林喆 孫清 于瑩瑩

1遼寧裝備制造職業(yè)技術(shù)學院 （沈陽 110161）2沈陽藥科大學高等職業(yè)技術(shù)學院（沈陽110000）

通過研究單片機電路設(shè)計的原理和方法,給出了單片機開發(fā)系統(tǒng)的設(shè)計方案。所述的系統(tǒng)采用了STC89C52單片機，它具有高速和超強抗干擾等的優(yōu)點，同時，其指令代碼完全兼容傳統(tǒng)51系列單片機，實現(xiàn)了系統(tǒng)良好的兼容性，并通過端口的多功能復用實現(xiàn)了系統(tǒng)的一體化。

1 系統(tǒng)的硬件資源

本系統(tǒng)采用了多功能一體化結(jié)構(gòu)設(shè)計，通過USB接口作為電源進行供電，方便使用并且使用靈活。另外，系統(tǒng)還提供了多種開發(fā)芯片以及輸入輸出設(shè)備，所采用的芯片主要包括：STC89C52單片機、TLC549CP模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片、TLC5615CP數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片、DS18B20溫度傳感器、SMOO38紅外接頭、DS1302時鐘芯片、MAX232CPE通訊芯片、ULN2003達林頓管、74HC573鎖存器等；輸出設(shè)備主要包括：8位LED燈、八位共陰極數(shù)碼管、8*8點陣、1602液晶屏、蜂鳴器、繼電器、直流電機和24BYJ48型減速永磁步進電機；輸入設(shè)備主要包括：獨立按鍵、4*4矩陣鍵盤、點陣開關(guān)和小型遙控器。

2 系統(tǒng)主電路設(shè)計原理

本系統(tǒng)采用速度快、功耗小、價格低、容量大、抗干擾能力強的STC89C52單片機，可直接使用USB轉(zhuǎn)串口線和STC-ISP軟件通過USB口進行程序下載。在設(shè)計過程中，開發(fā)系統(tǒng)充分考慮了單片機的 I/O口功能復用以及系統(tǒng)的拓展性，所采用的端子和插槽式接口設(shè)計最大程度上支持了電路的擴展，開發(fā)系統(tǒng)的主電路如圖 1所示。

圖1 單片機開發(fā)系統(tǒng)主電路

3 系統(tǒng)的主要功能電路設(shè)計

3.1 數(shù)碼管和點陣的靜/動態(tài)顯示

系統(tǒng)使用8個8段共陰極數(shù)碼管進行其靜/動態(tài)顯示開發(fā)，采用 P2.0-P2.2引腳通過74HC138譯碼器作為位選通信號，同時采用P0.0-P0.7和P3.7引腳控制74HC573鎖存器作為數(shù)碼管段驅(qū)動信號來進行其顯示功能的開發(fā)電路，其連接如圖2所示。

為了能夠?qū)δ壳拜^為流行的點陣進行靜/動態(tài)顯示系統(tǒng)開發(fā)，本系統(tǒng)采用指撥開關(guān)對P0口進行了可切換設(shè)計，可將STC89C52的P0.0-P0.7引腳通過切換開關(guān)連接到點陣的行選信號上，同時利用 P2口作為列選信號完成 8*8點陣的靜/動態(tài)顯示開發(fā)，其電路如圖3所示。

圖2 數(shù)碼管靜/動態(tài)顯示開發(fā)電路

圖3 點陣靜/動態(tài)顯示開發(fā)系統(tǒng)電路

3.2 4*4矩陣鍵盤的輸入

本開發(fā)系統(tǒng)中設(shè)計了一個 4*4矩陣鍵盤開發(fā)系統(tǒng)并可以通過數(shù)碼管驗證相應按鍵所對應的鍵值，同時執(zhí)行相應子程序，其硬件原理如圖4所示。該鍵盤的行線使用P1.0-P1.3引腳作為輸出線，列線使用P1.4-P1.7引腳作為輸入線。

圖4 4*4矩陣鍵盤輸入開發(fā)系統(tǒng)電路

在開發(fā)時首先將行線全部輸出低電平，此時讀入列線數(shù)據(jù)，若列線全為高電平則沒有按鍵被按下，當某條列線為低電平時，則調(diào)用延時子程序去除按鍵抖動并判定低電平是否仍然存在以確定相應鍵值。

3.3 步進電機、直流電機、繼電器驅(qū)動電路

本開發(fā)系統(tǒng)采用 STC89C52單片機控制ULN2003集成達林頓管芯片來驅(qū)動步進電機、直流電機和繼電器。ULN2003為高耐壓、大電流NPN型晶體管陣列，最大驅(qū)動電壓為50V，電流500mA，輸入電壓為5V，它是一個非門電路，包含了七個單元，每個單元驅(qū)動電流最大可達350mA。

在本開發(fā)系統(tǒng)中使用ULN2003來驅(qū)動步進電機、直流電機和繼電器，系統(tǒng)電路圖如圖 5所示。其中，P1.0引腳與J17端子的第7引腳相連后通過 J16端子使用脈沖調(diào)制編碼驅(qū)動直流電機；P1.1連接 J17端子的第 6引腳后通過ULN2003的第 7個輸出引腳驅(qū)動繼電器；P1.3-P1.6引腳分別連接J17的第4、3、2、1引腳來驅(qū)動J18所連接的步進電機。

圖5 步進電機、直流電機、繼電器驅(qū)動開發(fā)系統(tǒng)電路

3.4 DS1302實時時鐘電路

為了能夠進行實時時鐘電路的開發(fā)，系統(tǒng)中采用了美國DALLAS公司推出的一種高性能、低功耗、帶RAM的實時時鐘芯片DS1302電路，它可以對年、月、日、周日、時、分、秒進行計時，具有閏年補償功能，工作電壓為2.5V-5.5V。采用三線接口與單片機進行同步通信，并可采用突發(fā)方式一次傳送多個字節(jié)的時鐘信號或RAM數(shù)據(jù)。

3.5 溫度傳感器、D/A和A/D轉(zhuǎn)換電路

開發(fā)系統(tǒng)中設(shè)計了溫度傳感器 DS18B20，它是單總線式數(shù)字溫度傳感器電路，可以直接將溫度轉(zhuǎn)化成串行數(shù)字信號，并通過P3.2引腳輸入單片機進行處理。它的溫度測量范圍為－55℃-＋125℃，可編程為9-12位A/D轉(zhuǎn)換精度，測溫分辨率可達0.0625℃，被測溫度用符號擴展的16位數(shù)字量方式由與單片機P3.2引腳相連的DQ引腳進行串行輸出。

本開發(fā)系統(tǒng)中設(shè)計了TLC5615CP串行接口D/A轉(zhuǎn)換芯片電路，其輸出為電壓信號，建立時間為 12.5 us，最大輸出電壓是基準電壓值的兩倍，帶有上電復位功能，即可以把DAC寄存器復位至全零。在設(shè)計過程中分別通過單片機的P1.0-P1.2引腳與它的DIN、SCLK和CS引腳相連進行通信。

在開發(fā)系統(tǒng)中還使用 TLC549CP作為 A/D轉(zhuǎn)換芯片電路，它以8位開關(guān)電容逐次逼近的方法實現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換，其轉(zhuǎn)換速度小于17 us，它能方便地采用三線（CS、I/O、OUT）串行方式與單片機的P1.3、P1.4和P3.4引腳通信。

系統(tǒng)中所采用的溫度傳感器、D/A和 A/D轉(zhuǎn)換開發(fā)系統(tǒng)電路如圖6所示。

4 結(jié)論

理論與實踐表明，本系統(tǒng)在單片機應用電路的開發(fā)與設(shè)計過程中具有功能多、結(jié)構(gòu)簡單、使用方便、價格便宜、性能穩(wěn)定和低功耗等特點。通過端子和接口的多功能復用設(shè)計有效地增加了系統(tǒng)的可擴展性，為單片機應用系統(tǒng)的開發(fā)與設(shè)計提供了一種比較理想的方法與解決方案。通過可更換式單片機底座，相同的開發(fā)系統(tǒng)也可以用于其它類型單片機應用電路的開發(fā)與設(shè)計，因此具有較高的實用性和推廣價值。

圖6 系統(tǒng)中所采用的溫度傳感器、D/A和A/D轉(zhuǎn)換開發(fā)系統(tǒng)電路

[1]張義和.例說51單片機.北京：人民郵電出版社,2008.

[2]STC89C52RC Guide Book.宏晶科技,2006.