PCB Tecnico - Progettazione di circuiti hardware basata sulla piattaforma di apprendimento del computer a singolo chip STC

introduzione

Con lo sviluppo della tecnologia informatica, la maggior parte dei college nazionali di scienza e ingegneria hanno aperto corsi a chip singolo. Per imparare bene questo corso, gli esperimenti relativi al principio e alla tecnologia dei microcomputer a chip singolo sono indispensabili, e lo strumento dell'esperimento è la scheda di apprendimento. Attualmente, la maggior parte delle schede di apprendimento utilizza microcomputer monochip serie 51, interfacce parallele e alcuni vecchi dispositivi. Al giorno d'oggi, sono stati prodotti alcuni microcomputer single-chip potenziati, che sono più veloci e hanno più funzioni, come la programmazione di porte seriali, ecc., e molti chip di interfaccia seriale e alcuni standard di porte seriali sono apparsi anche. Questo articolo propone una progettazione di circuiti hardware basata sulla piattaforma di apprendimento del microcontrollore STC, utilizzando un nuovo tipo di microcontrollore STC12C5410AD, e aggiungendo alcuni chip di interfaccia seriale alla piattaforma di apprendimento. Gli standard di interfaccia includono RS-232, SPI, IIC, 1-wire ecc Gli obiettivi di progettazione della piattaforma di apprendimento: ISP programmabile, schermo LCD, orologio del calendario (chip di interfaccia IIC), misurazione della temperatura (chip di interfaccia 1-wire), memoria FLAH (chip di interfaccia SPI), pulsanti (pulsante di scansione cera cera), misurazione della tensione (conversione AD).

1 panoramica del sistema hardware

La piattaforma di apprendimento prende STC12C5410AD come nucleo, e il diagramma della struttura è mostrato nella Figura 1.

1.1 Introduzione al microcontrollore STC12C5410AD

Il microcomputer a singolo chip STC12C5410AD è un microcomputer a singolo chip migliorato lanciato dalla tecnologia Hongjing dopo importanti miglioramenti sulla base del nucleo a singolo chip standard 8051. È un microcomputer 8051 single-chip migliorato, singolo clock/ciclo macchina, tensione operativa da 5.5V a 3.5V, gamma di frequenza operativa 0～35MHz, 512 byte di memoria dati sul chip, memoria di programma Flash 10K byte sul chip, ISP (nel sistema programmabile)/IAP (programmabile in applicazione), programma può essere scaricato direttamente attraverso porta seriale, funzione EEPROM, 6 timer/contatori a 16 bit, PWM (4 canali)/PCA (contatore programmabile, 4 canali), 8 canali di conversione A/D a 10 bit, porta di comunicazione sincrona SPI.

2 progettazione di sistemi hardware

2.1 Oscillatore di cristallo, alimentazione elettrica e circuito di reset

La figura 2, la figura 3 e la figura 4 sono rispettivamente il circuito di reset, il circuito di alimentazione e il circuito dell'oscillatore di cristallo. L'etichetta di rete RST nel circuito di reset è collegata al pin 3 del microcontrollore STC12C5410AD e il circuito è acceso e ripristinato. Poiché la tensione di lavoro del computer a un chip STC12C5410AD è compresa tra 5.5 ~ 3.5V, ciò che la fonte di alimentazione utilizza è l'alimentazione elettrica switching 5V, al fine di cambiare con precisione AD, unire un chip regolatore di tensione LM7805.

2.2 Masterizzazione e scrittura del circuito del programma

ISP (In-System Programming) è programmabile nel sistema, il che significa che i dispositivi vuoti sul circuito stampato possono essere programmati per scrivere codice utente finale ed è inutile cancellare dalla rimozione di energia o dalla programmazione del circuito stampato. È più complicato usare un programmatore o un emulatore per il test di regolazione della macchina che ha 80 chip a singolo passaggio programmati warp 51. È più complicato usare un programmatore o un emulatore, e STC12C5410AD supporta ISP, basta aggiungerlo alla Figura 5. Per il circuito, è possibile utilizzare l'STC MCU PC end ISP per scaricare il software di sistema attraverso la porta seriale per scrivere il programma da eseguire il debug nell'MCU sulla scheda circuito. Le etichette di rete RxD e TxD nella figura sottostante sono rispettivamente collegate alla porta P3.0 e P3.1 nel computer a un chip STC12C5410AD.

2.3 Circuito pulsante

Poiché le risorse della porta Io sono limitate e STCl2C5410AD viene fornito con conversione AD, quindi la conversione AD viene utilizzata per la scansione delle chiavi. Il circuito chiave è mostrato nella Figura 6. Tra questi, l'etichetta di rete BUTTON è collegata alla porta di conversione P1.0 AD del computer con un chip.

2. 4 circuito di visualizzazione a cristalli liquidi

Il circuito di visualizzazione a cristalli liquidi è mostrato nella Figura 7. Poiché la porta Io del microcontrollore STC12C5410AD è limitata e lo schermo LCD 1602 necessita di 8 porte dati, viene utilizzato un chip 74HC164 per convertire l'ingresso della porta seriale all'uscita della porta parallela e viene aggiunto un fermo 74LS273. Il chip impedisce che i dati indesiderati vengano inviati allo schermo LCD 1602 durante il movimento seriale, causando errori di visualizzazione.

2. 5 circuito di orologio del calendario

Il circuito dell'orologio del calendario è mostrato nella Figura 8. Utilizza il chip DS1302 introdotto da Dallas, che è un chip di interfaccia IIC. Il microcomputer a chip singolo STC12C5410AD non dispone di una porta di comunicazione IIC e utilizza due porte IO per simulare l'interfaccia IIC tramite software. Le due etichette di rete DS1302_SCLK e DS1302_DATA sono collegate alle porte P2.2 e P2.3 del computer a chip unico STC12C5410AD e ad ognuna delle due u viene aggiunta una resistenza di pull-up 10K. L'etichetta di rete RST_DS1302 è collegata a P0. 0, usato per resettare il chip DS1302.

2. 6 circuito di misura della temperatura

Il circuito di misurazione della temperatura è mostrato nella Figura 9. Utilizza un sensore di temperatura digitale a bus singolo DS18B20 di Dallas. Pertanto, è necessario aggiungere un circuito di conversione analogico-digitale e collegare direttamente il suo pin DQ a una porta IO del microcomputer a chip singolo.

2.7 Circuito FLASH

Il circuito è mostrato nella figura 10. AT25F512 è un chip Flash con interfaccia SPI. Le etichette di rete SCK, MISO, MOSI e Ss sono collegate rispettivamente alle porte P1.7, P1.6, P1.5 e P0.3 del microcontrollore e viene aggiunta una resistenza pull-up 10K.

2. 8 Circuito di conversione DA

Il circuito di conversione DA è mostrato nella Figura 11, che utilizza la funzione PWM del microcontrollore per ottenere la conversione DA.

3 osservazioni conclusive

Questo articolo propone una progettazione di circuiti hardware basata sulla piattaforma di apprendimento del microcomputer monochip STC12C5410AD. Rispetto al tradizionale microcomputer a singolo chip 8051, il metodo di progettazione del circuito con il microcomputer a singolo chip STC12C5410AD è in qualche modo diverso. Non ha il pin 8051 ALE (address latch), ecc., Pertanto, il suo PoEl non può essere utilizzato come porta multiplexing dati di indirizzo. La maggior parte dei circuiti hardware della piattaforma di apprendimento utilizzano chip di porta seriale, inclusa la maggior parte degli standard di porta seriale mainstream. Utilizzare lo schermo LCD invece del tubo digitale per l'esposizione, aggiungere il chip di memoria FLASH, utilizzare la funzione PWM STC12C5410AD per realizzare la conversione DA, fare pieno uso delle risorse del microcomputer singolo chip STC12C5410AD e allo stesso tempo, il chip ha il proprio circuito hardware watchdog e la funzione M della sezione II, che è adatto per Utilizzato come piattaforma di apprendimento per gli esperimenti di insegnamento.