《單片機原理及應用 》課件-第9章

第9章綜合實踐

任務9-1完成一個單片機開發(fā)板電路的設計與制作

任務9-2完成單片機開發(fā)板的使用和程序的下載

任務9-3用自增運算控制8位LED的流水花樣1

任務9-48位LED的流水花樣2

任務9-58位LED的流水花樣3

本章小結習題

任務9-1完成一個單片機開發(fā)板電路的設計與制作

任務目的設計一塊單片機開發(fā)板,要求能夠完成LED流水燈實驗、數碼管顯示實驗、液晶顯示實驗、按鍵操作實驗、串口通信實驗。

任務準備

工具:電烙鐵、吸錫器、鑷子、剝線鉗、尖嘴鉗、斜口鉗。

設備:萬用表、示波器、計算機。

材料:單片機開發(fā)板、USB電纜。

任務實施

1.任務分析

根據功能需求可知,該單片機開發(fā)板需要具有LED顯示電路、數碼管顯示電路、液晶顯示電路、按鍵識別電路、串口通信電路等。查閱相關器件的數據手冊,設計單片機與外設的接口電路,繪制PCB圖并裝配焊接。

2.原理圖設計

1)主控電路的設計

主控電路如圖9－1所示。單片機采用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)電源電路的設計

電源電路如圖9－2所示。S6為電源開關,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)時鐘電路的設計

時鐘電路如圖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)定時鐘頻率。

圖9－3時鐘電路

4)復位電路的設計

復位電路如圖9－4所示。

圖9－4復位電路

5)LED流水燈電路的設計

由于傳統(tǒng)51單片機的端口輸出電流小,吸入電流大,故采用共陽極LED的接法,即負邏輯驅動,如圖9－5所示。負邏輯驅動是指:當端口輸出1時LED熄滅,當端口輸出0時LED點亮。圖9－5LED流水燈電路

6)按鍵電路的設計

按鍵電路如圖9－6所示。由于按鍵較少,按鍵采用獨立鍵盤方式,這樣軟件編程簡

單,有利于初學者入門。圖9－6按鍵電路

7)數碼管顯示電路的設計

數碼管顯示電路如圖9－7所示。數碼管采用0.28英寸4位一體共陽極時鐘數碼管SR410281K,可開展數碼管靜態(tài)顯示實驗、數碼管動態(tài)掃描顯示實驗、電子時鐘實驗。P7

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

8)1602字符型LCD顯示電路的設計

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為液晶屏對比度調節(jié)電位器,R3為限流電阻。

9)12864液晶屏顯示電路的設計

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液晶屏對比度調節(jié)電位器。圖9－912864液晶屏接口電路

10)串口通信電路的設計

串口通信芯片采用MAX232。MAX232芯片是美信(MAXIM)公司專為RS232標準串口設計的單電源電平轉換芯片。串口通信電路如圖9－10所示。應當注意的是,由于RS232電平較高,在接通時產生的瞬時浪涌電流較大,有可能損壞MAX232,所以在使用中應盡量避免熱插拔RS232接口。圖9－10串口通信電路

11)USB轉串口電路的設計

現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開發(fā)板進行串行程序下載、調試或通信,我們在單片機開發(fā)板上設計了USB轉串口電路。USB轉串口芯片采用PL2303,該芯片是Prolific公司生產的一種高度集成的RS232與USB接口轉換器,可提供一個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內置USB功能控制器、USB收發(fā)器、振蕩器和帶有全部調制解調器控制信號的UART,只需外接幾只電容就可實現USB信號與RS232信號的轉換,能夠方便地嵌

入到各種設備;該器件作為USB/RS232雙向轉換器,一方面從主機接收USB數據并將其轉換為RS232信息流格式發(fā)送給外設,另一方面從RS232外設接收數據轉換為USB數據格式傳送回主機。這些工作全部由器件自動完成,開發(fā)者無需考慮固件設計電路。USB轉串口電路原理圖如圖9－11所示。圖9－11USB轉串口電路

12)外設I/O端口電路的設計

為了便于做擴展實驗,或在項目開發(fā)時,用單片機開發(fā)板做前期驗證使用,將單片機的所有I/O口引出,采用杜邦線方便地連接至對應的排針上。外設I/O端口電路如圖9－12所示。圖9－12外設I/O端口電路

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

3.PCB設計

1)PCB尺寸設計

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

孔,用于安裝支撐件。

2)元件導入與布局

將元器件由原理圖更新至PCB圖,并手動進行元件布局,布局后的結果如圖9－14所示。圖9－14元件手動布局后的PCB圖

3)規(guī)則設置與布線

將不同網絡之間的安全間距設置為7mil,將覆銅與其他網絡之間的安全間距設置為20mil。將信號線的寬度設置為最小線寬8mil、首選線寬12mil、最大線寬40mil。將電

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

層布線后的結果如圖9－15所示,布線完成后的結果如圖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)補淚滴與地線覆銅

為了讓焊盤更堅固,防止機械制板時焊盤與導線之間斷開,在焊盤和導線之間進行補淚滴操作。為了增大地線面積,降低地線阻抗,使信號傳輸穩(wěn)定,降低電磁輻射干擾,增強PCB的電磁兼容性,對地線進行覆銅。補淚滴與地線覆銅后的結果如圖9－17所示。圖9－17補淚滴與地線覆銅后的PCB圖

5)設計規(guī)則檢查與三維視圖預覽

PCB布線完成后對PCB進行設計規(guī)則檢查,如果在設計規(guī)則檢查過程中發(fā)現有違規(guī)的地方,將會在信息窗口中羅列出來,我們可以根據信息窗口中的提示信息進行整改。如果PCB通過了設計規(guī)則檢查,我們可以觀看PCB的三維視圖,在PCB生產之前對PCB的外觀進行預覽。單片機開發(fā)板的三維視圖如圖9－18所示。如果上述結果符合預期,就可以考慮進行PCB打樣試生產了。圖9－18單片機開發(fā)板的三維視圖

6)制造輸出

前面我們設計了一塊PCB,接下來將根據PCB文件,生成制造文件(Gerber文件),最后將Gerber文件交付PCB生產廠商,由廠商生產加工PCB。另外,我們可以根據原理圖生成元件清單,根據清單采購元器件。

4.單片機開發(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開發(fā)板的裝配與焊接了,焊接后的單片機開發(fā)板如圖9－19所示。圖9－19單片機開發(fā)板實物圖

任務9－2完成單片機開發(fā)板的使用和程序的下載

任務目的設計一段單片機開發(fā)板的自檢程序,并將其下載至單片機STC89C52,對單片機開發(fā)板進行測試。任務準備設備及軟件:萬用表、計算機、KeilμVision4軟件、Proteus軟件。材料:單片機開發(fā)板、USB電纜。

任務實施

1.任務分析

自檢程序根據單片機開發(fā)板的硬件電路進行設計,盡量實現單片機開發(fā)板各部分硬件的檢測功能,如LED流水燈電路的檢測、數碼管檢測、按鍵檢測等。單片機開發(fā)板下載程

序只需接一條USB電纜,在電腦上裝好驅動程序,下載編程燒錄軟件即可。

2.實現方法

1)安裝PL2303驅動

根據計算機的操作系統(tǒng)選擇合適的PL2303驅動進行安裝,驅動安裝后將單片機開發(fā)板通過USB電纜連接至計算機的USB接口,此時可打開設備管理器,查看端口,發(fā)現端口比之前多了一個COM端口(顯示ProlificUSBtoSerialCommPort(COM*),其中“*”是一個隨機的數字),說明驅動安裝成功。

2)安裝STCISP下載編程燒錄軟件

可在宏晶科技的網站http:///下載最新版本的STCISP編程燒錄軟件。

3)單片機開發(fā)板自檢程序設計

任務9－3用自增運算控制8位LED的流水花樣1

任務目的用自增運算控制P1口8位LED的流水花樣,采用單片機開發(fā)板驗證程序的運行情況。任務準備設備及軟件:萬用表、計算機、KeilμVision4軟件、Proteus軟件。材料:單片機開發(fā)板、USB電纜。

任務實施

1.任務分析

只要送到P1口的數值發(fā)生變化,P1口8位LED點亮的狀態(tài)就會發(fā)生變化?？梢韵葘⒆兞康某踔邓偷絇1口延時一段時間,再利用自增運算使變量加l,然后將新的變量值送到P1口并延時一段時間,即可使8位LED的閃爍花樣不斷變化。

2.程序設計

任務9－48位LED的流水花樣2

任務目的設計一段程序實現8位LED逐漸點亮,首先點亮一個LED,之后逐漸增加點亮的LED數量,采用單片機開發(fā)板驗證程序的運行情況。任務準備設備及軟件:萬用表、計算機、KeilμVision4軟件、Proteus軟件。材料:單片機開發(fā)板、USB電纜。

任務實施

1.任務分析

可以先聲明一個變量并將其初值賦值為0xfe,目的是使P1.0端口外接的LED先點亮。將變量送到P1口,再將變量左移1位為下一個LED同時點亮做準備,延時一段時間,

不斷循環(huán)即可實現8位LED逐漸點亮。

2.程序設計

3.硬件試驗

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,通電運行即可看到實驗結果。

任務9－58位LED的流水花樣3

任務目的設計一段程序實現8位LED逐個點亮,同一時刻只有一個LED點亮,采用單片機開發(fā)板驗證程序的運行情況。任務準備設備及軟件:萬用表、計算機、KeilμVision4軟件、Proteus軟件。材料:單片機開發(fā)板、USB電纜。

任務實施

1.任務分析

首先聲明一個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LED點亮做準備。延時一段時間以便人的眼睛能夠分辨清楚,不斷

循環(huán)即可實現8位LED逐個點亮。同一時刻只有一個LED點亮。

2.程序設計

硬件試驗

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,通電運行即可看到實驗結果。

本章小結

本章以單片機開發(fā)為例簡單介紹了電路原理圖設計、PCB設計的一般過程;簡單介紹了單片機開發(fā)板的使用與程序下載。要掌握好單片機技術,還需要同學們多思考多實踐。

習題

一、填空題1.PL2303芯片的功能是：（）．2.單片機AT89C51片內集成了（）KB的FLASHROM,共有（）個中斷源。3.2位十六進制數最多可以表示（）個存儲單元。4.當CPU訪問片外的存儲器時,其低8位地址由（）口提供,高8位地址由（）口提供,8位數據由（）口提供。

二、選擇題

1.STC89C52是以下哪個公司的產品?()

A.IntelB.宏晶科技C.AtmelD.Philips

2.MCS51系列單片機屬于()體系結構。

A.馮諾依曼B.普林斯頓C.哈佛D.圖靈

3.AT89C