毕业设计论文--基于at89s51单片机实验开发系统设计

毕业设计论文--基于at89s51单片机实验开发系统设计内容摘要：

时钟信号 ；复位电路使单片机恢复初始状态。 键盘电路用于向系 统输入运行参数和控制 系统的运行状态。 通过键盘扫描等程序设计把键盘输入的数据在液晶显示器上显示或把数据发送到 PC机实现串行通信。 LCD 电路用来显示键盘输入的数据和上位机发送到 AT89S51 的数据，其功能也是靠硬件电路的设计和软件程序的结合来实现的 串 行 通信电路主要是为了单片机与上位机之间数据传送而设计的。 各功能模块设计 单片机外围电路 一 、时钟电路 时钟电路用于产生单片机工作所需的时钟信号，时序是指令执行中各信号之间的相互关系。 单片机本身就如同一个复杂的同步时序电路，为了保证同步工作方式的实现，电路应在 唯一的时钟信号控制下严格地按时序进行工作。 在 AT89S51 单片机内部带有时钟电路，因此，只需要在片外通过 XTAL1 和XTAL2 引脚接入定时控制元件 (晶体振荡器和电容 )，即可构成一个稳定的自激振荡器。 在 AT89S51 芯片内部有一个高增益反相放大器，而在芯片的外部， XTAL1和 XTAL2 之间跨接晶体振荡器和微调电容。 AT89S51 的时钟电路如图 所示 ： 河南机电高等专科学校毕业设计 /论文 5 图 AT89S51 的时钟电路 用晶振和电容构成谐振电路。 电容 U1 U13 容量在 15~40pF 之间，大小与晶振频率和工作 电压有关。 但电容的大小影响振荡器的稳定性和起振的快速性，为了提高精度，本实验板采用 30pF 的电容作为微调电容。 在设计电路板时，晶 振、电容等均应尽可能靠近芯片，以减小分布电容，保证振荡器振荡的稳定性。 二 、复位电路 复位是单片机的初始化操作，其主要功能是使单片机从 0000H 单元开始执行程序。 除了进入系统的正常初始化以外，当由于程序运行出错或操作错误使系统 处于死锁状态时，为摆脱困境也需按复位键以重新启动。 AT89S51 芯片内部有复位电路， RST 引脚是复位信号的输入端高电平有效，复位方式有自动复位和手动 复位 两种。 本实验板采用手动复位方式复位。 AT89S51 的复位电路如图 所示 ： 河南机电高等专科学校毕业设计 /论文 6 图 AT89S51的复位电路 当电源刚开始送电瞬间，电容相当于短路， RST 端输入高电平， AT89551 复位。 短路瞬间之后，电容充电， RST 端低电平。 AT89S51 需要复位时，按下手动复位键，电容通过电阻放电，当电容放电结束后， RST 为高电平， AT89551 进入复位状态，松手后，电容充电， RST 端高电位下降， CPU 脱离复位状态。 44 矩阵键盘电路 键盘是人与 AT89S51 联系的重要手段 ，用于向 CPU 输入运行参数和控制系统的运行状态。 键盘电路形式分为直接编码输入键盘和矩阵键盘。 前者接口电路简单，一般应用于需要少量按键的控制系统。 后者因占用 I/O 引脚数少，常被按键较多的控制系统所采用。 本实验板用于学生实验，为了减少键盘电路占用 I/O 引脚数目，将键盘电路设计为 44 矩阵键盘形式。 其中行线作为输入引脚与 P0 口的 ~ 连接，列线作为引脚与 ~ 连接。 实验板的键盘电路如图 所示 ： 河南机电高等专科学校毕业设计 /论文 7 图 实验板的键盘电路 当开始扫描时，首先将行设置低电平，在判 断有键被按下后，读入列状态。 如果列状态出现并非全部为 1 状态，这时 O 状态的列与行相交的键就是被按下的键。 LED 数码管显示电路 LED 数码管是单片机控制系统中最常见的显示器件之一，一般用来显示处理结果或输入 /输出信号的状态。 实验板数码管显示电路如图 所示 ： 图 实验板的数码管显示电路 河南机电高等专科学校毕业设计 /论文 8 本实验板使用了 2 个四位一体的数码显示管，各位数码管的显示通过74HC245 驱动控制，每位数码管的引脚 a、 b、 e、 d、 e、 f、 g、 dp 通过限流排阻、74HC138 和扩展座与 P2 口相连。 流水灯显示电路 流水灯显示电路主要由 8 只发光二极管组成，电路原理图如图 所示 ： 图 实验板的流水灯显示电路 8 只发光二极管的正极通过限流排阻连接电源 +5V，二极管的负极分别通过 74HC245 驱动与单片机 P2 端口连接。 发声模块电路 发声模块电路原理图如图 所示 ： 河南机电高等专科学校毕业设计 /论文 9 图 实验板的发生电路 信号由 引脚进入三极管进行放大，推动蜂鸣器 SPK 发声。 该部分只用 3个元件，三极管型号为 8550，蜂鸣器为微型 压电式。 液晶显示电路 显示器件是实验板中普遍使用的输出器件，较常用的是 LED 数码管和 LCD液晶显示器。 前者仅能显示数据输出，而后者能显示更多，更复杂的字符，如汉字，甚至是图形等。 此实验板采用 LCD1602 作为输出显示器件。 LCD1602 液晶是一款很常用，也很易用的字符液晶。 可以显示 2 行，每行 16 个字符，对比度可调、黄绿色背光。 控制 IC： ST7065/ST7066，电源范围 ~，数据总线 4/8线均可。 实验板液晶显示电路如图 所示 ： 河南机电高等专科学校毕业设计 /论文 10 图 实验板的液晶显示电路 VO 为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地电源时对比度最高，对比度过高时会产生 “鬼影 ”，使用时可以通过一个 10K 的电位器调整对比度。 R/W 读写选择信号与 连接，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。 RS 是数据显示和指令数据选择信号，与 连接。 当 RS 和 RW 共同为低电平时可以写入指令或者显示地址，当 RS 为低电平 RW 为高电平时可以读忙信号，当 RS 为高电平 RW 为低电平时可以写入数据。 E 端为使能端，当 E 端由高电平跳变成低电平时，液晶模块执行命令。 DB0~DB7 是数 据线，分别与 ~连接，用于传送 CPU 发送给显示器的数据、指令等。 LCD1602 引脚特性如表 所示 ： 河南机电高等专科学校毕业设计 /论文 11 表 LCD1602 引脚特性 串行通信电路 AT89S51 中的串行接口能方便地与其他计算机或串行传送信息的外围设备实现双机通信。 此实验板中仅设计与上位机实现数据传送串行通信电路。 RS232C标准规定发送数据线 TXD 和接受数据线 RXD 均采用 EIA 电平，即传送数字 “1”时，传输线上的 电平在 3~15V 之间。 传送数字 “0”时，传输线上的电平在 +3~+l5V之 间。 但单片机串行口采用正逻辑的 TTL 电平，这样就存在 TTL 电平与 EIA 电平之间的转换问题。 因此实验板中采用电平转换芯片 MAX232 与 9 芯 D 插座连接方式。 与 PC 机串行通信电路如图 所示 ： 河南机电高等专科学校毕业设计 /论文 12 图 实验板与上位机的串行通信电路 MAX232 电平转换芯片实现电平转换，仅需外加 4 个 10uF 的电容，即可实现 TTL 电平和 RS232 电平的互换。 在电路设计时， 15lIN、 152IN 引脚中的一个与 AT89S51 中的 TXD ()引脚连接，接收 CPU 发送给 PC 机的数据 ； 1C OUT、2C OUT 引脚中的一个与 9 芯 D 插座中的 RXD(2)引脚连接，发送 15lIN 或 251IN取引脚接收到的数据。 1C IN， 2C IN 引脚中的一个与 9 芯 D 插座中的 T。