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引言

隨著計算機技術的發展，國內大部分理工科院校都開設了單片機課程。為了學好這門課程，與單片機原理與技術有關的實驗必不可少，而實驗的工具就是學習板。目前大多數的學習板采用的都是51系列的單片機，并行接口以及一些老的器件。如今，產生了一些增強型的單片機，速度更快，有更多的功能，如串口可編程等等，也出現了許多串行接口的芯片和一些串行口標準。本文提出了一種基于STC單片機學習平臺的硬件電路PCB設計，采用了一款新型的單片機型號一STC12C5410AD，在學習平臺中加入了一些串行接口的芯片，接口標準包括RS-232、SPI、IIC、1-wire等。學習平臺的設計目標：ISP可編程、液晶屏顯示、日歷時鐘(IIC接口芯片)、溫度測量(1-wire接口芯片)、FLAH存儲器(SPI接口芯片)、按鍵(臘換掃描按鍵)、電壓測量(AD轉換)。

 

1 硬件系統概述

學習平臺以STC12C5410AD為核心，結構圖如圖1所示。

 

 

1．1 STC12C5410AD單片機簡介

STC12C5410AD單片機是宏晶科技在標準8051單片機內核基礎上進行較大改進后推出的增強型單片機。它是增強型8051單片機，單時鐘／機器周期，工作電壓5．5V一3．5V，工作頻率范圍0～35MHz，512字節片內數據存儲器，10K字節片內Flash程序存儲器，ISP(在系統可編程)／IAP(在應用可編程)，可通過串口直接下載程序，EEPROM功能，6個16位定時／計數器，PWM(4路)／PCA(可編程計數器陣列，4路)，8路10位A／D轉換，SPI同步通信口。

 

2 硬件系統設計

2．1晶振，電源及復位電路

圖2、圖3和圖4分別為復位電路、電源電路和晶振電路。復位電路中的RST網絡標號連接至STC12C5410AD單片機的引腳3，該電路上電復位。由于STC12C5410AD單片機工作電壓在5．5～3．5V之間，因此電源用的是5V的開關電源，為了AD轉換準確，加入了一個LM7805穩壓芯片。

 

 

2．2燒寫程序電路

ISP(In—System Programming)在系統可編程，指的是電路板上的空白器件可以編程寫入最終用戶代碼，而不方需式要擦從除電或路再板編卜程取。下傳器件統，的已80經51編單程片的機器調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，就可以通過串口利用STC單片機PC端ISP下載摔制軟件將要調試的程序寫到電路板上的單片機中。下圖中的網絡標號RxD和TxD分別連接到STC12C5410AD單片機中的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轉換，因此采用AD轉換做按鍵掃描，按鍵電路如圖6。其中BUTTON網絡標號連至單片機的P1．0AD轉換口。

  

 

2．4液晶顯示電路

液晶顯示電路示于圖7，因為STC12C5410AD單片機的Io口有限，而1602液晶屏需要8個數據口，因此使用了一個74HC164芯片將串口的輸入轉為并口的輸出，并且加入了一個74LS273鎖存器芯片防止在串行移入的過程中將不需要的數據送入1602液晶屏，導致顯示錯誤。

 

 

2．5日歷時鐘電路

日歷時鐘電路示于圖8，采用的是Dallas公司推出的DS1302芯片，是IIC接口的芯片。STC12C5410AD單片機沒有IIC通信口，是用兩個IO口通過軟件來模擬IIC接口。DS1302_SCLK和DS1302_DATA兩個網絡標號連接到STC12C5410AD單片機的P2．2和P2．3口，在這兩個u上各加了一個10K的上拉電阻。RST_DS1302網絡標號連接到P0．0，用來復位DS1302芯片。

 

 

2．6測溫電路

測溫電路示于圖9，采用的是Dallas公司的單總線數字式溫度傳感器DS18B20，因此小需要加入模數轉換電路，直接將它的DQ腳接到單片機的一個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網絡標號分別連接到單片機的P1．7、P1．6、P1．5和P0．3口，都加入了一個10K的上拉電阻。

 

2．8 DA轉換電路

DA轉換電路示于圖11，利用單片機自帶的PWM功能來實現DA轉換。

 

3 結束語

本文提出了一種基于STC12C5410AD單片機的學習平臺的硬件電路的設計，相對于傳統的8051單片機，用STC12C5410AD單片機來設計電路的方法有一些不同，它沒有8051的ALE(地址鎖存)引腳等，因此不能將它的PoEl當成地址數據復用口。學習平臺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準。采用液晶屏代替數碼管用來顯示，加入了FLASH存儲芯片，利用STC12C5410AD的PWM功能實現DA轉換，充分利用了STC12C5410AD單片機的資源，同時芯片內自帶看門狗硬件電路和Ⅱ科的M功能，適合用來當作教學實驗的學習平臺。