一種模塊獨(dú)立的單片機(jī)開發(fā)板設(shè)計(jì)

以 STC89C52 單片機(jī)為控制核心，設(shè)計(jì)一種模塊獨(dú)立的單片機(jī)開發(fā)板。輸入模塊、輸出模塊、通信模塊、電源管理模塊、下載模塊集成在一個(gè) PCB 板上，具有模塊獨(dú)立、易于學(xué)習(xí)和開發(fā)的特點(diǎn)。

中圖分類號(hào)：TP368.1-4 文章編號(hào)：1674-2583（2020）04-0064-02

DOI：10.19339/j.issn.1674-2583.2020.04.021

一種模塊獨(dú)立的單片機(jī)開發(fā)板設(shè)計(jì)［J］。集成電路應(yīng)用， 2020， 37（04）：64-65.

Singlechip Microcomputer Development Board with Independent Modules

NIU Zhongjin ZHAO Chuanwen DU Yanzhe

Abstract — Taking STC89C52 as the control core， this paper designs a singlechip development board with independent module. Input module， output module， communication module， power management module and download module are integrated in a PCB board， which has the characteristics of independent module， easy to learn and develop.

Index Terms — integrated circuit application， singlechip， STC89C52， module independence.

0 引言

實(shí)驗(yàn)室的單片機(jī)開發(fā)板有多模塊控制功能，本文設(shè)計(jì)一種模塊之間相互獨(dú)立的單片機(jī)開發(fā)板，包括 STC89C52 系統(tǒng)板（含下載電路），輸入模塊：DS1302 實(shí)時(shí)時(shí)鐘、獨(dú)立按鍵、紅外接收模塊、光敏傳感器模塊等作為輸入模塊給單片機(jī)，輸出模塊：12864 中文液晶、MC74HC5757 驅(qū)動(dòng)的 8 個(gè)數(shù)碼的輸出顯示單元模塊，可以給使用者第一視覺的判斷，通信模塊是 zigbee 模塊的 WiFi 通信和以 4.0 版的藍(lán)牙通信技術(shù)，可以更加靈活的與電腦上位機(jī)之間的連接，可以與其他單片機(jī)或者從機(jī)之間連接，外帶的 L298N 驅(qū)動(dòng)模塊可以直接驅(qū)動(dòng)電機(jī)旋轉(zhuǎn)，EEPROM 的儲(chǔ)存模塊，5 V、3.3 V 電壓轉(zhuǎn)換模塊等組成。

1 系統(tǒng)架構(gòu)

以 STC89C52 芯片為核心的最小單元系統(tǒng)，對(duì)開發(fā)板的各個(gè)模塊進(jìn)行控制，為了方便使用將各個(gè)模塊獨(dú)立化，通過(guò)排線進(jìn)行連接，這樣可以擴(kuò)大使用者的使用靈活性能。對(duì)開發(fā)板上的 DS1302 實(shí)時(shí)時(shí)鐘、獨(dú)立按鍵、紅外接收模塊、光敏傳感器模塊等外圍傳感器模塊的輸入單元，方便使用者在傳感器上面的選擇。每個(gè)模塊可以單獨(dú)供電，也可以使用統(tǒng)一的供電，供電用的是 USB 供電，這種方式是現(xiàn)在流行的供電技術(shù)，并且在電腦上，手機(jī)充電器，插排等地方可以隨時(shí)隨地進(jìn)行試驗(yàn)，并且上面配備了 5 V、3.3 V 穩(wěn)壓模塊，這樣可以更加方便對(duì)各個(gè)模塊的供電，每個(gè)模塊上面也可以進(jìn)行單獨(dú)的供電，方便使用者的使用。系統(tǒng)的原理方框圖。

STC89C52 是一種低功耗、高性能 CMOS 芯片，8 位微控制器。它替代傳統(tǒng)的 AT89C51（不帶 SPI 下載）。外圍電路圖。

2 模塊設(shè)計(jì)

2.1 輸入模塊

（1）ZLG7290 鍵盤模塊。ZLG7290 鍵盤是以 ZLG7290B 為核心的，具有自動(dòng)消除抖動(dòng)、段閃爍、段點(diǎn)亮等強(qiáng)大的功能，它采用 I2C 接口，可以直接驅(qū)動(dòng) 8 位共陰式數(shù)碼顯示器件，同時(shí)控制 64 至按鍵，實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話的功能，存寫數(shù)據(jù)不需要外接電路即可驅(qū)動(dòng)數(shù)碼顯示，同時(shí)它具有可操作性強(qiáng)，使用方便等特點(diǎn)。

（2）PCF8563 模塊。PCF8563 是 PHILIPS 公司推出的一款工業(yè)級(jí)采用 I2C 接口功能的具有極低功耗的多功能時(shí)鐘/日歷芯片，提供定時(shí)器功能、時(shí)鐘輸出功能以及中斷輸出等功能能完成各種復(fù)雜的定時(shí)服務(wù)，甚至可為單片機(jī)提供看門狗功能。是一款性價(jià)比極高的時(shí)鐘芯片。

（3）EEPROM 模塊。電可擦可編程只讀存儲(chǔ)器，這個(gè)模塊在掉電后會(huì)保存芯片里面的內(nèi)容不會(huì)丟失，用戶可更改的只讀存儲(chǔ)器 ROM，其可通過(guò)高于普通電壓的作用來(lái)擦除和重編程。

（4）其他輸入模塊。以 DS1302為核心的模塊，可以采用同步串行的方式進(jìn)行通信，傳輸?shù)臄?shù)據(jù) BCD 碼，可以直接轉(zhuǎn)換成單片機(jī)可以識(shí)別的通信代碼，傳送方式分為單字節(jié)傳送和多字節(jié)傳送方式，矩陣按鍵可以方便對(duì)每個(gè)模塊每個(gè)模式的控制。矩陣按鍵節(jié)約了 I/O 口線，采用循環(huán)掃描或者反轉(zhuǎn)法的方式對(duì)每個(gè)按鍵進(jìn)行識(shí)別。也可采用 BCD 編碼的方式進(jìn)行控制。此外，加載了紅外模塊可以檢測(cè)距離，光敏模塊對(duì)光線進(jìn)行檢測(cè)，DHT11 溫濕度傳感器可以檢測(cè)不同的溫度和濕度等，方便對(duì)人們對(duì)傳感器的使用。

2.2 輸出模塊

（1）LED 模塊。LED 模塊由 8 個(gè)發(fā)光二極管組成，為了方便開發(fā)者的使用，在使用時(shí)可以高電平點(diǎn)亮，也可以低電平點(diǎn)亮，可以按照需要組合使用。

（2）中文液晶模塊。128×64 點(diǎn)陣液晶模塊是工作在電壓 5 V（4.75～5.25 V）左右的中文液晶模塊。

（3）L298N 模塊。L298N 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊，是步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片。里面有兩組 H 橋，使 motor 兩端的電壓維持在 0~Vs 之間（不考慮二極管的導(dǎo)通電壓），防止電機(jī)兩端電壓過(guò)高或者過(guò)低，線上電壓小于 0 V 時(shí)下端兩個(gè)二極管跟地導(dǎo)通，大于 Vs 時(shí)上端兩個(gè)二極管跟 Vs 導(dǎo)通，使電壓維持在 0~Vs 之間，防止電機(jī)兩端有過(guò)高的上沖或者過(guò)低的下沖。L298N 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊是現(xiàn)在主流的電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊，它是操作簡(jiǎn)單，易于使用的電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊。

（4）其他輸出模塊。蜂鳴器模塊和語(yǔ)音模塊為開發(fā)者提供語(yǔ)音提示以及警示的作用，以及實(shí)時(shí)播放需要的信息。8 位數(shù)碼顯示模塊是由 MC74HC5757 驅(qū)動(dòng)的顯示電路，是現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)室主流的數(shù)碼驅(qū)動(dòng)電路。

2.3 下載模塊

CH340G 芯片是 USB 總線接口，常用于 USB 轉(zhuǎn)串口，它采用 5 V 供電電路外圍電路，全速 USB 接口，兼容 USB V2.0 版本，支持 Windows 操作系統(tǒng)不需要修改內(nèi)容，是現(xiàn)在常用的串口模式。

2.4 電源管理模塊

相對(duì)于 78 系列 LM1117 提供限電流保護(hù)和熱保護(hù)，是低溫差器件，參考電壓確保輸出電壓的精度在 ±1% 以內(nèi)，可提供一個(gè)高質(zhì)量的線性電壓，在外部電壓帶一個(gè) 10 μF 和 22 μF 的電容其濾波作用，可提供 5 V 和 3.3 V 的穩(wěn)壓電壓。

2.5 通信模塊

（1）藍(lán)牙4.0 版藍(lán)牙模塊是用于短距離無(wú)線通信，按功能分為藍(lán)牙數(shù)據(jù)模塊，藍(lán)牙模塊可以避免射頻信號(hào)到中頻信號(hào)的變換。

（2）zigbee 模塊。以 CC2530 為核心的 zigbee 模塊基于 IEEE 802.15.4 標(biāo)準(zhǔn)的低功耗個(gè)域網(wǎng)協(xié)議。根據(jù)這個(gè)協(xié)議規(guī)定的技術(shù)是一種短距離、低功耗的無(wú)線通信技術(shù)。其特點(diǎn)是近距離、低復(fù)雜度、自組織、低功耗、低數(shù)據(jù)速率、低成本。

3 測(cè)試結(jié)果

采用系統(tǒng)測(cè)試的方法進(jìn)行測(cè)試，其中軟件仿真測(cè)試用 Proteus 在線運(yùn)行和調(diào)試，模擬軟件的真實(shí)使用環(huán)境，驗(yàn)證程序的執(zhí)行過(guò)程中的故障，及時(shí)調(diào)整硬件。硬件調(diào)試測(cè)試部分每一個(gè)功能模塊是否可以實(shí)現(xiàn)功能，最后硬件軟件聯(lián)調(diào)，調(diào)試和排除故障后下載程序驗(yàn)證和調(diào)整。

根據(jù)可行性調(diào)試的測(cè)試結(jié)果，本設(shè)計(jì)全部滿足要求，完成了設(shè)計(jì)中所要求的標(biāo)準(zhǔn)。

4 結(jié)語(yǔ)

本系統(tǒng) AD 制板和 STC89C52 的編程為核心控制部分，在設(shè)計(jì)的時(shí)候我們?cè)诟鱾€(gè)模塊的選擇盡量選擇可操作性強(qiáng)，易于理解，覆蓋全面的方式進(jìn)行選擇。在進(jìn)行 AD 制板過(guò)程中我們?cè)?a target="_blank">元器件選擇上力求集成程度高，易于更換，相互干擾能力較弱，線性值較高的元器件，在編程的過(guò)程中我們對(duì)于程序盡量通俗易懂，程序簡(jiǎn)便的編程標(biāo)準(zhǔn)來(lái)進(jìn)行。
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