基于AT89S51單片機(jī)開(kāi)發(fā)板的設(shè)計(jì)

1 引言

單片機(jī)系統(tǒng)傳統(tǒng)的編程方式是將單片機(jī)先從電路板上取下，放入專用的編程器進(jìn)行編程，再放人電路板進(jìn)行調(diào)試。其缺點(diǎn)是頻繁的拔插器件容易損壞器件的引腳；如果頻繁的調(diào)試程序，必須重復(fù)拔插，大大降低了開(kāi)發(fā)效率。ISP技術(shù)是未來(lái)發(fā)展的方向，其優(yōu)勢(shì)是無(wú)需編程器就可進(jìn)行單片機(jī)的實(shí)驗(yàn)和開(kāi)發(fā)，單片機(jī)器件可直接焊接到電路板上，調(diào)試結(jié)束即為成品，免去調(diào)試時(shí)由于頻繁插入取出對(duì)器件和電路板造成的損壞和帶來(lái)的不便。 ISP可降低研發(fā)成本；縮短從設(shè)計(jì)、制造到現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試的時(shí)間，簡(jiǎn)化生產(chǎn)流程，大大提高工作效率；在試驗(yàn)新品或?qū)W生試驗(yàn)等常需用不同的程序調(diào)試器件的場(chǎng)合中，在線編程技術(shù)尤為重要。

設(shè)計(jì)AT89S51單片機(jī)開(kāi)發(fā)板，采用ISP下載線實(shí)現(xiàn)在Keil C軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境下調(diào)試的匯編語(yǔ)言程序機(jī)器碼能即時(shí)下載到AT89S51單片機(jī)片內(nèi)Flash中，并可在線修改。

2 單片機(jī)開(kāi)發(fā)板硬件設(shè)計(jì)

AT89S51單片機(jī)開(kāi)發(fā)板南AT89S51單片機(jī)最小系統(tǒng)、ISP下載編程器、上位機(jī)與下位機(jī)之間的串行通信電路、4×4矩陣鍵盤鍵號(hào)的識(shí)別與顯示電路4部分組成，如圖1所示。

2．1 單片機(jī)ISP下載編程器

在系統(tǒng)可編程ISP(In-System Programmable)，指電路板上的空白器件可編程寫入最終用戶代碼，而無(wú)需從電路板取下器件，已編程的器件也可用ISP方式擦除或再編程。ISP 的工作原理：?jiǎn)纹瑱C(jī)可通過(guò)SPI或其他串行接口接收上位機(jī)傳來(lái)的數(shù)據(jù)并寫入存儲(chǔ)器中。所以即使將器件焊接在電路板上，只要留出和上位機(jī)接口的串口，配合 ispdown的下載電纜，就可實(shí)現(xiàn)器件內(nèi)部存儲(chǔ)器的改寫，而無(wú)需取下器件。ISP的提出改變了傳統(tǒng)硬件系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的流程，大大方便了開(kāi)發(fā)者，加快了開(kāi)發(fā)速度。下載電纜是一種使用計(jì)算機(jī)的并行端口通過(guò)軟件的仿零點(diǎn)實(shí)現(xiàn)ATAG或ISP接口協(xié)議，訪問(wèn)可編程器件的廉價(jià)工具。

圖2為下載線電路圖。AT89S51單片機(jī)的ISP接口通過(guò)指令輸入MISO(P1．5引腳)、數(shù)據(jù)輸入MOSI(P1．6引腳)、時(shí)鐘輸入SCK(P1．7引腳)3根信號(hào)線，以串行模式為系統(tǒng)提供對(duì)MCU器件的編程寫入和讀出功能。

2．2 串行通信接口

上位機(jī)PC機(jī)與下位機(jī)單片機(jī)通過(guò)RS-232C串行接口總線進(jìn)行的串行通信。80C51系列單片機(jī)帶有一個(gè)全雙工的串行接口，因此用RS-232C串行接口總線非常方便。PC機(jī)配置RS-232C標(biāo)準(zhǔn)接口，RS-232C信號(hào)電平為負(fù)邏輯(邏輯“0”：+12 V；邏輯“1”：-12 v)，80C51單片機(jī)輸入、輸出電平為，TTL電平(邏輯“0”：≤0．5 V；邏輯“1”：≥2．4 V)。所以8051與PC機(jī)間點(diǎn)對(duì)點(diǎn)異步通信需加電平轉(zhuǎn)換電路，否則將燒壞TTL電路。MAX232器件是MAXIM公司生產(chǎn)的具有兩路接收器和驅(qū)動(dòng)器的 IC器件，其內(nèi)部有一個(gè)電源電壓變換器，可將輸入的+5 V電壓變換成RS-232C輸出電平所需的±12 V電壓。MAX232器件的引腳1～6(C1+、V+、C1-、C2+、C2-、V-)用于電源電壓轉(zhuǎn)換，只需在外部接入相應(yīng)電解電容即可；引腳7～10 和引腳11～14構(gòu)成兩組，TTL信號(hào)電平與RS-232C信號(hào)電平的轉(zhuǎn)換電路，對(duì)應(yīng)引腳可直接與單片機(jī)串行口的TTL電平引腳和PC機(jī)的RS232電平引腳相連。

圖3為采用MAX232器件的PC機(jī)和單片機(jī)串行通信接口電路，采用9針標(biāo)準(zhǔn)插座與PC機(jī)相連。MAX232實(shí)現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換功能，該器件可將單片機(jī)TXD端輸出的TTL電平轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的RS-232C標(biāo)準(zhǔn)電平，由MAX232的14引腳通過(guò)9針接口送入PC機(jī)；同樣，PC機(jī)輸出的RS-232C標(biāo)準(zhǔn)電平，從 MAX232的13引腳輸入并轉(zhuǎn)換成單片機(jī)所需的TTL電平，經(jīng)單片機(jī)的RXD端接收。

2．3 矩陣鍵盤鍵號(hào)的識(shí)別與顯示電路

在AT89S51單片機(jī)的I／O口設(shè)計(jì)4×4行列式鍵盤，采用程序掃描法識(shí)別按下的鍵，當(dāng)有按鍵按下時(shí)，其鍵號(hào)顯示在共陰極LED數(shù)碼管上。其電路如圖4所示。

一個(gè)4×4的行、列結(jié)構(gòu)可構(gòu)成一個(gè)含有16個(gè)按鍵的鍵盤。按鍵的位置由行號(hào)和列號(hào)唯一確定。將圖4中的4×4鍵盤鍵號(hào)編碼為：01H、02H、03H、…、0EH、0FH、10H16個(gè)鍵號(hào)。

(1)用全掃描法判斷有無(wú)鍵按下行線在無(wú)鍵按下時(shí)處在高電平，按鍵按下時(shí)，與此鍵相連的行線與列線導(dǎo)通。如果讓所有列線處于低電平。當(dāng)無(wú)鍵按下時(shí)，則讀人的行信息全為1；有鍵按下時(shí)，讀入的行信息不全為1，按下鍵所在的行電平會(huì)由高電平變?yōu)榈碗娖?。CPU根據(jù)行電平的變化，便能判定相應(yīng)的行有鍵按下。

(2)用逐列置0掃描法確定具體鍵按為進(jìn)一步確定具體鍵，在某一時(shí)刻只讓一條列線處于低電平，其余列線均處于高電平，另一時(shí)刻，讓下一列處在低電平，依此循環(huán)，實(shí)現(xiàn)鍵盤掃描。

鍵盤工作在編程掃描方式，單片機(jī)在完成其他工作后的空閑時(shí)間調(diào)用鍵盤掃描子程序響應(yīng)鍵盤輸入的要求，在執(zhí)行鍵功能程序時(shí)CPU不再響應(yīng)鍵輸入要求，直到CPU重新掃描鍵盤。