单片机学习板的设计 - 图文

摘 要

在现在这个电子芯片高速发展的年代，学生们熟练掌握单片机工作原理及其各模块的功能具有时代的意义。随着经济的发展和人们观念的日趋改变，人们越来越享受高智能自动化的生活。而在我们的日常生活中，单片机凭借着它简洁的操作、低廉的价格和广泛的用途占据着重要的地位。所以，单片机给了我们想要的生活。本论文详细介绍了该开发板的开发过程及相关硬件结构和软件设计。开发板以STC89C52单片机为核心控制器，板上资源主要包括数据采集处理模块、实时时钟模块、通信模块、液晶显示模块、USB转串口模块、8*8点阵模块等。针对各个硬件模块开发了相应的软件模块，包括各个控制驱动程序、A/D程序，串口通信程序、液晶显示程序，流水灯驱动程序等。开发板可以作为主控制模块安装于控制系统中执行控制任务，也可以用作实验板，完成单片机各类通用实验，操作简单，控制结果可见，性价比高，可以应用于高校、科研院所的实验室等场合，具有一定的实用价值和现实意义。设计的基于STC80C52单片机的开发板，该开发板具有成本低、体积小、可靠性高、功能齐全、低功耗设计、操作方便等特点。

关键词：芯片；开发板；单片机；液晶

Abstract

In the era of rapid development of modern electronic chip modules，students master the functions of the parts of MCU have the necessity of the times. With the development of our economy and the change of our view, people are want to enjoy a wonderful life ,which full of intelligence and automation. In our daily life, The MCU plays a more and more important role form many field for its easily operation，widely being used and inexpensive.So MCU being the product giving our life we like. This paper introduces the development process of the development board and related hardware and software design. Development board using STC89C52 as core controller, resources on-board include data acquisition and processing module, real time clock module, communication module, LCD module and stepper motor interface module USB-to-serial module, 8*8 lattice module. Design software module corresponding to each hardware module, including the driver and control programs, A/D programs, serial communication programs, liquid crystal display programs，water camp diver and so on. Development board can be used as the main control module installed in the control system to perform control tasks, also can be used as experimental board, complete all kinds of universal experiments of MCU, operated simply, control results can be seen，high cost performance, can be applied to universities, research institutes, laboratories and so on, has some practical value and practical significance. Design a development board based on STC89C51 MCU，the board has characteristics of low cost, small size, high reliability, full-featured, low-power design and easy to operate.

Key words: Chip modules；Development board；MCU；LCD

目 录

1 绪 论 ................................................... 1

1.1单片机的发展历程 ................................................... 1 1.2 单片机现在的应用状况 .............................................. 1 1.3制作单片机开发板的目的和意义 ....................................... 2 1.4 课题研究的内容 .................................................... 3

2 硬件电路设计 ............................................ 4

2.1硬件电路设计图框 ....................................................................................................... 4 2.2 C51单片机主控制模块 ............................................................................................ 6 2.3矩阵键盘模块 ............................................................................................................... 7 2.4 A/D电路模块 ............................................................................................................... 8 2.5 通信模块 .................................................................................................................... 11

2.5.1串口通信模块 ................................................ 11 2.5.2 USB转串口模块 .............................................. 12 2.6 实时时钟模块 ............................................................................................................ 13 2.7 显示模块 ................................................................................................................... 14

2.7.1 1602接口模块 ............................................... 14 2.7.2 12864接口模块 .............................................. 15 2.7.3 数码管显示模块 .............................................. 16 2.7.4 8*8点阵模块 ................................................ 18 2.7.5 流水灯模块 .................................................. 18 2.8 电源供电模块 ............................................................................................................ 19 2.9 其他模块 .................................................................................................................... 20

2.9.1 继电器模块 .................................................. 20 2.9.2 I2C总线 .................................................... 21 2.9.3 红外接收和发送以及蜂鸣器模块 ................................ 21 2.9.4 温度传感器和扩展接口模块 .................................... 23

3 PCB的制作 .............................................. 24

3.1 PCB制作流程图 ........................................................................................................ 24 3.2 电器法则检验和设置元器件封装名 ........................................................................ 25 3.3 生成网络表 ................................................................................................................ 25 3.4元器件的封装以及自制自己的封装库文件 ............................................................. 26 3.5 导入网络表 ................................................................................................................ 26 3.6 元器件的排列 ............................................................................................................ 27 3.7 布线 ............................................................................................................................ 28

4 软件调试 ............................................... 31

4.1 实时时钟显示模块 .................................................................................................... 31

4.1.1 DS1302的寄存器 ............................................. 32 4.1.2 DS1302时钟程序流程图 ....................................... 32 4.2 串口通信模块 ............................................................................................................ 33 4.3 流水灯模块 ................................................................................................................ 34

结论 ..................................................... 36 致谢 ..................................................... 37 参考文献 ................................................. 38 附 录 ................................................... 39

1 绪 论

1.1单片机的发展历程

单片机大概可以追溯到20世纪70年代。1970-1974年之间，诞生了第一代4位单片机。这类单片机已经具有了并行I/O接口及一些常用的A/D和D/A等资源。这在当时来说是非常强大的，通过灵活的控制能力，使其应用于电视机、收音机和电子玩具。随后，潘多拉的盒子便打开。人们认识到单片机的潜在能力和市场价值，各个公司便投入了大量的研究力量。在1974-1978年，单片机进入8位时代。这个时期以Intel公司的MCS-48系列单片机最具代表性。此时的单片机内部集成了更为强大的8位CPU内核、多个并行I/O接口，同时增加了定时器/计数器及小容量的RAM和ROM等。1978-1983年，Intel公司的MCS-51系列为代表，标志着进入高档8位单片机时代。这个时期的单片机工作频率、硬件资源和RAM/ROM容量等都有极大的突破，创新地加入了串口通信接口及多级中断处理系统。我们现在所广泛使用的单片机都仍以该内核为基础，因此，也常称为51系列单片机。随后，单片机市场便进入百花齐放、百家争鸣时代。各个厂商不仅在增强单片机的性能，还推出了不同类型的单片机，例如PIC系列单片机、ARM系列单片机、AVR系列单片、C8051F系列单片机，以及Cypress的Psoc系列等。这便是我们现在看到的单片机领域的纷繁复杂格局[1]。

总的来说，现在的单片机产品线非常丰富，4位、8位、16位单片机乃至32位单片机均有其各自的应用领域。单片机的技术已经深入人心，现在如果不会单片机，便很难跟上技术的发展。

1.2 单片机现在的应用状况

由于单片机的体积小，成本低，运用灵活，性能价格高，易产品化；研究周期短，能方便地组成各种智能化的控制设备和仪器；可靠性性高，抗干扰性强，BUS大多在内部，易采取电磁屏蔽，实用的温度范围宽，在各种恶劣的环境写都能正常的可靠工作；实时控制能力强，实时响应速度快，可直接操作I/O接口；可方便地实现多机和分配控制，提高整个控制系统的效率和可靠性等特点单片机现在研究的成果已经运用到以下领域：

（1）工业测控：对工业设备（如机床、汽车、高档中西餐厨具、锅炉、供水系统、生产自动化、自动报警系统、卫星信号接收等）进行智能控制，大大的降低了劳动强度和生产成本，提高了产品质量的稳定性。

（2）智能设备：用单片机改造普通仪器，仪表，读卡器，使其（集测量，处理、控制功能为一体）智能化、微型化。

（3）家用电器：如高档的洗衣机、空调、电冰箱、微波炉、彩电、DVD、音响、手机、高档电子玩具等，用单片机控制。

（4）商用产品：如自动售货机、电子收款机、电子秤。

（5）网络与通信的只能接口：在大型计算机控制系统的网络系统或者通信电路域外围设备的接口电路中，用单片机控制或者管理，可大大的提高系统的运行速度和接口的管理水平。如图形终端机、传真机、复印机、绘图仪、磁盘/磁带机等。

1.3制作单片机开发板的目的和意义

随着电子技术和通信技术的高速发展，单片机技术已经日益成熟并且也渗透到国名经济的各个领域。因此单片机是作为一个电子相关专业的大学生必须要学好的科目，而且通过熟练的掌握单片机技术能让人们更好的学习更高级有关电子方面的芯片外部接口扩展的知识和学到更多关于电子行业的高端技术；在制作单片机开发板的时候不仅能够更深入的了解单片机的内部结构和一些芯片使用和工作原理的知识。在制作单片机开发板的时候不只是仅仅的掌握硬件电路设计的知识，还要了解更多的有关电子方面的一些常用软件，例如；PROTEL软件，制作开发板时能够让我们更熟练的掌握了电路图绘图的方法和PCB的印制方法。在做好硬件电路完备以后还要对功能模块写程序进行调试，从而才能制作出有用的开发板，在写程序的时候不仅能加强了我们学习C51和汇编语言知识的掌握，更能让我们是一个软硬件兼备的电子人才。单片机具有成本低、体积小、可靠性高、具有高附加值、通过更改软件就可以改变控制对象等优点，单片机越来越成为电子工程师设计产品时的首选器件之一。对在校大学生学习单片机意义是很重要的，让大学生的理论知识和动手能力得以结合，因此拥有一块单片机开发板对单片机学习的人们具有着极其重要的意义。

1.4 课题研究的内容

单片机学习效果的优劣直接取决于单片机的选择，这次设计制作的开发板采用的是52系列的单片机，C52系列单片机内部具有128字节RAM、5个中断源、32条I/O口线、2个16位定时器、4KB的程序存储器、一个全双工异步串行口。本开发板选择具有ISP在线编程功能的S51单片机，该单片机不需要烧写器，可在开发板上ISP在线编程，具有广泛的应用前景。S51单片机除兼容C51单片机外，还具有工作频率0至33MHz的高工作频率；可以满足绝大多数的实际应用开发需求，在开发板上使用十分方便。本课题设计的S51单片机开发板，具有一般开发板通用结构，并基于硬件进行相关软件设计。利用程序开发语言开发程序并实现ISP在线下载到单片机，无需配置单独的下载器。单片机使用ISP在线下载程序，加快了程序设计者调试的进度，使设计者所设计的程序尽快得到验证。通过对开发板上的模块进行实验，可以提高针对不同硬件进行编程的能力，同时通过实验现象对所用的硬件也有了更深一步的认识。

此次设计的开发板是以单片机位主控制系统的基础上对单片机外部接口进行扩展。充分利用了单片机的内部资源。在外部电路模块中，分别扩展了一些常用的功能模块，数码管显示能提供了单片机显示功能；A/D转换模块的设计很好的能进行模数转换，还有串口通信和USB串口通信很好的实现了通信中实现了发送和接收等通信功能，扩展接口巧妙的设计让IO接口省了很多的资源，提供了外部接口扩展的功能，1602模块和12864提供了清晰稳定的显示功能，电源供电以及8*8点阵等功能模块的设计使每个模块尽显其能，充分体现了单片机体积小，功能强大，性价比高等特点。

2 硬件电路设计

本章的硬件电路设计是制作单片机开发板的重点，同时也是难点。在设计的硬件电路中是这次设计开发板的重要组成部分，硬件电路设计的思路将决定了整个开发板的性能和功能，一个好的开发板不仅要求电路足够简单，电路元器件足够少的情况下还能够让开发板能够正常的工作并且不影响到要实现的功能模块，因此这一章节决定了整个开发板能否设计成功的关键环节，在这一章中详细的介绍了硬件电路功能模块的设计基本方法和设计原理，在本章节的学习中我们不仅明白了各种芯片能实现的功能以及各个芯片管脚使用方法，而且还详细的介绍了电路中各种元器件的使用的理论基础。在本章的学习中让我们更加的深入的掌握了模拟电路和数字电路的知识，更加深入的了解单片机外部接口扩展的知识，同时掌握了各种芯片手册的认识方法，具体的模块设计方法将在本章以下各个小节作具体的介绍。

2.1硬件电路设计图框

在这次开发板设计的思想理念是体积小，设计的电路简单易懂，开发板的功能足够强大，性能足够稳定等特点，在开发板设计了的功能有控制系统、显示功能、通信功能、数码转换功能、发音警报功能以及液晶显示功能、带有遥控技术的红外发送和接收功能、弱电控制强电的功能、显示日期的实时时钟等功能。有了这些功能使得单片机的功能更加强大，大大的提高了单片机的利用率，使得使用者能够利用者开发板研究或者学习更多的知识，做更多的实验。总系统控制总体硬件结构主要包括：C51单片机主控制器模块、A/D电路模块、串口通信模块、实时时钟模块、温度传感模块、I2C总线模块、数码管显示模块、1602模块、12864显示模块、8x8点阵显示模块、流水灯显示模块、蜂鸣器模块、继电器模块、红外接收和发射模块、扩展接口模块、电源供电模块、USB串口通信模块【5】，硬件总电路图设计图框如图2-1所示：

键盘模块 12864模块 A/D电路模块 8x8点阵模块 串口通信模块 流水灯模块 实时时钟模块 温度传感器 单片机系统主控制模块蜂鸣器模块 继电器模块 I2C总线模块 红外接收和发射USB串口模块 扩展接口模块 数码管模块 电源供电模块 1602模块 其他模块 图2-1 硬件电路设计方框图

2.2 C51单片机主控制模块

C51单片机最小系统包括：MCU、复位电路、晶振电路。其原理图如下图2-2所示：

图2-2 单片机主控制模块电路原理图

单片机复位一般有两种形式；分别是上电自动复位和按键手动复位，次开发板采用的是上电及按键复位，在上图中C3和R2组成了上电自动复位电路，其工作原理是利用电容的充电复位的，由于电容的惰性，在上电瞬间RESET引脚的电位和VCC是相同的，随着电容的从点电业增加，RESET电位逐渐下降，RESET是低电平有效，从而达到了复位的目的，加上开关K2后变成了上电及按键复位，在没有按键按下的时候复位电路和上电复位时一样的，当有按键按下的时候电流直接通过按键进入RESTE引脚，由于VCC电位比RESET高，所以达到了复位的效果[4]。

个电阻以后就使得通信更加稳定，芯片不会因为发热太高而损坏，即保护了芯片有使得通信更加稳定，

在MAX232芯片上，1、2、3、4、6脚和4只电容C5,C6，C7,C8构成电源。功能是产生+12v和-12v两个电源，提供给DB9串口电平的需要；13脚、12脚、11脚、14脚为第一数据通道，8脚、9脚、10脚、7脚为第二数据通道；TTL/CMOS数据从11引脚、10引脚输入转换成RS-232数据从14脚、7脚送到电脑DB9插头；DB9插头的数据从13引脚、8引脚输入转换成TTL/CMOS数据后从12引脚、9引脚输出；15脚、16脚VCC是供电作用。

在图中的DB9是属于RS-232型的芯片，在硬件电路设计时用到了管脚2（接收数据RXD）和管脚3(发送数据TXD)，管脚5（信号地），因此数据的接收端管脚2应该与MAX232的数据发送端相连，管脚3数据的发送端应该与MAX232的数据接收端连接，管脚5接地。RXD和TXD分别和单片机的读和写端口相连。

发光二极管D4和D5分别和单片机的发送和接收端口相接，当单片机在执行写发送功能的时候TXD端口是低电平，此时D4发光，发送完毕后TXD变高电平D4熄灭，当单片机执行接收功能时候RXD是低电平，D5发光，接收完成以后RXD自动变高电平D5熄灭，因此D4和D5起到的是指示的作用；跳冒J11和J12把MAX232和单片机连接起来[2]。 2.5.2 USB转串口模块

随着电子技术的不断发展串口通信中的RS232接口作为标准的外设广泛用于单片机和嵌入式系统；USB技术更成为了不仅是世界上计算机与外设备之间的连接标准，也是外设备与外设备之间普遍采用的连接标准，其硬件电路原理图如图2-7所示：

图2-7 USB转串口模块电路原理图

芯片PL2303HX内置了USB功能控制器、USB收发器、振荡器和带有全部调制信号的UART，只需外接几只电容就可以实现USB信号与串行通信模块的RS232信号转换。因此PL2303只需一个12MHz的外部晶振为自己提供时钟，外部并联两个匹配起振电容C11，C17。为了防止高速信号端口附近产生反射现象，需要在B型USB端口引脚DM和DP上分别接上一个阻值为27欧左右的终端匹配电阻R24，R40。

为了与串行通信模块形成USB串行通信功能，PL2303HX芯片的发送引脚TXD和接收引脚RXD与J11、J12相接；引脚VDD-325是电源接口，它是串行通信RS232的电源，为串行端口信号的电源引脚；当串口是3.3V，这电源应该是3.3V；当串行端口是2.5V时，电源时2.5V；VO-33是常规3.3V电源输出端口，因为RS232需要的电源时3.3V ,所以把VO-33和VDD-325接口接，给RS232供电，VO-33需要接上一个匹配电容C18滤波；VDD是USB端口的5V电压电源，给BSU-5V的引脚1相连提供5V电源。

2.6 实时时钟模块

夲开发板实时电路采用DS1302芯片，该芯片是美国DALLAS公司推出的一种高性能、低功耗、带RAM的实时时钟电路，它可以对年、月、日、周日、时、分、秒，具有进行计时闰年补偿功能，其电路原理图如图2-8所示：

图2-8 实时时钟电路原理图

DS1302的引脚,其中Vcc1为后备电源,Vcc2为主电源，需要连接一个直接电源，在加上一个直接电源时需要一个保护电阻R47。在主电源关闭的情况下，也能保持时钟的连续运行。DS1302由Vcc1或Vcc2两者中的较大者供电。当Vcc2大于Vcc1＋0.2V时，Vcc2给DS1302供电。当Vcc2小于Vcc1时，DS1302由Vcc1供电。

实时时钟工作时需要外部提供稳定的时钟信号，DS1302引脚X1和X2是振荡源，因此需要外接32.768kHz晶振，接入晶振时需要滤波，所以需要在晶振两端接上对地的负载电容C15和C16。

实时时钟需要有一个复位的功能，以达到清零的效果，通过把RST输入驱动置高电平来启动所有的数据传送。RST输入有两种功能：首先，RST接通控制逻辑，允许地址/命令序列送入移位寄存器；其次，RST提供终止单字节或多字节数据的传送手段。当RST为高电平时，所有的数据传送被初始化，允许对DS1302进行操作。如果在传送过程中RST置为低电平，则会终止此次数据传送，I/O引脚变为高阻态。上电运行时，在Vcc≥2.5V之前，RST必须保持低电平。只有在SCLK为低电平时，才能将RST置为高电平[7]。

2.7 显示模块

2.7.1 1602接口模块

1602是LCD1602的简称，LCD1602点阵字符液晶模块是由点阵字符液晶显示器件和

专用的行列驱动器，控制器及必要的连接件，结构件装配而成，可以显示数字和英文字符，它具体的显示电路原理图如图2-9所示：

图2-9 1602接口显示电路原理图

在LCD1602手册中查得引脚GND是电源地，VCC是芯片的供电接口需要连接一个电源VCC，显示时候要有亮度调节功能，引脚VL是芯片亮度端口，所以用一个加又电源的滑动变阻器RZ1来调节亮度，当阻值小时变亮，阻值大时变暗；芯片电路需要有控制控制线加以控制，引脚RS是数据/命令选择功能，当RS是高电平的时候表示数据端口D7到D0显示数据，低电平的时候D7到D0显示指令数据；R/W是读/写选择，当次引脚是高电平时表示数据被读到数据总线D7到D0，低电平表示数据被写入；引脚E是使能信

号端口，故用着三个引脚作为控制线与单片机的IO口相连。

D7到D0引脚是数据线用于数据的传输，直接与单片机IO口连接便可；BLA是背光源正极需要一个电源给芯片供能，；LK是背光源负极直接接地； 2.7.2 12864接口模块

12864是LCD12864的简称， LCD12864汉字图形点阵液晶显示模块可以显示汉字、图形、ASCⅡ码和自定义字形，内置8192个16*16的中文汉字、128个8*16字符、以及64*256点阵显示RAM，控制器为ST7920，具有串/并接口方式，其内部含有中文字库，LCD12864显示屏为128*64点阵，可显示4行，每行8个字，模块内含有多种软件功能：光标显示、画面移位、自定义字符、反白、清除、关闭显示和睡眠模式等，可方便地对模块进行控制。模块内置升压电路，无需负压，配置LED背光。3V低电平工作时，只需一个20K的电阻与Vo的地相接。适用于3.3V～5V范围工作电压的系统。具体的引荐电路图如图2-10所示：

图2-10 12864接口模块电路原理图

芯片LCD12864主要是实现显示的功能，电路连接的的原理是芯片接地端直接接地；芯片需要供电，VCC是电源地接口，需要接一个电源给芯片供电；显示字幕的时候需要亮度调节，VO端口是芯片的亮度调节端口，为了达到亮度调节的功能加上一个滑动电阻器R23调节显示的亮度，R23阻值大的时候，显示变暗，阻值晓得时候显示亮度增加。

电路需要一个控制线，以达到控制的目的，RS(CS)端口、R/W(SID)端口、E(SCLK)端口就作为电路的控制线，RS(CS)端口和R/W(SID)端口决定控制的模式见表2-1，E信号产生的状态动作见表2-2；

表2-1 RS，R/W决定的控制模式

RS R/W 1 0 1 1

1 0 0 1

功能说明

MPU写指令到指令暂存器（IR）

读出忙标志（BF）及地址记数器（AC）的状态

MPU写入数据到数据暂存器（DR） MPU从数据暂存器（DR）中读出数据 表2-2 E信号的状态产生的动作

E状态 高——>低 高

执行动作 结果

I/O缓冲—>DR 配合/W进行写数据或指令

DR—>I/O缓冲

配合R进行读数据或指令

低/低——>高 无动作

这三个控制端口与单片机IO口连接形成一个控制线电路，达到控制的功能。

DB0到DB7是三态数据线，直接与单片机的IO接口连接达到数据传输的目的；芯片与单片机进行数据传输是需要控制传输方式，端口PSB在实际应用时使用的是并行通讯模式PSB=1时是八位或者四位并口方式，PSB=0时是串口方式，此开发板采用是并行模式，所以要与单片机的IO口相连，用软件控制塔的工作模式；电路需要一个输出的功能，端口NC是LCD驱动电压输出端，与滑动变阻器连接直接控制显示的亮度，BL_A是背光源正端需要和芯片公用一个电源，所以和VCC相连接，BL_K是背光源负端直接接地便可。

2.7.3 数码管显示模块

为了便于观察和监视单片机的运行情况，常常需要运用显示运行的中间结果及状态灯信息，所以本次设计的开发板设计了LED数码管显示模块，LED数码管显示是由发光二极管按照一定的结构组合来显示字段的显示器件，LED数码管显示具有使用电压低，耐振动，寿命长，显示清晰亮度高，配置灵活等特点。数码管显示的电路原理图若图2-11所示：

图 2-11 数码管显示电路图

LED数码管有两种结构方式，一种是共阴极，其特点结构特点是LED的阴极端连接在一起接地，；另一种是共阳极，其结构特点是发光二极管的阳极连接在一起，接上5V的电压，次开发板采用的是共阴极接法；在数码管的显示时有两种显示方式：一种是静态显示电路，另一种是动态显示电路，静态显示电路，这种显示如采用并行I/O接口占用的I/O接口被占用的资源较多，因此采用了串行扩展接口的连接方式，所以需要外接锁存器74HC573构成静态显示电路，所以译码方式为软件译码，外部没有设置硬件译码。

74HC573在上节已经介绍，本节不必详叙，八段数码管的a、b、c、d、e、f、g分别对应4为数码管的引脚A、B、C、D、E、F、G，Dp是小数点对应的引脚直接与锁存器U3的数据输出端相接，具体显示的内容由软件控制，引脚1H、2H、3H、4H是对应四位数码管的COM，直接与U4的数据输出端口相接，以便控制第几位数码管能显示;三脚插针D-DI_88通过跳冒来控制U4的工作，D-DI_88引脚1加上一个保护电阻R45后接上电源，当通过跳冒吧引脚1和2连接，SOC接收到的是低电平则数码管正常显示，当断开引脚1和引脚2时，SOC是高电平停止输出，即是数码管不发光。

2.7.4 8*8点阵模块

单片机的显示汉字和数字的模块不仅只有12864液晶显示模块，本开发板还设计了

一个显示汉字的模块，其电路原理图如图2-12所示：

图2-12 8*8点阵的电路原理图

8*8点阵内部结构是由64个发光二极管组成，且每个发光二极管是放置在行线和列线的交叉点上，当对应的某一列置0电平，某一行置1电平，则相应的二极管就亮； 74HC573上节已经介绍过，本节不叙述。8*8点阵行的高低电平是由U3控制的 ，所以对应的点阵引脚是，引脚0、1、2、3、4、5、6、7,直接与U3的数据输出端口连接，那行的高低电平有软件来实现；列的高低电平是由U5控制，对应的列引脚是A、B、C、D、E、F、G、H，直接与U5数据输出端口连接，列的高低电平也是由软件实现。三角插针J4用跳冒控制了显示的功能，J4的引脚3加上一个保护电阻后直接连接上一个电源即是高电平，当把J4引脚2和引脚3用跳冒连接时U5的接口 SOC收到的是低电平，则点阵正常工作，当断开的时候SOC收到的是高电平，点阵停止显示。 2.7.5 流水灯模块

流水灯模块主要是实现单色灯一只一只的亮，一只一只的灭，每次亮的灯只有一个，

而且是按照一个方向顺序向前或向后走动。其电路原理图如图2-13所示:

图2-13 流水灯模块电路原理图

芯片74HC573是一个八位地址锁存器，由单片机系统控制，1D到8D是数据输入端，连接着数码管负向端，1Q到8Q是数据输出端，与流水灯的发光二极管相连接；引脚OC为低时，8个锁存器的内容可被正常输出；当OE为高时，输出进入高阻态。OE端的操作不会影响锁存器的状态，因此直接接地保持着低电平状态；引脚C是信号使能端，当C引脚是芯片控制端口，当C端口接收到的是低电平的时候输出端口不变，保持着原来的数据，当C引脚接收到的信号是高电平的时候输出端口的信号与输入端口的信号相同，因此次端口要与单片机的接口相连，用软件控制器芯片的工作状态；VCC是芯片的电源端口，接电源给芯片供电，GND是芯片的接地端口。

发光二极管D11到D16有单项导通性，当正向电压高于负向电压的时候发光二极管发光，所以二极管正向直接加上一个电源，为了保护发光二极管不会因为电压锅大而损坏发光二极管，加上保护电阻R11到R16，发光二极管的负向与74HC573的数据输出端口连接，当数据开端口的传出的信号的高电平则发光二极管则发光，是低电平就发光。 2.8 电源供电模块

所用电子产品工作都需要电源，因此在这次设计的开发板中需要设计电源供电模块

给控制系统和单片机的供电，电源供电模块的电路原理图如图2-14所示：

图2-14 电源供电系统电路原理图

在设计开发板的时候要有一个总的开关，因此芯片POW0ER是开发板电源的总开关，控制了整个供电系统；芯片5_USB和USB-5V是给USB提高5V的电源，具体的设计原理在本章第2.5节已经介绍，在这一节就不做介绍；保护电阻R26和电源显示灯5V-LED加上直接接上电源和地形成一个导通回路，实现了电源导通的指示电路，当VCC端有电压的时候数码管的正极是高电平，5V-LED灯发光，没有电压的时候处于熄灭状态，起到了指示作用。

2.9 其他模块

2.9.1 继电器模块

单片机系统一般为弱电系统。5V或者3.3V的系统。要是用单片机来控制强电系统的

时候是不能直接的运用， 那么这个时候用继电器就可以很好的控制强电了。 他可以看做隔离器。其硬件电路原理图如图2-15所示：

图2-15 继电器电路原理图

继电器一般是由铁芯、线圈、衔铁、触电簧片等组成的，在芯片HRSIH中引脚1和其他芯片内部的那条竖线组成了一个开关，竖线即是铁芯和线圈，当单片机控制的电压过大的时候铁芯通电，具有磁性，与电流产生的磁感应相吸合，而与触电弹片断开而

达到隔离的作用，在芯片HRSIH和CON14中公共端口CON1和CON2接上外部高电压，VCC是低电压，RE是单片机与其他控制模块连接控制用的，用跳线连接。 2.9.2 I2C总线

为了适应新技术的发展，我们设计了I2C总线增加了通信的，I2C（系统管理总线）是指单片机中的SUMBUS，通信用的，即只要是满足SUMBUS协议的元器件，单片机就可以通过I2C总线与其进行通信，增加了通信的灵活性。具体的电路原理图如图2-16所示：

图2-16 I2C总线的电路原理图

密码储存电路采用I2C总线AT24C02存储芯片存放密码，可实现断电密码不消失，AT24C02存储芯片可长期存储信息，可上百万次以上重新擦写，引脚WP写保护引脚，将该引脚接VCC，E2PROM就实现写保护（只读）。引脚接地或悬空，可以对器件进行读写操作，这块开发板是为了实现读写功能，直接接地便可。

SCL引脚是串行时钟引脚，串行输入输出时该引脚用于输入时钟，与单片机I/O接口连接用软件实现引脚控制。SDA引脚是串行数据输入输出引脚，用来输入输出数据，该引脚为射极开路输出，月单片机连接也使用软件来控制的。A0到A2是数据地址的选择输入端，A0、A1、A2 器件地址输入端 这些输入脚用于多个器件级联时设置器件地址，当这些脚悬空时默认值为0。当使用AT24C02 时最大可级联8个器件。如果只有一个AT24C02被总线寻址，这三个地址输入脚（A0、A1、A2 ）可悬空或连接到VCC，为了扩大连接器件的总数，我们选择了接地。 2.9.3 红外接收和发送以及蜂鸣器模块

随着家用电器、视听产品的普及，自动化办公设备的广泛应用和网络化的不断发展，越来越多的产品具有了待机功能（如遥控开关、网络唤醒、定时开关、智能开关等）。

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