基于STC15F2K60S2单片机开发板设计制作

基于STC15F2K60S2单片机开发板设计制作摘要单片机开发板的介绍单片机开发板是一块电路板和诸多元器件组合在一起供平时的学习、实验、开发等使用;是正式批量生产产品前，对产品进行设计和开发时使用的板子。我们学习单片机，开始是对理论知识的学习，学习了一些指令和相关单片机结构的知识，而单片机开发板就是我们实践的工具，通过开发板我们可以做一些实验，从而掌握所学的知识。打个比较通俗的例子：我们编写的代码是“软件”，而开发板是“硬件”，两者结合才会有用，如果只有代码，只有模拟的实验结果而不经过板子实践是学不好的，也掌握不了单片机。简单概括说开发板实际上就是个多功的实验板，是学习单片机和开发单片机产品的好帮手。上面集成了好多单片的的外围器件，如LED灯、数码管、按键、行列式按键、步进电机、伺服电机、液晶显示等等，利用一个开发板就可以编制不同的程序实现各种各样的功能，不用为了一个实验焊一块电路板了。在开发板上设计、调试好程序，就能方便地移植到产品上，只是有时要作适当的修改，比如端口的设置等，因为毕竟开发板和产品的电路板不可能完全一致的。这样我们就可以通过开发板的使用节省大量的资源，提高我们的学习效率。为我们更好的学习单片机提供一个良好的平台。国内外发展趋势现在可以说是单片机的战国时期，世界上各大芯片制造公司都推出了自己的单片机，从8位、16位到32位，数不胜数，应有尽有，有与主流C51系列兼容的，也有不兼容的，但它们各具特色，互成互补，为单片机的应用提供广阔的天地。纵观单片机的发展过程，可以预示单片机的发展趋势，大致有：1、低功耗CMOS化MCS-51系列的8031推出时的功耗达630mW，而现在的单片机普遍都在100mW左右，随着对单片机功耗要求越来越低，现在的各个单片机制造商基本都采用了CMOS(互补金属氧化物半导体工艺)。像80C51就采用了HMOS(即高密度金属氧化物半导体工艺)和CHMOS(互补高密度金属氧化物半导体工艺)。CMOS虽然功耗较低，但由于其物理特征决定其工作速度不够高，而CHMOS则具备了高速和低功耗的特点，这些特征，更适合于在要求低功耗象电池供电的应用场合。所以这种工艺将是今后一段时期单片机发展的主要途径2、微型单片化现在常规的单片机普遍都是将中央处理器(CPU)、随机存取数据存储(RAM)、只读程序存储器(ROM)、并行和串行通信接口，中断系统、定时电路、时钟电路集成在一块单一的芯片上，增强型的单片机集成了如A/D转换器、PMW(脉宽调制电路)、WDT(看门狗)、有些单片机将LCD(液晶)驱动电路都集成在单一的芯片上，这样单片机包含的单元电路就更多，功能就越强大。甚至单片机厂商还可以根据用户的要求量身定做，制造出具有自己特色的单片机芯片。此外，现在的产品普遍要求体积小、重量轻，这就要求单片机除了功能强和功耗低外，还要求其体积要小。现在的许多单片机都具有多种封装形式，其中SMD(表面封装)越来越受欢迎，使得由单片机构成的系统正朝微型化方向发展。3、主流与多品种共存现在虽然单片机的品种繁多，各具特色，但仍以80C51为核心的单片机占主流，兼容其结构和指令系统的有PHILIPS公司的产品，ATMEL公司的产品和中国台湾的Winbond系列单片机。所以C8051为核心的单片机占据了半壁江山。而Microchip公司的PIC精简指令集(RISC)也有着强劲的发展势头，中国台湾的HOLTEK公司近年的单片机产量与日俱增，与其低价质优的优势，占据一定的市场分额。此外还有MOTOROLA公司的产品，日本几大公司的专用单片机。在一定的时期内，这种情形将得以延续，将不存在某个单片机一统天下的垄断局面，走的是依存互补，相辅相成、共同发展的道路。目录：1单片机最小系统...............................2PC通讯的RS232接口电路.....................................31602LCD显示电路..................................................44位LED数码管显示电路........................................4X4矩阵键盘电路.....................................................5参考文献....................................................................6附件.............................................................................一：单片机最小系统时钟源电路单片机内部具有一个高增益反相放大器，用于构成振荡器。通常在引脚XTALl和XTAL2跨接石英晶体和两个补偿电容构成自激振荡器，结构如图2.1.1中Y1、C16、C17。Y1一般选择12MHZ频率的石英晶体，补偿电容通常选择30pF左右的瓷片电容。图2.1.1复位电路单片机小系统采用上电自动复位和手动按键复位两种方式实现系统的复位操作。上电复位要求接通电源后，自动实现复位操作。手动复位要求在电源接通的条件下，在单片机运行期间，用按钮开关操作使单片机复位。其结构如图2.1.2中R1、R2、C3和S18。上电自动复位通过电容C3充电来实现。手动按键复位是通过按键将电阻R1与VCC接通来实现。二：RS-232总线标准RS-232C总线标准定义了25个引脚的连接器，各引脚的定义如表3-1所示。表RS-232信号引脚定义引脚定义（助记符）引脚定义（助记符）1保护地（PG）13辅助通道允许发送（SCTS）2发送数据（TXD）14辅助通道发送数据（STXD）3接收数据（RXD）15发送时钟（TXC）4请求发送（RTS）16辅助通道接收数据（SRXD）5清除发送（CTS）17接受时钟(RXC)6数据准备好（DSR）18----------------------------------7信号地（GND）19辅助通道请求发送（SRTS）8接收线路信号检测（DCD）20数据终端准备就绪(DTR)9------------------------------21信号质量检测10------------------------------22音响指示(RI)11-------------------------------23数据信号速率选择12辅助通道接收信号检测（SDCD）24发送时钟(TXC)表中定义的许多信号线是为通信业务联系或控制而设置的，在计算机串口通信中主要是用以下一些信号。（1）数据传输信号：发送数据（TXD），接收数据（RXD）（2）调制解调器控制信号：请求发送（RTS），清除发送（CTS）（3）地线：保护地（PG），信号地（GND）Rs-232C总线的其他标准规定如下：（1）RS-232总线标准逻辑电平：+5--+15V表示逻辑“0”，-15、-5表示逻辑“1”，噪声容限为2V。（2）标准数据传输速率：50b/s、75b/s、110b/s、600b/s、1200b/s、4800b/s、9600b/s、19200b/s2.1RS-232C接口电路当51单片机与PC机通过RS-232标准总线串行通信时，由于RS-232信号电平与51单片机信号电平不一致，因此，必须进行信号电平转换。其常用的方法有两种，一种是采用运算放大器、晶体管、光电隔离器等器件组成的电路来实现，另一种是采用专门集成芯片来实现。下面以MAX232专门集成芯片为例来介绍接口电路的实现。2.2MAX232接口电路MAX232芯片的引脚排列图如图6所示：图6MAX232芯片的引脚排列图MAX232的工作电源为单电源，为了满足RS-232电平要求，MAX232内部有一个电压变化电路，与外接的4个1UF的电容一起长生+10V或-10V的工作电源。器件内部还包括2个驱动器、2个接收器，每一个接收器将RS-232电平转换为5VTTL/CMOS电平；每一个发送器将TTL/CMOS电平转换成RS-232电平。要实现多机通讯先要实现单机通讯，再把多个从机按照主从方式连接，再通过软件编程实现多机通讯。单机通讯的传输过程主要分6步完成：1）PC机发出一个RS-232电平信号。2）通过MAX232将信号转化为TTL/CMOS电平信号，以便于单片机接收。3）单片机接收数据，然后通过内部程序将数据处理。4）单片机发送TTL/CMOS电平数据。5）通过MAX232将信号转化为RS-232电平信号，以便于PC机接收。6）PC机接收数据2.3PC机采用DB-25型连接器DB-25连接器定义了25根信号线，分为4组：①异步通信的9个电压信号②20mA电流环信号9个③空6个④保护地1个，作为设备接地端DB-25型连接器如图7所示图7DB-25型连接器引脚排列图单片机与PC机串行通信电路图是由芯片MAX232实现51单片机与PC机串行通信的典型接线图。图中外接电解电容C1,C2,C3,C4用于电源电压变换，提高抗干扰能力，它们可以取相同数值电容1.0uF/16V.其值一般为0.1UF.选择任一组电平转换电路实行串行通信，如图中选T1in,R1out分别与51单片机的TXD，RXD相连，T1out，R1in分别与PC机中RS232接口的RSD，TSD相连，这种发送与接收的对应关系不能连错，则不能正常工作。图用MAX232实现串行通信接口电路三：4*4矩阵键盘4*4矩阵键盘原理每个按键有它的行值和列值，行值和列值的组合就是识别这个按键的编码。矩阵的行线和列线分别通过两并行接口和CPU通信。每个按键的状态同样需变成数字量“0”和“1”，开关的一端（列线）通过电阻接VCC，而接地是通过程序输出数字“0”实现的。键盘处理程序的任务是：确定有无键按下，判断哪一个键按下，键的功能是什么；还要消除按键在闭合或断开时的抖动。两个并行口中，一个输出扫描码，使按键逐行动态接地，另一个并行口输入按键状态，由行扫描值和回馈信号共同形成键编码而识别按键，通过软件查表，查出该键的功能。4*4矩阵键盘电路图及效果图图2.5.14*4矩阵键盘电路图图2.5.24*4矩阵键盘效果图四LCD1602模块液晶显示原理液晶显示的原理是利用液晶的物理特性，通过电压对其显示区域进行控制，有电就有显示，这样即可以显示出图形。液晶显示器具有厚度薄、适用于大规模集成电路直接驱动、易于实现全彩色显示的特点，目前已经被广泛应用在便携式电脑、数字摄像机、PDA移动通信工具等众多领域LCD1602各引脚接口说明表1LCD1602各引脚接口说明编号符号引脚说明编号符号引脚说明1VSS电源地9D2数据2VDD电源正极10D3数据3VL液晶显示偏压11D4数据4RS数据/命令选择12D5数据5R/W读/写选择13D6数据6E使能信号14D7数据7D0数据15BLA背光源正极8D1数据16BLK背光源负极第1脚：VSS为地电源。第2脚：VDD接5V正电源。第3脚：VL为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地时对比度最高，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。第4脚：RS为寄存器选择，高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄存器。第5脚：R/W为读写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。当RS和R/W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R/W为高电平时可以读忙信号，当RS为高电平R/W为低电平时可以写入数据。第6脚：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。第7～14脚：D0～D7为8位双向数据线。第15脚：背光源正极。第16脚：背光源负极。LCD1602模块电路参考文献（References）[1]刘瑞新．单片机原理及应用教程[M]．北京：机械工业出版社，2005.7[2]《无线电》杂志社．无线制作精汇[M]．北京：人民邮电出版社，2005[3]赵亮．单片机Ｃ语言编程与实例