(精品)单片机精品LED发光二极管、四位一体数码管、四个独立按键等显示和中断(2013年优秀毕业设计)

摘要摘要 当前，在世界范围内，一个以微电子技术，计算机和通信技术为先导的， 以信息技术和信息产业为中心的信息革命方兴未艾。单片机技术的应用渗透到 我们生活的各个领域，几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。因此，单片 机的学习、开发与应用是电子信息类专业学生的基本技能之一，论文所开发的 单片机实验系统无疑是学习、使用、开发单片机的有效工具之一。 本电路包括 LED 发光二极管、四位一体数码管、四个独立按键等显示和中 断等部分。可以做流水灯、数码管显示、中断操作等实验。电路硬件主要包括 AT89S51 单片机、AT24C02、MAX232、RS232 以及 USB 接口等部分。 本课题是在汇编基础上的改进与提高，要求有一定的单片机基础。不仅要 有良好的硬件设计基础还需要有软件电路的设计能力。通过软件的运行来验证 硬件的合理性。在本设计中，应遵循从简单到复杂的原则，了解做一个系统的 步骤与过程，以及调试等。 关键词关键词：AT89S51 单片机 实验系统 Abstract A Abstractbstract At present, in the world, a micro-electronic technology, computer and communication technology-led information technology and information industry as the center of the information revolution is rising. Single-chip technology to infiltrate all areas of our lives, which is very difficult to find the area of almost no traces of single- chip microcomputer. Therefore, the single-chip learning, development and application of electronic information professional, one of the basic skills of students, research papers developed by the experimental single-chip system is to learn, use and development of an effective tool for SCM. The circuit including the LED light-emitting diodes, four-in-one digital tube, and so on four separate display and interrupted key parts. Water can do lights, digital display, the experimental interruption of operation. AT89S51 circuit mainly includes single-chip hardware, AT24C02, MAX232, RS232 and USB interfaces and some other. In the compilation of this issue is based on the improvement and increase in demand based on a single chip. Not only a good basis for hardware design also need to have software circuit design capabilities. Run through the software to verify the reasonableness of the hardware. In this design, to be followed from the principle of simple to complex to understand a system of steps and processes, and debugging. Keywords: AT89S51 single chip microcomputer experimental system 目 录 III 目目 录录 摘摘 要要I ABSTRACTII 目目 录录 III 第一章设计要求及各部分电路设计第一章设计要求及各部分电路设计.1 1.1 设计要求：1 1.2 电路设计思路：1 1.3 实验板整体电路设计：1 1.3.1 循环流水灯电路.1 1.3.2 按键中断电路.2 1.3.3 数码管显示电路.2 1.3.4 蜂鸣器电路.3 1.3.5 编程电路.3 1.4 电源：4 第二章第二章 电路设计过程及元器件的简介电路设计过程及元器件的简介.5 2.1 AT89S51 单片机概述.5 2.1.1AT89S51 单片机引脚功能5 2.1.2 主要特性8 2.1.3 单片机的软件及数据如何存放9 2.1.4单片机如何运行程序9 2.1.5CPU 工作过程的介绍 .10 2.1.6 芯片擦除11 2.2 RS-232 的介绍11 2.3USB 的简单介绍12 2.5 MAX232 的简单介绍13 第三章第三章 课题的整体设计电路及其基本原理课题的整体设计电路及其基本原理.15 3.1 电路板设计及其制作15 3.2 电路的基本原理：15 3.3 调试过程：.15 3.4 路问题及解决方法16 致致 谢谢.17 参考文献参考文献.18 附录附录 1:元件清单元件清单.19 附录附录 2：实验源程序：实验源程序20 设计要求及各部分电路设计 1 第一章第一章 设计要求及各部分电路设计设计要求及各部分电路设计 1.1 设计设计要求：要求： (1)电源供电需要+5V 的直流电，供电系统尽量简单，稳定，便于携带。 (2)具有在线下载功能，可以在系统下载编写好的源程序。 不需要把单片机拿到特定的编程器上去烧写程序。 下载后能在线运行。 (3)能够做流水灯，独立按键，中断，数码显示，计时等简单的程序试验。 1.2 电电路路设计设计思路：思路： 课题设计要既能满足设计要求。 因为是给学生设计的，所以又要尽量的设计简单，低成本。 1.3 实验实验板整体板整体电电路路设计设计： ： 仿真模块主要分为流水灯电路、按键中断电路、数码显示电路和继电器与 蜂鸣器电路等。 为运用方便在电路设计制作中把各个模块已经连接在一起。 为扩展电路的应用，在单片机的 4 个 I/O 口上并联一排插槽。 可外接其他的扩展模块。 1.3.1 循循环环流水灯流水灯电电路路 LED 的工作条件是 1.8V 的正向电压，流过的电流为 410mA。 显然不能直接用单片机的口驱动，需在电路中串接限流电阻。 由于单片机 I/O 口的低电平驱动能力较强。 用低电平使发光二极管点亮，高电平熄灭。 用 P1 口的 8 位分别驱动一只 LED（发光二极管） 。 使小灯依次亮灭，反复循环。 在流水灯电路中，电压 VCC 直接接到发光二极管的正极。 有八个二极管分别串连一个电阻后接道单片机的 P1 口的八个端口。 当端口中的某一个或几个输出低电平信号时，相应的二极管就会发光。 当变化的频率达到一定的值，发光二极管就会看起来是在持续的亮。 LED 电路如下，P1 口接发光二极管 毕业设计论文 2 图 1-1 LED 彩灯电路 1.3.2 按按键键中断中断电电路路 外部中断的使用可以分为四步：第一步将中断请求信号加到中断引脚；第 二步中断的初始化，需要对有关的 SFR 进行设置。第三步提供外中断的 入口地 址，用 ORG 伪指令定义，使用转移指令转移到中断服务程序。第四步编写中断 服务程序。将键盘的实验与 外部中断结合起来做，键盘程序采用中断控制扫描 方式，即键盘程序放在外部中断服务程序中实现。 中断扫描方式利用外部中段源，当有键按下时产生中断请求，在中端服务 程序中处理键盘程序。在没有键操作时，CPU 执行正常程序，只在有键操作时 才处理键盘程序，提高了 CPU 的运行效率，克服了程序扫描方式和定时扫描方 式的不足。 在独立式键盘原理图中，+5V 电源接 10K 电阻后连接到 P2.4 到 P2.7，同 时并联到四个开关按键，按键接地，键没有按下时，P2.4P2.7 4 个口都被拉到 高电平，有键按下时，对应的端口被拉低为低电平，这样键的动作被转换成电 平的变化，通过检测 4 个输出口电平的变化就可以确定哪个键按下。本电路还 通过二极管与门电路将按键转变成中断请求信号，加到 P3.2 外部中断 0，用电 容滤波消抖动。 1.3.3 数数码码管管显显示示电电路路 数码管的动态显示电路是单片机应用系统的基本电路之一。 LED 数码管内部由 8 个发光二极管组成，是有发光二极管作为显示字段的 数码型显示器件。根据二极管连接形式的不同分为共阳型和共阴型。COM 为数 码管的公共端，称为数码管的位，a,b,c,d,e,f,g,dp 称为数码管的段，要在数码管 上显示特定的数字或字符，就需要对它的段和位加适当的信号，控制某些二极 管亮，显示所要的数字或字符。一般是通过改变段的信息改变显示内容，通过 设计要求及各部分电路设计 3 位控制数码管的亮灭。用 P0 口作为 4 个数码管段控制信号，P0 口每一位串接 360 欧的限流电阻到数码管，P0 口作为输出时要接上拉电阻，P2 口的低 4 位作 为位控制信号，由于驱动能力有限，通过三极管来推动。 1.3.4 蜂蜂鸣鸣器器电电路路 试验板过程中，继电器或蜂鸣器主要是作为定时外部输出，来控制外部电 路或发出警报。在硬件上采用发光二极管作为外部输出信号指示。这样在功能 上就有所不足。但是也是可以实现程序的功能性硬件仿真。考虑到是学生用电 路板，为降低成本。 1.3.5 编编程程电电路路 编译好的程序下载到单片机中是试验的基础。在下载方面有许多的方式方 法。 方案一：单片机的不断发展，好多的芯片支持在线编程。比如 ATMEL 公 司最近新推出的 AT89SXXXX 系列单片机也提供了一个 ISP 串行接口,让用户能 对内部程序存储器编程。 方案二：编程器可以选择功能比较多的编程器、仿真器，可支持很多的单 片机芯片。但编程器的相对价格都比较高。而且携带不便。 可以选择此类芯片，用在线编程。在仿真电路设计中就把下载电路也一起 设计进来。 下载电路中有许多的设计方案，有并口下载也有串口下载。并口下载电路 比较多，而且电路的性能比较的好，但是并口电路用到的器件比较多，而且其 价格比较高，考虑到成本及学生的使用情况，在本方案中使用串口下载电路。 只需要用 RS232 把电平转换一下即可。 程序就是通过以下三个端口写入到 51 单片机中。下载电路有 RS232、MAX232 及四个 20uf 的电容组成。RS232 与电脑的串口连接，通过 、端子四根数据线连接到 MAX232 的 10、12、13 端。通过电容把 5V 和 12V 的电压进行互转。再由 MAX232 的 端接到 AT89S51 的 678 三个端口。 其他端子的具体连接方式如下图电路。 下面是单片机在线编程连接的电路图，软件可以网上下载。 毕业设计论文 4 图 1-2 在线编程电路 1.4 电电源：源： 方案一：考虑到做实验必须用到计算机，本课题设计的电源部分直接用计 算机上的 USB 接口上的 5 V 电源。这样不但携带方便，而且成本较低，电源的 稳定性也比较好。 方案二 ：课题设计需要 5V 电源。可以直接用实验室的稳压电源，但体积 大，携带不方便。学生课外做试验时不方便。 方案三：可以在市场上买一个，但他们的体积一般的比较大，因而携带不 方便。 电路设计过程及元器件的简介 5 第二章第二章 电路设计过程及元器件的简介电路设计过程及元器件的简介 2.1 AT89S51 单单片机概述片机概述 单片微控制器即是单片机,它不是完成某一个逻辑功能的芯片,而是把一个计 算机系统集成到一个芯片上。概括的讲：一块芯片就成了一台计算机。它的体 积小、质量轻、价格便宜、为学习、应用和开发提供了便利条件。同时，学习 使用单片机了解计算机原理与结构的最佳选择。 特点：一、小巧灵活，成本低，易于产品化，有优异的性能价格比。二、 集成度高，有很高的可靠性，能在恶劣的环境下工作。三、控制功能强。四、 低功耗、低电压，便于生产便携式产品。 作为一个低功耗，高性能 CMOS 8 位单片机 AT89S51，片内含 4k Bytes ISP(In-systemprogrammable)的可反复擦写 1000 次的 Flash 只读程序存储器，器 件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准 MCS-51 指令 系统及 80C51 引脚结构，芯片内集成了通用 8 位中央处理器和 ISP Flash 存储 单元，功能强大的微型计算机的 AT89S51 可为许多嵌入式控制应用系统提供高 性价比的解决方案。 AT89S51 特点：40 个引脚，4k Bytes Flash 片内程序存储器，128bytes 的随 机存取数据存储器（RAM） ，32 个外部双向输入/输出（I/O）口，5 个中断优先 级 2 层中断嵌套中断，2 个 16 位可编程定时计数器,2 个全双工串行通信口，看 门狗（WDT）电路，片内时钟振荡器。 2.1.1 AT89S51 单单片机引脚功能片机引脚功能 图 2-1 AT89S51 结构图 AT89S51 有 PDIP、PLCC、TQFP 三种封装方式，其中最常见的就是采用 40Pin 封装的双列直接 PDIP 封装，外形结构右图。 毕业设计论文 6 芯片引脚的排列顺序为从靠芯片的缺口左边那列引脚逆时针数起，共有 40 个引脚，依次为 1、2、3、4。 。 。40，在单片机的 40 个引脚中，电源引脚 2 根， 外接晶体振荡器根。 (1)、主电源引脚（2 根） VCC(脚 40)：电源输入，接5V 电源 GND(脚 20)：接地线 (2)外接晶振引脚（2 根） XTAL1(脚 19)：片内振荡电路的输入端，反向振荡放大器的输入及内部时 钟工作电路的输入。 XTAL2(Pin20)：片内振荡电路的输出端，来自反向振荡器的输出。 (3)控制引脚（4 根） RST/VPP(Pin9)：复位输入。 当振荡器复位器件时，要保持 RST 脚两个机器周期的高电平时间。 PSEN（Pin29）：外部程序存储器的选通信号。 在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN 有效。但在访问外 部数据存储器时，这两次有效的/PSEN 信号将不出现。 ALE/PROG(Pin30)：地址锁存允许信号 访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。 在 FLASH 编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE 端以不变的频率 周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的 1/6。因此它可用作对外部输出的 脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过 一个 ALE 脉冲。如想禁止 ALE 的输出可在 SFR8EH 地址上置 0。此时， ALE 只有在执行 MOVX，MOVC 指令是 ALE 才起作用。另外，该引脚被略微拉高。 如果微处理器在外部执行状态 ALE 禁止，置位无效。 EA/VPP(Pin31)： /EA 保持低电平时，在此期间为外部程序存储器（0000H-FFFFH） ，不管是 否有内部程序存储器。注意加密方式 1 时，/EA 将内部锁定为 RESET；当/EA 端保持高电平时，此间为内部程序存储器。在 FLASH 编程期间，引脚也用于施 加 12V 编程电源（VPP） 。 (4)可编程输入/输出引脚（32 根） AT89S51 单片机有 4 组 8 位的可编程 I/O 口，分别位 P0、P1、P2、P3 口， 每个口有 8 位（8 根引脚） ，共 32 根。每一根引脚都可以编程，比如用来控制电 电路设计过程及元器件的简介 7 机、交通灯、霓虹灯等，开发产品时就是利用这些可编程引脚来实现我们想要 的功能。 P0 口：8 位双向 I/O 口线，名称为 P0.0P0.7 一个 8 位漏级开路双向 I/O 口的 P0 口，每脚可吸收 8TTL 门电流。当 P1 口 的管脚第一次写 1 时，被定义为高阻输入。P0 能够用于外部程序数据存储器， 它可以被定义为数据/地址的低八位。在 FIASH 编程时，P0 口作为原码输入口， 当 FIASH 进行校验时，P0 输出原码，此时 P0 外部必须被拉高。 P1 口：8 位准双向 I/O 口线，名称为 P1.0P1.7 P1 口为 8 位准双向口，每一位均可单独定义为输入或输出口，当作为输入 口时，1 写入锁存器，Q(非)=0，T2 截止，内上拉电阻将电位拉至“1“，此时该口 输出为 1，当 0 写入锁存器，Q(非)=1,T2 导通，输出则为 0。 作为输入口时，锁存器置 1，Q(非)=0，T2 截止，此时该位既可以把外部电 路拉成低电平，也可由内部上拉电阻拉成高电平，正因为这个原因，所以 P1 口 常称为准双向口。需要说明的是，作为输入口使用时，有两种情况，其一是： 首先是读锁存器的内容，进行处理后再写到锁存器中，这种操作即读修改 写操作，象 JBC(逻辑判断)、CPL(取反)、INC(递增)、DEC(递减)、ANL(与逻辑) 和 ORL(逻辑或)指令均属于这类操作。其二是：读 P1 口线状态时，打开三态门 G2,将外部状态读入 CPU。 P2 口：8 位准双向 I/O 口线，名称为 P2.0P2.7 P2 口为一个内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，P2 口缓冲器可接收，输出 4 个 TTL 门电流，当 P2 口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输 入。并因此作为输入时，P2 口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部 上拉的缘故。P2 口当用于外部程序存储器或 16 位地址外部数据存储器进行存取 时，P2 口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对 外部八位地址数据存储器进行读写时，P2 口输出其特殊功能寄存器的内容。P2 口在 FLASH 编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。 P3 口的电路如图所示， P3 口为准双向口，为适应引脚的第二功能的需要， 增加了第二功能控制逻辑，在真正的应用电路中，第二功能显得更为重要。由 于第二功能信号有输入输出两种情况，我们分别加以说明。 P3 口：8 位准双向 I/O 口线，名称为 P3.0P3.7 口的输入输出及 P3 口锁存 器、中断、定时/计数器、串行口和特殊功能寄存器有关，P3 口的第一功能和 P1 口一样可作为输入输出端口，同样具有字节操作和位操作两种方式，在位操作 模式下，每一位均可定义为输入或输出。 我们着重讨论 P3 口的第二功能，P3 口的第二功能各管脚定义如下： P3.0 串行输入口(RXD) P3.1 串行输出口(TXD) 毕业设计论文 8 P3.2 外中断 0(INT0) P3.3 外中断 1(INT1) P3.4 定时/计数器 0 的外部输入口(T0) P3.5 定时/计数器 1 的外部输入口(T1) P3.6 外部数据存储器写选通(WR) P3.7 外部数据存储器读选通(RD) 第二功能为输出引脚，当作 I/O 口使用时，第二功能信号线应保持高电平， 与非门开通，以维持从锁存器到输出口数据输出通路畅通无阻。而当作第二功 能口线使用时，该位的锁存器置高电平，使与非门对第二功能信号的输出是畅 通的，从而实现第二功能信号的输出。对于第二功能为输入的信号引脚，在口 线上的输入通路增设了一个缓冲器，输入的第二功能信号即从这个缓冲器的输 出端取得。而作为 I/O 口线输入端时，取自三态缓冲器的输出端。这样，不管是 作为输入口使用还是第二功能信号输入，输出电路中的锁存器输出和第二功能 输出信号线均应置“1” 。 2.1.2 主要特性主要特性 主要功能特性： 兼容 MCS-51 指令系统 4k 可反复擦写(1000 次）ISP Flash ROM 32 个双向 I/O 口 4.5-5.5V 工作电压 2 个 16 位可编程定时/计数器 时钟频率 0-33MHz 全双工 UART 串行中断口线 128x8bit 内部 RAM 2 个外部中断源 低功耗空闲和省电模式 中断唤醒省电模式 3 级加密位 看门狗（WDT）电路 软件设置空闲和省电功能 灵活的 ISP 字节和分页编程 双数据寄存器指针 寿命：1000 写/擦循环数据保留时间：10 年 全静态工作：0Hz-24Hz 128*8 位内部 RAM 两个 16 位定时器/计数器 5 个中断源 可编程串行通道 低功耗的闲置和掉电模式 片内振荡器和时钟电路 电路设计过程及元器件的简介 9 2.1.3 单单片机的片机的软软件及数据如何存放件及数据如何存放 编制程序，必须将控制灯的相关数据预先存储，要控制灯闪烁，在单片机 内部有程序存储器和数据存储器，如果内部程序存储器和数据存储器的容量不 够的话，还可以在单片机外部为它扩展，最大我们可以将程序存储器空间总容 量扩大到 64K，将数据存储器在片外再单独扩展 64K，数据存储器的总容量可达 64K 的 89S51 为例。 图 2-2 MCS-51 结构图 2.1.4单单片机如何运行程序片机如何运行程序 到底单片机是如何运行程序的？知道了单片机通过 I/O 口与外设打交道，也 知道了单片机的程序与数据，单片机和其他微机一样，也拥有一个中央处理器 （CPU）, 它是整个单片机的核心部件，是 8 位数据宽度的处理器，能处理 8 位 二进制数据或代码，CPU 负责控制、指挥和调度整个单元系统协调的工作，完 成运算和控制输入输出功能等操作。 它在单片机中的核心地位见图所示。它通 过单片机的内部总线，将单片机内部的各个部分：程序存储器(ROM)、数据存储 器(RAM)、定时/计数器、并行接口、串行接口和中断系统等联系在一起，内部 总线有三种：数据总线，专门用来传送数据信息，地址总线专门用来传送地址 信息，选中各操作单元，控制总线专门用来传送 CPU 各种控制命令，以便 CPU 统一指挥协调工作。完成程序所要执行的各种功能。CPU 执行程序一般包括两 个主要过程：第一，就是从程序存储器中取出指令，指令的地址由 PC 指针提供， 在前面我们已经知道，PC 指针在 CPU 取指后会自动加一，所以 PC 指针总是指 向下一个将要取出的指令代码或操作数。这样，就能保证程序源源不断往下执 毕业设计论文 10 行。第二，就是执指过程，取出的指令代码首先被送到 CPU 中控制器中的指令 寄存器，再通过指令译码器译码变成各种电信号。 2.1.5CPU 工作工作过过程的介程的介绍绍 我们知道了单片机怎样取指、执指，即怎样运行程序了。那么怎样才能保 证 CPU 有序的工作？这就必须提到单片机的两个非常重要的外围电路：单片机 的时钟电路和复位电路。在单片机上面有两个引脚，分别是它的第 18、19 脚， 其功能如下。 脚 19: 时钟 XTAL1 脚，片内振荡电路的输入端。 脚 18: 时钟 XTAL2 脚，片内振荡电路的输出端。 89S51 的时钟有两种方式，一种是片内时钟振荡方式，但需在 18 和 19 脚外 接石英晶体和振荡电容，振荡电容的值一般取 10p30p。另外一种是外部时钟 方式，即将 XTAL1 接地，外部时钟信号从 XTAL2 脚输入。 时钟电路起振后，产生一定频率的时钟信号，单片机的 CPU 在时钟信号的 控制下，就能一步一步完成自己的工作。 振荡周期：单片机外接石英晶体振荡器的周期。如外接石英晶体的频率若 为 12MHz，这其振荡周期就是 1/12 微秒。 状态周期：单片机完成一个最基本的动作所需的时间周期。如扫描一次定 时器 T0 引脚状态所需要的时间。一个状态周期2 个振荡周期。 机器周期：单片机完成一次完整的具有一定功能的动作所需的时间周期。 如一次完整的读操作或写操作对应的时间。一个机器周期6 个状态周期。 指令周期：执行完某条指令所需要的时间周期，一般需要 14 个机器周期， 如 MUL AB 指令是四机器周期指令。一个指令周期14 个机器周期。 单片机工作时，除了需要时钟支持外，还必须有一个初始状态，即单片机 的复位状态。在单片机外部引脚第 9 脚，就是专门给单片机提供复位脉冲的 Pin9: RESET/Vpd 复位信号复用脚，当 89S51 通电，时钟电路开始工作，在 RESET 引脚上出现 24 个时钟周期以上的高电平，系统即初始复位。 初始化后，程序计数器 PC 指向 0000H，P0P3 输出口全部为高电平，堆 栈指钟写入 07H，其它专用寄存器被清“0” 。RESET 由高电平下降为低电平后， 系统即从 0000H 地址开始执行程序。然而，初始复位不改变 RAM（包括工作寄 存器 R0-R7）的状态，89S51 的初始态如表 2.1： 表 2.1 特殊功能寄存器 特殊功能寄存器初始态特殊功能寄存器初始态 ACC00HB00H PSW00HSP07H 电路设计过程及元器件的简介 11 特殊功能寄存器初始态特殊功能寄存器初始态 DPH00HTH000H DPL00HTL000H IPxxx00000BTH100H IE0xx00000BTL100H TMOD00HTCON00H SCONxxxxxxxxBSBUF00H P0-P31111111BPCON0xxxxxxxB RESET/Vpd 还是一复用脚，Vcc 掉电期间，此脚可接上备用电源，以保证 单片机内部 RAM 的数据不丢失。89S51 的复位方式可以是自动复位，也可以是 手动复位，见上图。 2.1.6 芯片擦除芯片擦除 在芯片擦操作中，代码阵列全被写“1”且在任何非空存储字节被重复编程 以前，该操作必须被执行。整个 PEROM 阵列和三个锁定位的电擦除可通过正确 的控制信号组合，并保持 ALE 管脚处于低电平 10ms 来完成。 AT89S51 设有稳态逻辑，可以在低到零频率的条件下静态逻辑，支持两种 软件可选的掉电模式。在闲置模式下，CPU 停止工作。但 RAM，定时器，计数 器，串口和中断系统仍在工作。在掉电模式下，保存 RAM 的内容并且冻结振荡 器，禁止所用其他芯片功能，直到下一个硬件复位为止。 89S51 目前已经成为了实际应用市场上新的宠儿，作为市场占有率第一的 Atmel 目前公司已经停产 AT89C51，将用 AT89S51 代替。89SXX 可以像下兼容 89CXX 等 51 系列芯片。 89S51 在工艺上进行了改进，89S51 采用 0.35 新工艺， 成本降低,而且将功能提升,增加了竞争力。 2.2 RS-232 的介的介绍绍 RS-232 只限于 PC 串口和设备间点对点的通信。RS-232 串口通信最远距离 是 50 英尺。RS-232（ANSI/EIA-232 标准）是 IBM-PC 及其兼容机上的串行连接 标准。可用于许多用途，比如连接鼠标、打印机或者 Modem，同时也可以接工 业仪器仪表。用于驱动和连线的改进，实际应用中 RS-232 的传输长度或者速度 常常超过标准的值。 从计算机连出的线的截面。 RS-232 针脚的功能： 数据： TXD（pin 3）：串口数据输出 毕业设计论文 12 RXD（pin 2）：串口数据输入 RTS（pin 7）：发送数据请求 CTS（pin 8）：清除发送 DSR（pin 6）：数据发送就绪 DCD（pin 1）：数据载波检测 DTR（pin 4）：数据终端就绪 GND（pin 5）：地线 RI（pin 9）：铃声指示 2.3USB 的的简单简单介介绍绍 USB 即“通用串行总线“是一种应用在 PC 中的表型总线，由 Intel、Microsoft、NEC 等公司共同提出，他是一种新型的外接串联口，提出该 规格的厂商希望用 USB 取代现有的外接设备接口，它还具备连接单一化、软件 自动侦测以及热插拔（即插即用）的功能，USB 具有以下特点： 1）数据传输速率高。USB 高速：480Mb/s；USB 全速：12Mb/s；USB 低速： 1.5Mb/s。 2）数据传输可靠。USB 事务处理包括错误检测机制，可以确保数据无错误 发送，在发生错误时，事物处理可以重新进行。 图 2-4 USB 接口供电电路 3）同时挂接多个 USB 设备，每个 USB 总线支持 127 个设备的连接。 4）支持热拔。USB 实现了真正的“即插即用“功能，设备连接后由 USB 自检 测，并且由软件自动配置，完成后立刻就能使用，不需要用户进行干涉。 5）USB 接口能为设备供电。当外界电源要求电压为 5V 且电流小于 500mA 时，可以直接从 USB 总线获取电源，这样，USB 设备无需专用电源线，从而降 低了设备成本。 在本实验只用于 5V 电源的供电。 2.4 AT24C02 的简单介绍 电路设计过程及元器件的简介 13 AT24C02 是美国 ATMEL 公司的低功耗 CMOS 串行 EEPROM，它是内 含 2568 位存储空间，具有工作电压宽（2.55.5V） 、擦写次数多（大于 10000 次） 、写入速度快（小于 10ms）等特点。 下面是它的电路图。 图 2-5 AT24C02 的连接图 AT24C02 的 1、2、3 脚是三条地址线，用于确定芯片的硬件地址。在 AT89C51 试验开发板上它们都接地，第 8 脚和第 4 脚分别为正、负电源。第 5 脚 SDA 为串行数据输入/输出，数据通过这条双向 I2C 总线串行传送，在 AT89C51 试验开发板上和单片机的 P3.5 连接。第 6 脚 SCL 为串行时钟输入线， 在 AT89C51 试验开发板上和单片机的 P3.6 连接。SDA 和 SCL 都需要和正电源 间各接一个 5.1K 的电阻上拉。第 7 脚需要接地。 24C02 中带有片内地址寄存器。每写入或读出一个数据字节后，该地址寄存 器自动加 1，以实现对下一个存储单元的读写。所有字节均以单一操作方式读取。 为降低总的写入时间，一次操作可写入多达 8 个字节的数据。 在读最后一数据字节时，置应答信号为“1” 。 2.5 MAX232 的的简单简单介介绍绍 美信公司专门为电脑的 RS-232 标准串口设计的接口电路,使用+5v 单电源供 电的 MAX232 芯片。 内部结构基本可分三个部分； 第一部分是电荷泵电路。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 RS-232 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。 第三部分是供电。15 脚 DNG、16 脚 VCC（+5v） 。 美信公司生产的用于 RS-232 接口的芯片有好多好多。有各种各样的封装， 毕业设计论文 14 有只有一个通道的，也有多通道的，有底耗电的。 MAX232 片内含有一个电容性电压发生器以便在单 5V 电源供电时提供 EIA/TIA-232-E 电平。是一种双组驱动器/接收器。每个接收器将 EIA/TIA-232-E 电平输入转换为 5VTTL/CMOS 电平。这些接收器具有 1.3V 的典型门限值及 0.5V 的典型迟滞。 每个驱动器将 TTL/CMOS 输入电平转换 为 EIA/TIA-232-E 电平。 实物图及内部结构图如下图所示： 图 2-6 MAX232 的实物图 图 2-7 MAX232 的内部结构图 课题的整体设计电路及其基本原理 15 第三章第三章 课题的整体设计电路及其基本原理课题的整体设计电路及其基本原理 3.1 电电路板路板设计设计及其制作及其制作 图 3-1 整体设计电路图 3.2 电电路的基本原理：路的基本原理： 流水灯电路接单片机的 P1 口。数码管显示电路接 P0 口，采用共阳极数码 管，四个三极管放大器接 P2.0 到 2.3。P2.4 到 2.7 接按键和限流电阻。作为按键 中断电路。另外，他们中间并四个二极管到 12 端口，作为中断源信号。电路设 计好后就可以进行电路的实物制作。编程电路按照模块介绍来连接。继电器和 蜂鸣器分别接 13 和 14 口。外扩数据存储器接到 15 和 16 端口。USB 电源供电 电路要接一下电容滤波及发光二极管指示灯。在二极管前最好串一电阻以分压 和限流。9 端 RST 复位键通过电容后与电源相连。在程序运行时复位键为低电 平，编程时为高电平。 3.3 调试过调试过程：程： 先将电路板 RS232 接口接电脑的九针串口，USB 接口接电脑 USB 接口。发 光二极管亮表示电源接通。 把编译好的软件转变成.HEX 的格式，以便于通过 ISP 在线编程软件下载到 单片机中。把单片机的第九引脚（RST）拉到高电平，此时单片机处 于编程状 态。点击“鉴别”可以鉴别所使用的芯片为 AT89S51。点击“擦除” ，可擦除芯 片中的内容，点击“打开” ，寻找编译好的文件，后缀为.HEX。再点击“写入”, 程序通过串口，经过 MAX232 进行电平转换。转换后的信号通过 P1 口的 1.5，1.6，1.7 下载到单片机中.就将所编译好的文件写入单片机中。成功写入后， ISP 的功能已实现。 毕业设计论文 16 把第九引脚拉到低电平，此时单片机处于运行的状态。在电路板上就可以 看到实验现象。 把不同的程序写入单片机中，分别测试各个部分硬件电路是否可用。测试 各个部分能实现其功能。 3.4 路路问题问题及解决方法及解决方法 1、在编程电路中，由于电路本身的问题，MAX232 的 9，11，12 端与单片 机的 6，7，8 端的距离应尽量短，应在 5 厘米以内。 2、在万能板焊接中应避免短路现象，特别是电源部分。地线和电源线最好 焊一层焊锡，以提高其抗干扰能力。在电路中，一般地线的通电能力应大于电 源线大于导线。 致 谢 17 致致 谢谢 在整个实习期间，曾得到了导师华大龙老师支持和帮助，在此表示衷心的 感谢！ 在做毕业论文中，遇到了很多不明白的问题，一直得到华大龙老师的亲切 关怀和悉心指导，华大龙老师以其渊博的学识、严谨的治学态度、求实的工作 作风和他敏捷的思维给我留下了深刻的印象，所以我一定要向华大龙老师致以 最崇高的谢意! 同时还要感谢淮安信息职业技术学院通信系的老师们，多年以来在学习与 生活上对我的帮助与鼓励，使我能够顺利完成学业。在以后走上工作岗位的时 候，我会时刻铭记你们的教导与关怀。 再次感谢和同一小组的同学们能够将找到的资料与我共享,这种无私的精神 使我的论文完成的进度大大增加,在此也向他们表示深深的感谢! 最后感谢参与过本论文的写作,修改,和审核的所有人,为他们的不辞辛苦与 孜孜不倦的劳作精神表示感谢! 参考文献 18 参考文献参考文献 1 赵文博，刘文淘 语言 C51 程序设计 人民邮电出版社 2 马忠梅 单片机的语言程序设计 北京航天出版社 3 张志良 单片机原理与控制技术 机械工业出版社 4 严势，王洪成 单片机环境 uvision 使用指南及 USB 固件编程与调试 北 京航空出版社 5 何立民 单片机高级教程 北京航空航天大学出版社 6 赵晓安 MCS-51 单片机原理及应用 天津大学出版社 7 李广第 单片机基础 北京航空航天大学出版社 附录 19 附录附录 1:1:元件清单元件清单 元件类别参数个数备注 电阻 360 24 电阻 1.5k 5 电阻 10k 5 电阻 8.2k 1 电阻 10k 24 电容20pF2 电容1043 电容10uF5 电容470uF1 晶振12M1 LED16 按键 5 三极管90125 四位一体共阳数码管1 单片机AT89S511 74LS1641 MAX232 1 RS2321 USB1 二极管41484 附 录 20 附录附录 2 2：实验源程序：实验源程序 本设计主要在于硬件电路的设计及其电路的制作，在软件方面涉及的较少。 在软件方面， 主要用南京伟福来编写一些测试硬件电路的小程序。和其他一些程序应用基 本相同，打开软件后新建文件。编写需要的程序，定义为 ASM 格式的保存。经过汇编成 HEX 格式即可被下载到单片机中。 B1.实验一： LED 循环流水灯实验 本例实验主要用到了延时子程序，clr，lcall，ajmp 指令， 通过轮流点亮 p1.0 P1.7 本实验用 DJNZ 指令编写的延时程序，取一个名称，并在最后加上子程序返回指令，就构 成了一个延时子程序，用它作为循环流水灯的延时子程序，就能实行运行的效果。 ORG 0000H ;开始 LJMP SETUP ORG 0030