1 绪 论
1.1单片机的发展历程
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。
1.2 单片机现在的应用状况
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。
1.3制作单片机开发板的目的和意义
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名经济的各个领域。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不仅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了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了我们学习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。
1.4 课题研究的内容
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52系列的单片机，C52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S51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。S51单片机除兼容C51单片机外，还具有工作频率0至33MHz的高工作频率；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S51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。
2 硬件电路设计
本章的硬件电路设计是制作单片机开发板的重点，同时也是难点。在设计的硬件电路中是这次设计开发板的重要组成部分，硬件电路设计的思路将决定了整个开发板的性能和功能，一个好的开发板不仅要求电路足够简单，电路元器件足够少的情况下还能够让开发板能够正常的工作并且不影响到要实现的功能模块，因此这一章节决定了整个开发板能否设计成功的关键环节，在这一章中详细的介绍了硬件电路功能模块的设计基本方法和设计原理，在本章节的学习中我们不仅明白了各种芯片能实现的功能以及各个芯片管脚使用方法，而且还详细的介绍了电路中各种元器件的使用的理论基础。在本章的学习中让我们更加的深入的掌握了模拟电路和数字电路的知识，更加深入的了解单片机外部接口扩展的知识，同时掌握了各种芯片手册的认识方法，具体的模块设计方法将在本章以下各个小节作具体的介绍。
2.1硬件电路设计图框
在这次开发板设计的思想理念是体积小，设计的电路简单易懂，开发板的功能足够强大，性能足够稳定等特点，在开发板设计了的功能有控制系统、显示功能、通信功能、数码转换功能、发音警报功能以及液晶显示功能、带有遥控技术的红外发送和接收功能、弱电控制强电的功能、显示日期的实时时钟等功能。有了这些功能使得单片机的功能更加强大，大大的提高了单片机的利用率，使得使用者能够利用者开发板研究或者学习更多的知识，做更多的实验。总系统控制总体硬件结构主要包括：C51单片机主控制器模块、A/D电路模块、串口通信模块、实时时钟模块、温度传感模块、I2C总线模块、数码管显示模块、1602模块、12864显示模块、8x8点阵显示模块、流水灯显示模块、蜂鸣器模块、继电器模块、红外接收和发射模块、扩展接口模块、电源供电模块、USB串口通信模块【5】，硬件总电路图设计图框如图2-1所示：
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