吉林工程技术师范学院单片机毕业论文第三章硬件设计.doc

第三章 硬件设计 3．1 硬件电路的组成与设计步骤 3．1．1 硬件电路的组成 整个系统的硬件电路设计主要由各功能电路来构成，即LED数码管显示、ZLG7289A显示驱动、键盘电路、核心控制电路、时钟电路、语音电路、温度采集电路以及蜂鸣器报警电路和光强检测电路。 这些功能电路通过其连接关系进行合理组合制板，共同实现系统设计，不仅在系统功能实现上分工明确，而且使得系统的硬件电路设计更加清晰、条理更加明确，增加了系统的实用性和可扩展性。 3．1．2 硬件电路设计步骤 系统的硬件设计按照以下六步走： 1、按照系统硬件电路的方案设计，利用Protel DXP画出系统硬件原理图； 2、利用面包板，采用导线连接完成电路功能测试。 3、完成印制电路板的设计； 4、器件采购； 5、完成电路板器件焊接； 6、调试电路板； 3．2各主要功能模块电路设计与器件选择 3．2．1 单片机的选择及最小系统设计 1、单片机的选择 根据初步设计方案的分析，设计这样一个应用系统，可以选择带有EPROM的单片机，应用程序直接存储在片内，不用在外部扩展程序存储器，电路可以简化。与INTEL公司的MCS-51系列兼容的单片机芯片我们均可以选用。因此，我们可以采用AT89S51单片机作为控制核心器件，AT89S51单片机是ATMEL公司的最新产品，具有可下载在线编程等功能，使用方便。 AT89S51是一个低电压，高性能CMOS 8位单片机，片内含4k bytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和128 bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元。40个引脚，32个外部双向输入/输出（I/O）端口，同时内含2个外中断口，2个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，AT8951可以按照常规方法进行编程，也可以在线编程。其将通用的微处理器和Flash存储器结合在一起，特别是可反复擦写的Flash存储器可有效地降低开发成本。 AT8951具有PDIP、PQFP/TQFP及PLCC等三种封装形式，以适应不同产品的需求·?89S51CPU与MCS-51 兼容· 4K字节可编程FLASH存储器(寿命：1000写/擦循环)· 全静态工作：0Hz-Hz· 三级程序存储器保密锁定· 128*8位内部RAM· 32条可编程I/O线· 两个16位定时器/计数器·? 个中断源· 可编程串行通道· 低功耗的闲置和掉电模式· 片内振荡器和时钟电路89S51内部有4KB闪烁存储器，芯片本身就是1个最小系统，所以它的最小系统设计只要将单片机接上时钟电路和复位电路即可，如下图 3－2所示。 图3-2 89S51最小应用系统 3．2．2 数码管显示电路设计与器件选择 单片机应用系统中，通常都需要进行人-机对话。这包括人对应用系统的状态干预与数据输入，以及应用系统向人们显示运行状态与运行结果等。显示器、键盘电路就是用来完成人-机对话活动的人-机通道。 LED显示器的驱动是一个非常重要的问题，由于单片机的并行口不能直接驱动LED显示器，必须采用专用的驱动芯片，使之产生足够大的电流，显示器才能正常工作。如果驱动能力差，即负载能力不够时，显示器亮度就低，而且驱动电路长期在超负荷下运行容易损坏。因此，在实际使用中必须接入相应的LED显示驱动器。 LED显示器的显示控制方式分为静态显示和动态显示两种，因此在选择LED驱动器时，一定先确定显示方式。 本系统采用的是动态扫描显示方式，由于一位数据的显示是由段选和位选信号共同配合完成的，因此要同时考虑段和位的驱动能力，而且段的驱动能力决定位的驱动能力。 1、LED显示器的选择 在应用系统中，设计要求不同，使用的LED显示器的位数也不同，因此生产厂家就生产了位数、尺寸、型号不同的LED显示器供选择。在本设计中，选择型号为FJS5101AH的8位数码管构成数码管显示模块。如图3-3所示。在系统应用中8位数码管成4 位一体一行排列，时间显示时用前2位显示“小时”的十位与个位，第三位显示“—”，第四位和第五位显示“分”的十位和个位，第六位显示“—”，最后两位显示“秒”的十位和个位。这样使得时钟的当前时间显示格式为“hh—mm—ss”。 图3-3 数码管显示模块 在本系统中8位LED显示器是一个共阴极接法的8位时钟型LED显示器。其中a、b、c、d、e、f、g为8位LED各段的公共引出端。DS1至DS8分别是每一位的共阴极输出端，dp是小数点引出端。 2、LED的驱动芯片的选择 LED的驱动电路有很多种，在本设计中采用由广州周立功单片机发展有限公司自行设计的数码管显示驱动及键盘扫描管理芯片ZLG7289A，它同时具