电子信息专业毕业论文STC单片机试验板设计

1、XX丈禽XX燈陀毕业设计（论文） 设计说明书设计（论文）题目：STC单片机实验板设计学生： 专业： 班级： 指导教师: 设计日期:XX大学XX学院毕业设计（论文）任务书毕业设计（论文）题目:STC单片机实验板设计原始资料：要求设计一个基于51单片机实验板。要求实验板采用STC系列51单片 机为核心，系统应包括51单片机的最小系统，简单键盘，矩阵键盘，led流 水灯，8位数码管显示，1602液晶显示，模数A/D转换，继电器驱动， EEPR0M存储器，DS1302实时时钟，蜂鸣器十大基本功能模块。配合C或汇 编程序可以完成以上模块的基本实验要求。模块可采用整板设计或采用分体 模块板设计。要求设计所

2、有模块硬件线路，protel99SE绘制电路图。编写各模块的基 本应用程序，要求一个模块至少一个演示程序。编程语言可采用汇编或 C51o进度允许可设计其他扩充模块，如DA转换，步进电机控制。测温模 块，12864液晶显示灯功能。可绘制线路板图制成成品。毕业设计（论文）主要内容：1. 各模块的硬件电路设计及原理介绍。2. 各模块演示程序清单，框图，原理分析。3. 单片机编程软硬件工具的使用方法。4. 软硬件调试方法及经验教训总结。5总结和展望主要参考文献:51单片机编程51单片机C程序设计 PR0TEL99SE入门与提高 PR0TEL99SE高级应用进度安排：学生须提交的文件:论文程序源代码 电

3、路原理图专业班级学生设计（论文）工作起止日期指导教师签字日期专业（系）主任签字日期STC单片机实验板设计摘要单片机即单片微型计算机，是把中央处理器、存储器、定时/计数器、输入输出接 口都集成在一块电路芯片上的微型计算机。随着微电子技术的全面发展，单片机的性能改善迅速，在运算、逻辑控制、智 能、替换和扩大电路组成的测量、用数字逻辑电路控制电路、基本操作等方面表现出 了突出的优势，应用非常广泛。本文利用89S51芯片开发出的一块有较多功能的单片机实验板，介绍了基于 89S51单片机模版的设计过程，并在51单片机的基础上设计了多个供他人学习的实 验，诸如：LED流水灯、四位数码管的显示、矩阵键盘控制

4、（4*4）、蜂鸣器控制、 A/D转换器、继电器控制等实验。在学期设计51单片机实验板不仅要了解单片机的原理、除此之外，模拟电路、数 字电路逻辑、PORTEL软件等也需要了解和掌握。要从硬件软件的结合上理论联系实 际，提高动手能里，以熟练掌握单片机的应用。关键词：微电子技术；89S51芯片；数字逻辑电路；数码管5THE HARDWARE AND SOFTWARE DESIGN OF 51SINGLE-CHIP MICROCOMPUTER EXPERIMENTAL BOARDABSTRACTA microcontrlller (or MCU ) is a computer-on-a-chip 11

5、 is a type of microprpcessor emphasizing selg-sufficiency and cost-effectiveness, in contrast to s general-purpose microprocessor (the kind used in a PC )With the development at full speed of the microelectric technique ,the performance of the one-chip computer improves rapidly.dermonstrate the outs

6、tanding advantage in the operation, logic control, intelligent respect replaced and enlarged the measuring that the circuit made up ,control circuit by digital logical circuit .operation originally to a great extent, use very extensively.This article is developed a single-chip board has more featuis

7、e by using a 89S51 chip It introduces a templace-based 89S51 single chip experimengtal design experimengts,such as led down lights, A/D converters, replay control experiniengtsTo study the design of piate 51 not only to understand the principle of single-chip, in addition , analoh circuits, digital

8、logic circuits, PROTEL software and so on is need to have Study the combination of hardware and sofeware from theory with practices, enhance the practical ability in order to fully grasp the SCM application.Keywords： microelectric technique; 89S51 single chip; digital logic ciruite; digital tube目录摘要

9、IABSTRACTII第一章绪论11.1设计背景11.2设计要求11.3设计分析11.3.1硬件部分系统分析11.3.2软件设计分析2第二章单片机概述42单片机和PC机比较42.2单片机的基本结构42.3 51系列及52系列单片机4第三章单片机最小系统模块103.1单片机最小电路图103.2单片机最小系统结构10第四章各种芯片的介绍134.1 LED 灯134.2温度传感器DS1820 134.3 MAX232 芯片164.4 CD4094 芯片164.5 24C16 芯片174.6 DS1302 芯片174.7蜂鸣器介绍184.8数码管18第五章硬件电路原理图与程序205功能模块一 LED流

10、水灯205.l LED流水灯205.2 LED闪烁灯245.1.3键盘控制小灯245.2功能模块二四位数码管显示控制265.2.1 LED 数码管265.2.2七段码LED数码管的工作方式265.2.3硬件电路图及程序265.3功能模块三简单按钮控制305.4功能模块四矩阵键盘控制315.5功能模块五单片机与PC机串行通信（MAX232） 365.6功能模块六A/D转换385.7功能模块七蜂鸣器实验415.8功能模块八24C16实验425.9扩展功能模块一 P3输出控制继电器实验445.10扩展功能模块二温度传感器18B2046第六章电源模块486.1直流电源486.2 7805稳压电路486

11、.3 USB 电源49第七章 编程器与PROTEL的使用516.4编程器516.5 PROTEL99SE53第七章设计总结55第八章参考文献56致谢57附录一整幅电路原理图58附录二外文翻译59第一章绪论1.1 设计背景单片机，亦称单片微型计算机。它是把中央处理器（CPU）、只读存储器 （ROM）.随机存储器（RAM）、输入/输出端（I/O）等主要计算机功能部件都集成 在一块电路芯片上的微型计算机。纵观我们现在生活的各个领域，从导弹的导航装 置，到飞机上各种仪表的控制，从讣算机的网络通讯与数据传输，到工业自动化过程 的实时控制和数据处理，以及我们生活中广泛使用的各种智能IC卡、电子宠物等，这

12、些都离不开单片机。单片机技术无疑将是21世纪最为活跃的电子应用技术之一，由于 AT89S51在ROM和RAM容量都有所增加以及功能特性的更加完善，为了方便学习 51单片机，我做了基于AT89S51的单片机多功能实验板。1.2 设计要求开发可以常用51单片机实验的线路板，线上集成常用的实验元件，设计的实验板 具备8个发光二极管、四个八段数码管、8个独立键盘。设计的实验板具备蜂鸣器、 继电器、液晶。实验板具备时钟电路与复位电路。设计岀电源模块、9针串。设计出 存储器模块与模数转换模块。同时针对外接设备保留接口。通过改变单片机内部程 序，配合相应元件完成各项单片机实验。要求有成品的线路板。论文中包含

13、各项实验 的指导书。1.3 设计分析1.3.1硬件部分系统分析单片机实验板的设计主要包括六部分，即单片机最小系统模块、电源模块、输入 模块、输出模块、存储模块、串行通信模块。单片机应用系统是以单片机为核心，有 硬件部分和软件部分组成，配以一定的外圉电路和软件，能实现某儿种功能的应用系 统。硬件是系统的基础，软件则是在硕件的基础上对其合理的调配和使用，从而完成 应用系统所要完成的任务。一般来讲，应用系统所要完成的任务不同，相应的的硬件 配冒和软件配置也就不同，因此，单片机应用系统的设计应包括硬件和软件设计两大 部分。一个单片机应用系统的硕件设计包括两大部分内容：一是单片机扩展部分设计。 它包括存

14、储器扩展和接口扩展。存储器的扩展指EPROM, EEPROM和RAM的扩 展，接扩展指8255, 8155, 8279以及其他功能器件的扩展。二是各功能模块的设计。 如信号测量功能模块，信号控制功能模块，人机对话功能模块，通信功能模块等，根 据系统功能要求配置相应的A/D，D/A,键盘，显示器，打印机等外围设备。在进行相应系统的硬件设计时，首要问题是确定电路的总体方案，并需进行详细 的技术论证。所谓的硕件电路的总体设计，即是为实现该项U全部基本功能所需要的 所有硬件的电气连接原理图。就硬件系统来讲，电路的各个部分都是紧密相关，互相 协调的，任何一部分电路考虑不充分，都会给其他部分带来难以预料的

15、影响，轻则是 系统整体结构受破坏，重则导致硬件总体大返工，山此造成的后果是可想而知的。所 以设计者不要吝啬在总体方案上的时间，从时间上看，硬件设讣的绝大部分工作量往 往在最初方案的设计阶段，一个好的设计方案往往会有事半功倍的效果。在硕件设计 的过程中要用到PROTEL99SE和Keiluvision4等辅助设计软件，先用PROTEL将硬件 电路原理图画好，然后将原理图转换为PCB图，检查无误将元件焊接到PC板上就完 成了硬件设计。1.3.2 软件设计分析当系统设计定型后，软件的任务也就明确了。系统中的应用软件是根据系统功能 要求设计的。一般来讲，软件的功能可分为两大类：一类是执行软件；另一类是

16、监控 软件。一个单片机实验板经过总体设计，硬件设计，软件设计，仿真，制板。元件安装 后，在系统的程序存储器中放入编制好的程序，系统即可运行。为了能调试程序，检 查硕件，软件运行状态，从而进行多次仿真调试。在本实验中，为了方便检查软硬件 的正确，我首先用面包板搭建硕件电路，然后利用串与PC机连接，再确认软件程序 无误的前提下验证硕件电路的连接是否正确，反之，在硬件电路连接正确的情况下， 也可以验证程序设计是否正确。单片机实验板的设计步骤如下：(1)总体设计；(2)硬件设计;(3)软件设计；(4)仿真调试；(5)制板，元件安装。35图1-1单片机软件开发流程图第二章单片机概述2. 1单片机和PC机

17、比较表2-1单片机和PC机比较PC机单片机单价高低功能名单一体积大小到不能再小内存以百兆计2KB-8KB操作环境Windows > Linux自行发展标准输出CRT或LCD屏幕LED或七段显示器标准输入键盘鼠标数个按键常用的控制程序VB 或 VC汇编语言或C语言使用单片机做设计，主要可以降低硬件成本，通常适合设计小型而且较简单的控 制系统，日常生活中常会接触到的自动化设备，凡是具有智能控制功能的，通常产品 都是用单片机做设计的。另外一些工业自动化控制及电动玩具也都大量使用单片机。2. 2单片机的基本结构计算机的五个组成部分：运算器：用与实现算术和逻辑运算。计算机的运算和处理都在这里进行；

18、控制器：是计算机的控制指挥部件，使计算机各部分等自动协调工作；存储器：用于存放程序和数据；输入设备：用于将程序和数据输入到计算机；输出设备：用于把讣算机数据计算或加工后的结果以用户需要的形式显示或保 存。2. 3 51系列及52系列单片机AT89S51是一个低功耗，高性能CMOS 8位单片机，片内含4k Bytes ISP(In- system programmable)的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，器件釆用 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

19、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具有如下特点：40个引脚，4k Bytes Flash片内程序存储器，128 bytes的 随机存取数据存储器（RAM） , 32个外部双向输入/输出（I/O） , 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，看门狗 （WDT）电路，片内时钟振荡器。此外，AT89S51设计和配置了振荡频率可为0Hz并可通过软件设置省电模式。空 闲模式下，CPU暂停工作，而RAM定时计数器，串行，外中断系统可继续工作，掉 电模式冻结振荡器而保存RAM的数据，停止芯片其它功能直至外中

20、断激活或硬件复 位。同时该芯片还具有PDIP、TQFP和PLCC等三种封装形式，以适应不同产品的需 求。1. 主要特性： 8031 CPU 与 MCS-51 兼容4K字节可编程FLASH存储器（寿命：1000写/擦循环）全静态工作：0Hz-33MHz三级程序存储器保密锁定 128*8位内部RAM32条可编程I/O线两个16位定时器川数器6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2. 管脚说明：VCC：供电电压GND：接地PO： P0为一个8位漏极开路双向I/O 口，每脚可吸收8个TTL门电流。当P1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，

21、它可以被 定义为数据/地址的第八位。在FLASH编程时，P0作为原码输入，当FLASH进行校 验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。Pl： P1是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O 口，P1缓冲器能接收输岀4TTL 门电流。P1管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1被外部下拉为低电平 时，将输出电流，这是曲于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1作为第八 位地址接收。P2： P2为一个内部上拉电阻的8位双向I/O 口，P2缓冲器可接收，输出4个TTL 门电流，当P2被写“1叩寸，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的管脚被外部拉低，将输出电流。

22、这是山于内部上拉的缘故。P2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输出地址的高八位。在给出 地址“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输 出其特殊功能寄存器的内容。P2在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制 信号。P3： P3管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O 口，可接收输出4个TTL 11电流。 当P3写入后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉 为低电平，P3将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。P3.0 RXD （串行输入）P3.1 TXD （串行输出）P3.2 /INTO （外部中断0）P3.3

23、/INT1 （外部中断1）P3.4 T0 （记时器0外部输入）P3.5T1 （记时器1外部输入）P3.6/WR （外部数据存储器写选通）P3.7/RD （外部数据存储器读选通）P3同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。I/O作为输入时有两种工作方式，即所谓的读端与读引脚。读端时实际上并不从外 部读入数据，而是把端锁存器的内容读入到内部总线，经过某种运算或变换后再写回 到端锁存器。只有读端时才真正地把外部的数据读入到内部总线。上面图中的两个三 角形表示的就是输入缓冲器CPU将根据不同的指令分别发出读端或读引脚信号以完成 不同的操作。这是山硕件自动完成的，不需要我们操心，1然后再实行读引脚操作

24、， 否则就可能读入出错，为什么看上面的图，如果不对端置1端锁存器原来的状态有可 能为0Q端为0QA为1加到场效应管栅极的信号为1,该场效应管就导通对地呈现低阻 抗，此时即使引脚上输入的信号为1,也会因端的低阻抗而使信号变低使得外加的1 信号读入后不一定是lo若先执行置1操作，则可以使场效应管截止引脚信号直接加 到三态缓冲器中实现正确的读入，曲于在输入操作时还必须附加一个准备动作，所以 这类I/O 口被称为准双向口。89C51的P0/P1/P2/P3作为输入时都是准双向口。接下来 让我们再看另一个问题，从图中可以看出这四个端还有一个差别，除了 P1外P0、 P2、P3都还有其他的功能。RST：复

25、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。ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的低 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 岀的脉冲或用于定时的。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SFR的8EH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。/PSEN：外部程序

26、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。/EA/VPP :当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（ 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，此间内部程序存储器。在FLASH编程期间，此 引脚也用于施加12V编程电源（VPP） oXTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。XTAL2：来目反冋振荡器的输出。AT89SXX系列单片机实现了 ISP下载功能，故而取代了 89CXX系列的下载

27、方 式，也是因为这样，ATMEL公司已经停止生产89CXX系列的单片机，现在市面上 的AT89CXX多是停产前的库存产品。AT89S52低功耗高性能CMOS 8位单片机，片内8k Bytes ISP（In-systemprogrammable）的可反复擦写1000次的FLASH只读序存储器，器件釆用 ATMEL公司之高密度、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，片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。单芯片 上，拥有8位CPU及在系统可编程FLASH,使AT89S52为众多嵌入式控制应用系统 提供高灵活、超有效之解决方案。AT89S52之

28、特点：40个引脚，8k Bytes Flash片内程序存储器，256 bytes的随机存取数据存储器（RAM） , 32个外部双向输入/输出（I/O） , 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，看门狗 （WDT）电路，片内时钟振荡器。XTAL1xtaCT张三三三三三P1尸 I XP3S口口*二三二二EA/Vjp 丽一 ale/TO图2-1单片机各端口示意图P08位漏极开路之双向I/O 口。作为输出，每位能驱动8个TTL逻辑电平。对P0端写时，引脚用作高阻抗输入。访问外部程序和数据存储器时，P0亦被作为低8位地址/数据复用。在这种模式下，P0不具有内

29、部上拉电阻。在FLASH编程时，P0亦用来接收指令字节；在程序校验时，输出指令字节。程序校验时，需外部上拉电阻。P1有内部上拉电阻的8位双向I/O 口，P1输岀缓冲器能驱动4个TTL逻辑电 平。对P1端写“1”时，内部上拉电阻把端拉高，此时可作输入用。作为输入使用 时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（Iil） o对P1端写“1” 时，内部上拉电阻把端拉高，此时可作输入用。作输入用时，被外部拉低的引脚因内 部电阻，将输出电流（皿）。此外，P1.0及P1.2分别作定时器/计数器T2之外部计数 输入（P1.O/T2）及时器/计数器T2之触发输入（P1.1/T2EX）,详见表2-2所示

30、。在 flash编程及校验时，P1接收低8位地址字节。表2-2 P1 口引脚第二功能引脚号第二功能P1.0T2 （定时器/计数器T2的外部计数输入），时钟输出P1.1T2EX （定时器/计数器T2的捕捉/重载触发信号和方向控制）P1.5MOSI （在系统编程用）P1.6MISO （在系统编程用）P1.7SCK （在系统编程用）P2有内部上拉电阻的8位双向I/O 口，P2输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电 平。对P2端写“1”时，内部上拉电阻把端拉高，此时可作输入。作输入用时，被外 部拉低的引脚因内部电阻，将输岀电流（IIL） o在访问外部程序存储器或用16位地 址读取外部数据存储器（例如执行MO

31、VX DPTR）时，P2送出高八位地址。在这种 应用中，P2用很强的内部上拉发送1。在用8位地址（如MOVX RI）访问外部数据 存储器时，P2输出P2锁存器之内容。在FLASH编程及校验时，P2亦接收高8位地 址字节及一些控制信号。P3有内部上拉电阻的8位双向I/O 口，P3输岀缓冲器能驱动4个TTL逻辑电 平。对P3端写“1”时，内部上拉电阻把端拉高，此时可用作输入。作输入用时，被 外部拉低的引脚因内部电阻之原因，将输出电流（IIL） o P3亦作为AT89S52特殊功 能（第二功能）用，如表23所示。在FLASH编程及校验时，P3亦接收些控制信 号。此外，P3亦接收些用于FLASH闪存编

32、程及程序校验的控制信号。表2-3 P3 o第二功能端引脚第二功能P3.0RXD（串行输入）P3.1TXD（串行输出）P3.2INTO（夕卜中断0）P3.3INT1 （外中断1）P3.4TO（定时/计数器0）P3.5T1 （定时/计数器1）P3.6WR（外部数据存储器写选通）P3.7RD（外部数据存储器读选通）RST复位输入。振荡器工作时，RST引脚有两个机器周期以上高电平将使单 片机复位。ALE/PROG访问外部程序存储器或数据存储器时，ALE （地址锁存允许）输 出脉冲用于锁存地址的低8位字节。一般，ALE仍以时钟振荡频率的1/6输出固定之 脉冲信号，故它可对外输出时钟或用于定时LI的。需注

33、意：每当访问外部数据存储器 时将跳过一个ALE脉冲。对FLASH存储器编程期间，该引脚亦用于输入编程脉冲 （PROG） o若必要，可通过对特殊功能寄存器（SFR）区中的8EH单元的DO位置 位，可禁止ALE操作。该位置位后，只有一条MOVX及MOVC指令方能将ALE激 活。此外，该引脚会被微弱拉高，单片机执行外部程序时，应设置ALE禁止位无效。PSEN 程序储存允许（PSEN）输出是外部程序存储器之读选通信号， AT89S52由外部程序存储器取指令（或数据）时，每个机器周期两次PSEN有效，即 输出两个脉冲，在此期间，当访问外部数据存储器，将跳过两次PSEN信号。EA/VPP外部访问允许，要C

34、PU仅访问外部程序存储器（地址为0000H- FFFFH） , EA端须保持低电平（接地）。需注意：若加密位LB1被编程，复位时内 部会锁存EA端状态。若EA端为高电平（接Vcc端），CPU则执行内部程序存储器 之指今。FLASH存储器编程时，该引脚加上+12V的编程允许电源Vpp,当然这须是该器 件是使用12V编程电压Vpp。XTAL1振荡器反相放大器及内部时钟发生电路之输入端。XTAL2振荡器反相放大器之输出端。第三章单片机最小系统模块3. 1单片机最小电路图单片机最小系统单片服小祭X1X2RERD恋P00P01器P04P05需器器益需VCCGNDRXDTXD1 伽01234 56 7IX

35、 11 IX Tx 1A 11 11 1A Au PPPPPPPPB T T3$38360 12343?32jvcc图3-1单片机最小系统图3. 2单片机最小系统结构要使单片机工作起来，最基本的电路的构成为注意：1）EA/VP（31 脚）接+5V2）电源电路：向单片机供电。单片机电源：AT89S51单片机的工作电压范圉：4.0V5.5V,所以通常给单片机外接5V直流 电源。连接方式为VCC（40脚）：接电源+5V端VSS（20脚）：接电源地端。3）时钟电路：单片机工作的时间基准，决定单片机工作速度。时钟电路就是振荡 电路，向单片机提供一个正弦波信号作为基准，决定单片机的执行速度。AT89S51

36、单 片机时钟频率范围：0 33MHz。时钟电路连接图如下：-IC130PY1| 晶振I IXTAL2图3-2振荡电路图XT AllAT89S51C230t)3、复位电路：确定单片机工作的起始状态，完成单片机的启动过程。单片机接通电源时产生复位信号，完成单片机启动，确定单片机起始丄作状态。 手动按键产生复位信号，完成单片机启动，确定单片机的初始状态。通常在单片机工作出现混乱或“死机呻寸，使用手动复位可实现单片机“重启”。vccU1vcc?10?n?L3?L4pi.iPl.2?1.3XIll.O59xSI- 21001312151913 T" 1733p33口vccrc3|IObFR:P

37、l.4P1.6(MK0)P1.7(SCK)P3.3.INT1P32INT0P3.5T1P3.4T0 瓯VPPXTAL1XTAL2RSTP3.7.RDP3.6 転?cpc?c?c?c?cPCpo.P2P2.P2.P2.P2.P2.P2.P2.39353736353433322122232425262728P3.0.RXDP3.1.-TXD§ ALEPROGUPSEN89 5111图3-4 89S51单片机最小系统?2.1222P2.6=5T7RXD第四章各种芯片的介绍4. 1 LED 灯发光二极管（light emitting diode, LED）,是一种把电能变成光能的特种器件,当

38、电 流通过它的时候，便可以产生可视的光。发光二极管的结构主要由PN结芯片，电极 和光学系统构成。我们知道，发光是一种能量转化现象。当系统受到外界激发后，会 从稳定的低能态跃迁到不稳定的高能态；当系统山不稳定的高能态重新回到稳定的低 能态时，能量差以光的形式辐射出来，就会产生发光现象。当在PN结上加以正向电 压之后，P区的空穴注入至N区，N区的电子注入至P区，相互注入的电子与空穴相 遇后即产生复合，这些少数载流子在结的注入和复合中产生辐射而发光。它是自发辐 射发光，不需要较高的注入电流产生粒子数反转分布，也不需要光学谐振腔，发射的 是非相干光。4. 2温度传感器DS1820美国DALLAS公司生

39、产的单线数字温度传感器DS1820,可把温度信号直接转换成 串行数字信号供微机处理。由于每片DS1820含有唯一的硅串行数i：玄所以在一条总线 上可挂接任意多个DS1820芯片。从DS1820读出的信息或写入DS1820的信息，仅需 要一根线（单线接）o读写及温度变换功率来源于数据总线，总线本身也可以向所挂 接的DS1820供电，而无需额外电源。DS1820提供九位温度读数，构成多点温度检测 系统而无需任何外围硬件。1、DS1820的特性单线接：仅需一根线与MCU连接无需外围元件由总线提供电源测温范围为55°C75°C,精度为05°C九位温度读数 A/D变换时间为

40、200ms用户自设定温度报警上下限，其值是非易失性的报警搜索命令可识别哪片DS1820超温度限2、DS1820引脚及功能DS1820的引脚见图4-1 （PR35封装）°GND：地；DQ：数据输入/输出脚（单线接，可作寄生供电）；VDD：电源电压；II |.卜IX?(IGNI) l)Q VDI)2图1 DS 1820的PR33封装图 4-1DS1820 的 PR35 封装3、DS1820的工作原理DS1820的内部结构如图4-1所示。山图4-2可知，DS1820由三个主要数字器件组 成：©64bit闪速ROM；温度传感器；非易失性温度报警触发器TH和TLo 64bit 闪速R

41、OM的结构如下：gbit检魏CRC4M血序列才 »bii王厂优码(10H)MSBIB MSB LSB 3WSHLSB图4-2 DS1820的内部结构它既可寄生供电也可山外部5 V电源供电。在寄生供电情况下，当总线为高电平 时，DS1820从总线上获得能量并储存在内部电容上，当总线为低电平时，由电容向 DS1820 供电。DS1820的测温原理：内部计数器对一个受温度影响的振荡器的脉冲讣数，低温时 振荡器的脉冲可以通过门电路，而当到达某一设置高温时振荡器的脉冲无法通过门电 路。计数器设置为55°C时的值，如果计数器到达0之前，门电路未关闭，则温度寄存 器的值将增加，这表示当前

42、温度高于-55°Co同时，计数器复位在当前温度值上，电路 对振荡器的温度系数进行补偿，计数器重新开始计数直到回零。如果门电路仍然未关 闭，则重复以上过程。温度表示值为9bit,高位为符号位，其结构如下：MSBLSBp| i i o | a j i 1 | 1 | o 符号位此数代表-25吨IS) 4-3位结构图对DS1820的使用，多采用单片机实现数据采集。处理时，将DS1820信号线与单 片机一位线相连，单片机可挂接多片DS1820,从而实现多点温度检测系统。系统对DS 1820的操作以ROM命令和存储器命令形式出现。ROM命令代码及其含义： READROM命令代码33H:如果只有

43、一片DS1820,可用此命令读出其序列 号，若在线DS1820多于一个，将发生冲突。 MATCHROM命令代码55H:多个DS1820在线时，可用此命令匹配一个给 定序列号的DS1820,此后的命令就针对该DS1820o SKIPROM命令代码CCH:此命令执行后的存储器操作将针对在线的所有 DS1820o SEARCHRDH命令代码F0H:用以读出在线的DS 1820的序列号。 ALARMSEARCH命令代码ECH:当温度值高于TH或低于TL中的数值 时，此命令可以读出报警的DS1820o存储器操作命令代码及其含义WRITESCRATCHPAD命令代码4EH:写两个字节的数据到温度寄存器。

44、READSCRATCHPAD命令代码BEHJ：读取温度寄存器的温度值。 COPYSCRATCHPAD命令代码48H:将温度寄存器的数值拷贝到EERAM 中，保证温度值不丢失。CONVERT命令代码44H:启动在线DS1280做温度A/D转换。 RECALL EE命令代码B8H:将EERAM中的数值拷贝到温度寄存器中。 READPOWERSUPPLY命令代码B4H:在本命令送到DS1280之后的每一 个读数据间隙，指岀电源模式：“0”为寄生电源；“1”为外部电源。DS1820单线通信功能是分时完成的，它有严格的时隙概念。因此系统对DS1820 的各种操作必须按协议进行。操作协议为：初始化DS18

45、20 （发复位脉冲）一发ROM 功能命令一发存储器操作命令一处理数据。各种操作的时序图如图4-4和图4-5所 示。4温度检测系统原理及程序流程图温度检测系统原理图如图4-5所示，采用寄生电源供电方式。为保证在有效的 DS1820时钟周期内，提供足够的电流，我们用一个MOSFET管和89C51的一个I/O （P1.0）来完成对DS1820总线的上拉。当DS1820处于写存储器操作和温度A/D变换 操作时，总线上必须有强的上拉，上拉开启时间最大为lOnso采用寄生电源供电方 式时VDD必须接地。由于单线制只有一根线，因此发送接收必须是三态的，为了操 作方便我们用89C51的P1.1作发送Tx.Pl

46、.2作接收Rx。通过试验我们发现此种方法可 挂接DS1820数十片，距离可达到5 0米，而用一个时仅能挂接10片DS1820,距离 仅为20米。同时垓由于读写在操上是分开的缘故不存在信号竞争问题。DS1&20等捋田1他Tx产生场冲 60- 240IX*1 / T图4初始化时.申图4-4初始化时序主机 Ki Mm 480s78VC51DS162ODS IS20P1 .0j r" |” 1 1PI. 1升GW L -4vf)D 屮.；1P1.1作输出口用栩肖于ThP1.21PI.2作轴人口用相当于趾6图4-5釆用寄生电源供电的DS1820温度检测系统I3S182O9无论是单点还是

47、多点温度检测，在系统安装及工作之前，应将主机逐个与DS1820 挂接，读出其序列号。其工作过程为：主机Tx发一个脉冲，待“0”电平大于480 u S后，复位DS1820,待DS182O所发响应脉冲由主机Rx接收后,主机Tx再发读ROM 命令代码33H （低位在前）,然后发一个脉冲（15us）并接着读取DS1820序列号的 一位。用同样方法读取序列号的56位。对于系统的DS182O操作的总体流程图如图6 所示。它分三步完成：系统通过反复操作，搜索DS1820序列号；启动所有在线 DS182O做温度A/D变换；逐个读出在线DS182O变换后的温度数据。主机启动温度 变换并读取温度值的详细流程；主机

48、写入存储器数据详细流程图如8所示。当有更多 的检测点需要测温时，可利用89C51的其它进行扩展。同时，也可利用89C51的串行 通信（RXD, TXD）与上位计算机进行通信，从而构成微机温度测量系统网。4. 3 MAX232 芯片MAX232芯片是MAXIM公司生产的低功耗、单电源双RS232发送/接收器1适用 于各种EIA-232E和V.28/V.24的通信接1MAX232芯片内部有一个电源电压变换器，可 以把输入的+5V电源变换成RS-232C输出电平所需±10V电压，所以采用此芯片接的串 行通信系统只要单一的+5V电源就可以1MAX232外围需要4个电解电容Cl、C2、 C3、

49、C4,是内部电源转换所需电容1其取值均为1 UF/25V1宜选用袒电容并且应尽量 靠近芯片1C5为0.1 nF的去耦电容1MAX232的引脚T1IN、T2IN. R1OUT、R2OUT 为接 TTL/CMOS 电平的引脚 1 引脚 T1OUT、T2OUT、R1IN、R2IN 为接 RS-232C 电 平的引脚1因此TTL/CMOS电平的T1IN、T2IN引脚应接MCS-51的串行发送引脚 TXD;R1OUT、R2OUT应接MCS-51的串行接收引脚RXD1与之对应的RS-232C电平 的T1OUT、T2OUT应接PC机的接收端RD：R1IN、R2IN应接PC机的发送端TD1。4.4 CD409

50、4 芯片CD4094是带输出锁存和三态控制的吊入/并出高速转换器，具有使用简单、功 耗低、驱动能力强和控制灵活等优点。CD4094的引脚定义：其中1脚为锁存端，2脚为串行数据输入端，3脚为串 行时钟端。1脚为高电平时，8位并行输岀Q1Q8在时钟的上升沿随串行输入而变 化:1脚为低电平时，输出锁定。利用锁存端可方便地进行片选和级联输出控制。 15脚为并行输出状态控制端，15脚为低电平时，并行输出端处在高阻状态，在用 CD4094作显示输出时，可使显示数码闪烁。9脚QS、10脚QS是吊行数据输出 端，用于级联。QS端在第9个串行时钟的上升沿开始输出，QS端在第9个串行时钟 的下降沿开始输出。当CD

51、4094电源为5V时，输出电流大于3.2mA,灌电流为1mA。串行时钟频率 可达 2.5MHz o4.5 24C16 芯片CAT24WC16是一个16K位串行CMOS E2PROM 即其含2048个字节， CATALYST公司的先进CMOS技术实质上减少了芯片电压要求，CAT24WC16有一个 16字节页写缓冲器，这种芯片经由FC总线控制，有一个串行写的保护功能。这个写周期时间是从一个有效写时序的停止条件到内部编程/擦写周期结束。在这 个写周期期间，总线电路不使能，SDA保持为高电平，芯片没有应答信号。24C16A1、A2WPA3SCLGNDSDA图4一6管脚配置SCL： $行时钟。CAT24

52、WC16串行时钟输入引脚用于时钟把所有数据传送到外部芯片，这是一个 输入引脚。SDA：串行数据/地址。CAT24WC16双向串行数据/地址引脚用于传送数据到外部芯片，SDA引脚是一个 开漏输出。AO、Al、A2：芯片地址选择。这些输入脚用于多个芯片时设置芯片地址，当这些脚悬空时有效值为0o当使用24WC16最大只有一个芯片连接，所有地址引脚AO. AK A2都是没有连 接，引脚可以连接到Vss或悬空。WP：写保护。如果WP引脚连接到Vcc,所有内存变成写保护（只能读）。当WP引脚连接到 Vss或悬空，允许芯片进行读/写操作。4. 6 DS1302 芯片DS 1302是DALLAS公司推出的吊行

53、接实时时钟芯片。它既能提供实时时钟，乂 把关键的数据位存储于RAMo DS1302用于数据记录。特别是对某些具有特殊意义的 数据点的记录上，能实现数据与出现该数据的时间同时记录，因此广泛应用于测量系 统中。芯片使用简单，外部连线少，在智能化仪表及自动化控制领域中具有广泛用 途。其主要特点是：简单三线串行I/O 口接；2.5-5.5V的电压工作范围；与TTL兼容 （Vcc=5V）时；实时时钟包括秒、分、小时、日、月、年等信息；可选涓流充电方 式；工作电源和备份电源双引脚输岀入；备份电源可山大容量电容来代替。4.7蜂鸣器介绍-）蜂鸣器的介绍1. 蜂鸣器的作用蜂鸣器是一种一体化结构的电子讯响器，采用

54、直流电压供电， 广泛应用于计算机、打印机、复印机、报警器、电子玩具、汽车电子设备、电话机、 定时器等电子产品中作发声器件。2. 蜂鸣器的分类 蜂鸣器主要分为压电式蜂鸣器和电磁式蜂鸣器两种类型。3蜂鸣器的电路图形符号，蜂鸣器在电路中用字母“H”或“HA” （旧标准用 “FM”、“LB”、“JD” 等）表示。（二）蜂鸣器的结构原理1. 压电式蜂鸣器 压电式蜂鸣器主要由多谐振荡器、压电蜂鸣片.阻抗匹配器及 共鸣箱、外壳等组成。有的压电式蜂鸣器外壳上还装有发光二极管。多谐振荡器山晶 体管或集成电路构成。当接通电源后（1515V直流工作电压），多谐振荡器起振，输出 l525kHZ的音频信号，阻抗匹配器推动压电蜂鸣片发声。压电蜂鸣片山铠钛酸铅或 規镁酸铅压电陶瓷材料制成。在陶瓷片的两面镀上银电极，经极化和