基于STC89C52的單片機開發系統的設計與研究

林喆 孫清 于瑩瑩

1遼寧裝備制造職業技術學院 （沈陽 110161）2沈陽藥科大學高等職業技術學院（沈陽110000）

通過研究單片機電路設計的原理和方法,給出了單片機開發系統的設計方案。所述的系統采用了STC89C52單片機，它具有高速和超強抗干擾等的優點，同時，其指令代碼完全兼容傳統51系列單片機，實現了系統良好的兼容性，并通過端口的多功能復用實現了系統的一體化。

1 系統的硬件資源

本系統采用了多功能一體化結構設計，通過USB接口作為電源進行供電，方便使用并且使用靈活。另外，系統還提供了多種開發芯片以及輸入輸出設備，所采用的芯片主要包括：STC89C52單片機、TLC549CP模數轉換芯片、TLC5615CP數模轉換芯片、DS18B20溫度傳感器、SMOO38紅外接頭、DS1302時鐘芯片、MAX232CPE通訊芯片、ULN2003達林頓管、74HC573鎖存器等；輸出設備主要包括：8位LED燈、八位共陰極數碼管、8*8點陣、1602液晶屏、蜂鳴器、繼電器、直流電機和24BYJ48型減速永磁步進電機；輸入設備主要包括：獨立按鍵、4*4矩陣鍵盤、點陣開關和小型遙控器。

2 系統主電路設計原理

本系統采用速度快、功耗小、價格低、容量大、抗干擾能力強的STC89C52單片機，可直接使用USB轉串口線和STC-ISP軟件通過USB口進行程序下載。在設計過程中，開發系統充分考慮了單片機的 I/O口功能復用以及系統的拓展性，所采用的端子和插槽式接口設計最大程度上支持了電路的擴展，開發系統的主電路如圖 1所示。

圖1 單片機開發系統主電路

3 系統的主要功能電路設計

3.1 數碼管和點陣的靜/動態顯示

系統使用8個8段共陰極數碼管進行其靜/動態顯示開發，采用 P2.0-P2.2引腳通過74HC138譯碼器作為位選通信號，同時采用P0.0-P0.7和P3.7引腳控制74HC573鎖存器作為數碼管段驅動信號來進行其顯示功能的開發電路，其連接如圖2所示。

為了能夠對目前較為流行的點陣進行靜/動態顯示系統開發，本系統采用指撥開關對P0口進行了可切換設計，可將STC89C52的P0.0-P0.7引腳通過切換開關連接到點陣的行選信號上，同時利用 P2口作為列選信號完成 8*8點陣的靜/動態顯示開發，其電路如圖3所示。

圖2 數碼管靜/動態顯示開發電路

圖3 點陣靜/動態顯示開發系統電路

3.2 4*4矩陣鍵盤的輸入

本開發系統中設計了一個 4*4矩陣鍵盤開發系統并可以通過數碼管驗證相應按鍵所對應的鍵值，同時執行相應子程序，其硬件原理如圖4所示。該鍵盤的行線使用P1.0-P1.3引腳作為輸出線，列線使用P1.4-P1.7引腳作為輸入線。

圖4 4*4矩陣鍵盤輸入開發系統電路

在開發時首先將行線全部輸出低電平，此時讀入列線數據，若列線全為高電平則沒有按鍵被按下，當某條列線為低電平時，則調用延時子程序去除按鍵抖動并判定低電平是否仍然存在以確定相應鍵值。

3.3 步進電機、直流電機、繼電器驅動電路

本開發系統采用 STC89C52單片機控制ULN2003集成達林頓管芯片來驅動步進電機、直流電機和繼電器。ULN2003為高耐壓、大電流NPN型晶體管陣列，最大驅動電壓為50V，電流500mA，輸入電壓為5V，它是一個非門電路，包含了七個單元，每個單元驅動電流最大可達350mA。

在本開發系統中使用ULN2003來驅動步進電機、直流電機和繼電器，系統電路圖如圖 5所示。其中，P1.0引腳與J17端子的第7引腳相連后通過 J16端子使用脈沖調制編碼驅動直流電機；P1.1連接 J17端子的第 6引腳后通過ULN2003的第 7個輸出引腳驅動繼電器；P1.3-P1.6引腳分別連接J17的第4、3、2、1引腳來驅動J18所連接的步進電機。

圖5 步進電機、直流電機、繼電器驅動開發系統電路

3.4 DS1302實時時鐘電路

為了能夠進行實時時鐘電路的開發，系統中采用了美國DALLAS公司推出的一種高性能、低功耗、帶RAM的實時時鐘芯片DS1302電路，它可以對年、月、日、周日、時、分、秒進行計時，具有閏年補償功能，工作電壓為2.5V-5.5V。采用三線接口與單片機進行同步通信，并可采用突發方式一次傳送多個字節的時鐘信號或RAM數據。

3.5 溫度傳感器、D/A和A/D轉換電路

開發系統中設計了溫度傳感器 DS18B20，它是單總線式數字溫度傳感器電路，可以直接將溫度轉化成串行數字信號，并通過P3.2引腳輸入單片機進行處理。它的溫度測量范圍為－55℃-＋125℃，可編程為9-12位A/D轉換精度，測溫分辨率可達0.0625℃，被測溫度用符號擴展的16位數字量方式由與單片機P3.2引腳相連的DQ引腳進行串行輸出。

本開發系統中設計了TLC5615CP串行接口D/A轉換芯片電路，其輸出為電壓信號，建立時間為 12.5 us，最大輸出電壓是基準電壓值的兩倍，帶有上電復位功能，即可以把DAC寄存器復位至全零。在設計過程中分別通過單片機的P1.0-P1.2引腳與它的DIN、SCLK和CS引腳相連進行通信。

在開發系統中還使用 TLC549CP作為 A/D轉換芯片電路，它以8位開關電容逐次逼近的方法實現A/D轉換，其轉換速度小于17 us，它能方便地采用三線（CS、I/O、OUT）串行方式與單片機的P1.3、P1.4和P3.4引腳通信。

系統中所采用的溫度傳感器、D/A和 A/D轉換開發系統電路如圖6所示。

4 結論

理論與實踐表明，本系統在單片機應用電路的開發與設計過程中具有功能多、結構簡單、使用方便、價格便宜、性能穩定和低功耗等特點。通過端子和接口的多功能復用設計有效地增加了系統的可擴展性，為單片機應用系統的開發與設計提供了一種比較理想的方法與解決方案。通過可更換式單片機底座，相同的開發系統也可以用于其它類型單片機應用電路的開發與設計，因此具有較高的實用性和推廣價值。

圖6 系統中所采用的溫度傳感器、D/A和A/D轉換開發系統電路

[1]張義和.例說51單片機.北京：人民郵電出版社,2008.

[2]STC89C52RC Guide Book.宏晶科技,2006.