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52单片机最小系统设计摘要：本次设计为制作以AT89C52为核心的单片机最小系统，用于扩展I/O口。此系统含有单片机工作的最基本组成单元——电源电路、复位电路和振荡电路。另外，还有3×4矩阵键盘、液晶显示电路和RS232串口电路以及用于扩展功能的四排与I/O端口相连的插孔。关键字：单片机最小系统矩阵键盘液晶显示一、方案设计1.设计方案思路要想让单片机正常工作则必需给单片机提供必要的外围电路，电源电路为其提供能量，振荡电路为其内部寄存器提供必要的时钟信号，复位电路让单片机从初始状态工作，这些都是单片机正常工作所必不可少的。而诸如液晶显示电路、矩阵键盘……这些外围电路则丰富了单片机的扩展功能，RS232串口电路为单片机程序的下载提供了串口。2.设计框图123456ABCD654321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:19-Jul-2013SheetofFile:D:\Protel\Examples\电子兴趣小组.ddbDrawnBy:电源模块复位电路振荡电路矩阵键盘液晶显示电路RS232串口电路AT89C52液晶显示电路RS232串口电路图1：设计框图二、电路设计2.1各模块介绍2.1.1单片机AT89C52模块AT89C52：8位单片机是MSC-51系列产品的升级版，有世界著名半导体公司ATMEL在购买MSC-51®设计结构后，利用自身优势技术——（掉电不丢数据）闪存生产技术对旧技术进行改进和扩展，同时使用新的半导体生产工艺，最终得到成型产品。与此同时，世界上其他的著名公司也通过基本的51内核，结合公司自身技术进行改进生产，推广一批如51F020等高性能单片机。AT89C52片内集成256字节程序运行空间、8K字节Flash存储空间，支持最大64K外部存储扩展。根据不同的运行速度和功耗的要求，时钟频率可以设置在0-33M之间。片内资源有4组I/O控制端口、3个定时器、8个中断、软件设置低能耗模式、看门狗和断电保护。可以在4V到5.5V宽电压范围内正常工作。不断发展的半导体工艺也让该单片机的功耗不断降低。同时，该单片机支持计算机并口下载，简单的数字芯片就可以制成下载线，仅仅几块钱的价格让该型号单片机畅销10年不衰。根据不同场合的要求，这款单片机提供了多种封装，本次设计根据最小系统有时需要更换单片机的具体情况，使用双列直插DIP-40的封装。123456ABCD654321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:19-Jul-2013SheetofFile:D:\Protel\Examples\电子兴趣小组.ddbDrawnBy:P101P112P123P134P145P156P167P178RESET9RDX/P3010TXD/P3111INT0/P3212INT1/P3313T0/P3414T1/P3515WR/P3616RD/P3717X218X119GND20P2021P2122P2223P2324P2425P2526P2627P2728PSEN29ALE/P30EA/VP31P0732P0633P0534P0435P0336P0237P0138P0039VCC4089C52U1Z89C52图2：DIP-40封装89C52引脚图2.1.2电源模块本系统的电源部分采用了集成稳压器7805、7905、7812和7912分别输出±5V和±12V的直流电压，原理图如下;1234ABCD4321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:19-Jul-2013SheetofFile:D:\Protel\Examples\电子兴趣小组.ddbDrawnBy:IN1GND2OUT3T17805IN1GND2OUT3T27905IN1GND2OUT3T37812IN1GND2OUT3T47912123J13+18V-18V-5V+12V-12VC9104C191000uf/25VD1LEDR12100KVCCUSB_INC7104C8104C11104C17100uf/25VD2LEDC18100uf/25VD3LEDC20100uf/25VD4LEDR1110KR1010KR13100K1123456S13ZKAIGUANUSB_INVCC图3：多路输出稳压电路2.1.3振荡电路模块振荡电路由一个12M的晶振和两个22pf的电容所组成，原理图如下：123456ABCD654321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:19-Jul-2013SheetofFile:D:\Protel\Examples\电子兴趣小组.ddbDrawnBy:C1422pfC1322pfY112M图4:震荡电路原理图2.1.4复位电路模块复位电路是维持单片机最小系统运行的基本模块。复位电路通常分为两种：上电复位和手动复位。123456ABCD654321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:19-Jul-2013SheetofFile:D:\Protel\Examples\电子兴趣小组.ddbDrawnBy:C1R1VCCRST123456ABCD654321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:19-Jul-2013SheetofFile:D:\Protel\Examples\电子兴趣小组.ddbDrawnBy:C1610UFK1RESR910KRSTVCC图5.1:上电复位图5.2:手动复位有时系统在运行过程中出现程序跑飞的情况，在程序开发过程中，经常需要手动复位。所以本次设计选用手动复位。AT89C52系列大片级为高电平复位，在复位引脚RST上接一电容到VCC，再接一电阻到GND，由此形成一个RC充放电路。2.1.53×4矩阵键盘模块矩阵键盘是在要求按键不多是的一种简易键盘设计。与编码键盘相比，矩阵键盘不需要专门的编码芯片，从而成本低，设计简单，用简单的面包板即可搭成。缺点是占用单片机端口较多，而且编程实现行扫描列扫描比较占用资源。键盘的原理是在一端接入高电平，用单片机一个端口去检测按键另一端的电平，另一端也是高电平时，说明按键被按下。3×4矩阵键盘，分为3行4列，在每列加高电平，然后用程序控制行扫描和列扫描，判断具体哪个按键被按下。由于本身键盘的特点，再设计程序是需要加入消除抖动处理。1234ABCD4321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:19-Jul-2013SheetofFile:D:\Protel\Examples\电子兴趣小组.ddbDrawnBy:P101P112P123P134P145P156P167P178J1jianpanS1KEYS2KEYS3KEYS4KEYS5KEYS6KEYS7KEYS8KEYS9KEYS10KEYS11KEYS12KEYP11P12P13P14P15P16P17图6：矩阵键盘原理图2.1.6液晶显示模块本系统设计了两个液晶模块，一个是1602液晶，另一个是12864液晶，1602液晶只能显示字符，不能显示汉字，12864液晶既可以显示字符，又可以显示汉字，还可以显示图片，它既能进行串行数据接受与传送，又能进行并行数据接受与发送，大部分12864液晶在出厂时背光度已经调好，所以设计时没加不加调节背光度的电位器。1234ABCD4321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:19-Jul-2013SheetofFile:D:\Protel\Examples\电子兴趣小组.ddbDrawnBy:VCCVCCR110KP11P12P10P14P15P16P17123J3VCCGND1VCC23RS4R/W5E600701802903100411051206130714PSB1516/RST1718VCC19GND20J2Z12864M0M1M2M3VCC1234ABCD4321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:19-Jul-2013SheetofFile:D:\Protel\Examples\电子兴趣小组.ddbDrawnBy:VCCVCCR210KP10P11P12P17P16P15P14GND1VCC2VL3RS4R/W5E6D07D18D29D310D411D512D613D714VCC15GND16J6Z1602M0M1M2M3VCC图7.1：液晶12864图7.2：液晶16022.1.7串口通信模块本系统采用PL2303芯片用作PC与单片机的通信。该器件作为USB/RS232双向转换器，一方面从主机接收USB数据并将其转换为RS232信息流格式发送给外设；另一方面从RS232外设接收数据转换为USB数据格式传送回主机。USB转串口主芯片模块主要由三部分组成，分别是USB转串口芯片PL2303、PL2303工作晶振和PL2303外围电路。123456ABCD654321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:19-Jul-2013SheetofFile:D:\Protel\Examples\电子兴趣小组.ddbDrawnBy:TXD1DTN_N2RTS_N3VDD_2324RXD5RI/N6GND7VDD8DSR_N9DCD_N10CTS_N11SHTN_N12EE_CLK13EE_DATA14DP15DM16VDD_3_317GND_3V318RESET19VDD20GND21TRI_MODE22LD_MODE23VCC_PLL24GND_PLL25PLL_TEST26OSC127OSC228PL2302U2ZPL2303小R310KR410KR510KR618R718R81KC2104C4104C1222C1522VCC1D-2D+3GND45566USBJ17P30USB_IN123J4C5104P31图8：串口通信电路2.2设计软件Prorel2.2.1软件简介Protel公司于80年代末推出了Protel——电子行业的CAD软件，由于最初在国内普及率较高，所以发展较好，大多数公司中低频电路设计都采用此软件。早期的版本主要用于印刷版自动布线。后来推出著名的Protel99se,能够在Windows9X/XP下运行。2.2.2Protel电路设计及布线基本规则该软件简单易学，了解了基本规则以后就可以进行电路板设计。主要掌握内容包括：原理图连线、元件库熟悉、元件库制作、元件封装选取、pcb图生成、印制板规则设置、印制板走线、元器件摆放。规则设置和印刷版走线比较难掌握。在布线时主要遇到的几个问题包括①设置线宽（＞12mil）；②设置过孔大小；③设置铺铜与走线的距离（＞10mil）；④版面的安排。三、最小系统Protel制图3.1原理图部分3.1.1原理图简介根据课程设计要求及实际情况，本次设计原理图包括八部分：AT89C52、3×4矩阵键盘、12864和1602液晶显示、复位电路、时钟电路、电源、串口通信电路（整图见附录1）。整个设计过程中，主要工作量在于电路设计、制作元件库、元件命名、封装正确合适选取。通过几天的努力，基本完成了设计目标。3.1.2最小系统能实现的基本功能最小系统设计了供电电路及接口，下载线通过并口下载端口连接计算机，在计算机上装入与此单片机匹配的下载软件，即可对单片机进行程序编写。如果发现程序运行问题，可按下复位重新开始运行。程序编写需按照8M晶振所提供的时钟周期。写入扫描键盘程序，可以读出键盘操作，在液晶显示器中显示。3.2印刷版部分3.2.1印刷版制作过程由于单片机及其他元件引脚较多，单层板难以实现，所以使用双层板，方便走线。先对元件进行基本的摆放，再对照原理图进行细致的安排。摆放元器件考虑实际电路特性以及美观、实用性。准备工作做完以后，需要对印刷版规则进行设置。然后进行连线。连线尽量整齐，并考虑线长对系统的影响在布线过程中不断调整元件位置和元器件封装，由于元件封装遵循的规则与对于一些与规则有冲