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CAD 课程设计报告摘要Introduction1.课题名称2. 单片机最小系统的组成原理及作用3. CAD的发展前途4. 设计要求5. 原理图6. CAD原理图7. PCB图8.总结参考文献摘要A VR单片机是1997年由A TMEL公司研发出的增强型内置Flash的RISC(Reduced Instruction Set CPU) 精简指令集高速8位单片机。
A VR的单片机可以广泛应用于计算机外部设备、工业实时控制、仪器仪表、通讯设备、家用电器等各个领域。
A VR单片机主要特性：高可靠性、功能强、高速度、低功耗和低价位 , 一直是衡量单片机性能的重要指标，也是单片机占领市场、赖以生存的必要条件。
A VR单片机硬件结构采取8位机与16位机的折中策略，即采用局部寄存器存堆和单体高速输入/输出的方案，提高了指令执行速度(1Mips/MHz)，增强了功能；同时又减少了对外设管理的开销，相对简化了硬件结构，降低了成本。
故A VR单片机在软/硬件开销、速度、性能和成本诸多方面取得了优化平衡，是高性价比的单片机。
本设计采用分层叠式结构，底层为单片机外围硬件功能扩展层，顶层为ATmega16单片机集中系统层。
这样有利于兼用A VR跟51系列单片机的开发设计。
关键词： A VR单片机；开发板；单片机实验板；A Tmega16单片机；IntroductionA VR Microcontroller ATMEL Corporation in 1997 developed by the enhanced built-in Flash of the RISC (Reduced Instruction Set CPU) high-speed 8-bit RISC microcontroller. AVR microcontr oller can be widely used in computer peripherals, industrial real-time control, instrumentation, co mmunications equipment, household appliances and other fields.A VR microcontroller main features: high reliability, strong function, high speed, low power consu mption and low cost, has been an important indicator to measure performance of SCM, SCM also dominate the market, a necessary condition for survival.A VR microcontroller hardware structure to take the 16-bit 8-bit machine and the machine's compr omise strategy, that is kept by the local register stack and single high-speed input / output options, improved instruction execution speed (1Mips/MHz), enhanced functionality; while reduce the cost of peripheral administration, the relative simplifies the hardware structure and reduce costs. There fore, A VR microcontroller in software / hardware cost, speed, performance and cost optimization h as made a lot of balance, which is cost-effective microcontroller.The design uses a sub-stack structure, the underlying hardware extensions for the microcontroll er peripheral layer, the top layer of centralized systems for the ATmega16 microcontroller. It is a g ood used along with the 51 series A VR microcontroller development and design.Keywords: AVR microcontroller; development board;MCU Board; ATmega16 microcontroller;一．课题名称:51单片机最小系统的电路设计二．单片机最小系统的组成原理及作用：普遍来说，单片机又称单片微控制器，是在一块芯片中集成了CPU（中央处理器）、RAM（数据存储器）、ROM（程序存储器）、定时器/ 计数器和多种功能的I/O（输入/ 输出）接口等一台计算机所需要的基本功能部件，从而可以完成复杂的运算、逻辑控制、通信等功能。
基于51单片机的简易数字电压表的设计单片机————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：2个人收集整理勿做商业用途甘肃畜牧工程职业技术学院毕业设计题目：基于51单片机的简易数字电压表的设计系部：电子信息工程系专业:信息工程技术班级:学生姓名:学号:指导老师：日期：目录毕业设计任务书 (1)开题报告 (3)摘要 (6)关键词 (7)引言 (7)第一章A/D转换器 (9)1．1A/D转换原理 (9)1．2 ADC性能参数 (11)1．2．1 转换精度 (11)1．2．2。
转换时间......................................... 错误!未定义书签。
1．3 常用ADC芯片概述 (13)第二章8OC51单片机引脚 (14)第三章ADC0809 (16)3。
1 ADC0809引脚功能 (16)3。
2 ADC0809内部结构 (18)3.3ADC0809与80C51的接口 (19)3.4 ADC0809的应用指导 (20)3.4。
1 ADC0809应用说明 (20)3.4.2 ADC0809转换结束的判断方法 (20)3。
4.3 ADC0809编程方法 (21)第四章硬件设计分析 (22)4。
1电源设计 (22)4.2 关于74LS02，74LS04 (22)4。
3 74LS373概述 (23)4。
3。
1 引脚图 (23)4。
3。
2工作原理 (23)4.4简易数字电压表的硬件设计 (24)结论 (25)参考文献 (25)附录.......................................................................................... 错误!未定义书签。
致谢 (29)毕业设计任务书学生姓名专业班级信息工程技术08。
2指导教师论文题目基于51单片机的简易数字电压表的设计研究的目标、内容及方法目标：基于MCS—51单片机，对设计硬件电路和软件程序应用的设计，使用发光二极管来显示所要测试模拟电压的数字电压值。
51单片机数码管时钟电路的设计设计一个51单片机数码管时钟电路，让我们开始吧。
一、设计思路该数码管时钟电路的设计主要包括以下几个方面：1.使用DS1302时钟芯片获取真实时间；2.使用I2C总线方式将DS1302时钟芯片与51单片机连接；3.使用74HC595芯片驱动数码管显示；4.使用按键控制时钟的设置和调节；5.使用蜂鸣器发出报警声；6.使用LED指示灯显示时钟状态。
二、硬件设计部分数码管显示部分：1.使用4位共阳数码管作为时分显示器，使用1位共阳数码管作为秒显示器；2.使用8片74HC595芯片级联起来，将时分秒数据传输到数码管显示；3.设置共阳数码管的通阳管为P0口，设置74HC595的DS（串行数据输入）、SH（上升沿锁存）、STCP（74HC595的8位锁存输出）引脚接到P1.2、P1.3、P1.4端口；4.设置8个控制引脚接到P1.5～P1.12端口。
实时时钟部分：1.使用DS1302时钟芯片连接到P2.0、P2.1、P2.2、P2.3、P2.4、P2.5、P2.6、P2.7端口；2.设置时钟复位引脚接到P0.1端口，时钟传输使能引脚接到P0.2端口。
按键输入部分：1.设置按键S1接到P3.2端口，按键S2接到P3.3端口；2.设置按键的上拉电阻，使其处于高电平状态；3.设置按键的下降沿触发外部中断，以便检测按键的按下事件。
其他部分：1.设置蜂鸣器接到P0.0端口，并使用普通电阻限流；2.设置LED指示灯接到P0.7端口。
三、软件设计部分1.初始化函数：初始化P0、P1、P2、P3口的状态；2.DS1302驱动函数：包括初始化DS1302芯片和读写DS1302寄存器的函数；3.74HC595驱动函数：包括初始化74HC595芯片，以及向74HC595芯片发送8位数据的函数；4.数码管显示函数：将时分秒数据按位转换为对应的数字和状态，并调用74HC595驱动函数显示；5.按键检测函数：检测按键的按下事件，并根据按键事件的不同触发不同的操作；6.报警函数：当设定时间到达时，将触发报警声，并控制LED灯闪烁；7.主函数：循环读取DS1302时间，并更新数码管显示，检测按键事件，触发报警。
51单片机最小系统电路板的设计51单片机是常用的单片机之一，它具有速度快、功能强大、成本低廉等优点，被广泛应用于各种电子设备中。
为了使51单片机能够正常工作，我们需要设计一个最小系统电路板，下面就是其设计内容。
1.硬件设计1.1 电源部分51单片机的供电电压范围为2.7V~5.5V，一般使用稳压电源供电，以保证稳定、可靠的工作。
电源电路主要由稳压电路和滤波电路组成。
稳压电路通常选择7805稳压器，它能将输入的直流电压稳定在5V，并且输出电路中需要连接两个电容，一个是输入电容，一个是输出电容，以保证电路的稳定性。
1.2 时钟部分51单片机需要工作时钟才能正常运行，因此时钟电路是最小系统电路板中最关键的部分。
时钟电路的主要功能是为51单片机提供稳定、准确的时钟信号。
时钟电路通常包括晶体振荡器、电容、电阻和二极管等元器件。
晶体振荡器的选用要注意其磁耦合系数和负载能力等特性。
1.3 外围设备接口部分最小系统电路板除了提供基本的电源管理和时钟信号外，还需要提供一些需要控制的外围设备接口。
比如串口、I2C总线、SPI总线等接口，其需要连接外部被控设备才能起到作用。
2.软件设计51单片机的软件设计主要分为两部分，一部分是编写应用程序，一部分是编写系统初始化代码。
其中，应用程序主要根据用户需求编写。
而系统初始化代码则包括单片机时钟频率的初始化、外设中断的初始化等操作，以保证整个系统的功能正常运行。
3.最小系统电路板的布线设计最小系统电路板的布线设计应考虑以下因素：3.1 信号布线应保持短路，以保证电路的稳定性和抗干扰性；3.2 信号箱与高压箱应分离布置，以避免高压箱的辐射干扰影响到信号箱；3.3 信号箱内应将尽可能多的元器件与信号线层级分开，以便进行布线。
4.最小系统电路板制作在制作最小系统电路板时，应注意以下问题：4.1 电源和时钟部件应位于板的边缘部分，以方便使用者连接电源和时钟信号；4.2 布线过程中，应采用放大路线等技术来针对电路的高频特性进行优化布线，以保证系统的信号完整性。
51单片机设计的红外线遥控器电路图及工作原理你家里是否有一个电视机遥控器或者空调机遥控器呢？你是否也想让它遥控其他的电器甚至让它遥控您的电脑呢？那好，跟我一起做这个“红外遥控解码器”。
该小制作所需要的元件很少：单片机TA89C2051一只，RS232接口电平与TTL电平转换心片MAX232CPE 一只，红外接收管一只，晶振11.0592MHz,电解电容10uF4只，10uF 一只，电阻1K1个，300欧姆左右1个，瓷片电容30P2个。
发光二极管8个。
价钱不足20元。
电路图及原理：主控制单元是单片机AT89C2051,中断口INT0跟红外接受管U1相连，接收红外信号的脉冲，8个发光二极管作为显示解码输出（也可以用来扩展接其他控制电路），U3是跟电脑串行口RS232相连时的电平转换心片，9、10脚分别与单片机的1、2脚相连，（1脚为串行接收，2脚为串行发送），MAX232CPE的7、8脚分别接电脑串行口的2（接收）脚、3（发送脚）。
晶振采用11.0592MHz，这样才能使得通讯的波特率达到9600b/s，电脑一般默认值是9600b/s、8位数据位、1位停止位、无校验位。
电路就这么简单了，现在分析具体的编程过程吧。
如图所示，panasonic遥控器的波形是这样的（经过反复测试的结果）。
开始位是以3.6ms低电平然后是3.6ms高电平，然后数据表示形式是0.9ms低电平0.9ms 高电平周期为1.8ms表示“0”，0.9ms低电平2.4ms高电平周期为3.3ms表示“1”，编写程序时，以大于3.4ms小于3.8ms高电平为起始位，以大于2.2ms小于2.7ms高电平表示“1”，大于0.84ms小于1.11ms高电平表示“0”。
因此，我们主要用单片机测量高电平的长短来确定是“1”还是“0”即可。
定时器0的工作方式设置为方式1：mov tmod,#09h，这样设置定时器0即是把GATE置1，16位计数器，最大计数值为2的16次方个机器周期，此方式由外中断INT0控制，即INT0为高时才允许计数器计数。
51单片机8个跑马灯程序设计思路单片机是一种集成电路，内部包含了计算机的主要组件，如中央处理单元（CPU）、存储器等。
通过编程，可以实现各种不同的功能。
在这里，我将以设计一个8个跑马灯的程序为例，来讲解单片机程序的设计思路。
1.硬件准备首先，我们需要准备一个适用于单片机的开发板，例如STC89C52，以及8个LED灯。
将LED灯连接到开发板的GPIO引脚上，并通过电阻进行限流。
使用跳线将GPIO引脚与LED灯的正极连接。
2.程序结构设计在单片机程序中，我们通常会使用循环结构。
因此，在设计跑马灯程序时，我们可以使用一个无限循环，来实现LED灯的闪烁效果。
具体的程序结构如下所示：```c#include <reg52.h>sbit led0 = P0 ^ 0; //第1个LED灯sbit led1 = P0 ^ 1; //第2个LED灯sbit led2 = P0 ^ 2; //第3个LED灯//...sbit led7 = P0 ^ 7; //第8个LED灯void mainwhile (1)//跑马灯代码}}```在这段代码中，我们首先引入头文件`reg52.h`，它包含了STC89C52的寄存器定义和常用函数的声明。
然后，我们定义了8个宏，用于表示8个LED灯所连接的引脚号。
接下来，在`main(`函数中，我们使用一个无限循环`while(1)`，来实现LED灯的闪烁效果。
3.跑马灯实现思路在无限循环中，我们需要通过对GPIO的控制来实现8个LED灯的闪烁。
具体的实现思路如下：- 首先，我们可以定义一个变量`index`，用于表示当前亮起的LED灯的索引值。
初始时，`index`的值为0，表示第一个LED灯亮起。
- 然后，我们可以使用`switch...case`语句来判断当前的`index`值，从而控制不同的LED灯亮起。
- 在每次循环中，我们可以通过对`index`的递增来实现灯的滚动效果。
简单51单片机课程设计一、课程目标知识目标：1. 理解51单片机的基本结构、工作原理及功能特点；2. 学会使用51单片机的开发环境，掌握相关编程语言及语法；3. 掌握51单片机外围电路的连接方法，了解常见传感器的使用；4. 掌握51单片机在实际应用中的调试与优化方法。
技能目标：1. 能够运用51单片机编写简单的程序，实现基本的功能；2. 能够分析并解决51单片机在实际应用中出现的问题；3. 能够运用所学知识，设计并实现简单的51单片机控制系统；4. 培养学生的动手能力、创新能力和团队协作能力。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对单片机及嵌入式系统的兴趣，激发学习热情；2. 培养学生严谨、求实的科学态度，养成良好的学习习惯；3. 培养学生具备积极向上的心态，面对困难和挑战时保持乐观；4. 培养学生具备团队协作精神，学会与他人共同解决问题。
本课程针对初中学段学生，结合课程性质、学生特点和教学要求，明确以上课程目标。
通过本课程的学习，学生将能够掌握51单片机的基本知识和技能，培养实际应用能力，同时培养良好的情感态度价值观。
后续教学设计和评估将围绕这些具体的学习成果展开。
本章节教学内容依据课程目标，紧密结合教材，确保科学性和系统性。
具体教学内容如下：1. 51单片机基础知识：介绍51单片机的结构、原理及功能特点，包括内部资源、外部接口等，对应教材第一章。
2. 开发环境与编程语言：学习51单片机的开发环境搭建，掌握C语言编程基础，包括数据类型、运算符、控制语句等，对应教材第二章。
3. 基本I/O口操作：学习51单片机I/O口编程，实现LED灯、蜂鸣器等基本控制，对应教材第三章。
4. 中断与定时器：介绍中断系统、定时器原理及应用，学会编写中断服务程序，对应教材第四章。
5. 外围电路与传感器：学习51单片机与外围电路的连接方法，了解常见传感器的工作原理及使用，对应教材第五章。
6. 实际应用案例分析：分析51单片机在实际应用中的案例，如温度控制系统、智能家居等，对应教材第六章。
一、摘要
本文给出了一个简单51单片机开发板的电路设计，完成了其原理图的绘制和PCB图的制作。
着重介绍使用protel99SE画出的电路设计原理图，接着是对电路各个模块功能的分析，然后是电路所用主要芯片和其他重要元件的功能介绍以及内部封装和引脚分布，最后介绍用protel99SE画出的PCB板。
此开发板具有串口通信、液晶显示、流水灯、扩展、RTC 时钟、复位、外部中断、外部存储、A/D D/A转换、报警、继电器控制等开发功能。
关键字：51单片机开发板 protel99 PCB
二、实验所用元器件及其介绍
、清单
SW-SPDT1自制封装1KΩ电阻150805
2KΩ电阻50805
三极管90152TO-18
HRS4-S-DC5V继电器1自制封装跳线6
LED110805
9针串口1DB9/M
极性电容10uF1.6
104电容40805
30pF电容50805
电池Battery1自制封装响铃1
n口排针4SIP n
晶振12MHZ1XTAL1
外接晶振1XTAL1
主要芯片引脚图和实物图
STC89C52
图(1) STC89C52引脚图
图(2) STC89C52实物图 8255
图 8255引脚图
DS1302
图(1) DS1302引脚图
表 DS1302引脚描述
引脚号符号描述引脚号符号描述
1VCC2备用电源5复位
2X1晶振引脚6 I/O数据输入/输
24C08
图(1) 24C08引脚图
表 24C08功能表
图(2) 24C08 实物图
MAX232
图(1)MAX232引脚图
表各引脚功能及推荐工作条件
图(2) MAX232 实物图 ADC0809
图(1) ADC0809 引脚图
图(2)ADC0809实物图 DAC0832
图(1)DAC0832引脚图
图(2)DAC0832实物图
其他元件和重要电容
USB接口
图(1)USB封装尺寸
图(2)USB外观图
图(3)USB接口定义
HRS4-S-DC5V继电器
图(1) HRS4-S-DC5V继电器封装尺寸
图(2)HRS2-S-DC5V继电器外观
自锁开关(用于原理图中的单刀双掷和单刀单掷开关)
图六脚自锁开关
三、电路设计分析与结果
开发板设计简介
主芯片简介
STC89C52是STC公司生产的一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 8K 在系统可编程Flash存储器。
STC89C52使用经典的MCS-51内核，但做了很多的改进使得芯片具有传统51单片机不具备的功能。
在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU 和在系统可编程Flash，使得STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。
其具有以下标准功能： 8k字节Flash，512字节RAM， 32 位I/O 口线，看门狗定时器，内置4KB EEPROM，MAX810复位电路，3个16 位定时器/计数器，4个外部中断，一个7向量4级中断结构（兼容传统51的5向量2级中断结构），全双工串行口。
另外 STC89C52 可降至0Hz 静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。
空闲模式下，CPU 停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。
掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。
最高运作频率35MHz，6T/12T可选。
开发板电路各部分解析
主控电路
主控电路是整个单片机开发板的“大脑”，本文采用STC89C52芯片和Intel公司生产的8255芯片，附加电容和12MHZ的晶振构成主控电路。
Protel99元件库中没有STC89C52芯片，故笔者自己画了这个芯片。
主控电路如图：
扩展接口电路
本文采用两个20插口的插针来扩展单片机的接口。
电路如下：
RTC实时时钟
在一个嵌入式系统中，通常采用RTC（实时时钟）来提供可靠的系统时间，包括时分秒和年月日等;而且要求在系统处于关机状态下它也能够正常工作，它的外围也不需要太多的辅助电路，典型的就是只需要一个高精度的晶体和电阻电容等。
RTC单元可以通过备用电池供电，因此，即使系统电源关闭，它也可以继续工作。
RTC 可以通过STRB/LDRB 指令将8 位BCD 码数据送至CPU。
这些BCD 数据包括秒，分，时，日期，星期，月和年。
RTC 单元通过一个外部的晶振提供时钟。
RTC还具有定时报警的功能。
本文中RTC电路如图所示：
电源接口
电源接口是通过USB接口给整个开发板供电的部分，本文用了一个LED灯来显示是否正在供电，同时使用一个自锁开关来控制电路的通断。
电路图如下：
报警电路
当电路工作出现一定问题时，需要有报警的电路来提醒使用者立刻断电检查。
本文采用LED闪烁报警和响铃报警双重报警方式，用单片机P33口的变化使得三极管导通或者截止，进而让LED与响铃工作或停止。
电路图如下：
流水灯电路
对流水灯的控制是单片机开发最基本的技能，此开发板和市场上大多数板子一样，用了八个贴片式LED 灯作为流水灯，用8个1K的电阻限流，电路图如下：
A/D D/A转换模块
A/D D/A转换是单片机应用测控系统典型的接口技术内容，此开发板的A/D转换采用ADC0809转换芯片，D/A转换采用DAC0832转换芯片，提供A/D D/A转换开发功能，电路图如下：
串口通信模块
51系列单片机的串口有4个模式，可分别用作串并转换、并串转换、异步串行通信（2种模式）。
异步串行通信中，有1+8+1和1+8+1+1两种帧格式，多机通信是特殊的通信方式。
基本原理是两组移位寄存器。
将并行通信转换成串行通信模式（发送部分），或反之（接收部分）。
可全双工运行。
此开发板采用MAX232芯片和一个9针串口来做串口通信的开发，电路图如下：
继电器控制电路
继电器（英文名称：relay）是一种电控制器件，是当输入量（激励量）的变化达到规定要求时，在电气输出电路中使被控量发生预定的阶跃变化的一种电器。
它具有控制系统（又称输入回路）和被控制系统（又称输出回路）之间的互动关系。
通常应用于自动化的控制电路中，它实际上是用小电流去控制大电流运作的一种“自动开关”。
故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。
本文设计的继电器采用HRS4-4-DC5V，具体电路图如下：
外部中断电路
单片机的中断方式中，有一种为外部中断，它的中断优先级在所有中断中最高。
此开发板的外部中断电路如图：
复位电路
单片机在上电以后通过复位电路，程序指针指向0000H，也就是说单片机“重新启动”了。
说的通俗一点就是单片机的程序从头开始运行。
这时候有的寄存器的值会自动清零，有的会自动置1。
电路图如下:
外部存储电路
此开发板用24C08芯片构成单片机外部存储的电路，用以扩展单片机的存储容量，电路图如下：
总电路原理图、PCB图和电路板3D图
原理图：
PCB图：
3D图：
四、实验感想和总结
这门课程上课的时间只有一周，之前的我对于电气制图可以说是毫无概念，前几节课的学习还能跟得上，越往后越感觉有点吃力，后来我把很多问题都记下来一点点询问老师，才最终将问题搞得明白了一点。
此次实验选择51单片机开发板的制图，刚开始画原理图时比较轻松，一遍连着线，一边用ERC 检查确认自己没有接错，很快完整的原理图就画好了。
然而，图中很多元器件的封装在Protel 自己的封装库里都是找不到的，比如USB，继电器，单刀单掷开关和电源等等。
无奈之下，我只得一点点地上网查找各个器件的技术手册，在技术手册中找到它们引脚的具体尺寸，在PCB LIB文件中将封装画出来，再添加到库中。
这个过程很是辛苦，不过，当PCB load nets 最终显示 All Valid 的时候，我感到之前的辛苦都没有白费。
然而，当我导入器件之后，我又一次傻了眼，器件不是一般的多，各种芯片，插针，电阻，电容，跳线排成一个长列，四处交叉的飞线让人眼花缭乱。
幸好整个图的结构性比较好，我从主芯片出发，一个个地模块去连线，其中有很多时候线根本连不过去，我只得加上过孔从底层走线，线越来越多，连线也越来越麻烦，但我耐着性子，一点点为线寻找着路径，最终完成了连线。
最后，我又把电源线和地线全部加粗，确保电路板工作安全。
通过这次实验，我深刻体会到，制图的关键在于排版，好的排版是好的布线的基础，而且通过老师的指导，我对布线时不能出现的一些线和角度有了更好的理解。
这次实验更锻炼了我自己画元器件和封装的能力，同时通过查阅技术手册我熟悉了电子元器件，为以后更好地学习它们打下了基础。
最后，感谢吴益飞老师对我完成实验的指导和帮助！
五、参考文献
【1】江思敏、姚鹏翼、胡荣等编著.《Protel电路设计教程》[M]，北京：清华大学出版社，
【2】蒋立平主编.《数字逻辑电路与系统设计》[M]，北京：电子工业出版社，
【3】王建新、姜萍编著.《电子线路实践教程》[M], 北京：科学出版社，
【4】陈洁编著.《EDA软件仿真计数快速入门》[M], 北京：中国电力出版社，200910。
