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电装实验讲义

郑州大学信息工程学院

电子电路装配实验讲义

2009年8月8日

概述

一、课程目的:

1、提高阅读电路原理图和印刷电路板图的能力。

2、初步掌握使用计算机绘制电路图的方法。

3、通过整机电路的装配,掌握基本元器件的识别与简单测试方法,进行电路焊接技术和技

巧基本的训练。

4、进行测量仪器的使用与电路测试的基本方法的训练。

二、课程内容:

1、基本元器件的识别与简单测试方法

2、单片机学习实验装置的装配与调试。了解单片机的硬件电路基本结构与应用特点。

3、学习电子产品制作流程与装配方法,

4、学习测量仪器的使用与电路测试的基本方法。

5、学习单片机硬件电路基础与基本的应用特点,基于单片机系统的设计步骤。

6、学习PROTEL99SE 的基本知识,初步掌握绘制电路原理和印刷电路板图的方法。

三、教学基本要求

1、学会常用电子元器件的识别和简单质量判别方法。

2、初步掌握基本的的焊接技术和技巧。

3、独立完成整机电路的安装与调试。

4、了解单片机硬件电路基础与基本的应用特点。

5、所装配的整机成品达到如下要求:

①、单片机最小系统能够正常工作(ALE[30脚]有脉冲信号输出)。

②、单片机最小系统能与PC机串口进行正常通信。

③、通过下载电缆,可以用PC机对单片机进行下载编程。

④、下载相应的应用程序后键盘显示电路应能正常显示。

6、初步掌握电子电路设计软件PROTEL99SE的使用方法、了解其基本功能和作用,能够

绘制简单的电路图(SCH、PCB图)。

四、成绩的评定标准及说明

1、分数的分布:

焊接:20% ,装配效果:20%,制图:20%。问题20%,考勤+报告:20%。

2、评分标准:

①、装配焊接:焊点光滑洁净,大小均匀;元器件造型美观,排列整齐,高低合适。

②、装配效果:LED电路应能正常显示;通信正常,编程下载顺利。LCD液晶显示正常。

③、PROTEL99SE制图操作演示:能打开PROTEL99SE软件,建立设计文档,调用元件,

绘制简单的SCH、PCB图(能绘制本实验中的单片机基本系统原理图更好)。

④、能正确回答与本实验相关的问题。

⑤、能正常出勤,按时上缴实验报告。

第一部分单片机学习、实验装置的安装与调试

§1 常用电子元器件的识别与基本的焊接知识

1.1 常用元器件的识别:

1.1.1 电阻:电阻在电路中用“R”加数字表示,如:R1表示编号为1的电阻。电阻在电路中的主要作用为分流、限流、分压、偏置等。

1、电阻在电路中的图形符号:

2、参数识别:电阻的单位为欧姆(Ω),倍率单位有:千欧(KΩ),兆欧(MΩ)等。换算方法是:1兆欧=1000千欧=1000000欧。电阻的参数标注方法有3种,即直标法、色标法和数标法。

a 、直标法:是将电阻值直接用文字表示在电阻体上,允许误差用百分比表示。如:

b 、数标法:主要用于贴片等小体积的电路,如:472 表示 47×100Ω(即4.7K ); 104则表示100K 。又如:51R ,R 表示数字5与数字1之间的小数

点,即阻值为5.1Ω。

c 、色环标注法:使用最多,现举例如下:

3、电阻的色标位置和倍率关系如下表所示:

颜色 有效数字 倍 率 允许误差(%) 第四环 误差 第三环 倍率 第二环 有效数字 第一环 有效数字

第四环 倍率 第二环 有效数字 第一环 有效数字

第五环 误差 第三环 有效数字 例:第一环黄色 ,有效数字为4 :第二环紫色 ,有效数字为7 :第三环红色 ,倍率为

100 :第四环棕色 ,误差为±1%

阻值为

47×100=4700Ω

=4.7K Ω

四色环电阻

例:第一环黄色 ,有效数字为4 :第二环紫色 ,有效数字为7 :第三环黑色

,

有效数字为0

:第四环棕色

,倍率为10

:

第四环棕色

,误差为±1%

阻值为470×10=4700Ω =4.7K Ω

五色环电阻(精密电阻)

基本符号

优选型

其他型

额定功率

1/16W 18W 1/4W 1W 2W

3W

5W

10W

可调电阻或电位器

4.7K ±5% 直标法

472 贴片电阻

51R

贴片电阻

金色×1

10 ±5

黑色0 ×0

10

棕色 1 ×1

10±1

红色 2 ×2

10±2

橙色 3 ×3

10

黄色 4 ×4

10

绿色 5 ×5

10±0.5

蓝色 6 ×6

10±0.2

紫色7 ×7

10±0.1

灰色8 ×8

10

白色9 ×9

10

1.1.2电容

1、电容在电路中一般用“C”加数字表示(如C13表示编号为13的电容)。电容是由两片金属膜紧靠,中间用绝缘材料隔开而组成的元件。电容的特性主要是隔直流通交流。电容容量的大小就是表示能贮存电能的大小,电容对交流信号的阻碍作用称为容抗,它与交流信号的频率和电容量有关。容抗XC=1/2πf c(f表示交流信号的频率,C表示电容容量)常用电容的种类有电解电容、瓷片电容、贴片电容、独石电容、钽电容和涤纶电容等。因为电容具有“储能”、“隔直通交”、“通高频阻低频”、“电压不能突变”以及“电流相位超前电压”等特性,在电子电路中有着“丰富多采”的作用。例如,用在耦合电路中称为耦合电容;用在滤波电路电路中称为滤波电容;用在退耦电路中称为退耦电容;用在旁路电路中称为旁路电容;用在中和电路中称为中和电容;用在谐振电路中称为谐振电容;用在启动电路中称为启动电容;用在定时电路中称为定时电容;用在分频电路中称为分频电容……,“微分”、“积分”、“加速”等等。

2、电容在电路中的图形符号:

3、识别方法:电容的识别方法与电阻的识别方法基本相同,分直标法、色标法和数标法3种。电容的基本单位用法拉(F)表示,其它单位还有:毫法(mF)、微法(uF)、纳法(nF)、皮法(pF)。

其中:1法拉=3

10毫法=6

10微法=9

10纳法=12

10皮法

容量大的电容其容量值在电容上直接标明,如10 uF/16V。容量大的电容(1 uF以上)往往是有极性的,两个引脚中,长的为正,短的为负。

容量小的电容其容量值在电容上用字母表示或数字表示

字母表示法:1m=1000 uF 1P2=1.2PF 1n=1000PF

数字表示法:一般用三位数字表示容量大小,前两位表示有效数字,第三位数字是倍率。如:102表示10×2

10PF=1000PF 224表示22×4

10PF=0.22 uF

4、电容容量误差表:

符号 F G J K L M

允许误差±1% ±2% ±5% ±10% ±15% ±20%

固定电容

可变电容

有极性电容无极性电容

半可变电容

可调电容

100μ

F16v

30 104

+

5、电容的简易检测方法:

①、用机械万用表进行测量无极性电容时,只能定性的检查其是否有漏电、短路或击穿现象。检测时,可用万用表R ×10K 挡,用两表笔任意接电容的两个引脚,对于小容量(200PF 以下)的电容,其阻值应为无穷大,表针无摆动现象;对于较大容量(0.1μF 以下)的电容,表针有摆动现象(充、放电),其阻值应为无穷大或非常大。如果测得的阻值为零,说明电容漏电损坏或内部击穿。如果用数字万用表可直接用电容挡测量其容量。

②、电解电容的检测:a 、对于不同容量选择合适的(电阻挡)量程。一般1~47μF间电容可用R×1K挡测量。将机械万用表红表笔接电容器的负极,黑表笔接电容器的正极,同时观察万用指针,在刚接触的瞬间,指针即向右偏转较大角度(对于同一电压挡,容量越大,摆幅越大),接着逐渐向左回摆,直到停留在某一位置,此时的阻值为电解电容的正向漏电阻,此值略大于反向漏电阻。经验表明,电解电容器的漏电阻应该在几百千欧以上,否则,漏电过大甚至不能正常工作。在测试中,如果正向、反向测试均无充电现象(即表针不动),则表明容量消失或内部断路;如果测得的阻值很小或为零,说明电容漏电大或已经击穿

1.1.3 电感

电感在电路中常用“L”加数字表示,如:L6表示编号为6的电感。电感线圈是将绝缘的导线在绝缘的骨架上绕一定的圈数制成。

1、常用的电路符号:

2、特性与作用:由于电感具有储能特性,电能与磁能之间的转换特性;隔直通交特性,直流可通过线圈,直流电阻就是导线本身的电阻,压降很小;当交流信号通过线圈时,线圈两端将会产生自感电动势,自感电动势的方向与外加电压的方向相反,阻碍交流的通过;电流不能突变特性,以及电流相位滞后电压特性,所以,电感在电路中起的作用主要表现在以下几个方面。在电源电路中作滤波电感;在谐振电路中与电容配合构成振荡电路,如调谐回路、带通滤波,选频回路等;在电路中,还可用来进行信号延时、对信号进行相位移动;用它来制作变压器,实现电压、阻抗的变换和信号的偶合;用于电——磁或磁——电信号的转换。等等。

3、标识:电感一般有直标法和色标法,色标法与电阻类似。如:棕、黑、金、金表示1μH (误差5%)的电感。电感的基本单位为:亨(H ) 换算单位有:1H=103mH=106μH 。

1.1.4 晶体二极管

晶体二极管在电路中常用“D”加数字表示,如: D5表示编号为5的二极管。

1、作用:二极管的主要特性是单向导电性,

也就是在正向电压的作用下,导通电阻很小;而在反向电压作用下导通电阻极大或无穷大。正因

为二极管具有上述特性,常把它用做整流、检波、开关、隔离、稳压、极性保护等。晶体二极管按作用可分为:整流二极管(如1N4007)、开关

二极管(如1N4148)、肖特基二极管(如BAT85)、发光二极管、稳压二极管、变容二极管等。

2、识别方法:二极管的识别很简单,小功率二极管的N 极(负极),在二极管外表大多采用一种色环标出来,有些二极管也用二极管专用符号来表示P 极(正极)或N 极(负极),也有采用符号标志为“P”、“N”来确定二极管极性的。发光二极管的正负极可从引脚长短来识别,长脚为正,短脚为负。

3、测试注意事项:用数字式万用表去测二极管时,红表笔接二极管的正极,黑表笔接二极管的负极,此时测得的阻值才是二极管的正向导通阻值,这与指针式万用表的表笔接法刚好相反。

正极 正极 负极

负极 正极 负极

正极 负极

型号 1N4001 1N4002 1N4003 1N4004 1N4005 1N4006 1N4007 耐压(V ) 50 100 200 400 600 800 1000 电流(A ) 1

1

1

1

1

1

1

1.1.5 晶体三极管

晶体三极管在电路中常用“Q ”加数字表示(我们的电路中使用的是“V ”),如:Q17表示编号为17的三极管。

1、晶体三极管在电路中常用的电路符号,如下图所示:

2、特点:晶体三极管(简称三极 管)

是内部含有2个PN 结,并且具有放大能

力的特殊器件。它分NPN 型和PNP 型两

种类型。常用的PNP 型三极管有:A92、9015、8550等型号;NPN 型三极管有:

2SC945、A42、9014、9018、9013、9012、

8050等型号。

3、晶体三极管主要作用:1)放大,三极管是具有电流放大作用的器件,在驱

动电路中,将输入的小电流经过放大来驱动灯、继电器以及其他大电流、大功率器件。在许多放大电路中,通过电阻可将(信号的)电流放大转换成(信号的)电压放大输出。2)开关,当三极管工作于饱和和截止区时,就成为了电子开关。

1.1.6 集成电路

集成电路是采用半导体薄膜或厚膜工艺,把电路元器件以互不分离的状态制作在一块或几块半导体基片上,然后封装在一个可体内,构成一个完整的具有一定功能的电子电路。由于其体积小、重量轻、性能可靠以及价格便宜,已被广泛应用。

1、集成电路按其功能分类,大致可分为:模拟集成电路、数字集成电路、接口电路和特殊电路。模拟集成电路是指对电压、电流等在时间上连续取值的模拟量进行放大与转换的集成电路。其中输出与输入信号成线性关系的电路,称为线性集成电路。输出与输入信号不成线性关系的电路,称为非线性集成电路。数字集成电路是能够完成数字逻辑功能的集成电路。目前使用最多的是数字集成电路有TTL (晶体管—晶体管逻辑)集成电路和COMS (互补对称金属氧化物半导体)集成电路。如74(54)LS 系列和74(54)HC 系列、4000系列等。接口电路是将两种不能直接兼容的电子器件或组件相互连接起来的集成电路。在模拟或数字集成电路的终端配用了接口集成电路后,可以驱动外部器件或其他外部设备。接口电路还可以实现不同电平信号之间的相互转换以及不同类型信号(如数字与模拟信号)之间的转换。许多接口电路还可以用来适应各种特殊负载条件,如高输出电压、大输出电流和大输出功率等。特殊电路是专为某些特殊用途设计的集成电路,其针对性很强。如集成化的传感器(温度、霍尔、光电传感器),专用的通信电路、机电、仪表专用电路、消费类电路(玩具、游戏机、电子秤、照相机、电子钟等专用电路。

2、集成电路的封装:目前所生产的集成电路有各种封装形式,常用的是金属圆形或菱形封装,偏平封装、双列直插和单列直插封装,另外,还有软封装、四列扁平封装,适用于贴焊的微型封装和PNP

NPN 8550

8050

本实验中使用的三极管 三极管常用电路符号 e

b c c

b

e c c e e b e c b e c

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

13

14 74LS164 1 2 3 4 5 6 7 8 24C02 1117-5.0 IN OUT GND

3、集成电路的识别,集成电路的型号都

是以文字的形式(油漆字或激光刻字)直接标

注在元件体上,很容易识别。元件体上的缺口或圆点是用来标识集成电路的的第一引脚的

位置。一般来说,对于通用的集成电路(双列

直插封装的),如74系列和4000系列集成电

路引脚排列顺序如图所示。也有许多集成电路不是这样,应用时最好是查阅产品说明书或集成电路手册。

1.2 关于印制电路板的一般常识

1.2.1 什么是印制电路板(PCB)?

1.覆铜板

覆铜板(敷铜板)是由基板、铜箔和粘合剂构成的。基板是由高分子合成树脂和增强材料组成的绝缘层板;在基板的表面覆盖着一层导电率较高、焊接性良好的纯铜箔,常用厚度0.35~0.50/mm ;铜箔覆盖在基板一面的覆铜板称为单面覆铜板,基板的两面均覆盖铜箔的覆铜板称双面覆铜板;铜箔能否牢固地覆在基板上,则由粘合剂来完成。常用覆铜板的厚度有1.0mm 、1.5mm 和2.0mm 三种。

覆铜板是加工制作印刷电路板(PCB)的主要材料。覆铜板的种类也较多。按绝缘材料不同可分为纸基板、玻璃布基板和合成纤维板;按粘结剂树脂不同又分为酚醛、环氧、聚脂和聚四氟乙烯等;按用途可分为通用型和特殊型。 目前国内常用的覆铜板有: (1)覆铜箔酚醛纸层压板

是由绝缘浸渍纸(TFz 一62)或棉纤维浸渍纸(1TZ-一63)浸以酚醛树脂经热压而成的层压制品,两表面胶纸可附以单张无碱玻璃浸胶布,其一面敷以铜箔。主要用作无线电设备中的印制电路板。 (2)覆铜箔酚醛玻璃布层压板

是用无碱玻璃布浸以环氧酚醛树脂经热压而成的层压制品,其一面或双面敷以铜箔,具有质轻、电气和机械性能良好、加工方便等优点。其板面呈淡黄色,若用三氰二胺作固化剂,则板面呈淡绿色,具有良好的透明度。主要在工作温度和工作频率较高的无线电设备中用作印制电路板。 (3)覆铜箔聚四氟乙烯层压板

是以聚四氟乙烯板为基板,敷以铜箔经热压而成的一种敷铜板。主要用于高频和超高频线路中作印制板用。

(4)覆铜箔环氧玻璃布层压板 是孔金属化印制板常用的材料。 (5)软性聚酯敷铜薄膜

是用聚酯薄膜与铜热压而成的带状材料,在应用中将它卷曲成螺旋形状放在设备内部。为了加固或防潮,常以环氧树脂将它灌注成一个整体。主要用作柔性印制电路和印制电缆,可作为接插件的过渡线。

2、印制电路板(PCB )

PCB 是(Printed Circuie Board)印制电路板的简称,通常我们把在绝缘材(覆铜板)上,按预定设计,制成的(由焊盘、过孔、铜膜导线、元器件符号等组合而成的)导电图形称为印制电路。而把印制电路或印制线路的成品板称为印制线路板,亦称为印制板或印制电路板。标准的PCB 上面没有零件,也常被称为“印刷线路板Printed Wiring Board (PWB )”。

PCB 几乎我们能见到的电子设备都离不开它,小到电子手表、计算器、通用电脑,大到计算机、通迅电子设备、军用武器系统,只要有集成电路等电子元器件,它们之间电气互连都要用到PCB 。除

电子元器件之间的布线和电气连接或电绝缘、提供所要求的电气特性,如特性阻抗等。同时为自动锡焊提供阻焊图形;为元器件插装、检查、维修提供识别字符和图形。随着电子设备越来越复杂,需要的零件越来越多,PCB 上头的线路与零件也越来越密集了.

1.2.2 印制电路板的结构

1、印制电路板的板层

⑴、单层板(单面板):是指只在电路板的其中一个面(焊接面)上进行布线。而所有元器件,元器件标号以及文字标注都在另一个面(元件面)上放置的电路板。其最大的特点是价格低廉,但是由于只能在一个面上进行布线,布线比较困难,容易出现布不通的问题,所以只适用于一些比较简单的电路。单层板的结构如图

⑵、双层板(双面板):是在绝缘板两面进行布线,其中一面作为顶层(Top Layer ),另一面作为底层(Bottom Layer )。顶层和底层通过孔进行电气连接。双层板上的元器件通常放置在顶层,但有时为了缩小电路板体积也可两层都放。双层板的特点是价格适中、布线容易,是目前普通电路板比较常用的类型。双层板的结构如图

⑶、四层板:是在双层板的基础上增加了电源层和地线层,其结构如图 所示。多层板,随着电子设备越来越复杂。电路板的路线和元器件越来越密集,多层板的应用也越来越广泛。

过孔

顶层

铜膜导线

底层

焊盘

铜膜导线

元件面

焊接面

2、印制电路板上的基本组件

构成印制电路板的基本组件是元器件的封装图形符号、焊盘、过孔、铜膜导线、安装孔以及标注文字等。这些组件是构成具有实际电气连接意义的印制电路图形的基本要素,也是设计制作印制电路板时所要涉及到的主要设计对象。电子元器件的引脚通过焊盘焊接(安装)在电路板上的,电子元器件之间的电气连接是通过焊盘、过孔以及它们之间的铜膜导线来实现的,元器件的封装用来标识电子元器件的安装位置、物理尺寸、封装类型等的,标注文字用于标注电子元器件的电路序号、型号规格等信息,安装孔用于固定电路板。 ⑴、元器件的封装

在印刷电路板上,所谓的元器件封装是一种组合图形,这个图形是指示实际元器件焊接到电路板上的所占空间尺寸和安装焊接位置的图形符号。不同的元器件可以共用同一种元器件封装,前提是它们的实际外观尺寸和引脚排列必须相同。而同类元件有时也可以有不同的封装。元器件的封装大致可分为两类,一是对应于直插式元器件的直插式封装,二是对应于表面贴装式元器件的表贴式封装。所谓直插式就是元器件的引脚是一根根长的导线,在安装固定时,一般要从电路板的顶层插下,在底层焊盘处焊接,焊盘的金属化孔贯穿整个电路板。所谓表面贴装式元器件是基于表面贴装技术而制作的一种元件,这种元件可直接焊接在电路板的表面,体积小,并且不需要在电路板上钻孔。 ⑵、焊盘

焊盘是实际元器件与电路板的连接点。焊盘与元器件对应,也分为直插式焊盘和表贴式焊盘。直插式焊盘的中心处有一插装元件引脚的孔,此孔通常要经过金属化处理,也称金属化孔,它贯穿所有板层。表贴式焊盘一般没有金属化孔,焊盘所在层既是元件层,也是焊接层。 ⑶、铜膜导线

铜膜导线是用于连接各个焊盘、过孔的导线。 ⑷、过孔

过孔是连接两个层面上的铜膜导线的过渡孔。由于起连接作用,是一种金属化孔。它与焊盘在外形上基本相同,焊盘主要用于构成封装,焊接元件引脚,而过孔则是用于连接不同板层间的导线。

过孔分为从顶层到底层的穿透式过孔、从顶层通到电源地线层或从电源地线层到底层的半隐藏式过孔以及电源地线层之间的隐藏式过孔3种,具体结构形式如下图所示。

过孔

顶层

底层

铜膜导线

电源层

地线层

铜膜导线

半隐藏式 隐藏式 穿透式

过孔

1.2.3 初识印制电路板的工作层面

要认识和设计(绘制)印制电路板,必须了解电路板中的工作层面以及各个层面的作用。

1、单层板的工作层面通常包括元件面、焊接面、丝印面、多层和禁止布线层。

2、双层板的工作层面通常包括顶层、底层、丝印面、多层和禁止布线层等。

3、四层板的工作层面,除了具有双层板应具备的所有层面外,还要有电源层和地线层。

4、在使用ProteL99E设计(绘制)电路板时,电路板的常用工作层面简介。

⑴、Singnal(信号层):ProteL99E共提供了32个信号层,其中包括顶层(Top Layer)、底层(Bottom Layer)和30个中间层(Mid Layer)。信号层主要用来放置元件和进行布线。

⑵、Internal(内层):ProteL99E共提供了16个内层。内层由电源层和地线层组成,放置在该层的导线除了可以减少信号层的布线密度,减小线路之间的相互干扰之外,还可以隐藏和保密电路。

⑶、Mechanical layers(机械层):用来放置一些与制造或组合有关的指示性标记或文字。

⑷、Masks(掩膜层):主要包括两个阻焊层和两个锡膏防护层。阻焊层用来铺设阻焊剂。因为在焊接电路板时焊锡在高温下具有流动性,所以在不需要焊接的地方涂上一层阻焊物质,用来防止因焊锡的流动或溢出,而引起的短路。阻焊层分顶层阻焊层和底层阻焊层。锡膏防护层也有顶层和底层两个层面,它作用与阻焊层基本相似。

⑸、Silkscreen(丝印层):丝印层也分为顶层丝印层和底层阻丝印层,主要用来在电路板上印刷说明文字。在电路板上放置元器件时,元器件的外形边框、元器件序号和其他文本信息将会自动放置在丝印层上。

⑹、Other(其他工作层):其他工作层主要包括用于确定电路板的尺寸和布线范围的禁止布线层(Keepout)、用于绘制钻孔图和钻孔位置的钻孔说明层(Drill guide)和钻孔视图层(Drill drawing),以及多层(Multi layer)。多层代表所有的层面,放置在这个层面上的对象在设计输出时会自动附加到所有信号层面上,可以实现焊盘和过孔的快速放置。

1.3基本的焊接知识

1.3.1 关于焊接的一些基本概念

1、焊接是指以金属合金焊锡为粘合剂和填充物来使被焊金属进行连接的操作或过程。在焊接过程中,焊锡与被焊金属发生反应,焊锡的原子与被焊金属的原子混合,形成紧密接触连接。在刚好低于被焊金属的熔点温度下,熔化的是焊锡,而被焊金属不熔化。在电子技术中,焊接温度约为250℃。

2、烙铁的作用是提高焊点处焊锡的温度,使焊锡与被焊金属融合连接,即焊接。烙铁是最常见的焊接工具。另外,还有如焊锡锅、槽,用于元件引脚的上锡或侵焊;适用于贴片元件焊接的热风机等等。在电子手工焊接工艺中,最适合于焊接印刷电路板的电烙铁功率为20——60W。烙铁可配各种长度或形状的铜头(烙铁头),以适应焊接各种形状(大小)的元件的需要。

3、焊锡是一种合金。绝大多数用于电子或电类结构的焊锡是锡(Sn)和铅(Pb)的合金。锡铅的比率通常用锡与铅的重量比例表示,在手工焊接中最常用的是比例为60:40的焊锡,比例为63:37的焊锡,被认为是易熔焊锡,也用于电子工艺中。常用的焊锡有条长方形的焊条和丝状的焊锡丝。我们将用到的是焊锡丝。这种焊锡丝是中空的,内部含有助焊剂,当焊锡被加热时,助焊剂溶化并从焊锡丝中流出,当焊锡溶化后,焊锡将助焊剂将向前推并占驻刚被清洁完的金属表面并且与表面接合。

4、助焊剂:助焊剂的作用就是去除引线和焊盘(焊件)焊接面的氧化膜,在焊接加热时,使之与空气隔绝,防止金属在加热时被氧化,同时可降低焊锡的表面张力,并且有助于焊锡润湿焊件。电子技术中最常用的助焊剂是松香。可将松香溶入酒精制成“松香水”。除松香助焊剂以外,还有如焊锡膏等。焊锡膏具有较强的腐蚀性,只有在单独焊接较大(或较粗)的元件或导线,并且被焊金属氧化比较严重的情况下才能使用。本实验中不要使用。

1.3.2 焊接的基本操作步骤与技巧

1、焊接步骤:高质量的焊接需要高水平的焊接技术。我们要想提高焊接水平,焊出高质量的焊点或工件,就要按照焊接基本步骤进行操作。并且在焊接时,仔细观察焊接的具体过程,如观察焊锡的溶化速度和流动情况、辨别工件在加热时颜色和亮度的变化、体会加锡量的多少和焊接时间的控制等。具体步骤如下:

1)、将烙铁靠近工件,加热工件:

将干净的烙铁头置于被焊金属上(元件引脚与印刷电路板的焊盘上,并同时加热)。被焊金属的热度必须达到足以溶化焊锡的温度。注意,焊锡必须是被焊件融化而非烙铁。

2)、形成热桥:

将少许焊锡置于烙铁头与焊件接触处(但不要将焊锡放在烙铁头上)。这少量的焊锡形成的液态池称为“热桥”。热桥为热量有效传导到工件提供了路径。

3)、加焊锡:

用烙铁尽快将焊件加热到焊接温度,然后向焊点处上(非烙铁头上)加锡,即元件脚末端(或焊盘)实际需要焊接处擦拭焊锡。当焊件达到焊接温度时,焊锡将自动熔化,此时,不要移动烙铁,仅仅是将焊锡丝沿焊点绕行。注意加锡量多少的控制。

4)、停止加锡,移开烙铁:

先移开焊锡丝,再移开烙铁。移开焊锡丝后,烙铁暂时(约半秒钟)停留在焊件上的烙铁确保助

焊剂失去活性,且保证焊点上所有的焊锡达到焊接温度,焊锡充分熔化,并完全覆盖焊盘,但不要停留时间过长,否则,助焊剂会被烧焦变黑、还可能损坏元件或电路板。烙铁沿被焊导线(或元件引脚)方向移开。

以上焊接过程应在2——3秒的时间内完成。具体焊接步骤如下图。

5)、冷却焊点,保持平稳。

让焊点自然冷却,不要吹它。焊点冷却前,不要移动工件,保持平稳。待冷却后方可移动。

2、合格焊点的特征

1)、焊点表面清洁光滑,光亮。无孔洞、渣泽和毛刺。

2)焊点连接印刷板和元件引脚,必须具有一定的强度,焊料要适量。

焊锡丝烙铁头

电路板

焊盘

(1)准备焊接

元件引脚

(2)加热焊件(3)熔化焊锡(热桥)(4)加锡

(5)移开焊锡丝(6)烙铁在焊件上稍

作停留(约半秒钟)

(7)移开烙铁移开焊锡丝

插装式元件焊接操作的基本步骤

焊锡丝沿焊点绕行要控制加锡量

3、上锡:(所谓“上锡”就是在金属线头、元件的引脚或一些准备焊接但又不易焊接的焊件的表面上,镀上一层薄薄的焊锡膜,目的是方便焊接。具体方法是:首先对金属线头、元件的引脚或焊件的表面进行清洁处理,清除污垢或杂质,除去表面上的氧化层。然后在要上锡的部位,涂上助焊剂——“松香或松香水”,对于体积或面积比较大且散热快的工件,有时要用焊锡膏之类腐蚀性较强的助焊剂。最后用烙铁(或锡锅)将焊锡熔化在要上锡的部位表面上,形成一层薄薄的焊锡膜。

§2、单片机的硬件基础

随着大规模集成电路的出现及其发展,将计算机的CPU 、RAM 、ROM 、定时/数器和多种I/O接口集成在一片芯片上,形成芯片级的计算机,因此单片机早期的含义称为单片微型计算机,现简称为单片机。

2.1 单片机的特点:

1 、具有优异的性能价格比

2 、集成度高、体积小、可靠性高、开发周期短

3 、控制功能强,有丰富的内置资源

4 、低电压、低功耗

5 、易于商品化,多数大厂商提供外围接口芯片

2.2 单片机的应用:

单片机技术应用领域极其广泛。在工业、农业、军事、保安、金融、仪器仪表、航空航天、医疗、通讯、办公设备、娱乐休闲、健身、体育竞赛、服务领域……,单片机-嵌入式技术已经无处不在。正迅速改变着人们传统的生产和生活方式。

1 、在智能仪器仪表中的应用:在各类仪器仪表中引入单片机,使仪器仪表智能化,提高

测试的自动化程度和精度,简化仪器仪表的硬件结构,提高其性能价格比。

2 、在机电一体化中的应用:机电一体化产品是指集机械、微电子技术、计算机技术于一

本,具有智能化特征的电子产品。

3 、在实时过程控制中的应用:用单片机实时进行数据处理和控制,使系统保持最佳工作

状态,提高系统的工作效率和产品的质量。

4 、在人们生活中的应用:目前国外各种家用电器已普通采用单片机代替传统的控制电路。

5 、在其它方面的应用:单片机除以上各方面的应用,它还广泛应用于办公自动化领域、

商业营销领域、汽车及通信、计算机外部设备、模糊控制等各领域中。

2.3 单片机的基本组成:

单片机是由中央处理器(CPU)、数据存储器(RAM)、程序存储器(ROM)、定时器/计数器、输入/输出接口(I/O)、中断控制器以及其他控制部件集成在一块芯片上,在片内各功能通过内部总线相互连接起来。而一些高档单片机中还包含了许多特殊功能单元,如A/D、D/A转换器,调制解调器,通信控制器、锁想环、DMA、浮点运算单元等,因此,只需要外加一些扩展电路和必要的通道接口就可构成各种计算机应用系统。

目前比较流行的单片机是以8051为核心的单片机,行内人指出以8051为核心的单片机已经成为事实上的工业标准。有多个大厂商生产不同型号的8051单片机,它们各有特点,但其基本内核相同,指令系统完全兼容。本实验采用的单片机芯片也是以8051为核心的单片机89S52。

因此,这里以8051单片机为例。

2.3.1 8051系列单片机

的基本内核,如图2.3.1

所示

1、 中央处理器CPU ,

用于执行各种指令

和运算处理;

2、 内部数据存储器

RAM ,用于存放 数据

3、 内部程序存储器

ROM ——用于存放

程序指令或某些常

数和表格。

4、4个8位的输入/输出(I/O )接口,用 于输入和输出。

5、 2个16位的定时器/计数器,用来作外部事件计数或内部定时,通过编程可实现4中工作模式。

6、5个中断源(52子系列有6个)中断源: 2个外部中断请求:INT0,INT1;2 个片内定

时器/计数器T0和T1中断请求(52子系列有T 2中断请求):TF0,TF1(52子系列有TF2);1个串行口中断请求:TI/RI 。

7、1个串行接口电路——用于串行通信。

8、内部时钟电路,用于产生单片机所需要的工作时钟。

以上各部分通过内部总线相连接,构成以中央处理器CPU 为核心的单片机。 2.3.2 8051系列单片机的外部引脚

功能:如图2.3.2所示。

1、芯片主电源引脚: Vcc (第40脚):接电源的+5V 电压,为单片机芯片提供电源。

GND (第20脚):接地。

2、晶振引脚 XTAL1(第19脚):片内振荡电路输入端,它接单片机内部一个反相放大器的输入端该放大器构成片内振荡

器。 XTAL2(第18脚):、片内振荡电路输

出端,它接单片机内部一个反相放大

器的输出端。当采用外部振荡器时,XTAL1接地,XTAL2接外部振荡器信号。

图 2.3.2

3、控制引脚

RESET (第9脚): 复位端 ,需要外接复位电路,有宽度 8 mS 的正脉冲,可使单片机复位。

P1.0 P1.1 P1.2 P1.3 P1.4 P1.5 P1.6 P1.7 P0.0(AD0)

P0.1(AD1) P0.2(AD2)

P0.3(AD3) P0.4(AD4) P0.5(AD5)

P0.6(AD6) P0.7(AD7) P2.7(AD15) P2.6(AD14)

P2.5(AD13) P2.4(AD12) P2.3AD11) P2.1)AD9)

P2.0(AD8) EA/VPP VCC RESET XTAL1 XTAL2 ALE/PROG PSEN

(RXD)P3.0

(TXD)P3.1 GND (T0)P1.4 (INT1) P1.3

(WR)P1.6 (RD)P1.7

1 3

2 4 5 6 7 8

9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 24 22 23 33 32 31 30 28 27 26 25 34 35 36 37 38 39 40 8051 8052 89C52 29 (INT0) P1.2 (T1)P1.5 P2.2(AD10) 微处理器 CPU 并行接口 图2.3.1 8051系列单片机基本内核结构框图 数据存储器RAM

程序存储器ROM 定时/计数器 串行接口 中断系统 P0 P1 P2 P3 RXD TXD TNT0 INT1 时钟电路 特殊功能寄

存器SFR T0 T1

地址范围超出程序存储器,则自动转到片外程序存储器。低点平时,访问片外程序存储器。

PROG /ALE (第30脚): 地址锁存控制端,当访问外部器件时,输出用于锁存地址的低位字节。

PSEN (第29脚):外部片外程序存储器选通端,低电平有效。

4、输入/输出引脚

P0口:P0.0—P0.7(第32-40脚),是8位三态I/O 口,外扩ROM/RAM 时为8位数据和

低8位地址复用口。

P1口:P1.0—P1.7(第1-8脚): 是8位准双向口,其输出没有高阻态,输入不能锁存。 对于8052,P1.0(第1脚)还是T2定时器/计数器的输入,P1.1是T2的外部控制端。

P2口:P2.0—P2.7(第21-28脚):是8位准双向口,外扩ROM/RAM 时为高8位地址输出

口。

P3口:P3.0—P3.7(第10-17脚):也是8位准双向口。并具有特定的第二功能,表2.3.1

所示:

表2.3.1 P3口第二功能表

引 脚 P3口 第 二 功 能

10 P3.0 RxD: 串行口接收数据输入端 11 P3.1 TxD: 串行口发送数据输出端

12 P3.2 INT0: 外部中断申请输入端 0 13 P3.3 INT1: 外部中断申请输入端 1

14 P3.4 T0: 外部计数脉冲输入端 0 15 P3.5 T1: 外部计数脉冲输入端 1

16 P3.6 WR : 写外设控制信号输出端 17

P3.7

RD : 读外设控制信号输出端

2.3.3 8051的存储器

8051存储器的结构特点就是程序存储器与数据存储器分开.各有各的寻址机构和寻址方式.8051单片机在物理上有4个存储空间:片内程序存储器、片外程序存储器、片内数据存储器和片外数据存储器。8051的存储器的组织结构如图2.3.3所示。

8051单片机片内有4KB 的程序存储器,片外可以扩展64KB 的RAM 和ROM 。程序存储器是0FFF

0000

0FFF 0000外部

EA=0

内部 EA=

0000

FFFFH

外部 RO

外部RA

I/O 口地

RA

位寻址区 工作

寄存器

7FH

30H 20H 00H

FFFFH

0000

64

RA

1FH 程序存储

2FH 80H FFH

内部数据存储

特殊功能

FFH

80H 外部数据存储

地址重

图2.3.3 8051的存储器的组织结构图

片外。8052单片机片内有8KB的程序存储器,外部同样可以扩展64KB的ROM。

8051单片机的数据存储器有64KB的寻址区,在地址上和程序存储器重合。8051通过不同的信号线来(或不同的指令)选通ROM或者RAM,如果从外部ROM取指令则选通信号PSEN,如果从外部RAM读写数据,则采用读写信号RD或者WR来选通。因此虽然地址相同,但不会出现读写数据与读程序指令混乱的情况。

8051单片机片内数据程序存储器是256字节(包括特殊功能寄存器),可以分为4各区域。

第一各区域00~01FH,是四组工作寄存器,每组占8个RAM字节,记作R0~R7。在某一时刻单片机只能使用其中的一组工作寄存器。工作寄存器的选择是由程序状态寄存器PSW中的第3位和第4位确定。PSW.3=0,PSW.4=0,指向第0组工作寄存器;PSW.3=1,PSW.4=0,指向第1组工作寄存器;PSW.3=0,PSW.4=1,指向第2组工作寄存器;PSW.3=1,PSW.4=1,指向第3组工作寄存器。

第二区20~2FH,是位寻址区,共16个字节128位。该区可以作为一般的数据RAM区进行读写,还可以对每一位字节的每一位进行操作,并且对这些位都规定了固定的地址。从20H单元的第0位开始到02FH的第7位结束,一共128位,用位地址00H~07FH分别与之对应。对于需要位操作数据,可以存放到这个区。

第三区30~7FH,是一般的数据存储区。共80个字节。

第四区80~0FFH,是专门的特殊功能寄存器区。

8052单片机的片内数据存储器是384字节,比8051多出128字节,多出的字节空间地址也是80H~0FFH,与特殊功能寄存器重叠,在使用时通过指令间接访问加以区别。

2.3.48051的特殊功能寄存器

8051的特殊功能寄存器是用来对片内各功能模块进行管理、控制、监视的控制寄存器或者状态寄存器,是一个特殊功能饿RAM区。8051单片机的特殊功能寄存器一共有21个,如表所示。其中有12个可以位寻址可以使用位功能指令对这12个寄存器的任意一个位进行操作。8052单片机的特殊功能寄存器共26个。

表2.3.2 8051特殊功能寄存器一览表

名称地址说明

ACC EOH 累加器

B FOH 乘法(除法)寄存器

PSW DOH 程序状态寄存器

SP 81H 堆栈指针

DPL 82H 数据存储器指针低8位

DPH 83H 数据存储器指针高8位

IE A8H 中断允许控制器

IP D8H 中断优先控制器

P0 80H P0口锁存器

P1 90H P1口锁存器

P2 A0H P2口锁存器

P3 B0H P3口锁存器

PCON 87H 电源控制及波特率选择

SCON 98H 串行口控制器

SBUF 99H 串行数据缓冲器

TCON 88H 定时/计数器控制寄存器

TMOD 89H 定时/计数器方式控制器

TL0 8AH 定时器0低8位

TL1 8BH 定时器1低8位

TH0 8CH 定时器0高8位

TH1 8DH 定时器1高8位

T2CON * C8H 定时/计数器2控制寄存器

RCAP2L* CAH T2的捕捉寄存器低8位

RCAP2H* CBH T2的捕捉寄存器高8位

TL2* CCH 定时器2低8位

TH2* CDH 定时器2高8位

其中最后底个特殊功能寄存器是8052系列所特有的。

堆栈指针SP是指向在内存中专门留出来的数据存储器区域,即指示堆栈的位置。堆栈遵循先进后出,后进先出的原则。在使用前,要给堆栈指针赋一个初始值,这个初始值就是栈底。当数据存入堆栈后,堆栈指针SP的值就自动加1。当有数据出栈时,堆栈指针SP的值就自动减1。所有的数据都出栈了,堆栈指针就回到了栈底。

程序状态寄存器PSW是用来记录程序各种状态信息的寄存器。PSW寄存器的组成及各位所代表的含义如表2.3.3、表2.3.4所示。

表2.3.3 PSW寄存器

MSB LSB

CY AC F0 RS1 RS0 OV —P

表2.3.4 PSW各位的含义

名称说明

CY 进位标志

AC 辅助进位标志(用于BCD码操作)

F0 0标志

RS1 工作寄存器组选择控制位

RS0

OV 溢出标志位

累加器ACC是用于存放参加运算的操作数和运算结果,在指令系统中用A表示累加器。

B寄存器专门用于存放乘法、除法运算中的操作数和运算结果,也可以用于存放中间结果。

数据指针DPTR由低8位DPL和高8位DPH两个寄存器组成,DPTR是一个16位的寄存器,可存放一个16位的地址值。

串行数据缓冲器SBUF用于串行通信中的的发送和接收,实际上在SBUF中有两个独立的寄存器,发送缓冲器和接收缓冲器。当数椐被写入SBUF时,就被送到发送缓冲器中准备发送:当从SBUF中读出数据时,数据从接受缓冲器中取走。

T2的捕捉寄存器是由8位寄存器RCAP2H和RDAP2L组成,用于定时器2的捕捉工作模式。当8052单片机的外部输入端T2EX发生负跳变时,就将TH2和TL2的内容锁存入RCAP2H和RCAP2L中。

2.3.5 8051的输入和输出端口

8051单片机中有4个双向8位I/O口,其中P0为三态双向口,P1、P2、P3为准双向口。它们的结构如图2.3.4所示。每个口都由锁存器、输出驱动器、输入缓冲器组成,其中锁存器由D触发器组成,当执行写I/O口操作时,CPU通过内部总线把数据写入锁存器。当执行读操作时,分为读锁存器信号和读引脚两种方式,即有些I/O指令可以读取锁存器内容,而另外一些指令则时读取引脚上的信息,两者不尽相同。

CPU 与外部设备交换信息时,都是通过I/O 口锁存器进行的。4个I/O 口都可以用作输入/输出口。其中P0、P2口通常用于对外部存储器的访问,P0作为地址/数据复用口,分时输出外部存储器的低8位地址(A0~A7)和传送8位数据(D0~D7);P2口作为地址总线口使用,输出高8位地址(A8~A15)。P0、P2口在对外部存储器进行读/写时要进行地址/数据切换,所以P0、P2口的结构中都设有多路转换器,用来切换地址/数据线,其其切换操作是由内部控制信号控制。如图2.3.4(a )和(c )所示。P1是专门供用户使用的I/O 口,P3口即可以作普通的I/O 口使用,又可以作为特殊功能口使用(第二功能)。

P0口是8位漏极开路型三态双向口,其结构如图2.3.4(a )所示。P0口与其它I/O 口不同,内部没有上拉电阻,图中驱动器上方的场效应管仅在对外部存储器的读/写时,作地址/数据线用。在其它情况下,此场效应管被开路。如果再给锁存器置为“1”态时,两个场效应管均关断,使引脚处于“悬浮”状态,即高阻态,此时可作为高阻抗输入端。由于内部没有上拉电阻, P0口作为普通的I/O 口使用时,需要加上拉电阻。

P1、P2、P3口内部均有固定的上拉电阻,故借为准双向口,如图2.3.4(b )、(c )、(d )所示。当它们用作输入方式时,各口对应的锁存器必须置为“1”状态,由此关断输出驱动器(场效应管)。这时P1、P2、P3口相应引脚内部的上拉电阻可将电平拉为高电平,然后进行输入操作。

P3口作为第一功能使用时,第二功能输出线应为高电平,如图2.3.4(d )所示,这时与非门的输出取决于口锁存器状态,在此情况下,P3口的结构与操作与P1口相同。P3口作为第二功能使用时,相应的口锁存器必须为1状态,此时,与非门的输出状态由第二功能输出线的状态确定,反映了第二功能输出电平状态。P3口的第二功能有P3.0和P3.1构成全双工串行口,P3.2和P3.3是外部中断输入端,P3.4和P3.5是定时/计数器T0、T1的输入端,P3.6和P3.7分别是外部存储器的读、写控制信号端。

(a )P0口的结构图

D Q Q

锁存器

读锁存器

读引脚

地址/数据 控制

VCC

GND

内部总线 写锁存器

引脚

D Q Q

锁存器

读锁存器

内部总线 GND

引脚

写锁存器

读引脚

(b )P1口的结构图

VCC D Q Q

锁存器

读锁存器

读引脚

地址

控制

VCC

GND

内部总线 写锁存器

引脚

内部上 拉电阻

内部上 拉电阻

D Q Q

锁存器

读锁存器

读引脚

内部总线 写锁存器

VCC

引脚

内部上 拉电阻 GND

第二功能输入 第二功能输出

(C )P2口的结构图

(d )P3口的结构图

2.3.6 8051 复位电路

8051系列单片机在启动都需要复位,使CPU 及系统部件处于确定的初始状态,并从初始状态开始工作。8051单片机的复位信号从RST 引脚接入到芯片的施密特触发器中。当单片机系统处于正常工作状态,且振荡器稳定后,在每个机器周期都要对RST 引脚的状态进行采样,如RST 引脚上有一个维持2个机器周期(或者更大)的高电平,CPU 就可以响应,ALE 和P SEN 引脚的状态。

1、复位电路

上电复位:上电复位电路是一种简单的复位电路,只要在RST 复位引脚接一个电容到Vcc ,接一个电阻到地就可以了。上电复位是指在给系统上电时,复位电路通过电容加到RST 复位引脚的一个短暂的高点平信号,这个复位信号随着Vcc 对电容的充电过程而回落,所以RST 复位引脚的高电平维持时间取决于电容的充电时间。为了保证系统安全可靠的复位,RST 引脚的高电平信号必须维持足够长的时间。上电复位电路如图2.3.5(a )所示。

手动复位:手动复位需要人为在复位输入端加高电平让系统复位。一般采用的方法是在RST 端和正电源Vcc 之间接一个按键,当按下按键后,Vcc 和RST 端接通,RST 引脚处在高电平,而且按键动作一般是数十毫秒,大于两个机器周期的时间,能够安全的让系统复位。手动复位电路如图2.3.5(b )所示。

2)、复位后寄存器状态

单片机系统复位后,P0到P3口输出高电平,准双向口处于输入状态,堆栈指针SP 写入07H ,程序计数器清零,SBUF 数值不定,其余的寄存器清零,片内和片外RAM 的状态不受复位影响。系统复位寄存器状态如表2.3.5所示。

表2.3.5 单片机特殊功能寄存器的复位状态 专用寄存器 复位值 专用寄存器 复位值 PC 0000H TMOD

00H

Acc 00H T2MOD(8052系列) XXXXXX00B B 00H TCON

00H PSW 00H T2CON(8052系列) 00H SP 07H TH0 00H DPTR 0000H TL0 00H P0 0FFH TH1 00H P1 0FFH TL1

00H P2 0FFH TH2(8052系列) 00H 10uF

Vcc

10K

Vcc

RST

GND (a )上电复位

10uF

10K

Vcc

RST

GND

(b )手动&上电复位

1K

10uF

Vcc

图2.3.5 复位电路

IP(8051系列) XXXX0000B RCAP2H(8052系列) 00H IP(8052系列) XX000000B RCAP2L(8052系列) 00H IE(8051系列) 0XX00000H SCON 00H IE(8052系列) 0X000000H PCON 0XXX000B SBUF

不定

其中,“X 表示不定。” 2.3.7 8051的时钟电路

8051系列单片机的内部有一个由单极反相放大器构成的时钟振荡器,引脚XTAL1是反相放大器的输入,XTAL2是输出。振荡器分为内部振荡器和外部振荡器两种。内部振荡器电路如 图2.3.6(a )所示。在XTAL1和XTAL2之间外接一个石英晶体或陶瓷振荡器,并在引脚上并接两只小电容。小电容的大小会影响振荡器的稳定性,起振快慢,

振荡器频率。一般来说,电容取

5pF~60Pf 。晶体的频率范围是

1.2MHz~24MHz 。当使用石英晶体时,电容植取30pF 左右。内部振荡器电路简单,成本低,可靠性高。

外部振荡器电路如图2.3.6(b )所示。

§3 基于89C52的单片机学习、实验开发装置

3.1 电路的组成结构,如图3.1-1所示

1、 基本系统:是由STC89C52(8051系列)单片机芯片、晶振电路、复位电路、键盘/显示(数码

管/液晶屏)电路、片外存储器电路、蜂鸣器电路以及稳压电源电路组成的一个最基本的单片机系统。

2、 模/数和数/模转换电路:由一片具有ADC 和DAC 转换器的集成电路芯片(PCF8591)构成。模/

数转换电路是一个4路输入,分辨率为8位的转换器。数/模转换电路是一个1路输出,分辨率也为8位的转换器。

3、 通信、编程下载及仿真电路:由RS-232串口通信电路、USB 转串口通信电路、485总线转串口

电路组成。RS-232串口通信电路、USB 转串口通信电路可实现编程下载(对STC89C52)或仿真调试(用STC89C516)。

4、 数据输入/输出接口与扩展总线接口:有单总线输入输出接口(用于接入18B20数字温度传感器

等单总线器件或设备)、模拟信号输入输出接口、8位带方向控制的I/O 接口、8位可锁存的数据或控制信号输出口、10位双向I/O 接口和34线并行总线扩展接口。

5、电源及通信电缆:外接直流电源线(接+8~12V 直流电源)、USB 电缆线做通信用、RS-232串口

通信电缆线(选配)。

XTAL1 XTAL2 GND C1 C2

8051 8052 XTAL1 XTAL2 GND 8051 8052

悬空

外部时钟信号 (a )内部振荡器电路 (b )外部振荡器电路

图2.3.6 8051的时钟电路

3.2 电路特点:

1、单片机学习、实验、开发装置的功能丰富,具有很强扩展能力。 ⑴、供电方式,开发装置所需要的+5V 电源,通过外接电源变换器输出的10V 左右的直流电压,经降压和获得。

⑵、提供了三种通信方式,配有RS-232串口通信接口电路,可实现与PC 机的数据交换,也可直接接入带有RS-232接口的外部扩展设备;针对笔记本无RS-232接口的问题,专门设计了USB 转串口电路,实现了本装置直接通过USB 口与笔记本的通信;还备有RS-485通信总线功能,可实现远距离的数据通信。

⑶、无需配备专用的编程器和仿真器,就能通过PC 机的串口或USB 口,进行应用程序的编程下载或在线仿真调试; ⑷、配有模/数和数/模转换电路和接口,可进行外部模拟信号的采集与处理和对外接设备直接进行电压或电流方式的控制。 ⑸、具有两种显示方式,即数码管显示和液晶屏显示。其中液晶显示方式可接西文显示屏(1602),也可接汉字显示屏(12864)实现汉字显示。本装置配置了一个2×8的16位键盘,已可满足一般键盘输入的需要。但是,如果有特殊需要,也可将键盘扩展至最多的64位(只需在电路板上引出几根线就可进行扩展)。

⑹、具有很强的外部扩展功能。本装置设置了5个用于扩展的接口插座,可适应不同情况的扩展需求。①并行总线扩展接口,此接口提供了8位数字总线、16位的地址总线、外部片外程序存储器选通线和读、写控制线,可方便地扩展具有并行总线的器件或设备。该接口还提供了3个I/O 端口,其中P1.2和P1.3在本系统中,作为IIC 总线使用(24C02存储器以及8591A/D 、D/A 转换器,均挂在上面),用户可直接用这两端口,扩展IIC 总线设备或器件。两个双功能端口,其中一个是中断输入端口,一个是定时/计数器的输入/输出端口。②单总线扩展接口,为方便地接入单总线器件或设备(如单总线数字温度传感器18B20)专设的扩展接口,可进行单总线扩展。③带有使能(可根据具体情况打开和关闭本接口)和方向(输入或输出)控制的、具有一定驱动能力的8位I/O 接口,此接口即可实现对外部开关信号(或数据信号)的采集,也可对外部设备进行驱动控制。④具有信号锁存功能的扩展接口(8位信号输出口),可在锁存稳压 电路

存储器

复位电路

蜂鸣器

34线并行总线扩展接口

振荡

晶体 89S52 单片机

PC 机232 通信接口

外接电源变换器 图3.1-1 89C52单片机学习、实验、开发装置电路原理框图

USB 转串 口电路 PC 机USB 接口 串口电平变换电路 485通 信接口 液晶显示 16位键盘 数码管显示

8位带方向控制I/O 口 +5V 电源 输 出 模拟信号 输入/出口 8位带锁存的输出口 10位双向I/O 口

A/D 、D/A 转换电路 一线接口

485通 信总线

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