测控技术课程设计

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1、测控技术课程设计 1. 电路设计说明 1.1 单片机最小系统的设计 1.1.1 单片机系统介绍 一个基本的 MCS-51 单片机通常包括：中央处理器、ROM、RAM、定时器 /计数器和 I/O 口等各功能部件，各个功能由内部的总线连接起来，从而实 现数据通信。其内部框图如图 1.1.1 所示 图 1.1.1 1.1.2单片机的引脚功能 常见的 51 单片机中一般采用双列直插 （DIP） 封装， 共 40 个引脚。 图 1.1.2 为引脚排列图。其中的 40 个引脚大致可以分为 4 类：电源、时钟、控制和 I/O 引脚。 （1）电源 a) VCC：芯片电源端，一般为+5V； b) GND：接地端

2、。 （2）时钟 a) XTAL1：晶体振荡电路的反相输入端 b) XTAL2：晶体振荡电路的输出端。 （3）控制线 MCS-51 单片机的控制线有 4 根，其中 3 根 是复用线，具有两种功能。 a) ALE/PROG _：地址锁存允许/编程脉冲 b) PSEN：外部 ROM 读选通信号 c) RST：复位引脚 d) EA /VPP：内外 ROM 选择/EPROM 编程电源 （4）I/O 引脚 MCS-51 单片机共有 4 个 8 位并行 I/O 端口，共 32 个可编程 I/O 引脚。 1.1.3 单片机各模块设计 （1）电源供电模块 图 1.1.3-1 电源模块电路图 对于一个完整的电子设

3、计来讲， 首要问题就是为整个系统提供电源供电模块， 电源模块的稳定可靠是系统平稳运行的前提和基础。51 单片机虽然使用时间最 早、应用范围最广，但是在实际使用过程中，一个和典型的问题就是相比其他系 列的单片机，51 单片机更容易受到干扰而出现程序跑飞的现象，克服这种现象 出现的一个重要手段就是为单片机系统配置一个稳定可靠的电源供电模块。 此最 小系统中的电源供电模块的电源可以通过计算机的 USB 口供给， 也可使用外部稳 定的 5V 电源供电模块供给。 电源电路中接入了电源指示 LED， 图 1.1.3-1 中 R11 为 LED 的限流电阻，S1 为电源开关。 （2）复位电路 图 1.1.3

4、-2 复位电路图 单片机的置位和复位， 都是为了把电路初始化到一个确定的状态， 一般来说， 单片机复位电路作用是把一个例如状态机初始化到空状态，而在单片机内部，复 位的时候单片机是把一些寄存器以及存储设备装入厂商预设的一个值。 单片机复位电路原理是在单片机的复位引脚 RST 上外接电阻和电容， 实现上 电复位。当复位电平持续两个机器周期以上时复位有效。复位电平的持续时间必 须大于单片机的两个机器周期。具体数值可以由 RC 电路计算出时间常数。 复位电路由按键复位和上电复位两部分组成。 a）上电复位：51 单片机为高电平复位，通常在复位引脚 RST 上连接一 个电容到 VCC，再连接一个电阻到

5、GND，由此形成一个 RC 充放电回路保证单片机 在上电时 RST 脚上有足够时间的高电平进行复位， 随后回归到低电平进入正常工 作状态，这个电阻和电容的典型值为 10K 和 10uF。 b）按键复位：按键复位就是在复位电容上并联一个开关，当开关按下时 电容被放电、RST也被拉到高电平，而且由于电容的充电，会保持一段时间的高 电平来使单片机复位。 （3）振荡电路 图1.1.3-3 振荡电路图 单片机系统里都有晶振，在单片机系统里晶振作用非常大，全程叫晶体振荡 器，他结合单片机内部电路产生单片机所需的时钟频率，单片机晶振提供的时钟 频率越高，那么单片机运行速度就越快，单片接的一切指令的执行都是建

6、立在单 片机晶振提供的时钟频率。 在通常工作条件下，普通的晶振频率绝对精度可达百万分之五十。高级的精 度更高。有些晶振还可以由外加电压在一定范围内调整频率，称为压控振荡器 （VCO）。晶振用一种能把电能和机械能相互转化的晶体在共振的状态下工作， 以提供稳定，精确的单频振荡。 单片机晶振的作用是为系统提供基本的时钟信号。 通常一个系统共用一个晶 振，便于各部分保持同步。有些通讯系统的基频和射频使用不同的晶振，而通过 电子调整频率的方法保持同步。 晶振通常与锁相环电路配合使用，以提供系统所需的时钟频率。如果不同子 系统需要不同频率的时钟信号，可以用与同一个晶振相连的不同锁相环来提供。 51 使用 11.0592MHz 的晶体振荡器作为振荡源，由于单片机内部带有振荡电路， 所以外部只要连接一个晶振和两个电容即可，电容容量一般在 15pF 至 50pF 之 间。 1.2 键盘与显示接口电路设计 （1）键盘设计 图 1.2.1 独立和矩阵键盘电路图 图 1.2.1 中 S2-S3 为 4 个独立按键，与单片机的 P3.4-P3.7 分别相连。独立 键盘与