智能电子产品设计与制作——单片机技术应用项目教程

书名：智能电子产品设计与制作——单片机技术应用项目教程ISBN：978-7-111-35076-7作者：刘娟出版社：机械工业出版社本书配有电子课件智能电子产品设计与制作——单片机技术应用项目教程ppt课件项目1单片机最小系统的设计与制作项目2霹雳灯的设计与制作项目3自动计数报警器的设计与制作项目4自动演奏简易电子琴的设计与制作项目5单片机双机通信的设计与制作附录智能电子产品设计与制作——单片机技术应用项目教程ppt课件项目1单片机最小系统的设计与制作任务1最小系统主板的设计与制作任务2PROTUES仿真软件的使用与主板调试相关知识1智能电子产品设计与制作——单片机技术应用项目教程ppt课件项目1单片机最小系统的设计与制作表格智能电子产品设计与制作——单片机技术应用项目教程ppt课件任务1最小系统主板的设计与制作1)了解几种典型的单片机产品。2)了解8051CPU的基本结构。3)知道8051CPU的引脚及其封装方式。4)知道8051CPU各引脚的作用。5)知道时钟电路振荡方式及其作用。6)了解单片机复位后的状态。7)掌握单片机最小系统的设计方法。8)熟悉PROTUES仿真软件的使用。1)能选出适合本项目的CPU芯片。2)能根据设计要求设计时钟电路、复位电路、电源电路及接口电路。3)能焊接、制作电路板。智能电子产品设计与制作——单片机技术应用项目教程ppt课件任务1最小系统主板的设计与制作4)会用万用表检测元器件，会调试电路。5)能独立解决在设计与制作中遇到的问题。6)能使用PROTUES仿真软件对设计产品进行仿真。任务1-1分析任务并写出设计方案一、分析任务二、设计方案1.单片机芯片的选择2.时钟振荡电路的设计图1-1时钟振荡电路智能电子产品设计与制作——单片机技术应用项目教程ppt课件任务1最小系统主板的设计与制作3.复位电路的设计图1-2复位电路4.电源电路的设计智能电子产品设计与制作——单片机技术应用项目教程ppt课件任务1最小系统主板的设计与制作图1-3电源电路5.输入/输出端口接线的设计1.为什么要用上面的方案设计项目？2.还有没有其他的设计方案？智能电子产品设计与制作——单片机技术应用项目教程ppt课件任务1最小系统主板的设计与制作1.要想探讨上面的问题，先读一读本项目“相关知识1”的内容。2.用单片机学习网搜索相关知识。任务1-2设计原理图并画出焊接图1.设计最小系统原理图2.画出焊接图1)元器件布局合理，接线端口要便于与外部控制连接。2)不要有过多的跨接线。3)所有电源端要接在一起，所有地端要接在一起。图1-4最小系统仿真原理图智能电子产品设计与制作——单片机技术应用项目教程ppt课件任务1最小系统主板的设计与制作任务1-3制作最小系统主板1.填表表1-1元器件表2.工具1)万用表20块(每小组2人一块)。2)直流稳压电源20台。3)芯片烧录器20个。4)电烙铁40个、焊锡丝若干。智能电子产品设计与制作——单片机技术应用项目教程ppt课件任务1最小系统主板的设计与制作3.制作工艺要求1)输出模块电路布局要合理、美观。2)控制板I/O接线端口的位置要方便与主板接口电路连接。3)焊点要均匀。4)在设计电路板焊接图时，要考虑尽量避免出现跨接线。5)所有接地线都连接在一起，所有电源线也连接在一起。6)焊接时，每一步都要按焊接工艺要求去做。4.制作主板1)选择、测试元器件。2)安装元器件并焊接。5.测试电路板任务1最小系统主板的设计与制作图1-5工具及元器件任务1最小系统主板的设计与制作图1-6主板电路布局参考图任务1最小系统主板的设计与制作表1-2测试记录表任务2PROTUES仿真软件的使用与主板调试1)了解PROTUES仿真软件。2)熟悉用PROTUES仿真软件设计仿真电路的方法。3)熟悉在PROTUES环境下仿真的操作。4)熟悉电路板的调试方法。1)能使用PROTUES仿真软件设计仿真电路。2)能在PROTUES环境下进行仿真。3)能利用适当的测试工具调试主板，完成最小系统主板的设计与制作。任务2-1在PROTUES环境下设计仿真电路图并仿真1.仿真电路图的设计任务2PROTUES仿真软件的使用与主板调试图1-7简单的仿真电路图1)启动PROTUES仿真软件，进入仿真界面，如图1-8所示。任务2PROTUES仿真软件的使用与主板调试2)根据表1-3，在PROTUES元器件库中选择元器件：单击工具栏中的按钮，然后单击“对象选择器”窗口中的对象选择按钮“P”，在“Keywords”框中输入要选的元器件，如输入元器件名称“LED”，在“Results”中找到元器件，然后单击“OK”按钮，如图1-9所示。图1-8PROTUES仿真界面任务2PROTUES仿真软件的使用与主板调试图1-9选择元器件任务2PROTUES仿真软件的使用与主板调试表1-3元器件表任务2PROTUES仿真软件的使用与主板调试图1-10选择电源(“POWER”)3)取出电源和地的接头：单击工具栏中的按钮，任务2PROTUES仿真软件的使用与主板调试选择“对象选择器”窗口中的电源(“POWER”)，如图1-10所示。4)按图1-7所示电路图连线。图1-11元器件编辑窗口任务2PROTUES仿真软件的使用与主板调试图1-12画图工具5)用图1-12所示画图工具中的工具在图中添加文字。6)所有元器件都连接好后，单击“文件”中的“保存”，将电路图保存为名为“指示灯”的文件。2.仿真操作(1)装入文件将可执行文件“P1s2.hex”(该文件可向出版社索要)装入AT89C51CPU中。任务2PROTUES仿真软件的使用与主板调试1)在设计好的电路图上单击AT89C51，弹出图1-13所示的单片机器件编辑界面。图1-13单片机器件编辑界面任务2PROTUES仿真软件的使用与主板调试2)单击“ProgramFile”框中的打开()按钮，进入图1-14所示的选择程序文件界面。图1-14选择程序文件界面任务2PROTUES仿真软件的使用与主板调试3)选择“程序”文件夹中的“P1s2.hex”文件，然后单击“打开”按钮，即可进入图1-15所示的单片机的基本配置界面。4)单击图1-15中的“OK”按钮，即可将可执行文件“P1s2.hex”装入AT89C51CPU中。图1-15单片机的基本配置界面任务2PROTUES仿真软件的使用与主板调试(2)仿真运行1)单击图1-16所示仿真运行界面左下方的运行按钮。图1-16仿真运行界面任务2PROTUES仿真软件的使用与主板调试2)观察指示灯的亮灭。任务2-2烧录程序及软硬件联调1.烧录程序1)将“P1.hex”文件(该文件可向出版社索要)烧录到AT89S51CPU中。①将CPU放在芯片烧录器上并锁定。②将芯片烧录器接上电源。③打开烧录器驱动程序。④单击“Device”→“Select”→选择“AT89S51CPU”。⑤单击“File”中的“Load”，找到保存“P1.hex”文件的文件夹，打开该文件。任务2PROTUES仿真软件的使用与主板调试⑥单击工具栏上的“Program”按钮。这时可看到程序的写入过程，待写入成功后单击“OK”按钮，即将程序写入CPU。2)关闭烧录器的电源，将写好的CPU从芯片烧录器上取出。2.软硬件联调1)将写好的CPU芯片装到主板的CPU插座上。2)拿一只发光二极管，将它的正极端接5V电源，负极端接220Ω电阻的一端，220Ω电阻的另一端插入主板接线口的P1.0线上。3)将主板接上5V电源。4)运行程序，观察二极管的亮灭情况。5)进行电路板测试。6)填写调试记录表，见表1-4。任务2PROTUES仿真软件的使用与主板调试表1-4调试记录表任务2PROTUES仿真软件的使用与主板调试表1-4调试记录表任务2PROTUES仿真软件的使用与主板调试表1-4调试记录表任务2PROTUES仿真软件的使用与主板调试表格1.调试经验1)当发光二极管不能发光时：任务2PROTUES仿真软件的使用与主板调试①查看电源是否接好。②查看地线是否接好。③查看主板31脚是否接上电源。④查看电路控制板是否虚焊。⑤查看发光二极管是否焊接反向，是否已烧坏。⑥用万用表测量一下时钟振荡电路，看是否有振荡信号输出。2)如果电路没有问题，就查看CPU程序烧录是否有问题。2.焊接经验1)发光二极管极性不得接反，一般引线较长的为正极，引线较短的为负极。2)焊接时间应尽量短，焊点不能在引脚根部。3)严禁用有机溶液浸泡或清洗。任务2PROTUES仿真软件的使用与主板调试一、理论题1.何谓单片机？单片机与一般微型计算机相比，具有哪些特点？2.除了单片机这一名称之外，单片机还可以称为什么？为什么？3.微处理器、CPU、单片机之间有何区别?4.计算机的基本结构由哪几部分组成？各部分的作用是什么？5.单片机与微型计算机的区别与相似之处有哪些？6.单片机根据其基本操作处理的位数可分为哪几种类型？7.简述今后单片机的发展方向。8.请列出在生产、生活各个领域中的机电设备等，哪些产品是以单片机为核心的？9.什么是二进制？为什么在数字系统、计算机系统中采用二进制？10.什么是BCD任务2PROTUES仿真软件的使用与主板调试11.为什么要用“十六进制”呢？12.将下列各数按权展开为多项式：(1)110110B13.把下列十进制数转化为二进制、十六进制和8421(1)135.62514.单片机的时钟电路有何用途？起什么作用？15.AT89C5l单片机的时钟周期、机器周期、指令周期是如何设置的？当主频为12MHz时，时钟周期、机器周期和指令周期各等于多少？16.什么时候需要复位操作？对复位信号有何要求？17.使单片机系统复位常见的有哪几种方法？绘出其原理图，复位后特殊功能寄存器的初始值如何？任务2PROTUES仿真软件的使用与主板调试18.开机复位后，CPU19.AT89C51单片机如何进入节电工作方式？如何退出节电工作方式？20.当51系列单片机运行出错或程序陷入死循环时，如何来摆脱困境？21.单片机在工业控制中为什么有时需要工作在低功耗方式？如何设置AT89C51单片机的低功耗工作状态？22.AT89C51系列单片机芯片包含哪些主要组成部分？各有什么主要功能？23.一个十六位二进制整数，若采用补码表示，由4二、设计题任务2PROTUES仿真软件的使用与主板调试图1-17自动计数报警器电路图设计仿真电路图相关知识11-1认识单片机1-1-1单片机的概念1-1-251系列单片机的外形与引脚图1-1851系列单片机的外形相关知识1图1-1951系列单片机的引脚1.电源引脚VCC(40脚)和GND(20脚)相关知识12.时钟电路引脚XTAL1(19脚)和XTAL2(18脚)3.地址锁存允许ALE(30脚)4.外部程序存储器读选通信号(29脚)5.程序存储器地址允许输入端/VPP(31脚)6.复位信号RST(9脚)7.I/O端口引脚P0、P1、P2和P31-251系列单片机的系统结构及内部资源1-2-151系列单片机的系统结构图1-2051系列单片机的系统结构框图相关知识11-2-251系列单片机的内部资源1.CPU(1)运算器电路运算器电路包括ALU(算术逻辑单元)、ACC(累加器)、B寄存器、状态寄存器、暂存器1和暂存器2等部件，运算器的功能是进行算术运算和逻辑运算。(2)控制器电路控制器电路包括程序计数器(PC)、PC加1寄存器、指令寄存器、指令译码器、数据指针(DPTR)、堆栈指针(SP)、缓冲器以及定时与控制电路等。2.定时器/计数器3.存储器4.并行I/O端口5.串行接口相关知识16.中断控制系统7.时钟电路8.总线1-3单片机的工作方式和时钟1-3-1工作方式1.复位电路图1-21上电复位电路相关知识1表1-5部分专用寄存器复位状态2.程序执行方式3.单片机的低功耗方式相关知识1表1-6PCON寄存器格式(1)待机方式将PCON寄存器的IDL位置“1”，单片机则进入待机方式。(2)掉电保护方式将PCON寄存器的PD位置“1”，单片机则进入掉电保护方式。1