一種模塊獨立的單片機開發板設計

以 STC89C52 單片機為控制核心，設計一種模塊獨立的單片機開發板。輸入模塊、輸出模塊、通信模塊、電源管理模塊、下載模塊集成在一個 PCB 板上，具有模塊獨立、易于學習和開發的特點。

中圖分類號：TP368.1-4 文章編號：1674-2583（2020）04-0064-02

DOI：10.19339/j.issn.1674-2583.2020.04.021

一種模塊獨立的單片機開發板設計［J］。集成電路應用， 2020， 37（04）：64-65.

Singlechip Microcomputer Development Board with Independent Modules

NIU Zhongjin ZHAO Chuanwen DU Yanzhe

Abstract — Taking STC89C52 as the control core， this paper designs a singlechip development board with independent module. Input module， output module， communication module， power management module and download module are integrated in a PCB board， which has the characteristics of independent module， easy to learn and develop.

Index Terms — integrated circuit application， singlechip， STC89C52， module independence.

0 引言

實驗室的單片機開發板有多模塊控制功能，本文設計一種模塊之間相互獨立的單片機開發板，包括 STC89C52 系統板（含下載電路），輸入模塊：DS1302 實時時鐘、獨立按鍵、紅外接收模塊、光敏傳感器模塊等作為輸入模塊給單片機，輸出模塊：12864 中文液晶、MC74HC5757 驅動的 8 個數碼的輸出顯示單元模塊，可以給使用者第一視覺的判斷，通信模塊是 zigbee 模塊的 WiFi 通信和以 4.0 版的藍牙通信技術，可以更加靈活的與電腦上位機之間的連接，可以與其他單片機或者從機之間連接，外帶的 L298N 驅動模塊可以直接驅動電機旋轉，EEPROM 的儲存模塊，5 V、3.3 V 電壓轉換模塊等組成。

1 系統架構

以 STC89C52 芯片為核心的最小單元系統，對開發板的各個模塊進行控制，為了方便使用將各個模塊獨立化，通過排線進行連接，這樣可以擴大使用者的使用靈活性能。對開發板上的 DS1302 實時時鐘、獨立按鍵、紅外接收模塊、光敏傳感器模塊等外圍傳感器模塊的輸入單元，方便使用者在傳感器上面的選擇。每個模塊可以單獨供電，也可以使用統一的供電，供電用的是 USB 供電，這種方式是現在流行的供電技術，并且在電腦上，手機充電器，插排等地方可以隨時隨地進行試驗，并且上面配備了 5 V、3.3 V 穩壓模塊，這樣可以更加方便對各個模塊的供電，每個模塊上面也可以進行單獨的供電，方便使用者的使用。系統的原理方框圖。

STC89C52 是一種低功耗、高性能 CMOS 芯片，8 位微控制器。它替代傳統的 AT89C51（不帶 SPI 下載）。外圍電路圖。

2 模塊設計

2.1 輸入模塊

（1）ZLG7290 鍵盤模塊。ZLG7290 鍵盤是以 ZLG7290B 為核心的，具有自動消除抖動、段閃爍、段點亮等強大的功能，它采用 I2C 接口，可以直接驅動 8 位共陰式數碼顯示器件，同時控制 64 至按鍵，實現人機對話的功能，存寫數據不需要外接電路即可驅動數碼顯示，同時它具有可操作性強，使用方便等特點。

（2）PCF8563 模塊。PCF8563 是 PHILIPS 公司推出的一款工業級采用 I2C 接口功能的具有極低功耗的多功能時鐘/日歷芯片，提供定時器功能、時鐘輸出功能以及中斷輸出等功能能完成各種復雜的定時服務，甚至可為單片機提供看門狗功能。是一款性價比極高的時鐘芯片。

（3）EEPROM 模塊。電可擦可編程只讀存儲器，這個模塊在掉電后會保存芯片里面的內容不會丟失，用戶可更改的只讀存儲器 ROM，其可通過高于普通電壓的作用來擦除和重編程。

（4）其他輸入模塊。以 DS1302為核心的模塊，可以采用同步串行的方式進行通信，傳輸的數據 BCD 碼，可以直接轉換成單片機可以識別的通信代碼，傳送方式分為單字節傳送和多字節傳送方式，矩陣按鍵可以方便對每個模塊每個模式的控制。矩陣按鍵節約了 I/O 口線，采用循環掃描或者反轉法的方式對每個按鍵進行識別。也可采用 BCD 編碼的方式進行控制。此外，加載了紅外模塊可以檢測距離，光敏模塊對光線進行檢測，DHT11 溫濕度傳感器可以檢測不同的溫度和濕度等，方便對人們對傳感器的使用。

2.2 輸出模塊

（1）LED 模塊。LED 模塊由 8 個發光二極管組成，為了方便開發者的使用，在使用時可以高電平點亮，也可以低電平點亮，可以按照需要組合使用。

（2）中文液晶模塊。128×64 點陣液晶模塊是工作在電壓 5 V（4.75～5.25 V）左右的中文液晶模塊。

（3）L298N 模塊。L298N 電機驅動模塊，是步進電機驅動芯片。里面有兩組 H 橋，使 motor 兩端的電壓維持在 0~Vs 之間（不考慮二極管的導通電壓），防止電機兩端電壓過高或者過低，線上電壓小于 0 V 時下端兩個二極管跟地導通，大于 Vs 時上端兩個二極管跟 Vs 導通，使電壓維持在 0~Vs 之間，防止電機兩端有過高的上沖或者過低的下沖。L298N 電機驅動模塊是現在主流的電機驅動模塊，它是操作簡單，易于使用的電機驅動模塊。

（4）其他輸出模塊。蜂鳴器模塊和語音模塊為開發者提供語音提示以及警示的作用，以及實時播放需要的信息。8 位數碼顯示模塊是由 MC74HC5757 驅動的顯示電路，是現在實驗室主流的數碼驅動電路。

2.3 下載模塊

CH340G 芯片是 USB 總線接口，常用于 USB 轉串口，它采用 5 V 供電電路外圍電路，全速 USB 接口，兼容 USB V2.0 版本，支持 Windows 操作系統不需要修改內容，是現在常用的串口模式。

2.4 電源管理模塊

相對于 78 系列 LM1117 提供限電流保護和熱保護，是低溫差器件，參考電壓確保輸出電壓的精度在 ±1% 以內，可提供一個高質量的線性電壓，在外部電壓帶一個 10 μF 和 22 μF 的電容其濾波作用，可提供 5 V 和 3.3 V 的穩壓電壓。

2.5 通信模塊

（1）藍牙4.0 版藍牙模塊是用于短距離無線通信，按功能分為藍牙數據模塊，藍牙模塊可以避免射頻信號到中頻信號的變換。

（2）zigbee 模塊。以 CC2530 為核心的 zigbee 模塊基于 IEEE 802.15.4 標準的低功耗個域網協議。根據這個協議規定的技術是一種短距離、低功耗的無線通信技術。其特點是近距離、低復雜度、自組織、低功耗、低數據速率、低成本。

3 測試結果

采用系統測試的方法進行測試，其中軟件仿真測試用 Proteus 在線運行和調試，模擬軟件的真實使用環境，驗證程序的執行過程中的故障，及時調整硬件。硬件調試測試部分每一個功能模塊是否可以實現功能，最后硬件軟件聯調，調試和排除故障后下載程序驗證和調整。

根據可行性調試的測試結果，本設計全部滿足要求，完成了設計中所要求的標準。

4 結語

本系統 AD 制板和 STC89C52 的編程為核心控制部分，在設計的時候我們在各個模塊的選擇盡量選擇可操作性強，易于理解，覆蓋全面的方式進行選擇。在進行 AD 制板過程中我們在元器件選擇上力求集成程度高，易于更換，相互干擾能力較弱，線性值較高的元器件，在編程的過程中我們對于程序盡量通俗易懂，程序簡便的編程標準來進行。
責任編輯:pj