《單片機(jī)原理及應(yīng)用 》課件-第9章

第9章綜合實(shí)踐

任務(wù)9-1完成一個(gè)單片機(jī)開發(fā)板電路的設(shè)計(jì)與制作

任務(wù)9-2完成單片機(jī)開發(fā)板的使用和程序的下載

任務(wù)9-3用自增運(yùn)算控制8位LED的流水花樣1

任務(wù)9-48位LED的流水花樣2

任務(wù)9-58位LED的流水花樣3

本章小結(jié)習(xí)題

任務(wù)9-1完成一個(gè)單片機(jī)開發(fā)板電路的設(shè)計(jì)與制作

任務(wù)目的設(shè)計(jì)一塊單片機(jī)開發(fā)板,要求能夠完成LED流水燈實(shí)驗(yàn)、數(shù)碼管顯示實(shí)驗(yàn)、液晶顯示實(shí)驗(yàn)、按鍵操作實(shí)驗(yàn)、串口通信實(shí)驗(yàn)。

任務(wù)準(zhǔn)備

工具:電烙鐵、吸錫器、鑷子、剝線鉗、尖嘴鉗、斜口鉗。

設(shè)備:萬用表、示波器、計(jì)算機(jī)。

材料:單片機(jī)開發(fā)板、USB電纜。

任務(wù)實(shí)施

1.任務(wù)分析

根據(jù)功能需求可知,該單片機(jī)開發(fā)板需要具有LED顯示電路、數(shù)碼管顯示電路、液晶顯示電路、按鍵識(shí)別電路、串口通信電路等。查閱相關(guān)器件的數(shù)據(jù)手冊(cè),設(shè)計(jì)單片機(jī)與外設(shè)的接口電路,繪制PCB圖并裝配焊接。

2.原理圖設(shè)計(jì)

1)主控電路的設(shè)計(jì)

主控電路如圖9－1所示。單片機(jī)采用STC89C52,通過40腳的鎖緊座接入電路,即U1采用40腳的鎖緊座的封裝。排阻R4為P0口的上拉電阻。

2)電源電路的設(shè)計(jì)

電源電路如圖9－2所示。S6為電源開關(guān),C9、C12為電源濾波電容,D9為電源指示燈,R16為限流電阻。圖9－1主控電路圖9－2電源電路

3)時(shí)鐘電路的設(shè)計(jì)

時(shí)鐘電路如圖9－3所示。晶體振蕩器采用12MHz晶振,電容C2、C3采用30pF的瓷片電容,用于穩(wěn)定時(shí)鐘頻率。

圖9－3時(shí)鐘電路

4)復(fù)位電路的設(shè)計(jì)

復(fù)位電路如圖9－4所示。

圖9－4復(fù)位電路

5)LED流水燈電路的設(shè)計(jì)

由于傳統(tǒng)51單片機(jī)的端口輸出電流小,吸入電流大,故采用共陽極LED的接法,即負(fù)邏輯驅(qū)動(dòng),如圖9－5所示。負(fù)邏輯驅(qū)動(dòng)是指:當(dāng)端口輸出1時(shí)LED熄滅,當(dāng)端口輸出0時(shí)LED點(diǎn)亮。圖9－5LED流水燈電路

6)按鍵電路的設(shè)計(jì)

按鍵電路如圖9－6所示。由于按鍵較少,按鍵采用獨(dú)立鍵盤方式,這樣軟件編程簡

單,有利于初學(xué)者入門。圖9－6按鍵電路

7)數(shù)碼管顯示電路的設(shè)計(jì)

數(shù)碼管顯示電路如圖9－7所示。數(shù)碼管采用0.28英寸4位一體共陽極時(shí)鐘數(shù)碼管SR410281K,可開展數(shù)碼管靜態(tài)顯示實(shí)驗(yàn)、數(shù)碼管動(dòng)態(tài)掃描顯示實(shí)驗(yàn)、電子時(shí)鐘實(shí)驗(yàn)。P7

為雙列直插排針,上面可安裝跳線帽。當(dāng)需要數(shù)碼管顯示時(shí),把跳線帽裝上;當(dāng)不需要數(shù)碼管顯示時(shí),可把跳線帽去掉,用于避免硬件資源沖突。圖9－7數(shù)碼管顯示電路

8)1602字符型LCD顯示電路的設(shè)計(jì)

1602字符型LCD接口電路如圖9－8所示。P5為單列直插排針,用于連接1602字符型LCD,W1為液晶屏對(duì)比度調(diào)節(jié)電位器,R3為限流電阻。

9)12864液晶屏顯示電路的設(shè)計(jì)

12864液晶屏接口電路如圖9－9所示。P6為單列直插排針,用于連接12864液晶屏,W2為12864液晶屏對(duì)比度調(diào)節(jié)電位器。圖9－912864液晶屏接口電路

10)串口通信電路的設(shè)計(jì)

串口通信芯片采用MAX232。MAX232芯片是美信(MAXIM)公司專為RS232標(biāo)準(zhǔn)串口設(shè)計(jì)的單電源電平轉(zhuǎn)換芯片。串口通信電路如圖9－10所示。應(yīng)當(dāng)注意的是,由于RS232電平較高,在接通時(shí)產(chǎn)生的瞬時(shí)浪涌電流較大,有可能損壞MAX232,所以在使用中應(yīng)盡量避免熱插拔RS232接口。圖9－10串口通信電路

11)USB轉(zhuǎn)串口電路的設(shè)計(jì)

現(xiàn)在很多筆記本電腦上沒有RS232串行接口,為了便于筆記本通過USB電纜直接連接單片機(jī)開發(fā)板進(jìn)行串行程序下載、調(diào)試或通信,我們?cè)趩纹瑱C(jī)開發(fā)板上設(shè)計(jì)了USB轉(zhuǎn)串口電路。USB轉(zhuǎn)串口芯片采用PL2303,該芯片是Prolific公司生產(chǎn)的一種高度集成的RS232與USB接口轉(zhuǎn)換器,可提供一個(gè)RS232全雙工異步串行通信裝置與USB功能接口便利連接的解決方案。

PL2303內(nèi)置USB功能控制器、USB收發(fā)器、振蕩器和帶有全部調(diào)制解調(diào)器控制信號(hào)的UART,只需外接幾只電容就可實(shí)現(xiàn)USB信號(hào)與RS232信號(hào)的轉(zhuǎn)換,能夠方便地嵌

入到各種設(shè)備;該器件作為USB/RS232雙向轉(zhuǎn)換器,一方面從主機(jī)接收USB數(shù)據(jù)并將其轉(zhuǎn)換為RS232信息流格式發(fā)送給外設(shè),另一方面從RS232外設(shè)接收數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為USB數(shù)據(jù)格式傳送回主機(jī)。這些工作全部由器件自動(dòng)完成,開發(fā)者無需考慮固件設(shè)計(jì)電路。USB轉(zhuǎn)串口電路原理圖如圖9－11所示。圖9－11USB轉(zhuǎn)串口電路

12)外設(shè)I/O端口電路的設(shè)計(jì)

為了便于做擴(kuò)展實(shí)驗(yàn),或在項(xiàng)目開發(fā)時(shí),用單片機(jī)開發(fā)板做前期驗(yàn)證使用,將單片機(jī)的所有I/O口引出,采用杜邦線方便地連接至對(duì)應(yīng)的排針上。外設(shè)I/O端口電路如圖9－12所示。圖9－12外設(shè)I/O端口電路

至此,電路原理圖已繪制完畢,完整的單片機(jī)開發(fā)板電路原理圖如圖9－13所示。

3.PCB設(shè)計(jì)

1)PCB尺寸設(shè)計(jì)

新建一個(gè)PCB文件,將其PCB的物理尺寸設(shè)置為10cm×10cm。為了避免PCB的四個(gè)角扎傷使用者,電路板的四角采用圓弧形設(shè)計(jì),四角部位放置直徑為3.5mm的安裝

孔,用于安裝支撐件。

2)元件導(dǎo)入與布局

將元器件由原理圖更新至PCB圖,并手動(dòng)進(jìn)行元件布局,布局后的結(jié)果如圖9－14所示。圖9－14元件手動(dòng)布局后的PCB圖

3)規(guī)則設(shè)置與布線

將不同網(wǎng)絡(luò)之間的安全間距設(shè)置為7mil,將覆銅與其他網(wǎng)絡(luò)之間的安全間距設(shè)置為20mil。將信號(hào)線的寬度設(shè)置為最小線寬8mil、首選線寬12mil、最大線寬40mil。將電

源線的寬度設(shè)置為最小線寬10mil、首選線寬25mil、最大線寬40mil。將地線的寬度設(shè)置為最小線寬10mil、首選線寬30mil、最大線寬40mil。設(shè)置好規(guī)則后進(jìn)行手動(dòng)布線,頂

層布線后的結(jié)果如圖9－15所示,布線完成后的結(jié)果如圖9－16所示。圖9－15頂層布線后的PCB圖圖9－16布線完成后的PCB圖

4)補(bǔ)淚滴與地線覆銅

為了讓焊盤更堅(jiān)固,防止機(jī)械制板時(shí)焊盤與導(dǎo)線之間斷開,在焊盤和導(dǎo)線之間進(jìn)行補(bǔ)淚滴操作。為了增大地線面積,降低地線阻抗,使信號(hào)傳輸穩(wěn)定,降低電磁輻射干擾,增強(qiáng)PCB的電磁兼容性,對(duì)地線進(jìn)行覆銅。補(bǔ)淚滴與地線覆銅后的結(jié)果如圖9－17所示。圖9－17補(bǔ)淚滴與地線覆銅后的PCB圖

5)設(shè)計(jì)規(guī)則檢查與三維視圖預(yù)覽

PCB布線完成后對(duì)PCB進(jìn)行設(shè)計(jì)規(guī)則檢查,如果在設(shè)計(jì)規(guī)則檢查過程中發(fā)現(xiàn)有違規(guī)的地方,將會(huì)在信息窗口中羅列出來,我們可以根據(jù)信息窗口中的提示信息進(jìn)行整改。如果PCB通過了設(shè)計(jì)規(guī)則檢查,我們可以觀看PCB的三維視圖,在PCB生產(chǎn)之前對(duì)PCB的外觀進(jìn)行預(yù)覽。單片機(jī)開發(fā)板的三維視圖如圖9－18所示。如果上述結(jié)果符合預(yù)期,就可以考慮進(jìn)行PCB打樣試生產(chǎn)了。圖9－18單片機(jī)開發(fā)板的三維視圖

6)制造輸出

前面我們?cè)O(shè)計(jì)了一塊PCB,接下來將根據(jù)PCB文件,生成制造文件(Gerber文件),最后將Gerber文件交付PCB生產(chǎn)廠商,由廠商生產(chǎn)加工PCB。另外,我們可以根據(jù)原理圖生成元件清單,根據(jù)清單采購元器件。

4.單片機(jī)開發(fā)板的裝配與焊接

PCB和元件到貨后,我們就可以開始單片機(jī)開發(fā)板的裝配與焊接了,焊接后的單片機(jī)開發(fā)板如圖9－19所示。圖9－19單片機(jī)開發(fā)板實(shí)物圖

任務(wù)9－2完成單片機(jī)開發(fā)板的使用和程序的下載

任務(wù)目的設(shè)計(jì)一段單片機(jī)開發(fā)板的自檢程序,并將其下載至單片機(jī)STC89C52,對(duì)單片機(jī)開發(fā)板進(jìn)行測試。任務(wù)準(zhǔn)備設(shè)備及軟件:萬用表、計(jì)算機(jī)、KeilμVision4軟件、Proteus軟件。材料:單片機(jī)開發(fā)板、USB電纜。

任務(wù)實(shí)施

1.任務(wù)分析

自檢程序根據(jù)單片機(jī)開發(fā)板的硬件電路進(jìn)行設(shè)計(jì),盡量實(shí)現(xiàn)單片機(jī)開發(fā)板各部分硬件的檢測功能,如LED流水燈電路的檢測、數(shù)碼管檢測、按鍵檢測等。單片機(jī)開發(fā)板下載程

序只需接一條USB電纜,在電腦上裝好驅(qū)動(dòng)程序,下載編程燒錄軟件即可。

2.實(shí)現(xiàn)方法

1)安裝PL2303驅(qū)動(dòng)

根據(jù)計(jì)算機(jī)的操作系統(tǒng)選擇合適的PL2303驅(qū)動(dòng)進(jìn)行安裝,驅(qū)動(dòng)安裝后將單片機(jī)開發(fā)板通過USB電纜連接至計(jì)算機(jī)的USB接口,此時(shí)可打開設(shè)備管理器,查看端口,發(fā)現(xiàn)端口比之前多了一個(gè)COM端口(顯示ProlificUSBtoSerialCommPort(COM*),其中“*”是一個(gè)隨機(jī)的數(shù)字),說明驅(qū)動(dòng)安裝成功。

2)安裝STCISP下載編程燒錄軟件

可在宏晶科技的網(wǎng)站http:///下載最新版本的STCISP編程燒錄軟件。

3)單片機(jī)開發(fā)板自檢程序設(shè)計(jì)

任務(wù)9－3用自增運(yùn)算控制8位LED的流水花樣1

任務(wù)目的用自增運(yùn)算控制P1口8位LED的流水花樣,采用單片機(jī)開發(fā)板驗(yàn)證程序的運(yùn)行情況。任務(wù)準(zhǔn)備設(shè)備及軟件:萬用表、計(jì)算機(jī)、KeilμVision4軟件、Proteus軟件。材料:單片機(jī)開發(fā)板、USB電纜。

任務(wù)實(shí)施

1.任務(wù)分析

只要送到P1口的數(shù)值發(fā)生變化,P1口8位LED點(diǎn)亮的狀態(tài)就會(huì)發(fā)生變化。可以先將變量的初值送到P1口延時(shí)一段時(shí)間,再利用自增運(yùn)算使變量加l,然后將新的變量值送到P1口并延時(shí)一段時(shí)間,即可使8位LED的閃爍花樣不斷變化。

2.程序設(shè)計(jì)

任務(wù)9－48位LED的流水花樣2

任務(wù)目的設(shè)計(jì)一段程序?qū)崿F(xiàn)8位LED逐漸點(diǎn)亮,首先點(diǎn)亮一個(gè)LED,之后逐漸增加點(diǎn)亮的LED數(shù)量,采用單片機(jī)開發(fā)板驗(yàn)證程序的運(yùn)行情況。任務(wù)準(zhǔn)備設(shè)備及軟件:萬用表、計(jì)算機(jī)、KeilμVision4軟件、Proteus軟件。材料:單片機(jī)開發(fā)板、USB電纜。

任務(wù)實(shí)施

1.任務(wù)分析

可以先聲明一個(gè)變量并將其初值賦值為0xfe,目的是使P1.0端口外接的LED先點(diǎn)亮。將變量送到P1口,再將變量左移1位為下一個(gè)LED同時(shí)點(diǎn)亮做準(zhǔn)備,延時(shí)一段時(shí)間,

不斷循環(huán)即可實(shí)現(xiàn)8位LED逐漸點(diǎn)亮。

2.程序設(shè)計(jì)

3.硬件試驗(yàn)

將程序編譯成功后生成的hex文件通過STCISP編程燒錄軟件下載至STC89C52芯片中,通電運(yùn)行即可看到實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

任務(wù)9－58位LED的流水花樣3

任務(wù)目的設(shè)計(jì)一段程序?qū)崿F(xiàn)8位LED逐個(gè)點(diǎn)亮,同一時(shí)刻只有一個(gè)LED點(diǎn)亮,采用單片機(jī)開發(fā)板驗(yàn)證程序的運(yùn)行情況。任務(wù)準(zhǔn)備設(shè)備及軟件:萬用表、計(jì)算機(jī)、KeilμVision4軟件、Proteus軟件。材料:單片機(jī)開發(fā)板、USB電纜。

任務(wù)實(shí)施

1.任務(wù)分析

首先聲明一個(gè)變量并將其初值賦值為0x01。將變量的值按位取反后送到P1口,將變量左移1位為下一個(gè)LED點(diǎn)亮做準(zhǔn)備。延時(shí)一段時(shí)間以便人的眼睛能夠分辨清楚,不斷

循環(huán)即可實(shí)現(xiàn)8位LED逐個(gè)點(diǎn)亮。同一時(shí)刻只有一個(gè)LED點(diǎn)亮。

2.程序設(shè)計(jì)

硬件試驗(yàn)

將程序編譯成功后生成的hex文件通過STCISP編程燒錄軟件下載至STC89C52芯片中,通電運(yùn)行即可看到實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

本章小結(jié)

本章以單片機(jī)開發(fā)為例簡單介紹了電路原理圖設(shè)計(jì)、PCB設(shè)計(jì)的一般過程;簡單介紹了單片機(jī)開發(fā)板的使用與程序下載。要掌握好單片機(jī)技術(shù),還需要同學(xué)們多思考多實(shí)踐。

習(xí)題

一、填空題1.PL2303芯片的功能是：（）．2.單片機(jī)AT89C51片內(nèi)集成了（）KB的FLASHROM,共有（）個(gè)中斷源。3.2位十六進(jìn)制數(shù)最多可以表示（）個(gè)存儲(chǔ)單元。4.當(dāng)CPU訪問片外的存儲(chǔ)器時(shí),其低8位地址由（）口提供,高8位地址由（）口提供,8位數(shù)據(jù)由（）口提供。

二、選擇題

1.STC89C52是以下哪個(gè)公司的產(chǎn)品?()

A.IntelB.宏晶科技C.AtmelD.Philips

2.MCS51系列單片機(jī)屬于()體系結(jié)構(gòu)。

A.馮諾依曼B.普林斯頓C.哈佛D.圖靈

3.AT89C