[工学]单片机系列下载器与最小开发系统电路设计.doc

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1、摘 要 摘 要 单片机即单片微型计算机（Single-Chip Microcomputer ） ，是集 CPU ,RAM ,ROM ,定时，计数和多种接口于一体的微控制器。其中 51 单片机是各种单片机 中最为典型和最有代表性的一种,广泛应用于各个领域。 如今，随着电子技术的不断发展，单片机的应用越来越广泛。由于单片机具 有体积小、易于产品化、面向控制、集成度高、功能强、可靠性高、价格低等特 点，其在工业控制、机电一体化、智能仪表、通信等诸多领域中得到了广泛的应 用。在实时检测和自动控制的单片机应用系统中，单片机往往是作为一个核心部 件来使用。而单片机最小系统则是各种单片机自动控制系统中不可缺

2、少的核心部 分。 本设计由 AT89S51、四位共阳型 LED 数码管、8 只 LED 发光二极管、8 只按键 组成的独立式键盘等组成单片机简易最小开发系统。采用 AVR 下载器对单片机进 行程序的烧录。 关键词 最小开发系统 下载器 单片机 LED 数码管 发光二极管 键盘 Abstract Abstract That is, single-chip single-chip micro-computer (Single-Chip Microcomputer), is a CPU, RAM, ROM, timing, counting and multiple interfaces in on

3、e microcontroller. ATMEL them 51 is the most typical and most representative of a widely used in various fields. Nowadays, With the development of electronic technology ，Single chip computer are used more and more widely，Microcontroller has a small, easy to commercialization, and for the control, hi

4、gh integration, functionality, high reliability, low prices, has been widely in many fields ofindustrial control, mechatronics, intelligent instruments, communications andotherapplications. In real- time detection and automatic control of microcomputer application system, themicrocontroller is often

5、 used as a core component to，The smallest single- chip system is indispensable to the core of the various Auto Control System. Design by AT89S51, four total positive type-LED digital-tube,the8LEDlight- emittingdiodes, 8 buttons, stand-alone keyboard is composed-of simple single- chip minimumdevelopm

6、ent system. AVR Downloader program to burn the microcontroller. Keywords：Minimum development system Downloader SCM LED digital tube Light-emitting diodes Keyboard Abstract 目 录 第一章第一章 绪论绪论 .1 第二章第二章 方案介绍方案介绍 .3 第三章第三章 主要元件介绍主要元件介绍 .5 3.1 单片机介绍.5 3.2 LED 数码管.10 3.3 MAX232 介绍.11 3.4 ATMEGA8 介绍.12 3.5 晶

7、体振荡器.16 第四章第四章 硬件电路设计硬件电路设计 .19 4.1 单片机最小系统.19 4.1.1 复位电路.19 4.1.2 时钟电路.19 4.2 显示电路 .20 4.3 键盘电路.21 4.4 流水灯电路.21 4.5 串口通信电路.22 4.6 ISP 下载接口.22 4.7 AVR 下载器.22 第第五五章章 P PR RO OT TE EL L 电电路路设设计计 .25 5.1 PROTEL软件简介.25 5.2 原理图设计.26 5.3 PCB 设计.29 总总 结结 .33 致致 谢谢 .35 目 录i 参考文献参考文献 .37 附录一附录一 简易开发系统原理图简易开发

8、系统原理图 .41 附录二附录二 简易开发系统简易开发系统 PCBPCB 图图 .43 附录三附录三 AVRAVR 下载器原理图下载器原理图.45 附录四附录四 AVRAVR 下载器下载器 PCBPCB 图图.47 附录五附录五 下载器程序下载器程序 .49 附录六附录六 器件实物图器件实物图 .57 第一章 绪论1 第一章 绪论 单片机即单片微型计算机（Single-Chip Microcomputer ） ，是集 CPU ,RAM ,ROM ,定时，计数和多种接口于一体的微控制器。 单片机自 20 世纪 70 年代问世以来，以其极高的性能价格比，受到人们的重 视和关注。如今，随着电子技术的

9、不断发展，单片机的应用越来越广泛。由于单 片机具有体积小、易于产品化、面向控制、集成度高、功能强、可靠性高、价格 低等特点，其在工业控制、机电一体化、自动检测、智能仪表、家用电器、电力 电子、通信等诸多领域中得到了广泛的应用。在实时检测和自动控制的单片机应 用系统中，单片机往往是作为一个核心部件来使用，而 51 单片机则是各单片机 中最为典型和最有代表性的一种。 ATmega8 是 ATMEL 公司在 2002 年第一季度推出的一款新型 AVR 高档单 片机。在 AVR 家族中，ATmega8 是一种非常特殊的单片机，它的芯片内部集成 了较大 容量的存储器和丰富强大的硬件接口电路，具备 AVR

10、 高档单片机 MEGE 系列的全部性能和特点。但由于采用了小引脚封装（为 DIP 28 和 TQFP/MLF32） ， 所以其价格仅与低档单片机相当，再加上 AVR 单片机的系统内可编程特性，使 得无需购买昂贵的仿真器和编程器也可进行单片机嵌入式系统的设计和开发，同 时也为单片机的初学者提供了非常方便和简捷的学习开发环境。 单片机系列下载器与最小开发系统电路设计2 第二章 方案介绍3 第二章 方案介绍 本设计由 AT89S51、四位共阳型 LED 数码管、8 只 LED 发光二极管、8 只 按键组成的独立式键盘等组成单片机简易最小开发系统。使用由 ATMEGA8L 单 片机为核心的 AVR 下

11、载器对单片机进行程序的烧录。另外系统中增设了 MAX232 和串口，使本系统也可以使用 STC89 系列单片机并且可以用来做单片机 串口通信实验。 单 片 机 最 小 系 统 LED 发光二极管 ISP 下载 MAX232 串 口 LED 数码管 独立式键盘 图 2.1 系统原理框图 单片机系列下载器与最小开发系统电路设计4 第三章 主要元件介绍5 第三章 主要元件介绍 3.1 单片机介绍 单片机全称为单片微型计算机（Single Chip Microcomputer）,又称为微控制 器（Microcontroller Unit）或嵌入式控制器（Embedded Controller） 。它是

12、将计算 机的基本部件微型化并集成到一块芯片上的微型计算机，通常片内都含有 CPU、ROM、RAM、并行 I/O、串行 I/O、定时器/计数器、中断控制、系统时钟 及系统总线等。随着技术的发展，单片机片内集成的功能越来越强大，并正朝着 SOC（System on Chip）方向发展。单片机有着体积小、功耗低、功能强、性能价 格比高、易于推广应用等显著优点，在自动化装置、智能仪器仪表、过程控制、 通信、家用电器等许多领域得到日益广泛的应用。 在 MCS-51 系列单片机中，有两个子系列：51 子系列和 52 子系列。每个子 系列有诺干种型号。51 系列有 8051、8751 和 8031 三个型号

13、，后来经过改进产生 了 80c51、87c51、80c31 三个型号；52 系列有 5021、8752、8032 三个型号，改 进后的型号是 80c52/87c52、80c32。改进后的型号更加省电。52 系列比对应的 51 系列增加了定时器 T2 并将内部程序存贮器增加到 8KB。Inter 公司停止生产 MCS-51 系列单片机之后将生产权转让给了许多其他公司，于是出现了许多与 Mcs-51 兼容的单片机。现在生产 mcs-51 兼容单片机的公司对其进行了不同程度 的改进和提高。现在使用比较的多的是 AT89C51/AT89s51 和 AT89C52/AT89S52 等。 AT89S51

14、是一种带 4K 字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROMFalsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压，高性能 CMOS8 位微处 理器，俗称单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除 1000 次。该器件 采用 ATMEL 高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的 MCS-51 指令集 和输出管脚相兼容。将多功能 8 位 CPU 和闪烁存储器组合在单个芯片中的 AT89S51 是一种高效的微控制器。 单片机系列下载器与最小开发系统电路设计6 图 3.1 单片机内部结构 CPU 即中央处理器，是单片机的核心部件，根据 CPU

15、 字长可分为 1 位机、4 位机、8 位机、16 位机以及 32 位机，CPU 的运算速度、处理数据能力、实施控 制功能等性能都与 CPU 的字长有关，因此，字长是衡量 CPU 功能的主要指标。 存储器按功能可分为程序存储器和数据存储器，由于单片机主要面向控制， 因此一般需要大容量的程序存储器和较少的数据存储器，同时存储器类型也不一 样。 单片机内部程序存储器容量一般为 1KB64KB,通常采用只读存储器 （ROM）。采用只读存储器作为程序存储器，不仅提高了可靠性，而且由于只读 存储器的集成度较高、价格较低，降低了成本。 单片机内部的数据存储量一般为 64B256B，通常采用静态随即存储器 （

16、RAM），还有少数单片机内采用 EEPROM 作为数据存储器。数据存储器可分 为工作寄存器、堆栈，位标志和数据缓冲器使用。 单片机内部有数量不等的并行接口，可以作为外界无输入/输出设备，通常也 包含 12 个串行口，用于实现异步串行通信。特殊功能部件通常包括定时/计数器， 其他例如 A/D、PWM、DMA 等根据不同类型的单片机，其配置不同。 其特点有： 4k Bytes Flash 片内程序存储器； 128 bytes 的随机存取数据存储器（RAM） ； 32 个外部双向输入/输出（I/O）口； 5 个中断优先级 2 层中断嵌套中断； 2 个 16 位可编程定时计数器； 2 个全双工串行通信

17、口； 看门狗（WDT）电路； 第三章 主要元件介绍7 片内时钟振荡器。 此外，AT89S51 设计和配置了振荡频率可为 0Hz 并可通过软件设置省电模式。 空闲模式下，CPU 暂停工作，而 RAM 定时计数器，串行口，外中断系统可继续 工作。掉电模式冻结振荡器而保存 RAM 的数据，停止芯片其它功能直至外中断 激活或硬件复位。同时该芯片还具有 PDIP、TQFP 和 PLCC 等三种封装形式，以 适应不同产品的需求。 主要功能性能如表 3.1 所示： 表 3.1 AT89S51 主要性能 兼容 MCS-51 指令系统 4k 可反复擦写(1000 次)ISP Flash ROM 32 个双向 I

18、/O 口 4.5-5.5V 工作电压 2 个 16 位可编程定时/计数器 时钟频率 0-33MHz 全双工 UART 串行中断口线 128x8bit 内部 RAM 2 个外部中断源 低功耗空闲和省电模式 中断唤醒省电模式 3 级加密位 看门狗（WDT）电路 软件设置空闲和省电功能 灵活的 ISP 字节和分页编程 双数据寄存器指针 本设计中采用 40 引脚 DIP 封装的 AT89S51，其引脚如图 3.2 所示。 单片机系列下载器与最小开发系统电路设计8 图 3.2 AT89S51 引脚图 VCC：电源正极，+5V。 VSS：电源地。 XTAL1：芯片系统时钟的反向放大器输入端 XTAL2：系

19、统时钟的反向放大器输出端，一般在设计上只要在 XTAL1 和 XTAL2 上接上一只石英振荡晶体系统就可以动作了，此外可以在两个引脚与地 之间加入一个 30PF 的电容，可以使系统更稳定，避免噪声干扰而死机。 RESET：AT89S51 的重置引脚，高电平动作，当要对晶片重置时，只要对此引 脚电平提升至高电平并保持两个机器周期以上的时间，AT89S51 便能完成系统重 置的各项动作，使得内部特殊功能寄存器之内容均被设成已知状态，并且至地址 0000H 处开始读入程序代码而执行程序。 EA/Vpp：EA为英文External Access的缩写，表示存取外部程序代码之意， 低电平动作，也就是说当

20、此引脚接低电平后，系统会取用外部的程序代码（存于 外部 EPROM 中）来执行程序。因此在 8031 及 8032 中，EA 引脚必须接低电平， 因为其内部无程序存储器空间。如果是使用 8751 内部程序空间时，此引脚要接 成高电平。此外，在将程序代码烧录至 8751 内部 EPROM 时，可以利用此引脚 第三章 主要元件介绍9 来输入 21V 的烧录高压（Vpp） 。 ALE/PROG：ALE 是地址锁存器启用信号端。AT89S51 可以利用这支引脚来触 发外部的 8 位锁存器（如 74LS373） ，将端口 0 的地址总线（A0A7）锁进锁存 器中，因为 AT89S51 是以多工的方式送出

21、地址及数据。平时在程序执行时 ALE 引脚的输出频率约是系统工作频率的 1/6，因此可以用来驱动其他周边晶片的时 基输入。此外在烧录 8751 程序代码时，此引脚会被当成程序规划的特殊功能来 使用。 PSEN：PSEN 为程序储存启用端，当 8051 被设成为读取外部程序代码工作模 式时（EA=0） ，会送出此信号以便取得程序代码，通常这支脚是接到 EPROM 的 OE 脚。AT89S51 可以利用 PSEN 及 RD 引脚分别启用存在外部的 RAM 与 EPROM，使得数据存储器与程序存储器可以合并在一起而共用 64K 的定址范围。 PO（P0.0P0.7）：P0 是一个 8 位宽的开路电极

22、（Open Drain）双向输出入端 口，共有 8 个位，P0.0 表示位 0，P0.1 表示位 1，依此类推。其他三个 I/O 端口 （P1、P2、P3）则不具有此电路组态，而是内部有一提升电路，P0 在当作 I/O 用 时可以推动 8 个 LS 的 TTL 负载。如果当 EA 引脚为低电平时（即取用外部程序 代码或数据存储器） ，P0 就以多工方式提供地址总线（A0A7）及数据总线 （D0D7） 。设计者必须外加一个锁存器将端口 0 送出的地址锁住成为 A0A7，再配合端口 2 所送出的 A8A15 合成一组完整的 16 位地址总线，而定 位地址到 64K 的外部存储器空间。 P1（P1.

23、0P1.7）：P1 也是具有内部提升电路的双向 I/O 端口，其输出缓冲器 可以推动 4 个 LS TTL 负载，同样地，若将端口 1 的输出设为高电平，便是由此 端口来输入数据。如果是使用 8052 或是 8032 的话，P1.0 又当作定时器 2 的外部 脉冲输入脚，而 P1.1 可以有 T2EX 功能，可以做外部中断输入的触发引脚。 表 3.2 P1 口第二功能 单片机系列下载器与最小开发系统电路设计10 P2（P2.0P2.7）：P2 是具有内部提升电路的双向 I/O 端口，每一个引脚可以 推动 4 个 LS 的 TTL 负载，若将端口 2 的输出设为高电平时，此端口便能当成输 入端口

24、来使用。P2 除了当作一般 I/O 端口使用外，若是在 AT89S51 扩充外接程序 存储器或数据存储器时，也提供地址总线的高字节 A8A15，这时 P2 不作 I/O 使 用。 P3（P3.0P3.7）：P3 也具有内部提升电路的双向 I/O 端口，其输出缓冲器可 以推动 4 个 TTL 负载，同时还多工具有其他的额外特殊功能，包括串行通信、外 部中断控制、计时计数控制及外部数据存储器内容的读取或写入控制等功能。 表3.3 AT89S51 P3口的第二功能 端口功能第二功能端口引脚第二功能 RXD（P3.0）串行输入口T0（P3.4）定时/计数器0外部输入 TXD（P3.1）串行输出口T1（

25、P3.5）定时/计数器1外部输入 INT0（P3.2）外中断0WR（P3.6）外部数据存储器写选通 INT1（P3.3）外中断1RD（P3.7）外部数据存储器读选通 3.2 LED 数码管 LED 数码管是靠点亮内部的发光二极管来发光的，如图 3.3 所示。LED 数码 管分为共阴和共阳两种。 共阴数码管是将内部 8 个发光二极管的阴极全部连接在一起，所以称为共阴 第三章 主要元件介绍11 型，而它们的阳极都是独立的。在使用时，一般把阴极接地，当给数码管的任意 一个阳极加一个高电平时，对应的发光二极管即点亮。 共阳型数码管其内部 8 个发光二极管的所有阳极全部连接在一起，其阴极都 是独立的。电

26、路连接时，公共端接高电平，给要点亮的那个发光二极管的阴极送 低电平。 图 3.3 LED 数码管引脚排列及内部结构 3.3 MAX232 介绍 MAX232 是由德州仪器公司（TI）推出的一款兼容 RS232 标准的芯片。由于 电脑串口 RS232 电平是-10v +10v，而一般的单片机应用系统的信号电压是 TTL 电平 0 +5v,MAX232 就是用来进行电平转换的,该器件包含 2 个驱动器、2 个接收 器和一个电压发生器电路提供 TIA/EIA-232-F 电平。每一个接收器将 TIA/EIA- 232-F 电平转换成 5-V TTL/CMOS 电平。每一个发送器将 TTL/CMOS

27、电平转换成 TIA/EIA-232-F 电平。 其主要特点有： 1、单 5V 电源工作 2、LinBiCMOSTM 工艺技术 3、两个驱动器及两个接收器 4、30V 输入电平 5、低电源电流：典型值是 8mA 单片机系列下载器与最小开发系统电路设计12 6、符合甚至优于 ANSI 标准 EIA/TIA-232-E 及 ITU 推荐标准 V.28 7、ESD 保护大于 MIL-STD-883（方 法 3015）标准的 2000V MAX232 是电荷泵芯片，可以完成两路 TTL/RS-232 电平的转换，它的的 9、10、11、12 引脚是 TTL 电平端，用来连接单片机的。 图 3.4 MAX

28、232 引脚结构 3.4 Atmega8 介绍 ATmega8 是 ATMEL 公司在 2002 年第一季度推出的一款新型 AVR 高档单片 机。在 AVR 家族中，ATmega8 是一种非常特殊的单片机，它的芯片内部集成了较 大 容量的存储器和丰富强大的硬件接口电路，具备 AVR 高档单片机 MEGE 系列的 全部性能和特点。但由于采用了小引脚封装（为 DIP 28 和 TQFP/MLF32），所以 其价格仅与低档单片机相当，再加上 AVR 单片机的系统内可编程特性，使得无需 购买昂贵的仿真器和编程器也可进行单片机 嵌入式系统的设计和开发，同时也 为单片机的初学者提供了非常方便和简捷的学习开

29、发环境。 ATmega8 的这些特点，使其成为一款具有极高性能价格比的单片机，深受广 大单片机用户的喜爱，在产品应用市场上极具竞争力，被很多家用电器厂商和仪 器仪表行业看中，从而使 ATmega8 迅速进入大批量的应用领域。 ATmega 系列单片机属于 AVR 中的高档产品，它承袭了 AT90 所具有的特点， 并在 AT90（如 AT9058515、AT9058535）的基础上，增加了更多的接口功能，而 且在省电性能。稳定性、抗干扰性以及灵活性方面考虑得更加周全和完善。 第三章 主要元件介绍13 ATmega8 是一款采用低功耗 CMOS 工艺生产的基于 AVR RISC 结构的 8 位单

30、片机。AVR 单片机的核心是将 32 个工作寄存器和丰富的指令集联结在一起，所有 的工作寄存器都与 ALU（算术逻辑单元）直接相连，实 现了在一个时钟周期内执 行的一条指令同时访问（读写）两个独立寄存器的操作。这种结构提高了代码效 率，使得大部分指令的执行时间仅为一个时钟周期。因此， ATmega8 可以达到 接近 1MIPS/MHz 的性能，运行速度比普通 CISC 单片机高出 10 倍。 ATmega8 的主要特性如下： 高性能、低功耗的 8 位 AVR 微处理器 先进的 RISC 结构 130 条指令 大多数指令执行时间为单个时钟周期 32 个 8 位通用工作寄存器 全静态工作 工作于

31、16 MHz 时性能高达 16 MIPS 只需两个时钟周期的硬件乘法器 非易失性程序和数据存储器 8K 字节的系统内可编程 Flash 擦写寿命: 10,000 次 具有独立锁定位的可选 Boot 代码区 通过片上 Boot 程序实现系统内编程 真正的同时读写操作 512 字节的 EEPROM 擦写寿命: 100,000 次 1K 字节的片内 SRAM 可以对锁定位进行编程以实现用户程序的加密 外设特点 两个具有独立预分频器 8 位定时器/计数器,其中之一有比较功能 一个具有预分频器、比较功能和捕捉功能的 16 位定时器/计数器 具有独立振荡器的实时计数器 RTC 三通道 PWM 单片机系列下

32、载器与最小开发系统电路设计14 TQFP 与 MLF 封装的 8 路 ADC 8 路 10 位 ADC PDIP 封装的 6 路 ADC 8 路 10 位 ADC 面向字节的两线接口 两个可编程的串行 USART 可工作于主机/从机模式的 SPI 串行接口 具有独立片内振荡器的可编程看门狗定时器 片内模拟比较器 特殊的处理器特点 上电复位以及可编程的掉电检测 片内经过标定的 RC 振荡器 片内/片外中断源 5 种睡眠模式 : 空闲模式、 ADC 噪声抑制模式、省电模式、掉电模式及 Standby 模式 I/O 和封装 23 个可编程的 I/O 口 28 引脚 PDIP 封装 ,32 引脚 TQ

33、FP 封装 ,32 引脚 MLF 封装 工作电压 2.7 - 5.5V (ATmega8L) 4.5 - 5.5V (ATmega8) 速度等级 0 - 8 MHz (ATmega8L) 0 - 16 MHz (ATmega8) 4 Mhz 时功耗 , 3V, 25C 工作模式: 3.6 mA 空闲模式: 1.0 mA 掉电模式: 0.5 A 其引脚结构如图 3.5 所示： 第三章 主要元件介绍15 图 3.5 ATmega8 引脚结构 VCC 数字电路的电源。 GND 地。 端口 B(PB7.PB0) XTAL1/XTAL2/TOSC1/TOSC2 端口 B 为 8 位双向 I/O 口，具有

34、可编程的内部上拉电阻。其输出缓冲器 具有对称的驱动特性，可以输出和吸收大电流。作为输入使用时，若内部上拉电 阻使能，端口被外部电路拉低时将输出电流。在复位过程中，即使系统时钟还未 起振，端口 B 处于高阻状态。通过时钟选择熔丝位的设置， PB6 可作为反向振 荡放大器或时钟操作电路的输入端。通过时钟选择熔丝位的设置 PB7 可作为反 向振荡放大器的输出端。若将片内标定 RC 振荡器作为芯片时钟源，且 ASSR 寄存器的 AS2 位设置，PB7.6 作为异步 T/C2 的 TOSC2.1 输入端。 端口 C(PC5.PC0) 端口 C 为 7 位双向 I/O 口，具有可编程的内部上拉电阻。其输出

35、缓冲器 具有对称的驱动特性，可以输出和吸收大电流。作为输入使用时，若内部上拉电 阻使能，端口被外部电路拉低时将输出电流。在复位过程中，即使系统时钟还未 起振，端口 C 处于高阻状态。 PC6/RESET 若 RSTDISBL 熔丝位编程， PC6 作为 I/O 引脚使用。注意 PC6 的电气 特性与端口 C 的其他引脚不同若 RSTDISBL 熔丝位未编程，PC6 作为复位输 入引脚。持续时间超过最小门限时间的低电平将引起系统复位。持续时间小于门 限时间的脉冲不能保证可靠复位。 端口 D(PD7.PD0) 单片机系列下载器与最小开发系统电路设计16 端口 D 为 8 位双向 I/O 口，具有可

36、编程的内部上拉电阻。其输出缓冲器 具有对称的驱动特性，可以输出和吸收大电流。作为输入使用时，若内部上拉电 阻使能，则端口被外部电路拉低时将输出电流。在复位过程中，即使系统时钟还 未起振，端口 D 处于高阻状态。 RESET 复位输入引脚。持续时间超过最小门限时间的低电平将引起系统复位。持续 时间小于门限时间的脉冲不能保证可靠复位。 AVCC AVCC 是 A/D 转换器、端口 C (3.0)及 ADC (7.6)的电源。不使用 ADC 时， 该引脚应直接与 VCC 连接。使用 ADC 时应通过一个低通滤波器与 VCC 连接。 注意，端口 C (5.4)为数字电源，VCC。 AREF A/D 的

37、模拟基准输入引脚。 3.5 晶体振荡器 晶体振荡器，简称晶振，其作用在于产生原始的时钟频率，这个频率经过频 率发生器的放大或缩小后就成了电脑中各种不同的总线频率。现在应用最广泛的 是石英晶体振荡器。 石英晶体振荡器是一种高精度和高稳定度的振荡器，石英晶体振荡器也称石 英晶体谐振器，它用来稳定频率和选择频率，是一种可以取代 LC 谐振回路的晶 体谐振元件。石英晶体振荡器广泛地应用在电视机、影碟机、录像机、无线通讯 设备、电子钟表、单片机、数字仪器仪表等电子设备中。为数据处理设备产生时 钟信号和为特定系统提供基准信号。在单片机中为其提供时钟频率。 石英晶体振荡器是利用石英晶体（二氧化硅的结晶体）的

38、压电效应制成的一 种谐振器件，它的基本构成大致是：从一块石英晶体上按一定方位角切下薄片 （简称为晶片，它可以是正方形、矩形或圆形等） ，在它的两个对应面上涂敷银 层作为电极，在每个电极上各焊一根引线接到管脚上，再加上封装外壳就构成了 石英晶体谐振器，简称为石英晶体或晶体、晶振。其产品一般用金属外壳封装， 第三章 主要元件介绍17 也有用玻璃壳、陶瓷或塑料封装的。只要在晶体振子板极上施加交变电压，就会 使晶片产生机械变形振动，此现象即所谓逆压电效应。当外加电压频率等于晶体 谐振器的固有频率时，就会发生压电谐振，从而导致机械变形的振幅突然增大。 单片机系列下载器与最小开发系统电路设计18 第四章

39、硬件电路设计19 第四章 硬件电路设计 4.1 单片机最小系统 4.1.1 复位电路 复位是为了使 CPU 和系统的其它功能部件处在一个确定的初始状态，并从这 个状态开始工作。MCS-51 单片机有一个复位引脚 RST,采用施密特触发输入。当 震荡器起振后，只要该引脚上出现 2 个机器周期以上的高电平即可确保时器件复 位。复位完成后，如果 RST 端继续保持高电平，MCS-51 就一直处于复位状态， 只要 RST 恢复低电平后，单片机才能进入其他工作状态。常见的复位电路有上电 自动复位电路和手动复位电路两种。 图 4.1 复位电路 4.1.2 时钟电路 MCS-51 单片机内有一个由高增益反相

40、放大器组成的振荡器。反相放大器的 输入端为 XTAL1，输出端为 XTAL2。其振荡方式有两种，即内部方式和外部时 钟方式。内部振荡方式是利用芯片内部的反相器和电阻组成的振荡电路，在 XTAL1 和 XTAL2 引脚上跨界晶体振荡器和微调电容，从而构成以稳定的自激振 荡器，构成单片机时钟电路，电容 C 的主要作用是帮助振荡器起振，其容量的大 小对振荡器频率有微调作用，典型值为 30pF。 单片机系列下载器与最小开发系统电路设计20 图 4.2 时钟电路 4.2 显示电路 系统中的显示部分采用四位一体共阳型LED 数码管。数码管的显示方式 有静态显示和动态显示两种。 静态显示是当多位数码管应用于

41、某一系统时，它们的位选端是连接在一起 的，然后通过位选信号控制哪几个数码管点亮，在同一时刻，位选选通的所有 数码管上显示的数字始终都是一样的，因为它们的段选是连在一起的，所以送 入所有数码管的段选信号都是相同的，那么它们显示的数字必然是相同的。 动态显示又叫做数码管的动态扫描。所谓动态扫描显示就是轮流向各位数 码管送出字型码和相应的位选，利用发光二极管的余辉和人眼视觉暂留作用， 使人感觉好像各位数码管同时都在显示，而实际上多位数码管是一位一位轮流 显示的，只是轮流的速度非常快，人眼已经无法分辨出来了。 图 4.3 显示电路 第四章 硬件电路设计21 4.3 键盘电路 键盘电路由 8 只按键组成

42、，由于是简易开发系统，所以系统中采用独立式 键盘电路。 图 4.4 独立式键盘电路 4.4 流水灯电路 系统中，在单片机的 P1 口连接了 8 只 LED 发光二极管，可以用来实现简单 的流水的效果或作为其他指示用。 图 4.5 流水的电路 单片机系列下载器与最小开发系统电路设计22 4.5 串口通信电路 串口通信电路主要由 MAX232 和串口组成。串口的 2 脚和 3 脚分别接入 MAX232 的 14 脚和 13 脚，再由 MAX232 的 12 脚和 11 脚分别接入单片机的 10 脚和 11 脚。 串口通信电路可以进行单片机串口通信实验，也可以使本系统使用 ST89 系 列的单片机。

43、 图 4.6 串口通信电路 4.6 ISP 下载接口 ISP 下载接口是用来给单片机下载程序时使用的，是利用了单片机 P1 口的第 二功能。 图 4.7 ISP 下载接口 4.7 AVR 下载器 随着科技的进步，传统的并口和串口已经逐渐被取缔，新出的主板、笔记本 第四章 硬件电路设计23 电脑都取消了串、并口，代之以速度更快更方便的 USB 口方式，外围设备也逐 渐向 USB 接口靠拢，由此衍生出各种各样的 USB 设备。传统的并口、串口 ISP 有免驱动的特点，但是相对于 USB 设备的快速和便携越来越显现出不足，本系 统采用的下载器是以 ATMEGA8 单片机为核心的 USB AVR IS

44、P 下载器。 图 4.8 ISP 接口定义 图 4.9 AVR 下载器电路 单片机系列下载器与最小开发系统电路设计24 第五章 Protel 电路设计25 第五章 Protel 电路设计 5.1 Protel 软件简介 Protel 公司于 80 年代末推出了 Protel电子行业的 CAD 软件，由于最初在 国内普及率较高，所以发展较好，大多数公司中低频电路设计都采用此软件。早 期的版本主要用于印刷版自动布线。后来推出著名的 Protel 99se,能够在 Windows 9X/XP 下运行。2000 年以后，Altium 公司又推出了该软件的升级版 Altium Designer。Altium Designer 在原有的基础上做出了很大的改进，能够打开如 Pspice 等仿真软件做出的文件。 高版