52 单片机最小系统设计单片机最小系统设计摘要：摘要：本次设计为制作以 AT89C52 为核心的单片机最小系统，用于扩展I/O 口。此系统含有单片机工作的最基本组成单元电源电路、复位电 路和振荡电路。另外，还有 34 矩阵键盘、液晶显示电路和 RS232 串口电 路以及用于扩展功能的四排与 I/O 端口相连的插孔。 关键字关键字：单片机 最小系统 矩阵键盘 液晶显示一、方案设计一、方案设计1.1.设计方案思路设计方案思路要想让单片机正常工作则必需给单片机提供必要的外围电路，电源电 路为其提供能量，振荡电路为其内部寄存器提供必要的时钟信号，复位电 路让单片机从初始状态工作，这些都是单片机正常工作所必不可少的。而 诸如液晶显示电路、矩阵键盘这些外围电路则丰富了单片机的扩展功 能，RS232串口电路为单片机程序的下载提供了串口。2.2.设计框图设计框图123456ABCD654321DCBATitleNumberRevisionSize B Date:19-Jul-2013Sheet of File:D:ProtelExamples兴兴兴兴兴兴.ddbDrawn By:串串串串串串串串串串串串串串串串串串串串串串RS232串串串串A T 89C 52串串串串串串RS232串串串串图图 1 1：设计框图：设计框图二、电路设计二、电路设计2.12.1 各模块介绍各模块介绍2.1.1 单片机 AT89C52 模块AT89C52 ：8 位单片机是 MSC-51 系列产品的升级版，有世界著名半导体公司 ATMEL 在购买 MSC-51设计结构后，利用自身优势技术（掉电不 丢数据）闪存生产技术对旧技术进行改进和扩展，同时使用新的半导体生 产工艺，最终得到成型产品。与此同时，世界上其他的著名公司也通过基 本的 51 内核，结合公司自身技术进行改进生产，推广一批如 51F020 等高 性能单片机。 AT89C52 片内集成 256 字节程序运行空间、8K 字节 Flash 存储空间， 支持最大 64K 外部存储扩展。根据不同的运行速度和功耗的要求，时钟频 率可以设置在 0-33M 之间。片内资源有 4 组 I/O 控制端口、3 个定时器、8 个中断、软件设置低能耗模式、看门狗和断电保护。可以在 4V 到 5.5V 宽 电压范围内正常工作。不断发展的半导体工艺也让该单片机的功耗不断降 低。同时，该单片机支持计算机并口下载，简单的数字芯片就可以制成下 载线，仅仅几块钱的价格让该型号单片机畅销 10 年不衰。根据不同场合的 要求，这款单片机提供了多种封装，本次设计根据最小系统有时需要更换 单片机的具体情况，使用双列直插 DIP-40 的封装。123456ABCD654321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:19-Jul-2013Sheet of File:D:ProtelExamples兴兴兴兴兴兴.ddbDrawn By:P101P112P123P134P145P156P167P178RESET9RDX/P3010TXD/P3111INT0/P3212INT1/P3313T0/P3414T1/P3515WR/P3616RD/P3717X218X119GND20P2021P2122P2223P2324P2425P2526P2627P2728PSEN29ALE/P30EA/VP31P0732P0633P0534P0435P0336P0237P0138P0039VCC4089C52U1Z 89C52图 2： DIP-40 封装 89C52 引脚图2.1.2 电源模块本系统的电源部分采用了集成稳压器 7805、7905、7812 和 7912 分别 输出5V 和12V 的直流电压，原理图如下;1234ABCD4321DCBATitleNumberRevisionSize B Date:19-Jul-2013Sheet of File:D:ProtelExamples兴兴兴兴兴兴.ddbDrawn By:IN1GND2OUT3T17805IN1GND2OUT3T27905IN1GND2OUT3T37812IN1GND2OUT3T479121 2 3J13+18V -18V-5V+12V-12VC9104C191000uf/25VD1LEDR12100KVCCUSB_INC7 104C8 104C11 104C17 100uf/25VD2 LEDC18100uf/25VD3LEDC20 100uf/25VD4 LEDR1110KR1010KR13100K1123456S13Z KAI GUANUSB_IN VCC图 3：多路输出稳压电路2.1.3振荡电路模块振荡电路由一个12M的晶振和两个22pf的电容所组成，原理图如下：123456ABCD654321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:19-Jul-2013Sheet of File:D:ProtelExamples兴兴兴兴兴兴.ddbDrawn By:C1422pfC1322pfY1 12M图4:震荡电路原理图2.1.4 复位电路模块复位电路是维持单片机最小系统运行的基本模块。复位电路通常分为 两种：上电复位和手动复位。123456ABCD654321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:19-Jul-2013Sheet of File:D:ProtelExamples兴兴兴兴兴兴.ddbDrawn By:C1R1VCCRST123456ABCD654321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:19-Jul-2013Sheet of File:D:ProtelExamples兴兴兴兴兴兴.ddbDrawn By:C16 10UFK1RESR9 10KRSTVCC图 5.1: 上电复位 图 5.2: 手动复 位 有时系统在运行过程中出现程序跑飞的情况，在程序开发过程中，经 常需要手动复位。所以本次设计选用手动复位。AT89C52 系列大片级为高 电平复位，在复位引脚 RST 上接一电容到 VCC，再接一电阻到 GND，由 此形成一个 RC 充放电路。2.1.5 34 矩阵键盘模块矩阵键盘是在要求按键不多是的一种简易键盘设计。与编码键盘相比， 矩阵键盘不需要专门的编码芯片，从而成本低，设计简单，用简单的面包 板即可搭成。缺点是占用单片机端口较多，而且编程实现行扫描列扫描比 较占用资源。 键盘的原理是在一端接入高电平，用单片机一个端口去检测按键另一 端的电平，另一端也是高电平时，说明按键被按下。34 矩阵键盘，分为 3 行 4 列，在每列加高电平，然后用程序控制行扫描和列扫描，判断具体哪 个按键被按下。由于本身键盘的特点，再设计程序是需要加入消除抖动处 理。1234ABCD4321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:19-Jul-2013Sheet of File:D:ProtelExamples兴兴兴兴兴兴.ddbDrawn By:P101P112P123P134P145P156P167P178J1jian panS1KEYS2KEYS3KEYS4KEYS5KEYS6KEYS7KEYS8KEYS9KEYS10KEYS11KEYS12KEYP11 P12 P13 P14 P15 P16 P17图 6：矩阵键盘原理图2.1.6 液晶显示模块本系统设计了两个液晶模块，一个是 1602 液晶，另一个是 12864 液 晶，1602 液晶只能显示字符，不能显示汉字，12864 液晶既可以显示字符， 又可以显示汉字，还可以显示图片，它既能进行串行数据接受与传送，又 能进行并行数据接受与发送，大部分 12864 液晶在出厂时背光度已经调好， 所以设计时没加不加调节背光度的电位器。1234ABCD4321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:19-Jul-2013Sheet of File:D:ProtelExamples兴兴兴兴兴兴.ddbDrawn By:VCCVCCR110KP11 P12 P10P14 P15 P16 P171 2 3J3 VCCGND1VCC2 3RS4R/W5E600701802903100411051206130714PSB15 16/RST17 18VCC19GND20J2Z 12864M0 M1 M2 M3VCC1234ABCD4321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:19-Jul-2013Sheet of File:D:ProtelExamples兴兴兴兴兴兴.ddbDrawn By:VCCVCCR2 10KP10P11 P12P17P16P15P14GND1VCC2VL3RS4R/W5E6D07D18D29D310D411D512D613D714VCC15GND16J6Z 1602M0 M1 M2 M3VCC图 7.1：液晶 12864 图 7.2：液晶 16022.1.7 串口通信模块本系统采用 PL2303 芯片用作 PC 与单片机的通信。该器件作为 USB/RS232 双向转换器，一方面从主机接收 USB 数据并将其转换为 RS232 信息流格式发送给外设；另一方面从 RS232 外设接收数据转换为 USB 数据 格式传送回主机。 USB 转串口主芯片模块主要由三部分组成，分别是 USB 转串口芯片 PL2303、PL2303 工作晶振和 PL2303 外围电路。123456ABCD654321DCBATitleNumberRevisionSize B Date:19-Jul-2013Sheet of File:D:ProtelExamples兴兴兴兴兴兴.ddbDrawn By:TXD1 DTN_N2 RTS_N3 VDD_2324 RXD5 RI/N6 GND7 VDD8 DSR_N9 DCD_N10 CTS_N11 SHTN_N12 EE_CLK13 EE_DATA14DP15DM16VDD_3_317GND_3V318RESET19VDD20GND21TRI_MODE22LD_MODE23VCC_PLL24GND_PLL25PLL_TEST26OSC127OSC228PL2302U2Z PL2303 兴R310KR410KR510KR618 R718R81KC2 104C4 104C12 22C15 22VCC1D-2 D+3GND45566USBJ17P30 USB_IN1 2 3J4C5104P31图 8：串口通信电路2.22.2 设计软件设计软件 Prorel2.2.1 软件简介Protel 公司于 80 年代末推出了 Protel电子行业的 CAD 软件，由于最初在国内普及率较高，所以发展较好，大多数公司中低频电路设计都采用 此软件。早期的版本主要用于印刷版自动布线。后来推出著名的 Protel 99se,能 够在 Windows 9X/XP 下运行。2.2.2 Protel 电路设计及布线基本规则该软件简单易学，了解了基本规则以后就可以进行电路板设计。主要 掌握内容包括：原理图连线、元件库熟悉、元件库制作、元件封装选取、 pcb 图生成、印制板规则设置、印制板走线、元器件摆放。 规则设置和印刷版走线比较难掌握。在布线时主要遇到的几个问题包 括设置线宽（12mil） ；设置过孔大小；设置铺铜与走线的距离 （10mil） ；版面的安排。三、 最小系统 Protel 制图3.1 原理图部分3.1.1 原理图简介根据课程设计要求及实际情况，本次设计原理图包括八部分： AT89C52、