基于STC單片機(jī)學(xué)習(xí)平臺(tái)的硬件電路設(shè)計(jì)

0引言

　　隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，國(guó)內(nèi)大部分理工科院校都開(kāi)設(shè)了單片機(jī)課程。為了學(xué)好這門(mén)課程，與單片機(jī)原理與技術(shù)有關(guān)的實(shí)驗(yàn)必不可少，而實(shí)驗(yàn)的工具就是學(xué)習(xí)板。目前大多數(shù)的學(xué)習(xí)板采用的都是51系列的單片機(jī)，并行接口以及一些老的器件。如今，產(chǎn)生了一些增強(qiáng)型的單片機(jī)，速度更快，有更多的功能，如串口可編程等等，也出現(xiàn)了許多串行接口的芯片和一些串行口標(biāo)準(zhǔn)。本文提出了一種基于STC單片機(jī)學(xué)習(xí)平臺(tái)的硬件電路設(shè)計(jì)，采用了一款新型的單片機(jī)型號(hào)一STC12C5410AD，在學(xué)習(xí)平臺(tái)中加入了一些串行接口的芯片，接口標(biāo)準(zhǔn)包括RS-232、SPI、IIC、1-wire等。學(xué)習(xí)平臺(tái)的設(shè)計(jì)目標(biāo)：ISP可編程、液晶屏顯示、日歷時(shí)鐘（IIC接口芯片）、溫度測(cè)量（1-wire接口芯片）、FLAH存儲(chǔ)器（SPI接口芯片）、按鍵（臘換掃描按鍵）、電壓測(cè)量（AD轉(zhuǎn)換）。

　　1硬件系統(tǒng)概述

　　學(xué)習(xí)平臺(tái)以STC12C5410AD為核心，結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

　　1．1 STC12C5410AD單片機(jī)簡(jiǎn)介

　　STC12C5410AD單片機(jī)是宏晶科技在標(biāo)準(zhǔn)8051單片機(jī)內(nèi)核基礎(chǔ)上進(jìn)行較大改進(jìn)后推出的增強(qiáng)型單片機(jī)。它是增強(qiáng)型8051單片機(jī)，單時(shí)鐘／機(jī)器周期，工作電壓5．5V一3．5V，工作頻率范圍0～35MHz，512字節(jié)片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，10K字節(jié)片內(nèi)Flash程序存儲(chǔ)器，ISP（在系統(tǒng)可編程）／IAP（在應(yīng)用可編程），可通過(guò)串口直接下載程序，EEPROM功能，6個(gè)16位定時(shí)／計(jì)數(shù)器，PWM（4路）／PCA（可編程計(jì)數(shù)器陣列，4路），8路10位A／D轉(zhuǎn)換，SPI同步通信口。

　　2硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　2．1晶振，電源及復(fù)位電路

　　圖2、圖3和圖4分別為復(fù)位電路、電源電路和晶振電路。復(fù)位電路中的RST網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號(hào)連接至STC12C5410AD單片機(jī)的引腳3，該電路上電復(fù)位。由于STC12C5410AD單片機(jī)工作電壓在5．5～3．5V之間，因此電源用的是5V的開(kāi)關(guān)電源，為了AD轉(zhuǎn)換準(zhǔn)確，加入了一個(gè)LM7805穩(wěn)壓芯片。

　　2．2燒寫(xiě)程序電路

　　ISP（In—System Programming）在系統(tǒng)可編程，指的是電路板上的空白器件可以編程寫(xiě)入最終用戶(hù)代碼，而不方需式要擦從除電或路再板編卜程取。下傳器件統(tǒng)，的已80經(jīng)51編單程片的機(jī)器調(diào)件試也可程以序用的I刪SP要使用編程器或者仿真器，比較繁瑣，而STC12C5410AD支持在ISP，只要加入圖5中的電路，就可以通過(guò)串口利用STC單片機(jī)PC端ISP下載摔制軟件將要調(diào)試的程序?qū)懙诫娐钒迳系膯纹瑱C(jī)中。下圖中的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號(hào)RxD和TxD分別連接到STC12C5410AD單片機(jī)中的P3．0口和P3．1口。

　　2．3按鍵電路

　　由于Io口資源有限，而STCl2C5410AD自帶AD轉(zhuǎn)換，因此采用AD轉(zhuǎn)換做按鍵掃描，按鍵電路如圖6。其中BUTTON網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號(hào)連至單片機(jī)的P1．0AD轉(zhuǎn)換口。

　　2．4液晶顯示電路

　　液晶顯示電路示于圖7，因?yàn)镾TC12C5410AD單片機(jī)的Io口有限，而1602液晶屏需要8個(gè)數(shù)據(jù)口，因此使用了一個(gè)74HC164芯片將串口的輸入轉(zhuǎn)為并口的輸出，并且加入了一個(gè)74LS273鎖存器芯片防止在串行移入的過(guò)程中將不需要的數(shù)據(jù)送入1602液晶屏，導(dǎo)致顯示錯(cuò)誤。

　　2．5日歷時(shí)鐘電路

　　日歷時(shí)鐘電路示于圖8，采用的是Dallas公司推出的DS1302芯片，是IIC接口的芯片。STC12C5410AD單片機(jī)沒(méi)有IIC通信口，是用兩個(gè)IO口通過(guò)軟件來(lái)模擬IIC接口。DS1302_SCLK和DS1302_DATA兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號(hào)連接到STC12C5410AD單片機(jī)的P2．2和P2．3口，在這兩個(gè)u上各加了一個(gè)10K的上拉電阻。RST_DS1302網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號(hào)連接到P0．0，用來(lái)復(fù)位DS1302芯片。

　　2．6測(cè)溫電路

　　測(cè)溫電路示于圖9，采用的是Dallas公司的單總線(xiàn)數(shù)字式溫度傳感器DS18B20，因此小需要加入模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，直接將它的DQ腳接到單片機(jī)的一個(gè)IO口就可以了。

　　2．7 FLASH電路

　　電路如圖10所示，AT25F512是SPI接口的Flash芯片。STC12C5410AD自帶SPI通訊端口，SCK、MISO、MOSI和Ss網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號(hào)分別連接到單片機(jī)的P1．7、P1．6、P1．5和P0．3口，都加入了一個(gè)10K的上拉電阻。

　　2．8 DA轉(zhuǎn)換電路

　　DA轉(zhuǎn)換電路示于圖11，利用單片機(jī)自帶的PWM功能來(lái)實(shí)現(xiàn)DA轉(zhuǎn)換。

　　4 結(jié)束語(yǔ)

　　本文提出了一種基于STC12C5410AD單片機(jī)的學(xué)習(xí)平臺(tái)的硬件電路的設(shè)計(jì)，相對(duì)于傳統(tǒng)的8051單片機(jī)，用STC12C5410AD單片機(jī)來(lái)設(shè)計(jì)電路的方法有一些不同，它沒(méi)有8051的ALE（地址鎖存）引腳等，因此不能將它的PoEl當(dāng)成地址數(shù)據(jù)復(fù)用口。學(xué)習(xí)平臺(tái)的硬件電路中大部分采用的是串行口芯片，包括了大部分主流的串行口標(biāo)準(zhǔn)。采用液晶屏代替數(shù)碼管用來(lái)顯示，加入了FLASH存儲(chǔ)芯片，利用STC12C5410AD的PWM功能實(shí)現(xiàn)DA轉(zhuǎn)換，充分利用了STC12C5410AD單片機(jī)的資源，同時(shí)芯片內(nèi)自帶看門(mén)狗硬件電路和Ⅱ科的M功能，適合用來(lái)當(dāng)作教學(xué)實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)平臺(tái)。

　　參考文獻(xiàn)

　　1. STC12C541OAD datasheet 2008［EB/OL］.http://pdf.ic-trade.com/STC 12C54 10AD.html

　　2. 楊金巖，鄭應(yīng)強(qiáng)，張振仁.8051單片機(jī)數(shù)據(jù)傳輸接口擴(kuò)展技術(shù)與應(yīng)用實(shí)例［M］//北京：人民郵電出版社，2005:225-238.

　　3. 晁陽(yáng)。單片機(jī)MCS—51原理及應(yīng)用開(kāi)發(fā)教程［M］//北京：清華大學(xué)出版社，2007:290-296.

　　4. 王守中.51單片機(jī)開(kāi)發(fā)入門(mén)與典型實(shí)例［M］//北京：人民郵電出版社，2007:164-187.

　　5. 王為青，邱文勛.51單片機(jī)應(yīng)用開(kāi)發(fā)案例精選［M］//北京：人民郵電出版社，2007:238-241.

　　6. 謝維成，楊加國(guó)。單片機(jī)原理與應(yīng)用及C51程序設(shè)計(jì)［M］//北京：清華大學(xué)出版社，2006:211-213.

　　7. 楊代華，葉敦范，王典洪。單片機(jī)原理及應(yīng)用［M］//武漢：中國(guó)地質(zhì)大學(xué)出版社，2000:109-114.