完整版单片机硬件电路设计
简析stm32单片机原理及硬件电路设计
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sonix单片机硬件电路设计实例(工程师多年经验总结)
单片机产品设计--功能评估1，先得了解MCU 的功能及每一个管脚的做用(输入口还是输出口或双向口或是其他特殊端口)，确定用什么样的电源输入(变压器或阻容降压)，有无大电流负载及一些安规方面的要求，体积封装大小有无规定。
2，采用电池供电时是否要考虑做一些省电低功耗线路。
3，带检测功能的产品是否用到A/D功能，有无必要用到一些精密参考源，主要针对测量及充电电路，或是可否直接采用RC充放电线路来做模拟量检测, A/D通道转换需要一定的稳定时间，在软件设计时需要作考量。
为了保证每次A/D转换的稳定与正确，最好在每次A/D转换前都重新确定A/D转换通道、A/D转换分辨率、A/D时钟源选择位，而且根据所应用场合对所取得数据进行合理的处理。
A/D转换在硬件设计方面的注意事项：信号源要尽量与A/D转换输入端接近，而且要视芯片输入阻抗添加合适的电容并入信号源输入端。
此外需保证A/D转换基准电压的稳定，模拟地与数字地要分开或隔离。
4，操作时有多少个按键，能否采用跟其他I/O口复用来节少I/O口资源，按键是否要采用唤醒功能，即采用带有唤醒功能的I/O口，按键输入可否采用矩阵扫描,以便节省单片机的I/O口。
5，输出指示能否跟输出控制I/O口复用，这样也可以节省I/O口，但要考虑到输出电流的大小，不能影响负载的正常输出控制。
6，有无精确度要求较高的定时，用来确定采用什么样的振荡源( 晶振，陶振，外部RC及MCU内部RC)。
7，复位电路的选取,I/O口不够时能否采用内部复位, 芯片的上电复位时间与系统电压上升速度，外部振荡器频率、种类及外部Reset 电路造成的delay都有关联。
8，有无显示电路，是LED还是LCD，是否必要采用外挂驱动电路或直接采用I/O口推动，一般采用I/O口推动的 LCD,com口都采用1/2 偏压。
直接用两电阻分压。
9，大电流负载输出采用mos管，继电器还是可控硅控制？当输出为可控硅时，是否采用共地或共电源控制，或是用直接耦合还是用光电耦合，同时得考虑是否要用到到同步信号做一些调速、调光、调功率、调温度等可调的控制功能（同时些交流同步信号也可以做一些定时产品的参考)。
单片机硬件电路设计(一)2024
单片机硬件电路设计（一）引言概述：单片机硬件电路设计在嵌入式系统中起到至关重要的作用。
本文将从五个大点来详细阐述单片机硬件电路设计的相关内容，包括时钟电路设计、电源电路设计、IO口设计、通信接口设计和复位电路设计。
正文：一、时钟电路设计：1. 确定单片机所需的时钟频率2. 选择适当的晶体振荡器并连接到单片机3. 添加适当的外部电容以稳定时钟信号4. 考虑时钟精度和干扰对系统性能的影响5. 调整时钟电路以满足具体应用需求二、电源电路设计：1. 选择适当的电源电压及电流供应方案2. 考虑电源的稳定性和抗干扰能力3. 添加滤波电容和电感以降低电源噪音4. 设计适当的电源电路保护措施5. 调整电源电路以满足功耗和能效要求三、IO口设计：1. 确定所需的IO口数量及类型2. 分配IO口的输入输出功能3. 添加适当的电阻以避免信号干扰4. 考虑IO口的阻抗匹配和电平转换问题5. 调整IO口设计以满足具体外设的连接要求四、通信接口设计：1. 选择适当的通信接口类型（例如UART、SPI、I2C等）2. 设计接口电路以满足通信速率和数据传输要求3. 添加适当的电平转换和电流放大电路4. 考虑通信协议和数据格式的要求5. 调整通信接口设计以满足实际应用需求五、复位电路设计：1. 设计适当的复位电路以确保系统启动时的稳定性2. 添加上电复位电路以保证单片机正确复位3. 考虑复位电路的响应时间和抗干扰能力4. 添加外部复位按钮以人工触发系统复位5. 调整复位电路设计以满足系统的可靠性和可维护性要求总结：单片机硬件电路设计是嵌入式系统开发中非常关键的一环。
本文从时钟电路设计、电源电路设计、IO口设计、通信接口设计和复位电路设计五个大点进行了详细阐述。
合理的硬件电路设计可以提高单片机系统的可靠性、灵活性和适应性，并为后续的软件开发和系统测试提供良好的基础。
利用单片机(FPGA或8086)设计硬件课程设计
压缩算法请自行查阅相关文献 被压缩文件为任意类型的文件 *选做：把多个文件压缩到一个文件中
实验人数：每组限2人（若实现了选做，可
增加为3人）
数学问题和表达式的规则化
数学问题（任选一个）：
1.从键盘输入任意一个不大于99的自然数，将 它表示成连续自然数之和，显示在屏幕上（要 求列出所有可能的序列）。 2.从键盘输入一个含有括号的四则运算表达式， 可能含有多余的括号。编写程序：
编写程序用计算机来模拟投针过程，并计算π 值。要求能任意指定投针次数（<1000000）。 (先查找相关资料及算法)
实验人数：每组限3人
趣味程序设计
趣味程序
编写程序，使得在屏幕上显示一个小方块，然 后以任意角度匀速移动小方块，碰到屏幕边沿 时，根据反射角改变小方块的移动方向。按 Esc键时退出程序。（提示：用图形显示方式， 不要用字符显示方式）
实验人数：每组限1人
用筛法求素数
原理：从n＝2开始，将所有n的倍数做上记号； 再对n后面的素数进行同样的操作；重复这个过程 直到找出所有的素数。最后结束时，凡是未标记 号的数就是素数。 编写程序，求出2～232之间的所有素数，并显示 在屏幕上（数与数之间用逗号分开）。
高级：提示用户输入任意整数区间（最大值不超过 264），求出用户指定区间内的所有素数并显示。
模拟汽车限速
手动开关模拟行车速度，每揿动开关一次产生一 次中断，统计揿的次数 每10秒采集一次统计结果，然后清除该结果 若每10秒按开关次数超过6次（或根据实际情况改 变），则行车超速，亮黄灯报警 若每10秒按开关超过8次，则严重违规，亮红灯表 示拦截 拦截时关闭8253的GATE门停止计数，扬声器发 声报警 实验人数：每组限3人
单片机程控电压源的硬件设计说明
单片机程控电压源的硬件设计摘要本设计以AT89S52单片机为核心控制芯片，实现数控直流供电功能方案。
本设计采用8位精密DA转换器DAC0832、三端可调稳压器LM350和UA741运算放大器组成稳压源，实现输出电压范围+1.4V ～+ 9.9V，电压步长0.1 V数字控制稳压电源，最大纹波仅为10 mV ，精度高，稳定性好。
此外，该方案仅使用5个按键即可实现输出电压的便捷设置，并具有设定值调整、微调（0.1级）、粗调（1级）三种调节功能。
数码管显示输出电压值。
我们设计了自己的 12V 和 5V 电源来为系统供电。
该电路的原理是通过单片机控制DA的输出电压，并通过放大器对其进行放大。
放大后的电压作为LM350的参考电压，实际电压仍由电压模块LM350输出。
5个按键调节电压，通过共阴极三位一体LED显示输出电压值。
本设计采用3个三合一数码管，可显示三位数字和一位小数，如5.90V ，采用动态扫描驱动方式。
与传统稳压电源相比，具有操作方便、供电稳定性高、输出电压数字显示等特点。
关键词：数控，步进，三端可调稳压器目录目录2第1章引言3第2章NC 电压源解决方案介绍42.1数控电压源方案演示42.2方案比较62.2.1 CNC零件对比62.2.2 8节输出对比6第一章简介1.1 研究背景及意义数控直流电压源是电子技术中常用的设备之一，广泛应用于教学、科研等领域。
传统的多功能数控直流电压源功能简单、控制困难、可靠性低、干扰大、精度低、体积大、复杂度高。
普通数控直流电源的种类很多，但存在以下两个问题： 1）输出电压有粗调（波段开关）和微调（电位器）两种方式。
这样，当需要准确输出输出电压，或者需要在小范围内（如 1.05～1.07V）变化时，难度就更大了。
另外，随着使用时间的增加，波段开关和电位器难免接触不良，影响输出。
2）稳压方式采用串联稳压电路来限制或切断过载保护。
电路结构复杂，稳压精度不高。
在家用电器和其他类型的电子设备中，通常需要电压稳定的直流电源。
STM32单片机原理及硬件电路设计
STM32单片机原理及硬件电路设计一、本文概述Overview of this article本文旨在全面解析STM32单片机的原理及其硬件电路设计。
STM32单片机作为现代电子系统中不可或缺的核心组件，广泛应用于嵌入式系统、智能设备、工业自动化等多个领域。
本文将首先简要介绍STM32单片机的基本概念、特点和应用领域，然后从硬件设计的角度出发，详细阐述STM32单片机的核心电路设计、外围电路设计以及电源电路设计等方面的原理和实践。
通过本文的学习，读者将能够深入了解STM32单片机的内部架构和工作原理，掌握其硬件电路设计的要点和技巧，为实际应用中的STM32单片机选型、设计和开发提供有力的理论支持和实践指导。
This article aims to comprehensively analyze the principle and hardware circuit design of the STM32 microcontroller. The STM32 microcontroller, as an indispensable core component in modern electronic systems, is widely used in multiple fields such as embedded systems, intelligent devices, and industrial automation. This article will first briefly introduce the basicconcept, characteristics, and application areas of the STM32 microcontroller. Then, from the perspective of hardware design, it will elaborate in detail on the principles and practices of the core circuit design, peripheral circuit design, and power circuit design of the STM32 microcontroller. Through the study of this article, readers will be able to gain a deeper understanding of the internal architecture and working principle of the STM32 microcontroller, master the key points and skills of its hardware circuit design, and provide strong theoretical support and practical guidance for the selection, design, and development of STM32 microcontrollers in practical applications.二、STM32单片机基础原理Basic Principles of STM32 MicrocontrollerSTM32单片机，作为STMicroelectronics（意法半导体）公司推出的一款基于ARM Cortex-M系列内核的32位Flash微控制器，自推出以来就因其高性能、低功耗、易于编程和广泛的外部设备集成而备受工程师们的青睐。
单片机硬件设计报告
单片机硬件实验实验2 P1口实验 (2)思考题： (2)实验3 简单I/O口扩展实验一——交通灯控制实验 (5)思考题： (5)实验5 中断实验———有急救车的交通灯控制实验 (9)思考题： (9)实验6 定时器实验———循环彩灯实验 (14)思考题： (14)实验11 8279键盘显示接口实验 (17)思考题： (17)实验15 A/D转换实验 (20)思考题： (20)实验2 P1口实验一、实验目的：1．学习P1口既做输入又做为输出的使用方法。
2．学习数据输入、输出程序的设计方法。
二、实验原理图：三、实验步骤：平推开关的输出K1接P1.0；K2接P1.1；发光二极管的输入L1接P1.2；L2接P1.3；L5接P1.4；L6接P1.5。
运行实验程序，K1做为左转弯开关，K2做为右转弯开关。
L5、L6做为左转弯灯，L7、L8做为右转弯灯。
结果显示：1：K1接高电平K2接低电平时，左转弯灯（L1、L2）以一定频率闪烁,右转弯灯（L5、L6）灭；2：K2接高电平K1接低电平时，左转弯灯（L1、L2）灭，右转弯灯（L5、L6）以一定频率闪烁；3：K1、K2同时接低电平时，发光二极管全灭；4：K1、K2同时接高电平时，发光二极管全亮。
思考题：修改程序，使K1，K2接高电平时，所有发光二极管闪烁。
四、参考程序：T2.ASMNAME T2CSEG AT 0000HLJMP STARTCSEG AT 4100HSTART: SETB P1.0SETB P1.1 ;用于输入时先置位口内锁存器MOV A,P1ANL A,#03H ;从P1口读入开关状态,取低两位MOV DPTR,#TAB ;转移表首地址送DPTRMOVC A,@A+DPTRJMP @A+DPTRTAB: DB PRG0-TABDB PRG1-TABDB PRG2-TABDB PRG3-TABPRG0: MOV P1,#0FFH ;向P1口输出#0FFH,发光二极管全灭;此时K1=0,K2=0JMP STARTPRG1: MOV P1,#0F3H ;只点亮L5、L6，表示左转弯ACALL DELAY ;此时K1=1,K2=0MOV P1,#0FFH ;再熄灭0.5秒ACALL DELAY ;延时0.5秒JMP STARTPRG2: MOV P1,#0CFH ;只点亮L7、L8，表示右转弯ACALL DELAY ;此时K1=0,K2=1MOV P1,#0FFH ;再熄灭0.5秒ACALL DELAYJMP STARTPRG3: MOV P1,#00H ;发光二极管全亮,此时K1=1,K2=1 ACALL DELAY ;延时0.5秒MOV P1,#0FFH ;再熄灭0.5秒ACALL DELAYJMP START;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;DELAY: MOV R1,#5 ;延时0.5秒DEL1: MOV R2,#200DEL2: MOV R3,#126DEL3: DJNZ R3,DEL3DJNZ R2,DEL2DJNZ R1,DEL1RET ;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;END实验3 简单I/O口扩展实验一——交通灯控制实验一、实验目的：1．学习在单片机系统中扩展简单I/O接口的方法。
sonix单片机硬件电路设计实例(工程师多年经验总结)教学教材
s o n i x单片机硬件电路设计实例(工程师多年经验总结)单片机产品设计--功能评估1，先得了解MCU 的功能及每一个管脚的做用(输入口还是输出口或双向口或是其他特殊端口)，确定用什么样的电源输入(变压器或阻容降压)，有无大电流负载及一些安规方面的要求，体积封装大小有无规定。
2，采用电池供电时是否要考虑做一些省电低功耗线路。
3，带检测功能的产品是否用到A/D功能，有无必要用到一些精密参考源，主要针对测量及充电电路，或是可否直接采用RC充放电线路来做模拟量检测, A/D通道转换需要一定的稳定时间，在软件设计时需要作考量。
为了保证每次A/D转换的稳定与正确，最好在每次A/D转换前都重新确定A/D转换通道、A/D转换分辨率、A/D时钟源选择位，而且根据所应用场合对所取得数据进行合理的处理。
A/D转换在硬件设计方面的注意事项：信号源要尽量与A/D转换输入端接近，而且要视芯片输入阻抗添加合适的电容并入信号源输入端。
此外需保证A/D转换基准电压的稳定，模拟地与数字地要分开或隔离。
4，操作时有多少个按键，能否采用跟其他I/O口复用来节少I/O口资源，按键是否要采用唤醒功能，即采用带有唤醒功能的I/O口，按键输入可否采用矩阵扫描,以便节省单片机的I/O口。
5，输出指示能否跟输出控制I/O口复用，这样也可以节省I/O口，但要考虑到输出电流的大小，不能影响负载的正常输出控制。
6，有无精确度要求较高的定时，用来确定采用什么样的振荡源( 晶振，陶振，外部RC及MCU内部RC)。
7，复位电路的选取,I/O口不够时能否采用内部复位, 芯片的上电复位时间与系统电压上升速度，外部振荡器频率、种类及外部Reset 电路造成的delay都有关联。
8，有无显示电路，是LED还是LCD，是否必要采用外挂驱动电路或直接采用I/O口推动，一般采用I/O口推动的 LCD,com口都采用1/2 偏压。
直接用两电阻分压。
9，大电流负载输出采用mos管，继电器还是可控硅控制？当输出为可控硅时，是否采用共地或共电源控制，或是用直接耦合还是用光电耦合，同时得考虑是否要用到到同步信号做一些调速、调光、调功率、调温度等可调的控制功能（同时些交流同步信号也可以做一些定时产品的参考)。
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单片机类型
集中指令集（ CISC）和精简指令集（ RISC）
– 采用CISC结构的单片机数据线和指令线分时复 用，即所谓冯.诺伊曼结构。它的指令丰富，功 能较强，但取指令和取数据不能同时进行，速 度受限，价格亦高。
– 采用RISC结构的单片机，数据线和指令线分离 ，即所谓哈佛结构。这使得取指令和取数据可 同时进行，且由于一般指令线宽于数据线，使 其指令较同类CISC单片机指令包含更多的处理 信息，执行效率更高，速度亦更快。同时，这 种单片机指令多为单字节，程序存储器的空间 利用率大大提高，有利于实现超小型化。
? 一个单片机应用系统的硬件电路设计包含两 部分内容：
– 一是系统扩展，即单片机内部的功能单元，如 ROM、RAM、I/O、定时器/计数器、中断系统 等不能满足应用系统的要求时，必须在片外进 行扩展，选择适当的芯片，设计相应的电路。
– 二是系统的配置，即按照系统功能要求配置外 围设备，如键盘、显示器、打印机、A/D、D/A 转换器等，要设计合适的接口电路。
PIC系列
– Microchip公司PIC系列单片机是CMOS工艺的 RISC结构8位单片机，这类单片机具有功耗低、 体积小、OTP（或FLASH）、内含看门狗和电 源监测、A/D、EEPROM、抗干扰能力强、价 格低廉等特点，特别适合应用于家电、消费电 子产品、仪表、玩具、计算机外设等领域。
单片机应用系统的硬件电路设计
常用的几个系列单片机
MCS-51 及其兼容系列：
– 英特尔公司的MCS-51系列单片机是目前应 用最广泛的8位单片机之一，并且ATMEL、 PHILIPS、ADI、MAXIM、LG、 SIEMENS等公司都有其兼容型号的芯片。 这个系列的单片机具有运算与寻址能力强， 存储空间大，片内集成外设丰富，功耗低等 优点，其中大部分兼容芯片都含有片内 FLASH程序存储器，价格便宜。适合应用于 仪器仪表、测控系统、嵌入系统等开发。
? 7、尽量朝“单片”方向设计硬件系统。系统器件 越多，器件之间相互干扰也越强，功耗也增大，也 不可避免地降低了系统的稳定性。
LED输出电路
键盘输入电路
阵列键盘动态扫描电路
LED数码动态扫描电路
串行SPI接口LED数码管及键盘管理器件 ZLG7289A
蜂鸣器和继电器驱动电路
单片机和 PC接口电路
? 4、系统中的相关器件要尽可能做到性能匹配。 如 选用CMOS芯片单片机构成低功耗系统时，系统中 所有芯片都应尽可能选择低功耗产品。
? 5、可靠性及抗干扰设计是硬件设计必不可少的一 部分，它包括芯片、器件选择、去耦滤波、印刷电 路板布线、通道隔离等。
? 6、外围电路较多时，必须考虑其驱动能力。驱动 能力不足时，系统工作不可靠，可通过增设线驱动 器增强驱动能力或减少芯片功耗来降低总线负载。
R4
2
RE S2
图5
图6
ISD1420 语音录放电路
? ISD1420是单片录放集成芯片，它采用 模拟号直接存储还原技术制成的，能 录放20s语音
SPI接口AD电路
SPI 接口A/D的扩展
MAX1202
SPI 接口D/ A的扩展
? 高精度的10位D/A转换芯片TLC5615，同时采 用TL431产生的高精度的2.5V参考电压基准源，其 有输出的电压值增倍功能。单片机以SPI的方式驱 动它产生电压，其精度可以达到1/210即达到0.1% ，电路接法如图7所示。
单片机应用设计
概述
单片机是一种大规模的具有计算机基本功能的单片 集成电路。可以与少量外围电路构成一个小而完善 的计算机系统。芯片内置和外围的电路能在软件的 控制下准确、迅速、高效地完成程序设计者事先规 定的任务。
单片机具有体积小、功耗低、控制功能强、扩 展灵活、使用方便等优点，广泛应用于仪器仪表、 家用电器、医用设备、航空航天、通信产品、智能 玩具、汽车电子、专用设备的智能化管理及过程控 制等领域。
SPI 接口D/ A的扩展
输出口的扩展
输入口的扩展
SPI接口EEPROM的扩展
93C46
I2C接口的EEPROM扩展电路
串行LED显示的扩展
I2C接口 EEPROM的扩展
基准电压源设计
VCC
R? RES2
3
1
REFIN
D9 TL431
2
1 2V R3 RE S2
RE FIN
R5
3
ห้องสมุดไป่ตู้
POT2
D1
1
C1
TL4 31
CAP
系统的扩展和配置原则
? 1、尽可能选择典型电路，并符合单片机常规用法。 为硬件系统的标准化、模块化打下良好的基础。
? 2、系统扩展与外围设备 应充分满足应用系统的功 能要求，并留有适当余地，以便进行二次开发。
? 3、硬件结构应结合应用软件方案一并考虑。硬件结 构与软件方案会产生相互影响，考虑的原则是：软 件能实现的功能尽可能由软件实现，以简化硬件结 构。但必须注意，由软件实现的硬件功能，一般响 应时间比硬件实现长，且占用CPU时间。