林喆 孫清 于瑩瑩

1遼寧裝備制造職業(yè)技術(shù)學(xué)院 （沈陽(yáng) 110161）2沈陽(yáng)藥科大學(xué)高等職業(yè)技術(shù)學(xué)院（沈陽(yáng)110000）

通過(guò)研究單片機(jī)電路設(shè)計(jì)的原理和方法,給出了單片機(jī)開(kāi)發(fā)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。所述的系統(tǒng)采用了STC89C52單片機(jī)，它具有高速和超強(qiáng)抗干擾等的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)，其指令代碼完全兼容傳統(tǒng)51系列單片機(jī)，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)良好的兼容性，并通過(guò)端口的多功能復(fù)用實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的一體化。

1 系統(tǒng)的硬件資源

本系統(tǒng)采用了多功能一體化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，通過(guò)USB接口作為電源進(jìn)行供電，方便使用并且使用靈活。另外，系統(tǒng)還提供了多種開(kāi)發(fā)芯片以及輸入輸出設(shè)備，所采用的芯片主要包括：STC89C52單片機(jī)、TLC549CP模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片、TLC5615CP數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片、DS18B20溫度傳感器、SMOO38紅外接頭、DS1302時(shí)鐘芯片、MAX232CPE通訊芯片、ULN2003達(dá)林頓管、74HC573鎖存器等；輸出設(shè)備主要包括：8位LED燈、八位共陰極數(shù)碼管、8*8點(diǎn)陣、1602液晶屏、蜂鳴器、繼電器、直流電機(jī)和24BYJ48型減速永磁步進(jìn)電機(jī)；輸入設(shè)備主要包括：獨(dú)立按鍵、4*4矩陣鍵盤(pán)、點(diǎn)陣開(kāi)關(guān)和小型遙控器。

2 系統(tǒng)主電路設(shè)計(jì)原理

本系統(tǒng)采用速度快、功耗小、價(jià)格低、容量大、抗干擾能力強(qiáng)的STC89C52單片機(jī)，可直接使用USB轉(zhuǎn)串口線和STC-ISP軟件通過(guò)USB口進(jìn)行程序下載。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，開(kāi)發(fā)系統(tǒng)充分考慮了單片機(jī)的 I/O口功能復(fù)用以及系統(tǒng)的拓展性，所采用的端子和插槽式接口設(shè)計(jì)最大程度上支持了電路的擴(kuò)展，開(kāi)發(fā)系統(tǒng)的主電路如圖 1所示。

圖1 單片機(jī)開(kāi)發(fā)系統(tǒng)主電路

3 系統(tǒng)的主要功能電路設(shè)計(jì)

3.1 數(shù)碼管和點(diǎn)陣的靜/動(dòng)態(tài)顯示

系統(tǒng)使用8個(gè)8段共陰極數(shù)碼管進(jìn)行其靜/動(dòng)態(tài)顯示開(kāi)發(fā)，采用 P2.0-P2.2引腳通過(guò)74HC138譯碼器作為位選通信號(hào)，同時(shí)采用P0.0-P0.7和P3.7引腳控制74HC573鎖存器作為數(shù)碼管段驅(qū)動(dòng)信號(hào)來(lái)進(jìn)行其顯示功能的開(kāi)發(fā)電路，其連接如圖2所示。

為了能夠?qū)δ壳拜^為流行的點(diǎn)陣進(jìn)行靜/動(dòng)態(tài)顯示系統(tǒng)開(kāi)發(fā)，本系統(tǒng)采用指撥開(kāi)關(guān)對(duì)P0口進(jìn)行了可切換設(shè)計(jì)，可將STC89C52的P0.0-P0.7引腳通過(guò)切換開(kāi)關(guān)連接到點(diǎn)陣的行選信號(hào)上，同時(shí)利用 P2口作為列選信號(hào)完成 8*8點(diǎn)陣的靜/動(dòng)態(tài)顯示開(kāi)發(fā)，其電路如圖3所示。

圖2 數(shù)碼管靜/動(dòng)態(tài)顯示開(kāi)發(fā)電路

圖3 點(diǎn)陣靜/動(dòng)態(tài)顯示開(kāi)發(fā)系統(tǒng)電路

3.2 4*4矩陣鍵盤(pán)的輸入

本開(kāi)發(fā)系統(tǒng)中設(shè)計(jì)了一個(gè) 4*4矩陣鍵盤(pán)開(kāi)發(fā)系統(tǒng)并可以通過(guò)數(shù)碼管驗(yàn)證相應(yīng)按鍵所對(duì)應(yīng)的鍵值，同時(shí)執(zhí)行相應(yīng)子程序，其硬件原理如圖4所示。該鍵盤(pán)的行線使用P1.0-P1.3引腳作為輸出線，列線使用P1.4-P1.7引腳作為輸入線。

圖4 4*4矩陣鍵盤(pán)輸入開(kāi)發(fā)系統(tǒng)電路

在開(kāi)發(fā)時(shí)首先將行線全部輸出低電平，此時(shí)讀入列線數(shù)據(jù)，若列線全為高電平則沒(méi)有按鍵被按下，當(dāng)某條列線為低電平時(shí)，則調(diào)用延時(shí)子程序去除按鍵抖動(dòng)并判定低電平是否仍然存在以確定相應(yīng)鍵值。

3.3 步進(jìn)電機(jī)、直流電機(jī)、繼電器驅(qū)動(dòng)電路

本開(kāi)發(fā)系統(tǒng)采用 STC89C52單片機(jī)控制ULN2003集成達(dá)林頓管芯片來(lái)驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)、直流電機(jī)和繼電器。ULN2003為高耐壓、大電流NPN型晶體管陣列，最大驅(qū)動(dòng)電壓為50V，電流500mA，輸入電壓為5V，它是一個(gè)非門電路，包含了七個(gè)單元，每個(gè)單元驅(qū)動(dòng)電流最大可達(dá)350mA。

在本開(kāi)發(fā)系統(tǒng)中使用ULN2003來(lái)驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)、直流電機(jī)和繼電器，系統(tǒng)電路圖如圖 5所示。其中，P1.0引腳與J17端子的第7引腳相連后通過(guò) J16端子使用脈沖調(diào)制編碼驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)；P1.1連接 J17端子的第 6引腳后通過(guò)ULN2003的第 7個(gè)輸出引腳驅(qū)動(dòng)繼電器；P1.3-P1.6引腳分別連接J17的第4、3、2、1引腳來(lái)驅(qū)動(dòng)J18所連接的步進(jìn)電機(jī)。

圖5 步進(jìn)電機(jī)、直流電機(jī)、繼電器驅(qū)動(dòng)開(kāi)發(fā)系統(tǒng)電路

3.4 DS1302實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路

為了能夠進(jìn)行實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路的開(kāi)發(fā)，系統(tǒng)中采用了美國(guó)DALLAS公司推出的一種高性能、低功耗、帶RAM的實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片DS1302電路，它可以對(duì)年、月、日、周日、時(shí)、分、秒進(jìn)行計(jì)時(shí)，具有閏年補(bǔ)償功能，工作電壓為2.5V-5.5V。采用三線接口與單片機(jī)進(jìn)行同步通信，并可采用突發(fā)方式一次傳送多個(gè)字節(jié)的時(shí)鐘信號(hào)或RAM數(shù)據(jù)。

3.5 溫度傳感器、D/A和A/D轉(zhuǎn)換電路

開(kāi)發(fā)系統(tǒng)中設(shè)計(jì)了溫度傳感器 DS18B20，它是單總線式數(shù)字溫度傳感器電路，可以直接將溫度轉(zhuǎn)化成串行數(shù)字信號(hào)，并通過(guò)P3.2引腳輸入單片機(jī)進(jìn)行處理。它的溫度測(cè)量范圍為－55℃-＋125℃，可編程為9-12位A/D轉(zhuǎn)換精度，測(cè)溫分辨率可達(dá)0.0625℃，被測(cè)溫度用符號(hào)擴(kuò)展的16位數(shù)字量方式由與單片機(jī)P3.2引腳相連的DQ引腳進(jìn)行串行輸出。

本開(kāi)發(fā)系統(tǒng)中設(shè)計(jì)了TLC5615CP串行接口D/A轉(zhuǎn)換芯片電路，其輸出為電壓信號(hào)，建立時(shí)間為 12.5 us，最大輸出電壓是基準(zhǔn)電壓值的兩倍，帶有上電復(fù)位功能，即可以把DAC寄存器復(fù)位至全零。在設(shè)計(jì)過(guò)程中分別通過(guò)單片機(jī)的P1.0-P1.2引腳與它的DIN、SCLK和CS引腳相連進(jìn)行通信。

在開(kāi)發(fā)系統(tǒng)中還使用 TLC549CP作為 A/D轉(zhuǎn)換芯片電路，它以8位開(kāi)關(guān)電容逐次逼近的方法實(shí)現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換，其轉(zhuǎn)換速度小于17 us，它能方便地采用三線（CS、I/O、OUT）串行方式與單片機(jī)的P1.3、P1.4和P3.4引腳通信。

系統(tǒng)中所采用的溫度傳感器、D/A和 A/D轉(zhuǎn)換開(kāi)發(fā)系統(tǒng)電路如圖6所示。

4 結(jié)論

理論與實(shí)踐表明，本系統(tǒng)在單片機(jī)應(yīng)用電路的開(kāi)發(fā)與設(shè)計(jì)過(guò)程中具有功能多、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便、價(jià)格便宜、性能穩(wěn)定和低功耗等特點(diǎn)。通過(guò)端子和接口的多功能復(fù)用設(shè)計(jì)有效地增加了系統(tǒng)的可擴(kuò)展性，為單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)與設(shè)計(jì)提供了一種比較理想的方法與解決方案。通過(guò)可更換式單片機(jī)底座，相同的開(kāi)發(fā)系統(tǒng)也可以用于其它類型單片機(jī)應(yīng)用電路的開(kāi)發(fā)與設(shè)計(jì)，因此具有較高的實(shí)用性和推廣價(jià)值。

圖6 系統(tǒng)中所采用的溫度傳感器、D/A和A/D轉(zhuǎn)換開(kāi)發(fā)系統(tǒng)電路

[1]張義和.例說(shuō)51單片機(jī).北京：人民郵電出版社,2008.

[2]STC89C52RC Guide Book.宏晶科技,2006.