单片机实验系统设计
单片机实验系统设计[20200406105545]
摘 要
由于单片机工艺被广泛的应用于各个领域，集成电路的许多厂商都推出了各种类型的单片机以适用于市场的各种需求。其中单片机家族的众多成员中， MCS- 51系列单片机以其出色的表现，成熟的工艺，极高的可靠性，极强的性价比，使其在国内单片机领域成为了主流。目前，有越来越多可用于MCS- 51系列单片机开发的产品被开发出来，开发的系统和软件匹配也逐步得到改善的。然而随着时代的发展会有更多的单片机产品问世，这使得单片机的学习变得十分重要。因此，我们希望能够通过开发单片机实验系统为单片机的学习提供帮助。
该项目设计是基于一款AT89S51的单片机实验系统，这一设计可应用于专业基础课，专业课，单片机课程设计和与利用单片机开发产品的相关毕业设计上。实验系统是根据单片机实验教材中的相关实验进行开发的，能够完成一些基础的单片机实验，同时对稍微复杂的实验要求也可以通过修改软件添加硬件进行相应的完善。本实验系统中共使用了四块单片机实验板，它们分别为：8051最小系统板、键盘显示接口板、ISP JTAG下载板以及AD_DA转换板。在基础实验系统方面分别为：键盘扫描实验、数码显示实验、定时器实验、串口通讯实验以及AD-DA转换实验。利用这些实验希望能够帮助单片机学习者更好的认识和应用单片机。
*查看完整论文请 +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
关键字:AT89S51单片机实验系统硬件
目录
1.绪论 3
1.1单片机现状及发展概述 3
1.2单片机的性能特点 4
1.3单片机的主要产品及系列 5
2.实验系统总体设计 5
2.1实验系统功能 5
2.1.1 实验系统运行结构 6
2.1.2 硬件部分 6
2.1.3软件部分 6
3.实验系统的硬件设计 7
3.1硬件总体介绍 7
3.2 8051系统板设计 7
3.2.1 8051系统板设计结构 7
3.2.2 晶振电路 7
3.2.3 复位电路 8
3.2.4 RS232串口通信电路 8
3.2.5 8051制作实际效果图 8
3.3键盘显示接口板设计 9
3.3.1键盘显示接口板结构 9
3.3.2 4×4键盘开关电路 10
3.3.3 数码管驱动电路 10
3.3.4发光二极管指示电路 10
3.3.5键盘显示接口板实际效果图 11
3.4 AD_DA转换板设计 12
3.4.1 AD_DA转换结构 12
3.4.2 ADC0809典型电路 12
3.4.3 AD_DA转换板实际效果图 13
3.5 ISP JTAG下载板 13
4.实验系统的软件设计 14
4.1键盘扫描实验 14
4.2数码显示 17
4.3定时器 19
4.4串口通讯 21
4.5 AD_DA转换 25
4.6软件设计总结 26
5.结语 27
参考文献 27
附录 28
致 谢 29
1.绪论
1.1单片机现状及发展概述
单片机是第四代微型计算机中极为重要的一支分支。采用单片机技术创新推出的一款控制领域，微控制技术的时代，硬件控制一步步结束。近十几年来，它被广泛应用在检测自动化、商业管理、自动化办公、数据的收集和后期处理、科学计算和生产过程控制等领域。单片机在很多方面相对其他的微控制系统都具备优势。它的耗能相对比较节约，并且体积和重量都比较小。它的可靠性极高可以适合各种工作环境，其通用灵活的特点更是使其可以在各个领域大显身手。单片机的成长十分的快，它被应用到了许多学科的很多领域，还有生活的方方面面。
AT89S51具备CPU、存储器到输入/输出端口等一切所需的内部构造是一片具备完整内部构造的。将编译好的程序写入后，单片机自身的信息处理能力力就会对相应数据进行收集处理、中央调控和信息传输。MCS-51单片机指令系统中有和强的位处理能力，它可以适应控制的需求可以识别加减乘除的算术指令并且可以利用芯片内的单字节乘除运算器独自完成单字节乘除法的运算，工作的CPU时钟频率可以达到12Mhz。本系列产品分为民、工、军三个类别，民用产品多用于工作温度0°C~+70°C的办公室和电脑室;军工产品要求则较为苛刻，单片机需要在-65°C~+125°C的温度环境条件下工作; 高性能工业级产品则介于两者之间，它只需工作在-40°C?+85°C环境温度即可。由于其性能的可靠性它可以根据不同的工作环境选择不同的芯片以保障在不同的环境中稳定的工作。
它的问世时间不长，在它问世的这几十年里，一般认为它经历了四个发展的时期，在这四个时期中每个时期都发布了具有划时代的意义的产品。从英特尔2000微处理器到MCS-96系列，没一个产品在性能方面都得到了显著的提高。
第一时期:1971~1974年，1971年11月美国英特尔设计的英特尔2000微处理器集成四个晶体管/件4004版本。随后开发的8位微处理器英特尔8008。虽然这些微处理器也并不是我们现在看到的微控制器，但已经揭开了单片机开发的序幕。
第二时期:1974~1978年，在此期间主要是初级微控制器，这一次主要是Intel的MCS-48为代表，这段时间一直在集成的单芯片并行I/ O端口，8位的定时/计算器，8个CPU，但它并没有解决大于4K的范围内，并且没有串行端口。
第三时期：1978-1983年，此期主要是推出了性能更为强大的微型控制器MCS-51系列。单芯片微控制器的这一个时期与之前相比，不仅提高了ROM和拓宽了寻址范围，还添了定时/计数器，并行I / O端口。此外中断源的单位个数也得到了一定数量的提升；并将全双工串行通信接口集成到了单片机内。这系列产品由于其极强的性价比，在这一时期成为了市场的主流产品。
第四时期：1983年至今是单片机髙速发展的时期。MCS-96系列单片机是这一时期开发的16位微控制器，微控制器高度集成，先进的技术，强大的内部功能，并允许用户控制使用工业控制语言。在这种单芯片问世不久，几家大公司都推出了单芯片领域的代表性能和技术最高水准的32位微控制器。
1.2单片机的性能特点
单片机作为一个强大的信息处理器，自然其必须具备强大的微控制器，作为其核心的微控制器除了需要有通用CPU的数值函数的处理计算能力，仍需要有一个灵活和强大的控制能力。因为工业方面对单片机的广泛应用，工业控制就成为了单片机的主要应用方向。而在工业应中单片机会遭遇到不同的工业环境，然而这些环境一般都是相对恶劣的，所以对它的使用就必须格外的注重对相应环境的适应性。在单片机的不断发展过程中和使用过程中，成就了它的技术特点和发展方向：
①抗扰性能强大.适应温度范围宽广。
②系统控制功能强大，但是对于数据计算却不擅长。通用微机虽然拥有强大的计算能力但其薄弱的控制能力也时期不能达到通用的可能。但对通用微机增加些专用接口电路也可将其用于工业控制。系统稳定性高。
③系统稳定性高。
④单片机指令系统相对简单。
这些性能特点主要是针对所有单片机的，而这里必须单独介绍一下本设计中所采用的80C51单片机系列，它作为新一代的8位单片机，其具备强大性能，它被广泛的应用到各个领域。它的主要特点：
①采用了CMOS工艺，这种工艺的采用使的80C51单片机的功耗大大降低了。
②单片机内的存储器容量较大，各种规格种类繁多，还具有多样化的程序存储器。
③相对较低的工作电压、以及宽广的使用电压范围(1.8V~6.0V)，还可用电池为其提供电力，让其更加有利于户外的工作。
④接口电路功能已被扩展的功能，如：增加了高速I / O接口，I / O端口以扩大引线的数量。
⑤定时/计数器功能扩展、数量增加。
⑥添加了定时复位功能，抗干扰能力也得到了相应的。
⑦串行通信的能力必须要在一定的限度内得到强化，
⑧多样化的封装形式，即使同一型号的CPU,也具备多种封装形式
1.3单片机的主要产品及系列
前文中提到单片机的发展已经延续了30年之久，在这段时间中各大公司推出出了70多个系列的单片机产品而人们将这些系列不同的产品应用到了将近500多个机种中。这些产品虽然都是单片机但是它们在控制能力、数据处理、环境适应等等一系列不同工作环境中应用，使得它们具有个子的特点，。然而它们同为单片机，它们都具备单片性能强，功耗小，便携带等基本特征。所以它们虽然性能、大小不尽相同但是它们都能它们所使用的领域内占得一席之地。下面主要介绍一下本次设计主要应用到的AT89系列。
摘 要
由于单片机工艺被广泛的应用于各个领域，集成电路的许多厂商都推出了各种类型的单片机以适用于市场的各种需求。其中单片机家族的众多成员中， MCS- 51系列单片机以其出色的表现，成熟的工艺，极高的可靠性，极强的性价比，使其在国内单片机领域成为了主流。目前，有越来越多可用于MCS- 51系列单片机开发的产品被开发出来，开发的系统和软件匹配也逐步得到改善的。然而随着时代的发展会有更多的单片机产品问世，这使得单片机的学习变得十分重要。因此，我们希望能够通过开发单片机实验系统为单片机的学习提供帮助。
该项目设计是基于一款AT89S51的单片机实验系统，这一设计可应用于专业基础课，专业课，单片机课程设计和与利用单片机开发产品的相关毕业设计上。实验系统是根据单片机实验教材中的相关实验进行开发的，能够完成一些基础的单片机实验，同时对稍微复杂的实验要求也可以通过修改软件添加硬件进行相应的完善。本实验系统中共使用了四块单片机实验板，它们分别为：8051最小系统板、键盘显示接口板、ISP JTAG下载板以及AD_DA转换板。在基础实验系统方面分别为：键盘扫描实验、数码显示实验、定时器实验、串口通讯实验以及AD-DA转换实验。利用这些实验希望能够帮助单片机学习者更好的认识和应用单片机。
*查看完整论文请 +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
关键字:AT89S51单片机实验系统硬件
目录
1.绪论 3
1.1单片机现状及发展概述 3
1.2单片机的性能特点 4
1.3单片机的主要产品及系列 5
2.实验系统总体设计 5
2.1实验系统功能 5
2.1.1 实验系统运行结构 6
2.1.2 硬件部分 6
2.1.3软件部分 6
3.实验系统的硬件设计 7
3.1硬件总体介绍 7
3.2 8051系统板设计 7
3.2.1 8051系统板设计结构 7
3.2.2 晶振电路 7
3.2.3 复位电路 8
3.2.4 RS232串口通信电路 8
3.2.5 8051制作实际效果图 8
3.3键盘显示接口板设计 9
3.3.1键盘显示接口板结构 9
3.3.2 4×4键盘开关电路 10
3.3.3 数码管驱动电路 10
3.3.4发光二极管指示电路 10
3.3.5键盘显示接口板实际效果图 11
3.4 AD_DA转换板设计 12
3.4.1 AD_DA转换结构 12
3.4.2 ADC0809典型电路 12
3.4.3 AD_DA转换板实际效果图 13
3.5 ISP JTAG下载板 13
4.实验系统的软件设计 14
4.1键盘扫描实验 14
4.2数码显示 17
4.3定时器 19
4.4串口通讯 21
4.5 AD_DA转换 25
4.6软件设计总结 26
5.结语 27
参考文献 27
附录 28
致 谢 29
1.绪论
1.1单片机现状及发展概述
单片机是第四代微型计算机中极为重要的一支分支。采用单片机技术创新推出的一款控制领域，微控制技术的时代，硬件控制一步步结束。近十几年来，它被广泛应用在检测自动化、商业管理、自动化办公、数据的收集和后期处理、科学计算和生产过程控制等领域。单片机在很多方面相对其他的微控制系统都具备优势。它的耗能相对比较节约，并且体积和重量都比较小。它的可靠性极高可以适合各种工作环境，其通用灵活的特点更是使其可以在各个领域大显身手。单片机的成长十分的快，它被应用到了许多学科的很多领域，还有生活的方方面面。
AT89S51具备CPU、存储器到输入/输出端口等一切所需的内部构造是一片具备完整内部构造的。将编译好的程序写入后，单片机自身的信息处理能力力就会对相应数据进行收集处理、中央调控和信息传输。MCS-51单片机指令系统中有和强的位处理能力，它可以适应控制的需求可以识别加减乘除的算术指令并且可以利用芯片内的单字节乘除运算器独自完成单字节乘除法的运算，工作的CPU时钟频率可以达到12Mhz。本系列产品分为民、工、军三个类别，民用产品多用于工作温度0°C~+70°C的办公室和电脑室;军工产品要求则较为苛刻，单片机需要在-65°C~+125°C的温度环境条件下工作; 高性能工业级产品则介于两者之间，它只需工作在-40°C?+85°C环境温度即可。由于其性能的可靠性它可以根据不同的工作环境选择不同的芯片以保障在不同的环境中稳定的工作。
它的问世时间不长，在它问世的这几十年里，一般认为它经历了四个发展的时期，在这四个时期中每个时期都发布了具有划时代的意义的产品。从英特尔2000微处理器到MCS-96系列，没一个产品在性能方面都得到了显著的提高。
第一时期:1971~1974年，1971年11月美国英特尔设计的英特尔2000微处理器集成四个晶体管/件4004版本。随后开发的8位微处理器英特尔8008。虽然这些微处理器也并不是我们现在看到的微控制器，但已经揭开了单片机开发的序幕。
第二时期:1974~1978年，在此期间主要是初级微控制器，这一次主要是Intel的MCS-48为代表，这段时间一直在集成的单芯片并行I/ O端口，8位的定时/计算器，8个CPU，但它并没有解决大于4K的范围内，并且没有串行端口。
第三时期：1978-1983年，此期主要是推出了性能更为强大的微型控制器MCS-51系列。单芯片微控制器的这一个时期与之前相比，不仅提高了ROM和拓宽了寻址范围，还添了定时/计数器，并行I / O端口。此外中断源的单位个数也得到了一定数量的提升；并将全双工串行通信接口集成到了单片机内。这系列产品由于其极强的性价比，在这一时期成为了市场的主流产品。
第四时期：1983年至今是单片机髙速发展的时期。MCS-96系列单片机是这一时期开发的16位微控制器，微控制器高度集成，先进的技术，强大的内部功能，并允许用户控制使用工业控制语言。在这种单芯片问世不久，几家大公司都推出了单芯片领域的代表性能和技术最高水准的32位微控制器。
1.2单片机的性能特点
单片机作为一个强大的信息处理器，自然其必须具备强大的微控制器，作为其核心的微控制器除了需要有通用CPU的数值函数的处理计算能力，仍需要有一个灵活和强大的控制能力。因为工业方面对单片机的广泛应用，工业控制就成为了单片机的主要应用方向。而在工业应中单片机会遭遇到不同的工业环境，然而这些环境一般都是相对恶劣的，所以对它的使用就必须格外的注重对相应环境的适应性。在单片机的不断发展过程中和使用过程中，成就了它的技术特点和发展方向：
①抗扰性能强大.适应温度范围宽广。
②系统控制功能强大，但是对于数据计算却不擅长。通用微机虽然拥有强大的计算能力但其薄弱的控制能力也时期不能达到通用的可能。但对通用微机增加些专用接口电路也可将其用于工业控制。系统稳定性高。
③系统稳定性高。
④单片机指令系统相对简单。
这些性能特点主要是针对所有单片机的，而这里必须单独介绍一下本设计中所采用的80C51单片机系列，它作为新一代的8位单片机，其具备强大性能，它被广泛的应用到各个领域。它的主要特点：
①采用了CMOS工艺，这种工艺的采用使的80C51单片机的功耗大大降低了。
②单片机内的存储器容量较大，各种规格种类繁多，还具有多样化的程序存储器。
③相对较低的工作电压、以及宽广的使用电压范围(1.8V~6.0V)，还可用电池为其提供电力，让其更加有利于户外的工作。
④接口电路功能已被扩展的功能，如：增加了高速I / O接口，I / O端口以扩大引线的数量。
⑤定时/计数器功能扩展、数量增加。
⑥添加了定时复位功能，抗干扰能力也得到了相应的。
⑦串行通信的能力必须要在一定的限度内得到强化，
⑧多样化的封装形式，即使同一型号的CPU,也具备多种封装形式
1.3单片机的主要产品及系列
前文中提到单片机的发展已经延续了30年之久，在这段时间中各大公司推出出了70多个系列的单片机产品而人们将这些系列不同的产品应用到了将近500多个机种中。这些产品虽然都是单片机但是它们在控制能力、数据处理、环境适应等等一系列不同工作环境中应用，使得它们具有个子的特点，。然而它们同为单片机，它们都具备单片性能强，功耗小，便携带等基本特征。所以它们虽然性能、大小不尽相同但是它们都能它们所使用的领域内占得一席之地。下面主要介绍一下本次设计主要应用到的AT89系列。
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