hào)的驅(qū)動(dòng)能力。4全文共14頁(yè)，當(dāng)前為第4頁(yè)。主要器件如表4.1.1所示：表4.1.1單片機(jī)最小系統(tǒng)主要器件標(biāo)號(hào)型號(hào)功能說(shuō)明U7DIP-40CPU主器件U15,U1674LS373數(shù)據(jù)，地址鎖存器U1774LS138138譯碼器U186226532KRAMU3A,U3B,U3C,U3D,U4C,U4D74LS02TTL或非門U5A,U5B,U5C,U5D74LS00TTL與非門LED2,LED37SEG-33位8段共陽(yáng)極數(shù)碼管Q1～Q69012三極管D1～D16IN4148開(kāi)關(guān)二極管Y112MHz石英晶振單片機(jī)時(shí)鐘晶振主要應(yīng)用接口如表4.1.2所示：4全文共14頁(yè)，當(dāng)前為第5頁(yè)。表4.1.2單片機(jī)最小系統(tǒng)主要應(yīng)用接口4全文共14頁(yè)，當(dāng)前為第5頁(yè)。標(biāo)號(hào)功能說(shuō)明連接目標(biāo)U1輸入電源插座主電源J28279的通用鍵盤顯示電路接口8279芯片J4MDLS字符型液晶顯示器接口MDLS字符型液晶顯示模塊J5LMA97S005AD點(diǎn)陣液晶顯示器接口LMA97S005AD點(diǎn)陣型液晶顯示模塊4.1.2最小系統(tǒng)電路板PCB印制板電路圖最小系統(tǒng)電路PCB印制板元件分布圖如圖4.1.7所示，PCB印制頂層圖如圖4.1.8所示，PCB印制底層圖如圖4.1.9所示。4全文共14頁(yè)，當(dāng)前為第6頁(yè)。圖4.1.7最小系統(tǒng)電路PCB印制板元件分布圖4全文共14頁(yè)，當(dāng)前為第6頁(yè)。圖4.1.8最小系統(tǒng)PCB印制電路板頂層圖4全文共14頁(yè)，當(dāng)前為第7頁(yè)。4全文共14頁(yè)，當(dāng)前為第7頁(yè)。圖4.1.9最小系統(tǒng)PCB印制電路板底層圖4.1.3單片機(jī)最小系統(tǒng)電路板測(cè)試程序設(shè)計(jì)編寫測(cè)試程序，一是可對(duì)最小系統(tǒng)電路板各資源進(jìn)行測(cè)試，二是為用戶提供了使用LED顯示及訪問(wèn)鍵盤等各種資源的子程序。1.鍵盤掃描及數(shù)碼管顯示的匯編語(yǔ)言程序鍵盤掃描及數(shù)碼管顯示的匯編語(yǔ)言程序如下：;***********************************************************;鍵盤及數(shù)碼管顯示程序，功能為按下一鍵，則對(duì)應(yīng)鍵的數(shù)碼管亮并顯示該鍵代表的數(shù)字;編寫：cgq;最后修改日期：2003/11/16;************************************************************4全文共14頁(yè)，當(dāng)前為第8頁(yè)。org0000h4全文共14頁(yè)，當(dāng)前為第8頁(yè)。ajmpmainorg0100hmain:movsp,#30hmovr3,#0movr4,#0kon:lcallks1;調(diào)用讀鍵盤程序cjnea,#0ffh,show1;有鍵按下lcalldir;調(diào)用顯示子程序ajmpkonshow1:lcalldir;去抖動(dòng)lcalldirlcallks1cjnea,#0ffh,show2;鍵有效ajmpkonshow2:cjnea,#0feh,l1;以下為判別鍵值程序movr4,#0;第一個(gè)鍵賦其代碼0ajmplkpl1:cjnea,#0fdh,l2movr4,#1ajmplkpl2:cjnea,#0fbh,l3movr4,#2ajmplkpl3:cjnea,#0f7h,l4movr4,#3ajmplkpl4:cjnea,#0efh,l5movr4,#4ajmplkp4全文共14頁(yè)，當(dāng)前為第9頁(yè)。l5:cjnea,#0dfh,lkp4全文共14頁(yè)，當(dāng)前為第9頁(yè)。movr4,#5ajmplkplkp:lcalldirljmpkon;返回dir:movdptr,#table;顯示子程序mova,r4movca,@a+dptr;取7段碼movr3,amova,r4led1:cjnea,#0,led2;根據(jù)鍵值選擇數(shù)碼管1movdptr,#8000hajmpssled2:cjnea,#1,led3;根據(jù)鍵值選擇數(shù)碼管2movdptr,#9000hajmpssled3:cjnea,#2,led4;根據(jù)鍵值選擇數(shù)碼管3movdptr,#0a000hajmpssled4:cjnea,#3,led5;根據(jù)鍵值選擇數(shù)碼管4movdptr,#0b000hajmpssled5:cjnea,#4,led6;根據(jù)鍵值選擇數(shù)碼管5movdptr,#0c000hajmpssled6:cjnea,#5,ss;根據(jù)鍵值選擇數(shù)碼管6movdptr,#0d000hajmpssss:mova,r3movx@dptr,a4全文共14頁(yè)，當(dāng)前為第10頁(yè)。lcalldelay4全文共14頁(yè)，當(dāng)前為第10頁(yè)。retks1:clrp1.7movdptr,#0e000h;鍵盤地址movxa,@dptrretdelay:movr6,#10;延時(shí)子程序lpp:movr7,#100djnzr7,$djnzr6,lpprettable:db0c0h,0f9h,0a4h,0b0h,99h,92h,82h,0f8h,80h,90hdb88h,83h,0c6h,0a1h,86h,8eh,0ffh,0f7hend2.鍵盤掃描及數(shù)碼管顯示的C語(yǔ)言程序鍵盤掃描及數(shù)碼管顯示的C語(yǔ)言程序如下：/**************************************************//*鍵盤及數(shù)碼管程序，每一鍵代表一個(gè)數(shù)字，在其數(shù)字代表的數(shù)碼管中顯示*//*最后修改日期：2003/11/16*/#include<absacc.h>#include<reg51.h>#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedint#defineLED1XBYTE[0x8000]/*定義各數(shù)碼管地址*/#defineLED2XBYTE[0x9000]#defineLED3XBYTE[0xA000]#defineLED4XBYTE[0xB000]#defineLED5XBYTE[0xC000]#defineLED6XBYTE[0xD000]4全文共14頁(yè)，當(dāng)前為第11頁(yè)。#defineKEYXBYTE[0xE000]/*定義鍵盤地址*/4全文共14頁(yè)，當(dāng)前為第11頁(yè)。voiddelay(uintv)/*延時(shí)函數(shù)*/{while(v!=0)v--;}ucharkeynum=0;sbitP1_7=P1^7;/*掃描端口*//*數(shù)字段碼表*/ucharcodesegtab[18]={0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90,\0x88,0x83,0xc6,0xa1,0x86,0x8e,0xff,0xf7};voiddir(uchar);/*聲明顯示函數(shù)*/voidreadkey(void)/*讀鍵盤函數(shù)*/{ucharM_key=0;uchari;P1_7=0;M_key=KEY;/*取鍵盤數(shù)據(jù)*/if(M_key!=0xff){for(i=0;i<20;i++)/*去抖動(dòng)*/dir(keynum);M_key=KEY;if(M_key!=0xff)/*讀鍵*/switch(M_key){case0xfe:/*第1個(gè)鍵按下*/keynum=0;break;case0xfd:/*第2個(gè)鍵按下*/keynum=1;4全文共14頁(yè)，當(dāng)前為第12頁(yè)。break;4全文共14頁(yè)，當(dāng)前為第12頁(yè)。case0xfb:/*第3個(gè)鍵按下*/keynum=2;break;case0xf7:/*第4個(gè)鍵按下*/keynum=3;break;case0xef:/*第5個(gè)鍵按下*/keynum=4;break;