单片机小实验板系统设计说明

目录1、单片机小实验板设计目的2、单片机小实验板设计要求3、单片机小实验板设计需求分析4、AT89C51单片机概述5、单片机小实验板设计原理5.1电源模块5.2单片机最小电路5.3发光二极管（LED）模块5.4发光数码管静态显示模块5.5发光数码管动态显示模块5.6 16位矩阵键盘模块5.7音频放大模块5.8 DS18B20数字温度计模块6、实验数据及源代码6.1流水灯、交通灯控制等6.2 数码管静态显示程序如秒表、计数器等6.3键盘显示程序6.4数码管动态显示程序如数字钟等6.5音频程序6.6数字温度计7、程序仿真与硬件调试中出现的问题及其解决方法8、总结绪论通过本次课程设计进一步熟悉和掌握单片机的结构及工作原理，巩固和加深“单片机原理与应用”课程的基本知识，掌握电子设计知识在实际中的简单应用。

综合运用“单片机原理与应用”课程和先修课程的理论及生产实际知识去分析和解决电子设计问题，进行电子设计的训练。

学习电子设计的一般方法，掌握AT89C51芯片以及简单电子设计过程和运行方式，培养正确的设计思想和分析问题、解决问题的能力，特别是总体设计能力。

单片机小实验板设计目的1、掌握C51单片机的各个引脚功能。

2、进一步熟悉KEIIL C51集成环境的使用方法。

3、熟悉数码管和DS18B20的原理及其使用方法。

4、熟练掌握电路焊接，并能够检查存在的问题。

5、熟练程序的基本设计及其调试。

设计方案一．单片机小实验板设计目的1.掌握单片机最小系统的设计。

2.掌握+5v稳压电源电路的设计。

3．发光二极管（LED）模块的设计，如各种流水灯，跑马灯，十字路口交通灯等。

4. 两位发光数码管静态显示的设计。

5. 六段发光数码管动态显示的设计。

6. 4×4矩阵键盘的设计。

7. 电子密码锁的设计。

8. 音频放大模块的设计。

9. DS18B20数字温度计模块的设计。

二、 单片机小实验板设计要求1、 电路板设计要注意元器件的封装和各个元器件之间的距离，布线尽量减少交错，增加电路板的稳定性。

2、 焊接不能出现虚焊，或者短路，同时注意防止高温烧坏部分元件和电路板。

3、 程序设计要减少每必要的枝节，尽力提高程序的稳定性，实用性。

三、 单片机小实验板设计需求分析该设计方案是以MC51单片机为核心，采用LED 显示系统，辅以闹钟模块，音频及其电子琴、温度采集模块、日期、键盘时间调整预设置等模块，所构建的数字时钟系统，能动态显示实时时钟的时、分、秒，数据显示，对温度调节模块进行了重点设计用DS18B20， 实现SB0、SB1、SB2、SB3四个键实现时钟正常显示，调时，及闹钟时间设置。

本系统设计大部分功能有软件来实现，使电路简单明了，系统稳定性也得大大提高。

四、 AT89C51单片机概述89S51各引脚功能介绍：VCC ：89S51 电源正端输入，接+5V 。

VSS ：电源地端。

XTAL1：单芯片系统时钟的反相放大器输入端。

XTAL2：系统时钟的反相放大器输出端，一般在设计上只要在 XTAL1 和 XTAL2 上接上一只石英振荡晶体系统就可以动作了，此外可以在两引脚与地之间加入一 20PF 的小电容，可以使系统更稳定，避免噪声干扰而死机。

RESET ：89S51的重置引脚，高电平动作，当要对晶片重置时，只要对此引脚电平提升至高电平并保持两个机器周期以上的时间，AT89S51便能完成系统重置的各项动作，使得内部特殊功能寄存器之内容均被设成已知状态，并且至地址0000H 处开始读入程序代码而执行程序。

EA/Vpp ："EA"为英文"External Access"的缩写，表示存取外部程序代码之意，低电平动作，也就是说当此引脚接低电平后，系统会取用外部的程序代码（存于外部EPROM 中）来执行程序。

因此在8031及8032中，EA 引脚必须接低电平，因为其内部无程序存储器空间。

如果是使用 8751 内部程序空间时，此引脚要接成高电平。

此外，在将程序代码烧录至8751内部EPROM 时，可以利用此引脚来输入21V 的烧录高压（Vpp ）。

ALE/PROG：端口3的管脚设置：P3.0：RXD，串行通信输入。

P3.1：TXD，串行通信输出。

P3.2：INT0，外部中断0输入。

P3.3：INT1，外部中断1输入。

P3.4：T0，计时计数器0输入。

P3.5：T1，计时计数器1输入。

P3.6：WR：外部数据存储器的写入信号。

P3.7：RD，外部数据存储器的读取信号。

五、单片机小实验板设计原理整个电子时钟系统电路可分为6大部分：中央处理单元（CPU）、复位电路部分、显示部分、键盘输入部分、温度采集部分。

按模块可分为8部分：电源模块、单片机最小电路、发光二极管（LED）模块、发光数码管静态显示模块、发光数码管动态显示模块、16位矩阵键盘模块、音频放大模块、DS18B20数字温度计模块。

1)电源模块电源部分运用了MC7805三端稳压器，可将电压稳压在5V，Vcc接单片机40脚，20脚为接地。

2)单片机最小电路1、复位电路MCS-51单片机的复位是由外部的复位电路来实现的。

复位引脚RST通过一个斯密特触发器与复位电路相连，斯密特触发器用来抑制噪声，在每个机器周期的S5P2，斯密特触发器的输出电平由复位电路采样一次，然后才能得到内部复位操作所需要的信号。

上电复位：上电复位电路是—种简单的复位电路，只要在RST复位引脚接一个电容到VCC，接一个电阻到地就可以了。

上电复位是指在给系统上电时，复位电路通过电容加到RST复位引脚一个短暂的高电平信号，这个复位信号随着VCC对电容的充电过程而回落，所以RST引脚复位的高电平维持时间取决于电容的充电时间。

为了保证系统安全可靠的复位，RST引脚的高电平信号必须维持足够长的时间。

电路图如下：上电自动复位是通过外部复位电路的电容充电来实现的。

只要Vcc的上升时间不超过1ms，就可以实现自动上电复位。

3、时钟电路时钟是单片机的心脏，单片机各功能部件的运行都是以时钟频率为基准，有条不紊的一拍一拍地工作。

因此，时钟频率直接影响单片机的速度，时钟电路的质量也直接影响单片机系统的稳定性。

常用的时钟电路有两种方式：一种是内部时钟方式，另一种为外部时钟方式。

本文用的是内部时钟方式。

电路图如下：MCS-51单片机内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器，该高增益反向放大器的输入端为芯片引脚XTAL1，输出端为引脚XTAL2。

这两个引脚跨接石英晶体振荡器和微调电容，就构成一个稳定的自激振荡器。

3)发光二极管（LED）模块采用低电平有效，共阳接发，为防止二极管击穿，在每个二极管中串接了1K的限流电阻。

4)发光数码管静态显示模块采用共阳极八段数码管，因此单片机I/O口为低电平有效，分各位与十位两个，为防止数码管由于电流高二损坏，在数码管每段串接电阻。

5)发光数码管动态显示模块共阳极数码管6个，在片选端各有三极管放大驱动，74LS244为锁存器，数据口占用8个I/O口。

片选占用6个I/O口。

6)16位矩阵键盘模块按键的开关状态通过一定的电路转换为高、低电平状态。

按键闭合过程在相应的I/O 端口形成一个负脉冲。

闭合和释放过程都要经过一定的过程才能达到稳定，这一过程是处于高、低电平之间的一种不稳定状态，称为抖动。

抖动持续时间的常长短与开关的机械特性有关，一般在5-10ms之间。

为了避免CPU多次处理按键的一次闭合，应采用措施消除抖动。

本文采用的是独立式按键，直接用I/O口线构成单个按键电路，每个按键占用一条I/O口线，每个按键的工作状态不会产生互相影响。

7)音频放大模块采用LM386放大，最大输出功率1W，失真度低，适合小实验板的音频放大。

8)DS18B20数字温度计模块数字温度传感器采用DS18B20，只需一根信号线与单片机连接，不需要其他外部元件，电压范围为3.3V~5V,测温范围为一55℃～+125℃，在-10℃～+85℃范围内，精度为±O.5℃，温度最高分辨率可达0.0625℃。

六、实验数据及源代码1)流水灯、交通灯控制等#include <AT89X51.h>//******流水灯左移--使用顺序程序实现******// void delay(unsigned int count) //延时程序{unsigned int i,j,k;for(i=0;i<count;i++)for(j=0;j<10;j++)for(k=0;k<120;k++);}void main() //主函数{P1=1; //P1口拉高电平while(1) //循环{P1_0=0; //P1_0置低电平，低电平有效，LED亮delay(100); //延时一秒P1_0=1; //P1_0置高电平，LED灭P1_1=0; //以此类推delay(100);P1_1=1;P1_2=0;delay(100);P1_2=1;P1_3=0;delay(100);P1_3=1;P1_4=0;delay(100);P1_4=1;P1_5=0;delay(100);P1_5=1;P1_6=0;delay(100);P1_6=1P1_7=0;delay(100);P1_7=1;}}2)数码管静态显示程序如秒表、计数器等#include <AT89X51.h>//*******************************************************// // 数码管------静态工作方式实现//********************************************************// void delay(unsigned int count)//延时程序{unsigned int i,j,k;for(i=0;i<count;i++)for(j=0;j<10;j++)for(k=0;k<120;k++);}void main(){unsigned char leddata[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f}; //共阴极数码管显示表格unsigned int x,y;x=0;y=0; //赋初值while(1){P2=leddata[x]; //显示P1=leddata[y];delay(30);y++; //进位if(y>9){y=0;x++;if(x>9){x=0;}}}}3)键盘显示程序//************************************//// 按键计数程序////************************************//#include <AT89X51.H>unsigned char code table[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66, //0~9数组0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f}; unsigned char Count;void delay10ms(void) //延时{unsigned char i,j;for(i=20;i>0;i--)for(j=248;j>0;j--);}void main(void){Count=0;P1=table[Count/10]; //个位取整P2=table[Count%10]; //十位取余while(1) //循环和消抖{if(P3_7==0){delay10ms();if(P3_7==0){Count++;if(Count==100) //满百位后复位{Count=0;}P1=table[Count%10];P2=table[Count/10];while(P3_7==0);}}}}4)数码管动态显示程序如数字钟等//*********************************//// 数字钟计时////*********************************//#include <AT89X51.H>unsigned char code dispcode[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x77,0x7c,0x39,0x5e,0x79,0x71,0x00}; //数码管显示段数据unsigned char dispbitcode[]={0xfe,0xfd,0xfb,0xf7,0xef,0xdf,0xbf,0x7f};//数码管位驱动，第一次驱动接在最低位的那一个数码管unsigned char dispbuf[8]={0,0,16,0,0,16,0,0};//显示缓冲寄存器unsigned char dispbitcnt;unsigned char second;unsigned char minite;unsigned char hour;unsigned int tcnt;unsigned char mstcnt;unsigned char i,j;void main(void){TMOD=0x02;//设置定时器工作方式为2，8位定时状态，自动装入初值。