單片機小系統(tǒng)PCB的設計開題報告
1.選題意義
隨著電子技術和通信技術的高速發(fā)展，單片機技術已經日益成熟并且也滲透到國家經濟的各個領域。因此單片機是作為一個電子相關專業(yè)的大學生必須要學好的科目，而且通過熟練的掌握單片機技術能讓人們更好的學習更高級有關電子方面的芯片外部接口擴展的知識和
學到更多關于電子行業(yè)的高端技術；在制作單片機開發(fā)板的時候能夠更深入的了解單片機的內部結構和一些芯片使用和工作原理的知識。在制作單片機開發(fā)板的時候不只是僅僅的掌握硬件電路設計的知識，還要了解更多的有關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行調試，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我們學習C51和匯編語言知識的掌握，更能讓我們是一個軟硬件兼?zhèn)涞碾娮尤瞬拧纹瑱C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，單片機越來越成為電子工程師設計產品時的首選器件之一。對在校大學生學習單片機意義是很重要的，讓大學生的理論知識和動手能力得以結合，因此擁有一塊單片機開發(fā)板對單片機學習的人們具有著極其重要的意義。
2.國內外研究現(xiàn)狀概述
單片機大概可以追溯到20世紀70年代。1970-1974年之間，誕生了第一代4位單片機。這類單片機已經具有了并行I/O接口及一些常用的A/D和D/A等資源。這在當時來說是非常強大的，通過靈活的控制能力，使其應用于電視機、收音機和電子玩具。隨后，潘多拉的盒子便打開。人們認識到單片機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，單片機進入8位時代。這個時期以Intel公司的MCS-48系列單片機最具代表性。此時的單片機內部集成了更為強大的8位CPU內核、多個并行I/O接口，同時增加了定時器/計數(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，標志著進入高檔8位單片機時代。這個時期的單片機工作頻率、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都仍以該內核為基礎，因此，也常稱為51系列單片機。隨后，單片機市場便進入百花齊放、百家爭鳴時代。各個廠商不僅在增強單片機的性能，還推出了不同類型的單片機，例如PIC系列單片機、ARM系列單
片機、AVR系列單片、C8051F系列單片機，以及Cypress的Psoc系列等。這便是我們現(xiàn)在看到的單片機領域的紛繁復雜格局[1]。
總的來說，現(xiàn)在的單片機產品線非常豐富，4位、8位、16位單片機乃至32位單片機均有其各自的應用領域。單片機的技術已經深入人心，現(xiàn)在如果不會單片機，便很難跟上技術的發(fā)展。
由于單片機的體積小，成本低，運用靈活，性能價格高，易產品化；研究周期短，能方便地組成各種智能化的控制設備和儀器；可靠性性高，抗干擾性強，BUS大多在內部，易采取電磁屏蔽，實用的溫度范圍寬，在各種惡劣的環(huán)境寫都能正常的可靠工作；實時控制能力強，實時響應速度快，可直接操作I/O接口；可方便地實現(xiàn)多機和分配控制，提高整個控制系統(tǒng)的效率和可靠性等特點單片機現(xiàn)在研究的成果已經運用到以下領域：
（1）工業(yè)測控：對工業(yè)設備（如機床、汽車、高檔中西餐廚具、鍋爐、供水系統(tǒng)、生產自動化、自動報警系統(tǒng)、衛(wèi)星信號接收等）進行智能控制，大大的降低了勞動強度和生產成本，提高了產品質量的穩(wěn)定性。
�。�2）智能設備：用單片機改造普通儀器，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、空調、電冰箱、微波爐、彩電、DVD、音響、手機、高檔電子玩具等，用單片機控制。
（4）商用產品：如自動售貨機、電子收款機、電子秤。
�。�5）網絡與通信的只能接口：在大型計算機控制系統(tǒng)的網絡系統(tǒng)或者通信電路域外圍設備的接口電路中，用單片機控制或者管理，可大大的提高系統(tǒng)的運行速度和接口的管理水平。如圖形終端機、傳真機、復印機、繪圖儀、磁盤/磁帶機等。
3.主要研究內容
單片機學習效果的優(yōu)劣直接取決于單片機的選擇，這次設計制作的開發(fā)板采用的是51系列的單片機，C51系列單片機內部具有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，該單片機不需要燒寫器，可在開發(fā)板上ISP在線編程，具有廣泛的應用前景�？梢詽M足絕大多數(shù)的實際應用開發(fā)需求，在開發(fā)板上使用十分方便。本課題設計的C51單片機開發(fā)板，具有一般開發(fā)板通用結構，并基于硬件進行相關軟件
設計。利用程序開發(fā)語言開發(fā)程序并實現(xiàn)ISP在線下載到單片機，無需配置單獨的下載器。單片機使用ISP在線下載程序，加快了程序設計者調試的進度，使設計者所設計的程序盡快得到驗證。通過對開發(fā)板上的模塊進行實驗，可以提高針對不同硬件進行編程的能力，同時通過實驗現(xiàn)象對所用的硬件也有了更深一步的認識。
此次設計的開發(fā)板是以單片機位主控制系統(tǒng)的基礎上對單片機外部接口進行擴展。充分利用了單片機的內部資源。在外部電路模塊中，分別擴展了一些常用的功能模塊，數(shù)碼管顯示能提供了單片機顯示功能；A/D轉換模塊的設計很好的能進行模數(shù)轉換，還有串口通信和USB串口通信很好的實現(xiàn)了通信中實現(xiàn)了發(fā)送和接收等通信功能，擴展接口巧妙的設計讓IO接口省了很多的資源，提供了外部接口擴展的功能，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點陣等功能模塊的設計使每個模塊盡顯其能，充分體現(xiàn)了單片機體積小，功能強大，性價比高等特點。
4.擬采用的研究思路
4.1 開發(fā)板系統(tǒng)功能
單片機開發(fā)板是一個實際應用的系統(tǒng)，能夠為相關的單片機實驗提供支持。此開發(fā)板是參考單片機教材中的實驗內容設計的，能夠實現(xiàn)一些測試實驗。本論文包括硬件系統(tǒng)的詳細設計及C語言程序流程圖的制作。
此開發(fā)板設計的功能如下：
(1)10位AD轉換。
(2)鐵電存儲器讀寫（SMBUS）。
(3)16位PWM輸出。
(4)四位獨立鍵盤。
(5)SPI接口驅動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單片機時鐘信號為11.0592MHz。
(3)AT89C51單片機手動復位電路。
(4)顯示器件（1602、12864）。
(5)4位獨立鍵盤。
(6)AD、DA轉換。
(7)與PC機串行通信。
(8)I/O口擴展功能。
4.3硬件總體設計
本人設計的單片機開發(fā)板是以ST89C51作為主控制芯片,串口通信芯片MAX3232、網絡芯片CP2200、液晶顯示器、按鍵開關、AD/DA轉換等元器件組成,通過軟硬件結合實現(xiàn)鍵盤掃描,液晶顯示,與PC機串行通信,I/O口擴展功能等。一方面,它能作為學生實驗的工具,另一方面,它也是綜合型單片機系統(tǒng)設計的基礎,可擴展許多其它功能。
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