基于S51单片机的开发板设计毕业论文目录摘要 (I)ABSTRACT (II)1 引言 (1)2 系统方案 (2)2.1总体设计方案 (2)2.2设计原则 (2)3 硬件部分 (3)3.1硬件结构框图 (3)3.2硬件电路设计 (4)3.2.1 S51单片机主控制模块 (4)3.2.2 键盘模块 (4)3.2.3 AD模块 (5)3.2.4 DA模块 (6)3.2.5 DS1302时钟模块 (7)3.2.6 测温模块 (9)3.2.7 串行通信模块 (10)3.2.8 显示模块 (12)3.2.9 下载器模块 (16)3.2.10 其他模块 (17)4 软件部分 (19)4.1整体程序设计 (19)4.2分模块程序设计 (19)4.2.1 键盘模块程序设计 (19)4.2.2 AD模块程序设计 (20)4.2.3 DA模块程序设计 (22)4.2.4 DS1302时钟模块程序设计 (23)4.2.5 测温模块程序设计 (25)4.2.6 串行通信模块程序设计 (28)4.2.7 显示模块程序设计 (30)4.2.8 其他模块 (38)5 开发板设计及测试 (41)5.1开发板PCB设计 (41)5.2开发板测试 (41)6 结论 (43)致谢 (44)参考文献 (45)附录 (46)附录1键盘模块部分程序 (46)附录2AD模块部分程序 (46)附录3DA模块部分程序 (48)附录4DS1302时钟模块部分程序 (48)附录5测温模块部分程序 (51)附录6单片机通过MAX485与PC机通讯程序 (52)附录7LCD1602显示模块部分程序 (53)附录8开发板整观图 (55)附录9下载器整观图 (55)1 引言单片机具有成本低、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。

因此拥有一块单片机开发板对单片机学习具有着极其重要的意义。

但是单片机学习效果的优劣直接取决于单片机的选择，C51系列单片机部具有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，因此该开发板具有一定的实用价值和现实意义。

2 系统方案2.1 总体设计方案本开发板共分为十四个模块，分别是：S51单片机主控制器模块、键盘模块、AD 模块、DA模块、DS1302时钟模块、测温模块、MAX232模块、MAX485模块、数码管模块、LCD1602模块、LCD12864模块、下载器模块、流水灯模块、蜂鸣器模块。

其中以S51单片机作为核心控制器；键盘模块用来向单片机输入特定编码的信息；AD模块用来实现模数转换；DA模块用来实现DA转换；DS1302时钟模块用来实现实时时钟；测温模块用来测量环境温度；RS232模块和RS485模块通过电平转换实现通信；数码管模块用来显示简单的数字、字母；LCD1602模块用来显示字母、数字、符号；LCD12864模块用来显示图像、符号、汉字；下载器模块用来实现S51单片机的ISP在线编程；流水灯模块用来显示单片机I/O口电平的变化；蜂鸣器模块用来发出声音。

2.2 设计原则开发板系统的扩展和配置应遵循以下设计原则：(1)尽可能选择典型电路，并符合单片机常规用法。

为硬件系统的标准化、模块化打下良好的基础；(2)系统扩展与外围设备的配置水平应充分满足应用系统的功能要求，并留有适当余地，以便进行二次开发；(3)硬件结构应结合应用软件方案一并考虑。

硬件结构与软件方案会产生相互影响，考虑的原则是：软件能实现的功能尽可能由软件实现，以简化硬件结构。

但必须注意，由软件实现的硬件功能，一般响应时间比硬件实现长，且占用CPU时间；(4)系统中的相关器件要尽可能做到性能匹配。

如选用CMOS芯片单片机构成低功耗系统时，系统中所有芯片都应尽可能选择低功耗产品；(5)可靠性及抗干扰设计是硬件设计必不可少的一部分，它包括芯片、器件选择、去耦滤波、印刷电路板布线、通道隔离等；(6)单片机外围电路较多时，必须考虑其驱动能力。

驱动能力不足时，系统工作不可靠，可通过增设线驱动器增强驱动能力或减少芯片功耗来降低总线负载；(7)尽量朝“单片”方向设计硬件系统。

系统器件越多，器件之间相互干扰也越强，功耗也增大，也不可避免地降低了系统的稳定性。

3 硬件部分3.1 硬件结构框图总体硬件结构主要包括：S51单片机主控制器模块、键盘模块、AD模块、DA模块、DS1302时钟模块、测温模块、MAX232模块、MAX485模块、数码管模块、LCD1602模块、LCD12864模块、下载器模块、流水灯模块、蜂鸣器模块。

硬件结构框图如图3-1所示：图3-1 总体硬件结构框图3.2 硬件电路设计3.2.1 S51单片机主控制模块S51单片机最小系统包括：MCU、复位电路、晶振电路。

原理图如图3-2所示：图3-2 S51单片机主控制模块原理图采用按键复位方式，选取晶振为12MHZ，系统机器周期为1us。

3.2.2 键盘模块在键盘中按键数量较多时，为了减少I/O口的占用，通常将按键排列成矩阵形式，如图3-3所示：图3-3 键盘模块原理图JP7用来连接P2口与矩阵键盘模块，在矩阵式键盘中，每条水平线和垂直线在交叉处不直接连通，而是通过一个按键加以连接。

这样，一个端口（如P2口）就可以构成4*4=16个按键，比之直接将端口线用于键盘多出了一倍，而且线数越多，区别越明显，比如再多加一条线就可以构成20键的键盘，而直接用端口线则只能多出一键（9键），在需要的按键数较多时，采用矩阵法来做键盘是合理的。

3.2.3 AD模块a ADC0832简介A/D转换在单片机接口中应用广泛，串行A/D转换器具有功耗低、性价比较高、芯片引脚少等特点。

ADC0832是NS(National Semiconductor)公司生产的具有Microwire/Plus串行接口的8位A/D转换器，通过三线接口与单片机连接，适宜在袖珍式智能仪器中使用。

主要性能指标有：功耗低，只有15mW；8位分辨率，逐次逼近型，基准电压为5V；输入模拟信号电压围为0～5V；输入和输出电平与TTL和CMOS 兼容；在250kHz时钟频率时，转换时间为32us；具有两个可供选择的模拟输入通道。

ADC0832有DIP和SOIC两种封装，DIP封装的，ADC0832引脚排列如图3-4所示：图3-4 ADC0832引脚图各引脚说明如下：CS—片选端，低电平有效；CH0，CH1—两路模拟信号输入端；D I—两路模拟输入选择输入端；DO—模数转换结果串行输出端；CLK—串行时钟输入端；VCC /REF—正电源端和基准电压输入端；GND—电源地。

ADC0832工作时，模拟通道的选择及单端输入和差分输入的选择，都取决于输入时序的配置位。

当差分输入时，要分配输入通道的极性，两个输入通道的任何一个通道都可作为正极或负极。

b 硬件实现AD模块的原理图如图3-5所示：图3-5 AD模块原理图单片机与ADC0832通过P2.5、P2.6、P2.7相连，分别为时钟信号线、数据输出信号线、片选信号线。

开发板可外接模拟信号，也可由电位器R7、R8将+5V分压后提供两路模拟信号。

3.2.4 DA模块a TLC5615简介TLC5615为美国仪器公司1999年推出的产品，是具有串行接口的数模转换器，其输出为电压型，最大输出电压是基准电压值的两倍。

带有上电复位功能，即把DAC 寄存器复位至全零。

TLC5615性能价格比高，目前在国市场很方便购买。

主要性能指标有：10位CMOS电压输出；5V单电源供电；与CPU三线串行接口；最大输出电压可达基准电压的二倍；输出电压具有和基准电压相同极性；建立时间12.5μs；部上电复位；低功耗，最大仅1.75mW。

TLC5615有小型和塑料DIP封装，DIP封装的TLC5615芯片引脚排列如图3-6所示：图3-6 TLC5615引脚排列图引脚功能说明如下：DIN—串行数据输入端；SCLK—串行时钟输入端；CS—芯片选用通端，低电平有效；DOUT—用于级联时的串行数据输出端；AGND—模拟地；REFIN—基准电压输入端；OUT—DAC模拟电压输出端；VDD—正电源端。

b 硬件实现DA模块的原理图如图3-7所示：图3-7 DA模块原理图单片机与TLC5615通过P2.0、P2.1、P2.2相连，分别为片选信号线、时钟信号线、数据输入信号线。

TLC5615转换后的模拟信号通过OUT端输出。

3.2.5 DS1302时钟模块a DS1302简介DS1302是美国DALLAS公司推出的一种高性能、低功耗、带RAM的实时时钟芯片，它可以对年、月、日、周日、时、分、秒进行计时，且具有闰年补偿功能，工作电压宽达2.5～5.5V。

采用三线接口与MCU进行同步通信，并可采用突发方式一次传送多个字节的时钟信号或RAM数据。

DS1302部有一个31*8的用于临时性存放数据的RAM 寄存器。

主要性能指标有：31字节带后备电池的RAM用于数据存储；串行I/O口，管脚数量少；宽围工作电压：2.0～5.5V；工作电压2.0V时，电流小于300nA；读/写时钟或RAM数据时有两种传送方式—单字节传送和突发模式传送；8 脚DIP封装或其他可选封装方式；简单的3线接口；与TTL 兼容(Vcc = 5V)；可选工业级温度围：- 40℃～+ 85℃；与DS1202 兼容。

DS1302 的引脚如图3-8所示：图3-8 DS1302引脚图Vcc1为后备电源，Vcc2为主电源。

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高于Vcc1 + 0. 2V 时，Vcc2给DS1302供电。

当Vcc2低于Vcc1时，DS1302由Vcc1 供电。

X1、X2为振荡源，外接32. 768 kHz晶振。

I/O为串行数据输入/输出端(双向)，SCL K为时钟输入端。