41单片机最小系统设计.doc

PAGE  PAGE 14 第4章 单片机最小系统设计制作训练 内容提要 在电子竞赛设计中，单片机作为系统的控制核心广泛应用。本章介绍了单片机最小系统电路板、通用键盘显示电路、液晶显示模块、A/D及D/A转换等单元电路设计及其程序设计。 知识要点： 单片机最小系统，可编程键盘和显示器的接口电路，MDLS点阵字符型液晶显示模块，点阵图形型液晶显示模块，A/D与D/A，程序设计。 教学建议: 本章的重点是掌握单片机最小系统与接口电路的设计与制作。建议学时数为8学时。单片机最小系统在竞赛中可以选用成品。但单片机作为竞赛作品中的核心部件，软件编程训练可以利用单片机开发系统进行培训，通过对单片机最小系统硬件的设计制作，可以使学生加深对单片机的了解。液晶显示模块采用成品，接口电路与程序设计是训练的重点。A/D与D/A等电路需要进行设计制作。设计制作的产品可以作为子系统或者模块保留备用。训练中要求学生完成电原理图、印制板图、装配图、实际制作、电路调试、设计总结报告。 4.1 单片机最小系统设计制作 4.1.1 单片机最小系统电路板硬件设计 单片机最小系统电路板可选用AT89C51、AT89C52等DIP-40封装的单片机作为MCU。系统包括时钟电路，复位电路，扩展了片外数据存储器和地址锁存器。系统还设置了8个并行键盘S1～S4，S6～S9，6个共阳极LED数码管LED1～LED6。系统无需扩展程序存储器，用户可根据系统程序大小选择片内带不同容量闪存的单片机，例如PHILIPS半导体公司推出的P89C66X Flash单片机，其片内Flash ROM容量最大可达64KB。系统还提供基于8279的通用键盘显示电路、液晶显示模块、A/D及D/A转换等众多外围器件和设备接口。单片机最小系统原理框图如图4.1.1所示。最小系统电路原理图如图4.1.2所示。LED数码管和并行键盘电路原理图如图4.1.3所示。 图4.1.1单片机最小系统原理框图 图4.1.2 单片机最小系统电原理图 图4.1.3 LED数码管和并行键盘电路原理图 单片机时钟信电路原理图如图4.1.4所示。在引脚XTAL1和XTAL2跨接晶振Y1和微调电容C5,C6就构成了内部振荡方式，由于单片机内部有一个高增益反相放大器，当外接晶振后，就构成了自激振荡器并产生振荡时钟脉冲。其中Y1是可插拔更换的，默认值是12MHz。 图4.1.4 时钟源 系统板采用上电自动复位和按键手动复位方式。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。其电路原理图如图4.1.5所示。上电自动复位通过外部复位电容C4充电来实现。按键手动复位是通过复位端经电阻和Vcc接通而实现的。二极管用来防止反相放电。 图4.1.5 复位电路原理图 系统板扩展了一片32K的数据存储器62256，如图4.1.6所示。数据线D0～D7直接与单片机的数据地址复用口P0相连，地址的低8位A0～A7则由U15锁存器74LS373获得，地址的高7位则直接与单片机的P2.0～P2.6相连。片选信号则由地址线A15（P2.7引脚）获得，低电平有效。这样数据存储器占用了系统从0X0000H～0X7FFFH的XDATA空间。 图4.1.6数据存储器的扩展 系统板设置了8个并行键盘S1～S4,S6～S9，6个共阳极LED数码管LED1～LED6。其电路原理图如图4.1.2所示。可以看出为了节省单片机的I/O口，在此采用了两片74LS373锁存器U15和U16扩展了8个I/O口。U15用来锁存P0口送出的地址信号，它的片选信号接地，表示一直有效，其控制端C接ALE信号。U16的输出端通过限流电阻R8～R15与数码管的段码数据线和并行键盘相连，用来送出LED数码管的段码数据信号和并行键盘的扫描信号，它的片选信号接地，表示一直有效，其数据锁存允许信号C由CS0～CS6和WR信号经一个或非门74LS02得到（其中CS0～CS5控制LED数码管，CS6控制键盘），这样只有当CS0～CS6中的某一个和WR同时有效且由低电平跳变到高电平时，输入的数据D0～D7即被输出到输出端Q0～Q7。U17为3－8译码器74LS138，通过它将高位地址A15～A12译成8个片选信号CS0～CS7。它的G2,G3端接地，G1接A15，所以A15应始终为高电平，这样CS0～CS7的地址就分别为8000H，9000H，0A000H，0B000H，0C000H，0D000H，0E000H，0F000H。CS0～CS5和WR信号经过一个或非门控制三极管9012的导通，从而控制LED数码管的导通，并且三极管9012用来增强信号的驱动能力。 主要器件如表4.1.1所示： 表4.1.1单片机最小系统