单片机最小系统的设计与制作

【1. 实验目的和要求】（1）掌握采用Keil uVision集成开发环境下单片机程序的编辑、编译、连接方法；（2）掌握Keil uVision集成开发环境与Proteus仿真软件的联调；（3）掌握单片机最小系统的仿真设计；【2. 实验工具与软件】计算机、Keil uVision4集成开发环境、Proteus 8 Professional仿真软件【3.主要原理和方法步骤】（1）任务说明➢完成8051最小系统仿真原理图设计；并在最小系统基础上完成2个独立按键与8个发光二极管的驱动电路设计；➢编写测试程序，实现按键控制循环点亮8个灯，时间间隔约1秒。

（2）仿真电路原理图（3）程序流程图（4）实例代码及注释分析#include "reg51.h"sbit S0=P1^0; //数据IO口设置sbit S1=P1^1;unsigned char flag; //设置flag标志位，表示哪一个按键被按下unsigned char step; //设置step标志位,表示需要显示的二极管位码unsigned char code D[]={0x01,0x02,0x04,0x08,0x10,0x20,0x40,0x80}; //发光二极管的段码void delay_ms(unsigned int ms) //ms延时函数(******************){unsigned int i;while(ms--)for(i = 0; i < 110; i++);}void main(void) //主函数{unsigned char i;while(1){for(i=1;i<=20;i++) //对延时1S的时间进行划分，多次检测按键是否按下，以提高按键灵敏度{if(S0==0){flag=1;P0=~D[step];}else{if(S1==0){while(!S1);flag=2;break;}}delay_ms(50);}if(flag==1) //循环左移{step++;if(step==8) step=0;P0=~D[step];}else if(flag==2) //循环右移{step--;if(step==-1) step=7;P0=~D[step];}}}【4. 数据记录】点击运行开始仿真按键时，8个发光二极管均处于熄灭状态。

北方民族大学电气信息工程学院总结题目：学生姓名：专业：学号：目录目的设计原理硬件设计主芯片存储系统电源系统其他系统软件设计流程图程序Proteus仿真图心得1．目的单片机又称单片微控制器，它不是完成某一个逻辑功能的芯片，而是把一个计算机系统集成到一个芯片上。

概括的讲，一块芯片就成了一台计算机。

单片机具有体积小、功能强、应用面广等优点，目前正以前所未见的速度取代着传统电子线路构成的经典系统，蚕食着传统数字电路与模拟电路固有的领地。

它的体积小、质量轻、价格便宜、为学习、应用和开发提供了便利条件。

同时，学习使用单片机了解计算机原理与结构的最佳选择。

现在，这种单片机的使用领域已十分广泛。

彩电、冰箱、空调、录像机、VCD、遥控器、游戏机、电饭煲等无处不见单片机的影子，单片机早已深深地融入我们每个人的生活之中。

单片机能大大地提高这些产品的智能性，易用性及节能性等主要性能指标，给我们的生活带来舒适和方便的同时，在工农业生产上也极大地提高了生产效率和产品质量。

单片机按用途大体上可分为两类，一种是通用型单片机，另一种是专用型单片机。

MCS-51单片机是美国INTEL公司于1980年推出的产品，与MCS- 48单片机相比，它的结构更先进，功能更强，在原来的基础上增加了更多的电路单元和指令，指令数达111条，MCS-51单片机可以算是相当成功的产品，一直到现在，MCS-51系列或其兼容的单片机仍是应用的主流产品，各高校及专业学校的培训教材仍与MSC-51单片机作为代表进行理论基础学习。

MCS-51系列单片机主要包括8031、8051和8751等通用产品。

所谓"最小"是指可以启动单片机的必要条件，也就是说没有这个条件，就无法让单片机工作了。

主要是三个方面：1、Power，指单片机工作的电源部分，VCC/GND，2、Clock，指单片机工作的时钟，单片机执行各项指令/动作，都是按照时钟这个节拍来完成的，当然是必不可少的。

实验二单片机最小系统设计084775116 马丽丽一、实验目的1. 掌握C8051F330单片机最小系统设计方法；2. 进一步熟悉Keil uVision2 开发环境的使用；3. 了解C语言程序设计和调试方法；4. 熟悉C8051F优先权交叉开关译码器，掌握I/O口交叉开关设置和引脚配置；5. 了解C8051F单片机内部和外部振荡器结构和配置方法。

二、实验内容1. C8051F330单片机最小系统设计、制作与调试；2. C8051F330单片机片内振荡器配置；3. I/O口交叉开关配置。

为UART0、/INT0和/INT1分配端口引脚。

将P1.2、 P1.3 和P1.4配置为模拟输入；4. 改变系统工作时钟频率，在P1.7输出一个矩形波，用示波器观察波形，并记录信号频率、周期与脉宽。

三、实验步骤（一）电路板的焊制1. 根据C8051F330最小系统电路参考图和C8051F330单片机引脚分布图焊接最小系统的电路板；两张图如下：2. 焊接好后的电路板如下图：焊接电路的材料为： C8051F330芯片、 电容、电阻、 通用板、导线、 焊锡条、电烙铁、 按键、 JTAG3. 焊接好电路后，接上3.3V 的电压然后下载一个程序，通过观察是否下载的进去来判断电路板是否焊接正确。

若下载成功电路板应该没问题。

（二）绘制方波程序流程图1. 绘制改变系统时钟来改变方波周期的程序流程图如下；2. 绘制通过定时器中断方式输出占空比可变的方波的程序流程图；（见下页）（三）程序编写、下载、检查！(两个程序步骤相似只是源代码不同，所以步骤只写一次了，源代码见附录)1. 打开Keil编程环境，新建一个文件；2. 根据流程图编写C语言程序，保存文件后缀名为“.c”；3. 新建一个工程：Project → New Project →保存→选择Silicon Laboratories →C8051F330芯片；4. 将文件导入：右键target → Add Files to Group “ Source Group 1”→将“.c”文件选中加入工程即可。

课程设计任务书（指导教师填写）课程设计名称电路板设计与制作学生姓名专业班级设计题目51单片机最小系统学习板的设计与制作一、课程设计的任务和目的任务:设计并制作51单片机最小系统电路板，包括电路原理图设计、版图规划与设计、系统单面电路板制作。

要求：1)电路原理图准确、版图结构清晰、布局合理。

2)使用插针型元件，成品PCB板面布局合理，密度适当；3)板上资源包括LED灯、数码管、蜂鸣器、按钮、串行通讯及USB接口；4)电路板面积适中便于携带，长度15cm，宽8.5cm。

目的：1)掌握并完成基本PCB板的设计与制作工艺；2)学习并掌握实现单片机应用系统的软硬件设计、调试、实现的技能；3)了解单片机最小系统的工作原理与系统开发方法，锻炼动手能力，为毕业设计做准备。

二、设计内容、技术条件和要求1.设计并制作具有实际功能的单片机最小系统：可选择实现的功能⑴.流水灯⑵.电子时钟⑶.数字温度计⑷.交通灯控制器；2.根据所选电路功能，画出电路框图和原理总图。

3.根据电路所需元件及周边设备规划和设计电路板版图，描画版图。

4.根据版图生成gerber工艺文件，进行电路板制作，包括刻板，钻孔，覆铜等。

5.撰写设计总结报告。

三、时间进度安排本课程设计共两周时间。

第一周：功能设计与理论学习周一上午：布置设计任务；提出课程设计的目的和要求；明确对撰写总结报告、手工绘制原理图和电路板版图的要求；安排答疑、实验室开放时间。

讲解印制电路板的制板流程，介绍PCB刻板机等制板设备的软硬件操作方法以及注意事项。

周一下午：讲解电路原理图与PCB版图设计方法。

周二至周五：学生查阅资料，确定设计题目；进行功能设计，在实验室完成电路原理图与PCB 版图的设计和绘制，导出电路总原理图及版图文件。

期间安排两次答疑，指导学生设计。

周五，交设计草图-原理图和版图供老师审阅。

第二周：电路板制作、撰写设计总结报告周一至周四：分组在电子系统加工及评测实验室(225)操作刻板工具和设备进行电路板成品的加工和制作，成品需通过老师验收。

基于STC89C52单⽚机最⼩系统的设计基于STC89C52单⽚机最⼩系统的设计1 设计内容及要求设计题⽬：基于STC89C52单⽚机最⼩系统的设计及制作。

设计要求：输⼊信号为传感器、电压、电流、开关等形式，单⽚机型号可以⾃⼰选择（51,128,430等），输出控制信号为模拟电压或者数字信号，控制对象可以是电机（直流电机，步进电机）、开关、显⽰器等。

（注：可以采⽤单⽚机、传感器电路模块以及集成电路芯⽚制作。

）使⽤器材：感光板及常⽤PCB制版器材、常⽤电⼦装配⼯具、万⽤表、⽰波器及电⼦元器件（详见附录）。

2 STC89C52单⽚机2.1 STC89C52单⽚机简介单⽚微型计算机简称单⽚机，是典型的嵌⼊式微控制器（Microcontroller Unit），常⽤英⽂字母的缩写MCU表⽰单⽚机，它最早是被⽤在⼯业控制领域。

单⽚机由芯⽚内仅有CPU的专⽤处理器发展⽽来。

最早的设计理念是通过将⼤量外围设备和CPU集成在⼀个芯⽚中，使计算机系统更⼩，更容易集成进复杂的⽽对体积要求严格的控制设备当中。

⽤专业语⾔讲，单⽚机就是在⼀块硅⽚上集成了微处理器、存储器及各种输⼊/输出接⼝的芯⽚。

2.2 单⽚机的特点（1）⾼集成度，体积⼩，⾼可靠性单⽚机将各功能部件集成在⼀块晶体芯⽚上，集成度很⾼，体积⾃然是最⼩的。

芯⽚本⾝是按⼯业测控环境要求设计的，内部布线很短，其抗⼯业噪声性能优于⼀般通⽤的CPU。

单⽚机程序指令，常数及表格等固体化在ROM中不易破坏，许多信号通道均在⼀个芯⽚内，故可靠性⾼。

（2）控制功能强为了满⾜对控制对象的要求，单⽚机的指令系统均有极丰富的条件：分⽀转移能⼒、I/O⼝的逻辑操作机位处理能⼒，⾮常适⽤于专门的控制功能。

（3）低电压，低功耗，便于⽣产携带为了便于⼴泛使⽤于便携式系统，许多单⽚机内的⼯作电压仅为 1.8V～3.6V，⼯作电流仅为数百微安。

（4）易扩展⽚内具有计算机正常运⾏所需的部件。

芯⽚外部有许多供扩展⽤的三总线及并⾏、串⾏输⼊/输出管脚，很容易构成各种规模的计算机应⽤系统。

基于STM32单片机的最小硬件系统的软硬件设计与实现摘要随着人们生活水平的提高，人们对消费电子的需求也越来越高，智能硬件和移动平台的成熟，也为STM32的发展提供了基础和动力。

系统采用ARM Cortex-M3内核的STM32F103VET6作为微控制器，设计了CH340 USB 下载电路，JLINK下载电路供下载调试代码，结合DS18B20、VS838、红外遥控、蜂鸣器、LED发光管、RS232、RS485以及板载TFT液晶等外围设备，以及对这些外设的编程控制，实现了温度计、上下位机通信、红外遥控器、定时时钟、触摸画板、TFT液晶显示等集成与一板的功能。

关键词：STM32F103VET6，TFT液晶，DS18B20AbstractAlong with living standard enhancement, the people to expend electronic the demand to be also getting higher and higher. Intelligent mobile platform mature, also provide the foundation and driving force for the development of STM32.The system adopts ARM Cortex-M3 as STM32F103VET6’s kernel as the controller to combined with DS18B20, VS838, infrared remote control, buzzer, LED luminou tube,RS232, RS485 and the onboard TFT LCD and other peripheral equipment, as well as peripheral programming control, realized the thermometer, serial communication, infrared remote control,timing clock, drawing board, touch TFT liquid crystal display is integrated with a function.Key words: STM32F103VET6,TFT LCD, DS18B20目录第1章系统概述与硬件电路设计 (1)1.1系统的总体架构 (1)1.2电源模块 (1)1.3微控制器模块 (2)1.4 TFT液晶显示模块 (4)1.5红外遥控模块 (6)1.6 USB供电下载电路 (7)1.7蜂鸣器电路 (8)1.8 RS232电路 (8)第2章系统选型与软件设计 (10)2.1系统元器件选型及参数介绍 (10)2.1.1 系统微控制器选型 (10)2.1.2系统温度传感器选型 (10)2.1.3系统USB转串口芯片选择 (11)2.1.4系统显示器选择 (12)2.2系统软件设计 (14)2.2.1 软件编程环境介绍 (14)2.2.2系统设计总流程 (14)2.2.3 TFT液晶驱动 (15)2.2.4 DS18B20温度传感器驱动 (18)第3章系统PCB设计与制作 (22)3.1 Altium Designer软件介绍 (22)3.2系统原理图与PCB印刷线路板绘制 (22)3.3 PCB的布局与布线 (23)3.4 设计规则检查（DRC） (24)第4章系统的安装与调试 (25)4.1硬件调试 (25)4.2软件调试 (25)4.3 系统实物制作效果图 (25)第5章总结与体会 (27)5.1总结 (27)5.2体会 (27)致谢 (29)附录一程序代码 (30)附录二实物效果图 (36)第1章系统概述与硬件电路设计1.1 系统的总体架构STM32F103VET6的最小硬件系统主要包括了电源电路和微控制电路已经各种外设电路和下载电路组成，其系统框图如图1.1所示。

单片机最小系统的设计与制作单片机课程设计单片机课程设计报告——单片机最小系统的设计与制作学院：信息与电气工程学院姓名：马杰学号：0804040234指导老师：曾照福设计时间：2021.5.30—2021.6.10目录摘要1一、设计与制作目的2二、设计与制作要求2三、设计方案比拟说明3四、原理说明54.1 单片机的选择54.2 显示电路64.3 4*4矩阵键盘电路和4个独立键盘电路74.4 存储电路84.6 LCD接口114.7 程序下载接口114.8 电源电路134.9 温度测量接口134.10 跳线电路13五、程序流程图及说明错误!未定义书签。

六、程序清单及注释15七、硬件调试及调试结果15八、软件测试及其结果17数码管测试178.2 键盘测试178.3 24C02存储电路测试188.4 DS1302 实时时钟电路测试188.5 DS18B20温度测量电路测试18九、测试仪器及测试结果19十、结果分析及设计心得20参考文献21附录1：原理图、PCB图以及实物图21 附录2：程序清单21附录3：元器件清单86摘要随着单片机的应用越来越广泛，比方日常生活中的电冰箱、洗衣机、微波炉等等，都是用单片机作为MCU来控制这些器件，对于我们来说，学习单片机是非常有必要的，而单片机的最小系统更是我们学习单片机的根底。

此次需要设计的单片机最小系统中，除了电源电路、复位电路、晶振电路外，还需要4*4矩阵键盘、4个独立键盘、8位数码管显示电路、存储电路、实时时钟电路、温度测量接口、LCD接口、程序下载接口。

因为单片机只有32个口，所以这32口如何合理的分配给这些模块是本设计的重点，但是由于大多数同学编程还不是过硬，故最好选择直接用I/O进行控制的系统，而不要用锁存器等在编程中要设置相应模式的器件，这个要求使得对单片机的32个I/O如何分配的问题更加重要。

在设计完这个单片机最小系统后，最起码要实现以下功能：数码管能显示数字和字母；设置按键和数码管，当按下相应键时，可以在数码管上显示设置的数字和字母，如1、2、3、A、b等等；设置数码管能使其显示数字和字母；设置数码管和24C02芯片，能在掉电后还显示掉电之前的内容；设置DS1302芯片，能用数码管或液晶显示年月日和实时时间；设置DS18B20芯片，能用数码管或液晶显示实时温度。

单片机最小系统的设计与应用在嵌入式系统和智能硬件领域，单片机最小系统作为一种基本的控制器单元，具有广泛的应用价值。

本文将介绍单片机最小系统的设计与应用，包括系统设计、系统应用和系统优化等方面的内容。

单片机最小系统通常由微处理器（MCU）、电源电路、时钟电路和复位电路等组成。

在设计单片机最小系统时，需要根据具体的应用需求选择合适的微处理器，并搭建相应的电源电路、时钟电路和复位电路。

单片机最小系统的架构设计应考虑应用需求和系统可靠性。

一般而言，系统架构应包括以下几个部分：（1）微处理器：作为系统的核心，微处理器负责数据计算、处理和传输等任务。

（2）存储器：包括RAM、Flash等，用于存储程序运行时产生的数据和程序本身。

（3）输入/输出接口：用于连接外部传感器、开关、LED等设备，实现数据采集和控制输出。

（4）时钟电路：为系统提供准确的时间基准。

（5）复位电路：在系统出现异常时进行复位，保证系统的稳定性。

电路设计是单片机最小系统设计的重要组成部分。

在电路设计中，需要以下几个方面：（1）电源电路：为整个系统提供稳定的工作电压，一般需要设计稳定的电源模块。

（2）时钟电路：选用合适的时钟芯片，保证系统的时间基准准确可靠。

（3）复位电路：复位电路的设计要确保系统在异常情况下能迅速复位，保证系统的稳定性。

（4）接口电路：根据应用需求，设计相应的输入/输出接口电路。

例如，模拟信号输入/输出接口、数字信号输入/输出接口等。

软件设计是单片机最小系统的核心部分，直接决定了系统的功能和性能。

在软件设计中，一般需要选择合适的编程语言（如C语言、汇编语言等），并根据具体的应用需求进行相应的程序编写。

以下是一些关键的软件设计要素：（1）初始化程序：在系统上电或复位后，需要首先执行初始化程序，以确保各个硬件模块的正常运行。

（2）中断处理程序：针对外部事件或内部定时器/计数器溢出等情况，编写相应的中断处理程序，以实现实时响应和数据处理。

单片机最小系统的设计以AT89C51单片机为例，设计一个单片机最小系统。

要求：1、功能：有按键开关、键盘进行高低电平的输入。

有数码管显示输出数字。

有LED灯显示输出的高低电平。

LCD显示输出数字和中文文字符号。

有使单片机工作的最小外围电路。

2、设计采用Keil单片机开发软件进行，在该软件上设计虚拟电路并进行仿真实现键盘、按键输入数据，在数码管、LED、LCD上显示输入内容，或运算、控制结果。

3、写出完成上述工作的全部过程。

包括软件选取、软件安装、每个功能硬件的选取和连接过程，软件的编写过程、源程序调试过程，最后附上全部工程文件和程序。

上述工作的目的：通过单片机的学习，学会基本的科研工作方法：构思、系统框图、详细设计、硬件设计、软件设计、研究工作中的记录、总结、归纳。

正反两方面的经验都要写。

方法：先建设一个WORK文档，以后每做一步写步，做完设计工作同时文档也就写完，然后对文档总结、整理、提高，这样每做完一件事，一篇可发表的论文也应完了，而不要做完了设计才来回想、写论文，时间就浪费了，很多设计过程中遇到的问题也忘了。

下面是去年同学写的内容，仅参考，不要抄，要自己写，比这个更好。

一、软件的介绍本文以AT89C51作为控制部件，同时利用LCD显示当前状态，从而实现依次按键控制LED灯亮灭的最简控制系统。

1、proteus软件的使用方法Proteus软件是Labcenter Electronics公司的一款电路设计与仿真软件，它包括ISIS、ARES等软件模块，ARES模块主要用来完成PCB的设计，而ISIS模块用来完成电路原理图的布图与仿真。

Proteus的软件仿真基于VSM技术，它与其他软件最大的不同也是最大的优势就在于它能仿真大量的单片机芯片，比如MCS-51系列、PIC系列等等，以及单片机外围电路，比如键盘、LED、LCD等等。

通过Proteus软件的使用我们能够轻易地获得一个功能齐全、实用方便的单片机实验室。

第4章单片机最小系统设计制作训练内容提要在电子竞赛设计中，单片机作为系统的控制核心广泛应用。

本章介绍了单片机最小系统电路板、通用键盘显示电路、液晶显示模块、A/D及D/A转换等单元电路设计及其程序设计。

知识要点：单片机最小系统，可编程键盘和显示器的接口电路，MDLS点阵字符型液晶显示模块，点阵图形型液晶显示模块，A/D与D/A，程序设计。

教学建议: 本章的重点是掌握单片机最小系统与接口电路的设计与制作。

建议学时数为8学时。

单片机最小系统在竞赛中可以选用成品。

但单片机作为竞赛作品中的核心部件，软件编程训练可以利用单片机开发系统进行培训，通过对单片机最小系统硬件的设计制作，可以使学生加深对单片机的了解。

液晶显示模块采用成品，接口电路与程序设计是训练的重点。

A/D与D/A等电路需要进行设计制作。

设计制作的产品可以作为子系统或者模块保留备用。

训练中要求学生完成电原理图、印制板图、装配图、实际制作、电路调试、设计总结报告。

4.1 单片机最小系统设计制作4.1.1 单片机最小系统电路板硬件设计单片机最小系统电路板可选用AT89C51、AT89C52等DIP-40封装的单片机作为MCU。

系统包括时钟电路，复位电路，扩展了片外数据存储器和地址锁存器。

系统还设置了8个并行键盘S1～S4，S6～S9，6个共阳极LED数码管LED1～LED6。

系统无需扩展程序存储器，用户可根据系统程序大小选择片内带不同容量闪存的单片机，例如PHILIPS半导体公司推出的P89C66X Flash单片机，其片内Flash ROM容量最大可达64KB。

系统还提供基于8279的通用键盘显示电路、液晶显示模块、A/D及D/A转换等众多外围器件和设备接口。

单片机最小系统原理框图如图4.1.1所示。

最小系统电路原理图如图4.1.2所示。

LED数码管和并行键盘电路原理图如图4.1.3所示。

图4.1.1单片机最小系统原理框图图4.1.2 单片机最小系统电原理图图4.1.3 LED数码管和并行键盘电路原理图单片机时钟信电路原理图如图4.1.4所示。