单片机小系统PCB的设计开题报告
1.选题意义
随着电子技术和通信技术的高速发展，单片机技术已经日益成熟并且也渗透到国家经济的各个领域。因此单片机是作为一个电子相关专业的大学生必须要学好的科目，而且通过熟练的掌握单片机技术能让人们更好的学习更高级有关电子方面的芯片外部接口扩展的知识和
学到更多关于电子行业的高端技术；在制作单片机开发板的时候能够更深入的了解单片机的内部结构和一些芯片使用和工作原理的知识。在制作单片机开发板的时候不只是仅仅的掌握硬件电路设计的知识，还要了解更多的有关电子方面的一些常用软件，例如；PROTEL软件，制作开发板时能够让我们更熟练的掌握电路图绘图的方法和PCB的印制方法。在做好硬件电路完备以后还要对功能模块写程序进行调试，从而才能制作出有用的开发板，在写程序的时候不仅能加强我们学习C51和汇编语言知识的掌握，更能让我们是一个软硬件兼备的电子人才。单片机具有成本低、体积小、可靠性高、具有高附加值、通过更改软件就可以改变控制对象等优点，单片机越来越成为电子工程师设计产品时的首选器件之一。对在校大学生学习单片机意义是很重要的，让大学生的理论知识和动手能力得以结合，因此拥有一块单片机开发板对单片机学习的人们具有着极其重要的意义。
2.国内外研究现状概述
单片机大概可以追溯到20世纪70年代。1970-1974年之间，诞生了第一代4位单片机。这类单片机已经具有了并行I/O接口及一些常用的A/D和D/A等资源。这在当时来说是非常强大的，通过灵活的控制能力，使其应用于电视机、收音机和电子玩具。随后，潘多拉的盒子便打开。人们认识到单片机的潜在能力和市场价值，各个公司便投入了大量的研究力量。在1974-1978年，单片机进入8位时代。这个时期以Intel公司的MCS-48系列单片机最具代表性。此时的单片机内部集成了更为强大的8位CPU内核、多个并行I/O接口，同时增加了定时器/计数器及小容量的RAM和ROM等。1978-1983年，Intel公司的MCS-51系列为代表，标志着进入高档8位单片机时代。这个时期的单片机工作频率、硬件资源和RAM/ROM容量等都有极大的突破，创新地加入了串口通信接口及多级中断处理系统。我们现在所广泛使用的单片机都仍以该内核为基础，因此，也常称为51系列单片机。随后，单片机市场便进入百花齐放、百家争鸣时代。各个厂商不仅在增强单片机的性能，还推出了不同类型的单片机，例如PIC系列单片机、ARM系列单
片机、AVR系列单片、C8051F系列单片机，以及Cypress的Psoc系列等。这便是我们现在看到的单片机领域的纷繁复杂格局[1]。
总的来说，现在的单片机产品线非常丰富，4位、8位、16位单片机乃至32位单片机均有其各自的应用领域。单片机的技术已经深入人心，现在如果不会单片机，便很难跟上技术的发展。
由于单片机的体积小，成本低，运用灵活，性能价格高，易产品化；研究周期短，能方便地组成各种智能化的控制设备和仪器；可靠性性高，抗干扰性强，BUS大多在内部，易采取电磁屏蔽，实用的温度范围宽，在各种恶劣的环境写都能正常的可靠工作；实时控制能力强，实时响应速度快，可直接操作I/O接口；可方便地实现多机和分配控制，提高整个控制系统的效率和可靠性等特点单片机现在研究的成果已经运用到以下领域：
（1）工业测控：对工业设备（如机床、汽车、高档中西餐厨具、锅炉、供水系统、生产自动化、自动报警系统、卫星信号接收等）进行智能控制，大大的降低了劳动强度和生产成本，提高了产品质量的稳定性。
（2）智能设备：用单片机改造普通仪器，仪表，读卡器，使其（集测量，处理、控制功能为一体）智能化、微型化。
（3）家用电器：如高档的洗衣机、空调、电冰箱、微波炉、彩电、DVD、音响、手机、高档电子玩具等，用单片机控制。
（4）商用产品：如自动售货机、电子收款机、电子秤。
（5）网络与通信的只能接口：在大型计算机控制系统的网络系统或者通信电路域外围设备的接口电路中，用单片机控制或者管理，可大大的提高系统的运行速度和接口的管理水平。如图形终端机、传真机、复印机、绘图仪、磁盘/磁带机等。
3.主要研究内容
单片机学习效果的优劣直接取决于单片机的选择，这次设计制作的开发板采用的是51系列的单片机，C51系列单片机内部具有128字节RAM、5个中断源、32条I/O口线、2个16位定时器、4KB的程序存储器、一个全双工异步串行口。本开发板选择具有ISP在线编程功能的C51单片机，该单片机不需要烧写器，可在开发板上ISP在线编程，具有广泛的应用前景。可以满足绝大多数的实际应用开发需求，在开发板上使用十分方便。本课题设计的C51单片机开发板，具有一般开发板通用结构，并基于硬件进行相关软件
设计。利用程序开发语言开发程序并实现ISP在线下载到单片机，无需配置单独的下载器。单片机使用ISP在线下载程序，加快了程序设计者调试的进度，使设计者所设计的程序尽快得到验证。通过对开发板上的模块进行实验，可以提高针对不同硬件进行编程的能力，同时通过实验现象对所用的硬件也有了更深一步的认识。
此次设计的开发板是以单片机位主控制系统的基础上对单片机外部接口进行扩展。充分利用了单片机的内部资源。在外部电路模块中，分别扩展了一些常用的功能模块，数码管显示能提供了单片机显示功能；A/D转换模块的设计很好的能进行模数转换，还有串口通信和USB串口通信很好的实现了通信中实现了发送和接收等通信功能，扩展接口巧妙的设计让IO接口省了很多的资源，提供了外部接口扩展的功能，1602模块和12864提供了清晰稳定的显示功能，电源供电以及8*8点阵等功能模块的设计使每个模块尽显其能，充分体现了单片机体积小，功能强大，性价比高等特点。
4.拟采用的研究思路
4.1 开发板系统功能
单片机开发板是一个实际应用的系统，能够为相关的单片机实验提供支持。此开发板是参考单片机教材中的实验内容设计的，能够实现一些测试实验。本论文包括硬件系统的详细设计及C语言程序流程图的制作。
此开发板设计的功能如下：
(1)10位AD转换。
(2)铁电存储器读写（SMBUS）。
(3)16位PWM输出。
(4)四位独立键盘。
(5)SPI接口驱动1602ALCD。
4.2 开发板的性能要求
基于开发板的功能定义和各种芯片的性能参数，总结系统基本性能要求如下：
(1)各芯片所需的+3.3V平稳电压。
(2)AT89C51单片机时钟信号为11.0592MHz。
(3)AT89C51单片机手动复位电路。
(4)显示器件（1602、12864）。
(5)4位独立键盘。
(6)AD、DA转换。
(7)与PC机串行通信。
(8)I/O口扩展功能。
4.3硬件总体设计
本人设计的单片机开发板是以ST89C51作为主控制芯片,串口通信芯片MAX3232、网络芯片CP2200、液晶显示器、按键开关、AD/DA转换等元器件组成,通过软硬件结合实现键盘扫描,液晶显示,与PC机串行通信,I/O口扩展功能等。一方面,它能作为学生实验的工具,另一方面,它也是综合型单片机系统设计的基础,可扩展许多其它功能。
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