單片機(jī)小系統(tǒng)PCB的設(shè)計(jì)開題報(bào)告

　　1.選題意義

　　隨著電子技術(shù)和通信技術(shù)的高速發(fā)展，單片機(jī)技術(shù)已經(jīng)日益成熟并且也滲透到國家經(jīng)濟(jì)的各個領(lǐng)域。因此單片機(jī)是作為一個電子相關(guān)專業(yè)的大學(xué)生必須要學(xué)好的科目，而且通過熟練的掌握單片機(jī)技術(shù)能讓人們更好的學(xué)習(xí)更高級有關(guān)電子方面的芯片外部接口擴(kuò)展的知識和

　　學(xué)到更多關(guān)于電子行業(yè)的高端技術(shù)；在制作單片機(jī)開發(fā)板的時候能夠更深入的了解單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和一些芯片使用和工作原理的知識。在制作單片機(jī)開發(fā)板的時候不只是僅僅的掌握硬件電路設(shè)計(jì)的知識，還要了解更多的有關(guān)電子方面的一些常用軟件，例如；PROTEL軟件，制作開發(fā)板時能夠讓我們更熟練的掌握電路圖繪圖的方法和PCB的印制方法。在做好硬件電路完備以后還要對功能模塊寫程序進(jìn)行調(diào)試，從而才能制作出有用的開發(fā)板，在寫程序的時候不僅能加強(qiáng)我們學(xué)習(xí)C51和匯編語言知識的掌握，更能讓我們是一個軟硬件兼?zhèn)涞碾娮尤瞬�。單片機(jī)具有成本低、體積小、可靠性高、具有高附加值、通過更改軟件就可以改變控制對象等優(yōu)點(diǎn)，單片機(jī)越來越成為電子工程師設(shè)計(jì)產(chǎn)品時的首選器件之一。對在校大學(xué)生學(xué)習(xí)單片機(jī)意義是很重要的，讓大學(xué)生的理論知識和動手能力得以結(jié)合，因此擁有一塊單片機(jī)開發(fā)板對單片機(jī)學(xué)習(xí)的人們具有著極其重要的意義。

　　2.國內(nèi)外研究現(xiàn)狀概述

　　單片機(jī)大概可以追溯到20世紀(jì)70年代。1970-1974年之間，誕生了第一代4位單片機(jī)。這類單片機(jī)已經(jīng)具有了并行I/O接口及一些常用的A/D和D/A等資源。這在當(dāng)時來說是非常強(qiáng)大的，通過靈活的控制能力，使其應(yīng)用于電視機(jī)、收音機(jī)和電子玩具。隨后，潘多拉的盒子便打開。人們認(rèn)識到單片機(jī)的潛在能力和市場價值，各個公司便投入了大量的研究力量。在1974-1978年，單片機(jī)進(jìn)入8位時代。這個時期以Intel公司的MCS-48系列單片機(jī)最具代表性。此時的單片機(jī)內(nèi)部集成了更為強(qiáng)大的8位CPU內(nèi)核、多個并行I/O接口，同時增加了定時器/計(jì)數(shù)器及小容量的RAM和ROM等。1978-1983年，Intel公司的MCS-51系列為代表，標(biāo)志著進(jìn)入高檔8位單片機(jī)時代。這個時期的單片機(jī)工作頻率、硬件資源和RAM/ROM容量等都有極大的突破，創(chuàng)新地加入了串口通信接口及多級中斷處理系統(tǒng)。我們現(xiàn)在所廣泛使用的單片機(jī)都仍以該內(nèi)核為基礎(chǔ)，因此，也常稱為51系列單片機(jī)。隨后，單片機(jī)市場便進(jìn)入百花齊放、百家爭鳴時代。各個廠商不僅在增強(qiáng)單片機(jī)的性能，還推出了不同類型的單片機(jī)，例如PIC系列單片機(jī)、ARM系列單

　　片機(jī)、AVR系列單片、C8051F系列單片機(jī)，以及Cypress的Psoc系列等。這便是我們現(xiàn)在看到的單片機(jī)領(lǐng)域的紛繁復(fù)雜格局[1]。

　　總的來說，現(xiàn)在的單片機(jī)產(chǎn)品線非常豐富，4位、8位、16位單片機(jī)乃至32位單片機(jī)均有其各自的應(yīng)用領(lǐng)域。單片機(jī)的技術(shù)已經(jīng)深入人心，現(xiàn)在如果不會單片機(jī)，便很難跟上技術(shù)的發(fā)展。

　　由于單片機(jī)的體積小，成本低，運(yùn)用靈活，性能價格高，易產(chǎn)品化；研究周期短，能方便地組成各種智能化的控制設(shè)備和儀器；可靠性性高，抗干擾性強(qiáng)，BUS大多在內(nèi)部，易采取電磁屏蔽，實(shí)用的溫度范圍寬，在各種惡劣的環(huán)境寫都能正常的可靠工作；實(shí)時控制能力強(qiáng)，實(shí)時響應(yīng)速度快，可直接操作I/O接口；可方便地實(shí)現(xiàn)多機(jī)和分配控制，提高整個控制系統(tǒng)的效率和可靠性等特點(diǎn)單片機(jī)現(xiàn)在研究的成果已經(jīng)運(yùn)用到以下領(lǐng)域：

　�。�1）工業(yè)測控：對工業(yè)設(shè)備（如機(jī)床、汽車、高檔中西餐廚具、鍋爐、供水系統(tǒng)、生產(chǎn)自動化、自動報(bào)警系統(tǒng)、衛(wèi)星信號接收等）進(jìn)行智能控制，大大的降低了勞動強(qiáng)度和生產(chǎn)成本，提高了產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性。

　�。�2）智能設(shè)備：用單片機(jī)改造普通儀器，儀表，讀卡器，使其（集測量，處理、控制功能為一體）智能化、微型化。

　�。�3）家用電器：如高檔的洗衣機(jī)、空調(diào)、電冰箱、微波爐、彩電、DVD、音響、手機(jī)、高檔電子玩具等，用單片機(jī)控制。

　�。�4）商用產(chǎn)品：如自動售貨機(jī)、電子收款機(jī)、電子秤。

　�。�5）網(wǎng)絡(luò)與通信的只能接口：在大型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)或者通信電路域外圍設(shè)備的接口電路中，用單片機(jī)控制或者管理，可大大的提高系統(tǒng)的運(yùn)行速度和接口的管理水平。如圖形終端機(jī)、傳真機(jī)、復(fù)印機(jī)、繪圖儀、磁盤/磁帶機(jī)等。

　　3.主要研究內(nèi)容

　　單片機(jī)學(xué)習(xí)效果的優(yōu)劣直接取決于單片機(jī)的選擇，這次設(shè)計(jì)制作的開發(fā)板采用的是51系列的單片機(jī)，C51系列單片機(jī)內(nèi)部具有128字節(jié)RAM、5個中斷源、32條I/O口線、2個16位定時器、4KB的程序存儲器、一個全雙工異步串行口。本開發(fā)板選擇具有ISP在線編程功能的C51單片機(jī)，該單片機(jī)不需要燒寫器，可在開發(fā)板上ISP在線編程，具有廣泛的應(yīng)用前景�？梢詽M足絕大多數(shù)的實(shí)際應(yīng)用開發(fā)需求，在開發(fā)板上使用十分方便。本課題設(shè)計(jì)的C51單片機(jī)開發(fā)板，具有一般開發(fā)板通用結(jié)構(gòu)，并基于硬件進(jìn)行相關(guān)軟件

　　設(shè)計(jì)。利用程序開發(fā)語言開發(fā)程序并實(shí)現(xiàn)ISP在線下載到單片機(jī)，無需配置單獨(dú)的下載器。單片機(jī)使用ISP在線下載程序，加快了程序設(shè)計(jì)者調(diào)試的進(jìn)度，使設(shè)計(jì)者所設(shè)計(jì)的程序盡快得到驗(yàn)證。通過對開發(fā)板上的模塊進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，可以提高針對不同硬件進(jìn)行編程的能力，同時通過實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象對所用的硬件也有了更深一步的認(rèn)識。

　　此次設(shè)計(jì)的開發(fā)板是以單片機(jī)位主控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上對單片機(jī)外部接口進(jìn)行擴(kuò)展。充分利用了單片機(jī)的內(nèi)部資源。在外部電路模塊中，分別擴(kuò)展了一些常用的功能模塊，數(shù)碼管顯示能提供了單片機(jī)顯示功能；A/D轉(zhuǎn)換模塊的設(shè)計(jì)很好的能進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，還有串口通信和USB串口通信很好的實(shí)現(xiàn)了通信中實(shí)現(xiàn)了發(fā)送和接收等通信功能，擴(kuò)展接口巧妙的設(shè)計(jì)讓IO接口省了很多的資源，提供了外部接口擴(kuò)展的功能，1602模塊和12864提供了清晰穩(wěn)定的顯示功能，電源供電以及8*8點(diǎn)陣等功能模塊的設(shè)計(jì)使每個模塊盡顯其能，充分體現(xiàn)了單片機(jī)體積小，功能強(qiáng)大，性價比高等特點(diǎn)。

　　4.擬采用的研究思路

　　4.1 開發(fā)板系統(tǒng)功能

　　單片機(jī)開發(fā)板是一個實(shí)際應(yīng)用的系統(tǒng)，能夠?yàn)橄嚓P(guān)的單片機(jī)實(shí)驗(yàn)提供支持。此開發(fā)板是參考單片機(jī)教材中的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)計(jì)的，能夠?qū)崿F(xiàn)一些測試實(shí)驗(yàn)。本論文包括硬件系統(tǒng)的詳細(xì)設(shè)計(jì)及C語言程序流程圖的制作。

　　此開發(fā)板設(shè)計(jì)的功能如下：

　　(1)10位AD轉(zhuǎn)換。

　　(2)鐵電存儲器讀寫（SMBUS）。

　　(3)16位PWM輸出。

　　(4)四位獨(dú)立鍵盤。

　　(5)SPI接口驅(qū)動1602ALCD。

　　4.2 開發(fā)板的性能要求

　　基于開發(fā)板的功能定義和各種芯片的性能參數(shù)，總結(jié)系統(tǒng)基本性能要求如下：

　　(1)各芯片所需的+3.3V平穩(wěn)電壓。

　　(2)AT89C51單片機(jī)時鐘信號為11.0592MHz。

　　(3)AT89C51單片機(jī)手動復(fù)位電路。

　　(4)顯示器件（1602、12864）。

　　(5)4位獨(dú)立鍵盤。

　　(6)AD、DA轉(zhuǎn)換。

　　(7)與PC機(jī)串行通信。

　　(8)I/O口擴(kuò)展功能。

　　4.3硬件總體設(shè)計(jì)

　　本人設(shè)計(jì)的單片機(jī)開發(fā)板是以ST89C51作為主控制芯片,串口通信芯片MAX3232、網(wǎng)絡(luò)芯片CP2200、液晶顯示器、按鍵開關(guān)、AD/DA轉(zhuǎn)換等元器件組成,通過軟硬件結(jié)合實(shí)現(xiàn)鍵盤掃描,液晶顯示,與PC機(jī)串行通信,I/O口擴(kuò)展功能等。一方面,它能作為學(xué)生實(shí)驗(yàn)的工具,另一方面,它也是綜合型單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ),可擴(kuò)展許多其它功能。

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