⼀种模块独⽴的单⽚机开发板设计
⽜仲⾦，赵传⽂，杜衍喆
摘要：以 STC89C52 单⽚机为控制核⼼，设计⼀种模块独⽴的单⽚机开发板。输⼊模块、输出模块、通信模块、电源管理模块、下载模块集成在⼀个 PCB 板上，具有模块独⽴、易于学习和开发的特点。
关键词：集成电路应⽤；单⽚机；STC89C52；模块独⽴。
中⽂引⽤格式：⽜仲⾦，赵传⽂，杜衍喆.⼀种模块独⽴的单⽚机开发板设计[J].集成电路应⽤, 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
实验室的单⽚机开发板有多模块控制功能[1-3]，本⽂设计⼀种模块之间相互独⽴的单⽚机开发板，包括 STC89C52 系统板（含下载电路），输⼊模块：DS1302 实时时钟、独⽴按键、红外接收模块、光敏传感器模块等作为输⼊模块给单⽚机，输出模块：12864 中⽂液晶、MC74HC5757 驱动的 8 个数码的输出显⽰单元模块，可以给使⽤者第⼀视觉的判断，通信模块是 zigbee 模块的 WiFi 通信和以 4.0 版的蓝⽛通信技术，可以更加灵活的与电脑上位机之间的连接，可以与其他单⽚机或者从机之间连接，外带的 L298N 驱动模块可以直接驱动电机旋转，EEPROM 的储存模块，5 V、3.3 V 电压转换模块等组成。 1 系统架构
以 STC89C52 芯⽚为核⼼的最⼩单元系统，对开发板的各个模块进⾏控制，为了⽅便使⽤将各个模块独⽴化，通过排线进⾏连接，这样可以扩⼤使⽤者的使⽤灵活性能。对开发板上的 DS1302 实时时钟
、独⽴按键、红外接收模块、光敏传感器模块等外围传感器模块的输⼊单元，⽅便使⽤者在传感器上⾯的选择。每个模块可以单独供电，也可以使⽤统⼀的供电，供电⽤的是 USB 供电，这种⽅式是现在流⾏的供电技术，并且在电脑上，⼿机充电器，插排等地⽅可以随时随地进⾏试验，并且上⾯配备了 5 V、3.3 V 稳压模块，这样可以更加⽅便对各个模块的供电，每个模块上⾯也可以进⾏单独的供电，⽅便使⽤者的使⽤。系统的原理⽅框图如图 1 所⽰。
STC89C52 是⼀种低功耗、⾼性能 CMOS 芯⽚，8 位微控制器。它替代传统的 AT89C51（不带 SPI 下载）。外围电路图如图 2 所⽰。
2 模块设计
2.1 输⼊模块
（1）ZLG7290 键盘模块。ZLG7290 键盘是以 ZLG7290B 为核⼼的，具有⾃动消除抖动、段闪烁、段点亮等强⼤的功能，它采⽤ I2C 接⼝，可以直接驱动 8 位共阴式数码显⽰器件，同时控制 64 ⾄按键，实现⼈机对话的功能，存写数据不需要外接电路即可驱动数码显⽰，同时它具有可操作性强，使⽤⽅便等特点。
二波罗蜜（2）PCF8563 模块。PCF8563 是 PHILIPS 公司推出的⼀款⼯业级采⽤ I2C 接⼝功能的具有极低功
耗的多功能时钟/⽇历芯⽚，提供定时器功能、时钟输出功能以及中断输出等功能能完成各种复杂的定时服务，甚⾄可为单⽚机提供看门狗功能。是⼀款性价⽐极⾼的时钟芯⽚。
（3）EEPROM 模块。电可擦可编程只读存储器，这个模块在掉电后会保存芯⽚⾥⾯的内容不会丢失，⽤户可更改的只读存储器 ROM，其可通过⾼于普通电压的作⽤来擦除和重编程。
2.2 输出模块
（1）LED 模块。LED 模块由 8 个发光⼆极管组成，为了⽅便开发者的使⽤，在使⽤时可以⾼电平点亮，也可以低电平点亮，可以按照需要组合使⽤。
（2）中⽂液晶模块。128×64 点阵液晶模块是⼯作在电压 5 V（4.75～5.25 V）左右的中⽂液晶模块。
（3）L298N 模块。L298N 电机驱动模块，是步进电机驱动芯⽚。⾥⾯有两组 H 桥，使 motor 两端的电压维持在 0~Vs 之间（不考虑⼆极管的导通电压），防⽌电机两端电压过⾼或者过低，线上电压⼩于 0 V 时下端两个⼆极管跟地导通，⼤于 Vs 时上端两个⼆极管跟 Vs 导通，使电压维持在 0~Vs 之间，防⽌电机两端有过⾼的上冲或者过低的下冲。L298N 电机驱动模块是现在主流的电机驱动模块，它是操作简单，易于使⽤的电机驱动模块。
（4）其他输出模块。蜂鸣器模块和语⾳模块为开发者提供语⾳提⽰以及警⽰的作⽤，以及实时播放需要的信息。8 位数码显⽰模块是由 MC74HC5757 驱动的显⽰电路，是现在实验室主流的数码驱动电路。
2.3 下载模块
CH340G 芯⽚是 USB 总线接⼝，常⽤于 USB 转串⼝，它采⽤ 5 V 供电电路外围电路，全速 USB 接⼝，兼容 USB
V2.0 版本，⽀持 Windows 操作系统不需要修改内容，是现在常⽤的串⼝模式。
2.4 电源管理模块
相对于 78 系列 LM1117 提供限电流保护和热保护，是低温差器件，参考电压确保输出电压的精度在 ±1% 以内，可提供⼀个⾼质量的线性电压，在外部电压带⼀个 10 µF 和 22 µF 的电容其滤波作⽤，可提供 5 V 和 3.3 V 的稳压电压。
提银机
2.5 通信模块
（1）蓝⽛。4.0 版蓝⽛模块是⽤于短距离⽆线通信，按功能分为蓝⽛数据模块，蓝⽛模块可以避免射频信号到中频信号的变换。
（2）zigbee 模块。以 CC2530 为核⼼的 zigbee 模块基于 IEEE 802.15.4 标准的低功耗个域⽹协议。根据这个协议规定的技术是⼀种短距离、低功耗的⽆线通信技术。其特点是近距离、低复杂度、⾃组织、低功耗、低数据速率、低成本。
3 测试结果
采⽤系统测试的⽅法进⾏测试，其中软件仿真测试⽤ Proteus 在线运⾏和调试，模拟软件的真实使⽤环境，验证程序的执⾏过程中的故障，及时调整硬件。硬件调试测试部分每⼀个功能模块是否可以实现功能，最后硬件软件联调，调试和排除故障后下载程序验证和调整。
根据可⾏性调试的测试结果，本设计全部满⾜要求，完成了设计中所要求的标准。
4 结语
本系统 AD 制板和 STC89C52 的编程为核⼼控制部分，在设计的时候我们在各个模块的选择尽量选择可操作性强，易于理解，覆盖全⾯的⽅式进⾏选择.在进⾏ AD 制板过程中我们在元器件选择上⼒求集成程度⾼，易于更换，相互⼲扰能⼒较弱，线性值较⾼的元器件，在编程的过程中我们对于程序尽量通俗易懂，程序简便的编程标准来进⾏。
抗菌膜参考⽂献
[1] 贾飞.单⽚机技术课程中项⽬教学法的应⽤案例[J].张家⼝职业技术学院学报,2017, 30(03):75-77.
[2] 黄海燕.SPOC教学模式在⾼职单⽚机技术课程教学中的实施探索[J].课程教育研究,2018 (01):210-212.
[3] 袁苑.逆向教学设计在单⽚机技术课程中的应⽤探究[J].中国教育技术装备,2018(11):70-72.
0 引⾔
实验室的单⽚机开发板有多模块控制功能[1-3]，本⽂设计⼀种模块之间相互独⽴的单⽚机开发板，包括 STC89C52 系统板（含下载电路），输⼊模块：DS1302 实时时钟、独⽴按键、红外接收模块、光敏传感器模块等作为输⼊模块给单⽚机，输出模块：12864 中⽂液晶、MC74HC5757 驱动的 8 个数码的输出显⽰单元模块，可以给使⽤者第⼀视觉的判断，通信模块是 zigbee 模块的 WiFi 通信和以 4.0 版的蓝⽛通信技术，可以更加灵活的与电脑上位机之间的连接，可以与其他单⽚机或者从机之间连接，外带的 L298N 驱动模块可以直接驱动电机旋转，EEPROM 的储存模块，5 V、3.3 V 电压转换模块等组成。
1 系统架构
以 STC89C52 芯⽚为核⼼的最⼩单元系统，对开发板的各个模块进⾏控制，为了⽅便使⽤将各个模块
独⽴化，通过排线进⾏连接，这样可以扩⼤使⽤者的使⽤灵活性能。对开发板上的 DS1302 实时时钟、独⽴按键、红外接收模块、光敏传感器模块等外围传感器模块的输⼊单元，⽅便使⽤者在传感器上⾯的选择。每个模块可以单独供电，也可以使⽤统⼀的供电，供电⽤的是 USB 供电，这种⽅式是现在流⾏的供电技术，并且在电脑上，⼿机充电器，插排等地⽅可以随时随地进⾏试验，并且上⾯配备了 5 V、3.3 V 稳压模块，这样可以更加⽅便对各个模块的供电，每个模块上⾯也可以进⾏单独的供电，⽅便使⽤者的使⽤。系统的原理⽅框图如图 1 所⽰。
STC89C52 是⼀种低功耗、⾼性能 CMOS 芯⽚，8 位微控制器。它替代传统的 AT89C51（不带 SPI 下载）。外围电路图如图 2 所⽰。
2 模块设计
2.1 输⼊模块
（1）ZLG7290 键盘模块。ZLG7290 键盘是以 ZLG7290B 为核⼼的，具有⾃动消除抖动、段闪烁、段点亮等强⼤的功能，它采⽤ I2C 接⼝，可以直接驱动 8 位共阴式数码显⽰器件，同时控制 64 ⾄按键，实现⼈机对话的功能，存写数据不需要外接电路即可驱动数码显⽰，同时它具有可操作性强，使⽤⽅便等特点。
（2）PCF8563 模块。PCF8563 是 PHILIPS 公司推出的⼀款⼯业级采⽤ I2C 接⼝功能的具有极低功耗的多功能时钟/⽇历芯⽚，提供定时器功能、时钟输出功能以及中断输出等功能能完成各种复杂的定时服务，甚⾄可为单⽚机提供看门狗功能。是⼀款性价⽐极⾼的时钟芯⽚。
（3）EEPROM 模块。电可擦可编程只读存储器，这个模块在掉电后会保存芯⽚⾥⾯的内容不会丢失，⽤户可更改的只读存储器 ROM，其可通过⾼于普通电压的作⽤来擦除和重编程。
2.2 输出模块
（1）LED 模块。LED 模块由 8 个发光⼆极管组成，为了⽅便开发者的使⽤，在使⽤时可以⾼电平点亮，也可以低电平点亮，可以按照需要组合使⽤。
（2）中⽂液晶模块。128×64 点阵液晶模块是⼯作在电压 5 V（4.75～5.25 V）左右的中⽂液晶模块。
（3）L298N 模块。L298N 电机驱动模块，是步进电机驱动芯⽚。⾥⾯有两组 H 桥，使 motor 两端的电压维持在 0~Vs 之间（不考虑⼆极管的导通电压），防⽌电机两端电压过⾼或者过低，线上电压⼩于 0 V 时下端两个⼆极管跟地导通，⼤于 Vs 时上端两个⼆极管跟 Vs 导通，使电压维持在 0~Vs 之间，防⽌电机两端有过⾼的上冲或者过低的下冲。L298N 电机驱动模块是现在主流的电机驱动模块，它是操作简单，易于使⽤的电机驱动模块。
（4）其他输出模块。蜂鸣器模块和语⾳模块为开发者提供语⾳提⽰以及警⽰的作⽤，以及实时播放需要的信息。8 位数码显⽰模块是由 MC74HC5757 驱动的显⽰电路，是现在实验室主流的数码驱动电路。
2.3 下载模块
CH340G 芯⽚是 USB 总线接⼝，常⽤于 USB 转串⼝，它采⽤ 5 V 供电电路外围电路，全速 USB 接⼝，兼容 USB
V2.0 版本，⽀持 Windows 操作系统不需要修改内容，是现在常⽤的串⼝模式。
2.4 电源管理模块家具保护垫
相对于 78 系列 LM1117 提供限电流保护和热保护，是低温差器件，参考电压确保输出电压的精度在 ±1% 以内，可提供⼀个⾼质量的线性电压，在外部电压带⼀个 10 µF 和 22 µF 的电容其滤波作⽤，可提供 5 V 和 3.3 V 的稳压电压。
2.5 通信模块
自动感应垃圾桶（1）蓝⽛。4.0 版蓝⽛模块是⽤于短距离⽆线通信，按功能分为蓝⽛数据模块，蓝⽛模块可以避免射频信号到中频信号的变换。
（2）zigbee 模块。以 CC2530 为核⼼的 zigbee 模块基于 IEEE 802.15.4 标准的低功耗个域⽹协议。根据这个协议规定的技术是⼀种短距离、低功耗的⽆线通信技术。其特点是近距离、低复杂度、⾃组织、低功耗、低数据速率、低成本。
3 测试结果
采⽤系统测试的⽅法进⾏测试，其中软件仿真测试⽤ Proteus 在线运⾏和调试，模拟软件的真实使⽤环境，验证程序的执⾏过程中的故障，及时调整硬件。硬件调试测试部分每⼀个功能模块是否可以实现功能，最后硬件软件联调，调试和排除故障后下载程序验证和调整。
根据可⾏性调试的测试结果，本设计全部满⾜要求，完成了设计中所要求的标准。
4 结语衣架勾
本系统 AD 制板和 STC89C52 的编程为核⼼控制部分，在设计的时候我们在各个模块的选择尽量选择可操作性强，易于理解，覆盖全⾯的⽅式进⾏选择.在进⾏ AD 制板过程中我们在元器件选择上⼒求集成程度⾼，易于更换，相互⼲扰能⼒较弱，线性值较⾼的元器件，在编程的过程中我们对于程序尽量通俗易懂，程序简便的编程标准来进⾏。
参考⽂献
[1] 贾飞.单⽚机技术课程中项⽬教学法的应⽤案例[J].张家⼝职业技术学院学报,2017, 30(03):75-77.
[2] 黄海燕.SPOC教学模式在⾼职单⽚机技术课程教学中的实施探索[J].课程教育研究,2018 (01):210-212.
[3] 袁苑.逆向教学设计在单⽚机技术课程中的应⽤探究[J].中国教育技术装备,2018(11):70-72.
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