DIY迷你单片机学习板
图28.1 单片机编程实验板
单片机是一门实践性非常强的学科,复杂的中断系统和寄存器往往让初学者觉得晦涩难懂。如果仅仅是理论学习和纸上谈兵而不经过任何实践,套用平凡老师以前的一句话——“我劝您还是趁早放弃。”
为此,我们设计了这款小巧的单片机编程实验板(见图28.1),成本低廉,同时具备了单片机的编程和基本的试验功能,适合新手学习制作。为了确保您能够按照本文介绍的方法制作成功,特别建议您在此之前先学习基本的电子知识和焊接技巧。
迷你单片机学习板的特点
(1)它可以直接支持STC89C52RC单片机的烧写,可以把程序写入单片机并实验。
(2)它是一个多功能的51单片机试验板,配合我们提供的范例程序。您不需要另外购买其他任何材料即可完成51单片机的流水灯、小键盘、数码管动态/静态显示、计数器、扬声器报警/唱歌、串口通信试验、24C02扩展、外部中断等试验。
学习使用此编程板对计算机的要求是:操作系统是Windows 98/me/2000/xp或者Windows 7,硬件配有USB接口即可。
图28.2 学习板的工作示意图
图28.2所示是这个学习板的工作示意图,即通过USB接口,将计算机中的程序用STC_ISP软件下载到单片机中,然后程序自动在学习板上运行,用户会看到程序运行结果。
单片机学习板所包括的硬件资源
1个实验芯片STC89C52
8个Led 指示灯(接 P1.0~P1.7 引脚)可做跑马灯试验,或 IO 状态指示
4个小键盘(接P3.2~P3.5引脚),一端接IO,一端接地,按下小键盘时相应的端口变为低电平
1个扬声器(接P3.3引脚)用作唱歌或者报警试验
1个硬件复位
2位动态扫描数码管分别接P2.6和P2.7引脚
1个USB转232通信接口
1个扩展储存器24C02
1个电源开关,用于冷启动单片机
1个复位键,在实验时通过按此键,使得试验部分复位运行,重启程序
1个MINI USB 接口,用于学习板的通信和供电
制作所需工具:
30W左右的尖头烙铁
海绵泡沫,用于清洗电烙铁头
优质焊锡丝
松香水(可把松香磨碎加酒精自制)
镊子
放大镜
万用表
为了方便用户,我们还特别设计了外接两个8PinI/O接口,可以通过连接将板上的I/O口,外接扩展电路实现不同的功能,学习板的电路原理见图28.3。以下有关引脚的描述均是指QFP44封装的STC89C52单片机,和常见的双列直插DIP封装引脚不同。
目前很多计算机主板设计已经取消了串口,为此我们集成了USB转串口芯片PL2303HX,可以直接使用USB口来通信和供电。
图28.3 学习板电路原理图
制作过程
整机电路较为简单,按照一般的电路板制作原则,先焊接高度最低的元器件,如贴片电阻、贴片电容、贴片IC等;然后清理电路板,再焊接较高的元器件,如晶体、扬声器等;最后再焊接较大的零件,如插接件、数码管。为了美观和减小体积,我们使用了全贴片元器件,而不是传统的DIP元器件,这样对新手会增加一些制作难度。可能有的读者会问,如果是芯片坏了或者想要换芯片,岂不是很麻烦?实际上STC89C52单片机可以支持上万次擦除和写入,那时您早已学会了单片机的使用。而现在随着电子技术的发展,贴片元器件已经是元器件市场的主力军,小型化和贴片化也是该行业的必由之路。
1.焊接主芯片
主芯片为QFP封装的STC89C52,这里需要看清楚芯片的引脚和方向,PCB有标记圆圈的地方与IC芯片上有圆圈的地方相对应,先仔细地对准芯片和焊盘,用烙铁焊接固定的几个引脚,然后在芯片四周引脚上均匀涂抹松香水,接着可将焊锡堆在引脚上,用烙铁拖动即可甩掉焊锡。如果最后有一些引脚的焊锡拖不掉,可以取一截导线,将表皮剥掉,然后沾满松香水,配合烙铁加热,可将多余的焊锡吸走,见图28.4。完成后可以用同样的方法,焊接PL2303HX 以及24C02芯片。
图28.4 焊接主芯片
2.焊接电阻
一共26颗电阻,3种规格,10kΩ的电阻标记是103,1kΩ的电阻标记是102,另外有一颗120Ω的电阻标记是121,这个电阻的作用是作为整机的负载,在关闭电源开关时,将整个板子的电压强行拉低,否则系统就不能复位了。如果不确定阻值,可以用万用表测量一下。
3.焊接贴片电容
共8颗电容,有两种容量规格,一种是104(也就是0.1μF),另一种是22pF。它们也可以通过颜色来区别,黄色的是104,灰白色的是22pF。
4.焊接发光管、三极管和二极管
一定要注意焊接方向,如果焊反了,板子将不能正常工作。
5. 焊接贴片电解电容、贴片晶体、按键和扬声器
相对来说这些都比较容易,除贴片电解电容外,其余都没有极性。
6.焊接 USB 接口、数码管和开关
这里要特别注意,这个USB接口用手工焊接比较困难。可以先在USB上加好焊锡和松香水,然后把烙铁头用海绵洗干净,用烙铁的温度融化USB头上的剩余焊锡即可。最好不用拖锡的方法,否则容易造成连锡和短路。为了增加焊接成功率,建议新手用剪钳把USB接口后半部分的铁片剪掉,使烙铁更容易操作。
组装成功后的效果见题图,仔细检查一遍,用万用表量一下电源是否短路,没有异常即可以开始进行调试。
KEIL 软件的安装与使用
直接复制KEIL文件夹到C盘的根目录, 去掉文件夹的只读属性(注意,必须是C盘根目录,不要安装在其他目录),双击keil\uv2\uv2.exe即可运行软件。
01 单击 Project(工程)菜单,选择 New Project(新工程),在文件名中输入你的第一个程序项目名称,假定我们使用“test”程序。“保存”后的文件扩展名为uv2 这是 KEIL uVision2 项目文件扩展名,以后我们可以直接单击此文件,以打开先前设计的项目。注意输入的时候不要输入文件的后缀名,使用默认即可。为了查找方便,假定我们保存在C盘的根目录。这时会弹出让您选择单片机型号的对话框,我们选择Atmel→AT89C52。注意我们实际使用的是STC89C52,它们的基本资源是一致的,不必理会。
02 汇编源文件的建立:单击 FILE(文件)菜单中的NEW(新文件)命令,新建一个文本编辑窗口。在里面输入一个程序范例,如流水灯程序,然后点击FILE(文件)菜单中的SAVE(保存)命令保存文件,必须输入文件的后缀名.asm,例如保存为C:/prog/001.asm(注意不要有中文目录,文件名不超过8个字符,否则编译不通过!如果是第一次使用,建议直接保存在C盘的根目录,文件名同样取001.asm,不要保存在其他地方)。
03 单击 Target 1(目标 1)前面的“+”,出现Source Group 1(源程序组 1),选中右键点选“Add files Group Source Group 1”(增加文件到源程序组1),这时选择文件类型为asm,再选中001.asm文件,再单击Add(添加),在随后的提示框中单击“确定”即可。
单击“Project”(工程)菜单,再在下拉菜单中单击“options for target 1”(目标1属性)在右侧下图中选择output(输出)“Create HEX file”(产生HEX文件)的选项,以便汇编后生成HEX代码。
04 单击图标进行编译(或者按F7快捷键),编译成功后会在软件下方的提示框中出现汇编结果的提示信息,图中显示没有错误和警告,表示编译成功。
此时,在C盘的根目录中就生成了test.hex文件,有了这个HEX文件,我们就可以用 ISP 方式烧写到单片机进行实验了。
安装 USB 驱动程序
本文以Windows 7操作系统为例,介绍安装PL2303HX的USB驱动程序。请读者到qq群657864614 下载 Windows XP、Windows vista 或者 Windows 7 操作系统下的驱动程序。
01 双击驱动程序PL-2303 Vista Driver Installer.exe进行安装。
02 单击“下一步”,然后点“接受许可协议”,再单击“下一步”,稍后就会显示完成的界面。
03 用USB线缆连接学习板和计算机USB接口,打开系统的“控制面板/硬件和声音/设备管理器/端口”。
04 稍后在端口下出现Prolific Usb-to-Serial Comm Port(COM6),表示成功安装了USB驱动程序,其中COM6是系统分配给USB的虚拟串口号,以后在使用串口的时候选择COM6就可以了。根据你的系统安装USB设备的不同,也可能会出现COM3、COM5等。您也可以用右键单击这个端口,选择“属性/端口设置/高级/COM端口号”,更改为你喜欢的端口号。
USB驱动程序安装成功以后,直接打开配套驱动文件夹的STC下载软件STC_ISP_V480.exe。此软件运行时,有时会反复提示需要配置Office插件,这个不用理会,直接单击“取消”即可。另外经过测试,我们发现4.88版本和4.83版本不能正常使用,建议大家用4.80版本。
首先选择正确的单片机型号(这里是选择STC89C52RC)。打开一个配套程序文件夹的测试程序(HEX格式文件),然后选择串口号和波特率。注意关闭其他可能用到串口的软件,比如编程器、仿真器等,避免争抢串口,波特率按默认设置即可。在本例中,串口号使用的是COM6,软件的其他设置均按默认,最后单击Download/下载程序(特别注意:必须先关掉电源开关,再单击下载程序,然后打开电源开关,冷启动单片机,否则会下载失败)。如果下载正常,窗口会有下载成功的提示,学习板也会自动开始运行。到这里,学习板就算调试成功了,您可以自己烧写各个程序,验证各部分实验是否正常。
最后,祝各位读者组装成功,单片机世界的大门将从此为你敞开。
动动手,做一个单片机最小系统(初学者福利)
本文详细讲解单片机最小系统原理、设计和制作过程以及程序下载方法,单片机入门全在这里了。赶快按照本文方法,自己动手做一个单片机最小系统吧!
一、单片机最小系统
单片机最小系统,是指用最少的元件组成的单片机可以工作的系统,是单片机可以正常工作的最简单电路。下面以全宇宙最火的51单片机(高等院校、高职高专大量电类专业小鲜肉都靠这个入门呢)为例,做一个单片机的最小系统,包括电源电路、时钟电路、复位电路和程序存储器选择电路。先来围观一下单片机引脚吧。
51单片机管脚图
引脚太多太乱记不住,怎么办?记住下面两幅图就OK了。
管脚逆时针排序
四个端口速记图
电源电路
引脚VCC(引脚40)接+5V电源,引脚GND(引脚20)接地线。为提高电路的抗干扰能力,可选择一个0.1μF(器件标注为104)的瓷片电容器和一个10μF的电解电容器跨接在引脚VCC和接电线之间。
时钟电路
系统时钟是一切微处理器内部电路工作的基础,STC89C52单片机的时钟频率范围为0~33MHz。单片机内部有一个可以构成振荡器的放大电路。在这个放大电路的对外引脚XTAL2(引脚18)和XTAL1(引脚19)接上晶振和电容器就可以构成单片机的时钟电路。常用的时钟电路有内部振荡方式和外部振荡方式,电路如图所示。
晶振产生时钟
时钟电路由晶振CYS和电容C1与C2组成。单片机的时钟频率取决于晶振CYS的频率。电容器C1与C2的取值范围为30~50pF。时钟电路采用晶振的目的是提高时钟频率的稳定性。51单片机最小系统晶振CYS可以采用12MHz、11.0592MHz、6MHz等,在正常工作的情况下可以采用更高频率的晶振,51单片机最小系统晶振的振荡频率直接影响单片机的处理速度,频率越大,处理速度越快。也可使用外部时钟脉冲产生电路,但很少这样用。
外接时钟电路
复位电路
如果51单片机的引脚RST(引脚9)保持24个时钟周期的高电平,单片机就可以完成复位。通常为了保证系统可靠复位,复位电路应使引脚RST保持10ms以上的高电平。只要引脚RST保持高电平,单片机就可以循环复位。当引脚RST从高电平变为低电平时,单片机退出复位状态,从程序空间的0000H地址开始取指令并执行用户程序。常用的复位电路有上电自动复位和手动复位方式,电路如图所示。
上电复位
手动复位
复位电路由电容串联电阻构成,由于“电容电压不能突变”的性质,可以知道,当系统一上电,RST脚将会出现高电平,并且这个高电平持续的时间由电路的RC值来决定。典型的51单片机当RST脚的高电平持续两个机器周期以上就将复位,所以适当组合RC的取值就可以保证可靠的复位。一般推荐C 取10μF,R取10kΩ。当然也有其他取法的,原则就是要让RC组合可以在RST脚上产生不少于2个机周期的高电平。
程序存储器选择电路
51单片机兼容芯片具有多种容量的内部程序存储器的型号,因此在使用中通常不需要在扩展外部程序存储器,这样在单片机应用电路中引脚EA(引脚31) 可以总是接高电平 ,单片机在复位后从内部ROM的0000H开始执行。
最小系统电路
单片机最小系统电路如图所示。
二、单片机最小系统制作
单片机最小系统所需器件:
STC89C52单片机、1kΩ电阻、10kΩ电阻(2只)、10μF电解电容、30pF电容(2只)、12MHz晶振、按键开关、洞洞板、排针。
所需工具 :电烙铁、万用表。
注意事项:
·单片机缺口标记的左上方为1号引脚,逆时针排列为1~40引脚;
·电阻的大小按照色环标记区分(色环电阻识别方法可参考;
·电解电容要注意正负极不要反接;
·所有器件要看清位置再焊接;
·注意按键开关的引脚四个引脚之间的开闭关系:
开始制作
1. 准备好万用板和IC插座-40P
洞洞板和插座
2. 开始焊接,注意焊点焊锡不要太多。
开始焊接
3. 焊接完成,注意单个焊点焊接时间不要过长,2-4秒为宜。
继续焊接
4. 将晶振放置于IC插座内,并与16、18号脚平齐,离板面一两毫米。
焊接晶振
5. 将瓷片电容放至于板上,与晶振两脚平齐,注意靠晶振的一面不要和晶振外壳接触。焊接好的瓷片电容,将瓷片电容的另外两脚相连,连接至IC插座的40管脚。
焊接电容
6. 将瓷复位电路里的电阻和电解电容放置于IC插座内,注意电解电容的极性,负极和插座的9脚平齐。焊接好的复位电路,将电解电容的负极和9脚还有电阻相连,电阻的另一脚和地线相连(即40脚)。
焊接复位电路
7. 使用片内存储器,将单片机的EA接VCC即31脚和40脚相连。在单片机两边放置好单排插针,方便扩展。
基本完成
8. 焊接好的单排插针。在单片机的P1.0口,接上电阻和发光二极管,注意LED的阴极连单片机的管脚。
焊接插针引出IO口
9. 放置好复位按键并焊接。
复位按键
10. 插上单片机的最小系统实物如图所示。
焊接完成
三、程序下载方法
51系列单片机都可以使用串口下载程序,即ISP下载。串口分为电脑的串口和单片机的串口。每个单片机都有串口,外部表现为2个引脚,即RXD和TXD。以前,每个电脑上都有串口,现在,家用型电脑已经不配置串口,只有工控电脑还带有串口。但是,电脑不带串口并不会影响下载程序,你不必非要买一个带有串口的电脑。因为现在市面上,有一种线,叫做“USB转串口线”,它可以把你电脑的USB口变成串口,和以前电脑上的串口外表和功能一模一样。
USB转串口线
DB9串口头一共9个引脚,其中两个是RXD 和TXD,需要注意的是,这里的RXD TXD不能直接和单片机的RXD TXD连接。因为电脑串口的高低电平是+15V和-15V,而单片机的高低电平是5V和0V,也就是电平不匹配。如果要在两者之间实现通信,就要用到电平匹配芯片max232或者sp232。232芯片上面有分别连接单片机和电脑串口的RXD和TXD,它起到一个中介的作用。单片机----232芯片----电脑串口,这样就可以下载程序了!
除了上面的方法,还有一种现在最为流行的也是应用非常广泛的下载接法。那就是利用USB转TTL芯片。TTL可以暂时理解为单片机电平,这种芯片可以直接将电脑串口转换成和单片机连接的RXD、TXD信号。例如:PL2303 、CH340、CP2102等。其中CH340为国产芯片,是在国内应用最广泛的USB转TTL芯片。
使用CH340芯片的USB转串口程序下载板如下图所示。
U口转串口板
USB转串口下载板驱动程序的安装
STC单片机程序下载软件STC-ISP
程序下载过程
单片机下载连线
程序下载成功
至此,将单灯点亮程序下载到单片机中,单片机最小系统通电运行,LED灯点亮,表示最小系统运行正常。
本文讲了最小系统原理、设计和制作、程序下载方法,单片机入门全在这里了。赶快按照本文方法,自己动手做一个单片机最小系统吧!
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