在线编程的单片机教学实验板设计

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l摘要l针对目前职业院校学生单片机设计训练不足．应用能力底下的现状．设计了一种支持在线调试与量程的教学实验板。蕾板
; |/ Q: r' b' q3 B8 W' a8 f6 ~以ATI-IEL89S51为植心．最大程度利用其片上首潭．井在外圈配1了LED数码管，字符型／节字库型LCD点阵王示器．行列式键盘．+
行A／D．D／A转挟器、数字温度传意嚣．1‘外线收发暑夏多种12c嚣件，具有体积小，成本低．可扩展和嘎目(任务)疆动训练．可使学
" t/ G3 x& W" \: c. \' j, M* T生的应用谩计能力得到有鼓的提高。文章吴体阐述了实验板的总体设计忑想．硬件实现与实际应用．

$ [. v" |9 f& Y& D9 M3 Q8 I7 [8 y1引言
1 m* {4 [( R5 c  E6 n% y作为电子、电气、机电一体化、计算
机应用等电子信息类专业的重要课程，单片机
$ i. l( M2 {; `& `& F原理及接口技术普遍在高职院校开设，鉴于课
程本身的综合性、应用性特点，以及高职学
生大部分是应试教育的失败者，他们对于理论
' c' {# {2 b5 o  B学习的兴趣不高，没有培养良好的学习习惯。
但是他们普遍的形象思维能力高于抽象思维
' y- O' }: R/ n; O8 R能力．单靠原理学习．实验箱验证性实验和简
单的课程设计是不够的，必须加强课外实践洲
* _  d* a- I& ~( L% B( C7 _. ~* y5 o练，把实践训练搬到学生宿舍．为此我们设
计一套支持在线编程、成本百余元的单片机
教学实验板，将其用于课堂的项目驱动型案例
, q4 w7 p9 u/ C# R5 H5 F$ o' h4 y9 I5 X教学、课程设计、各类电子竞赛训练以及就
业应聘时的代表作展示，对同学快速有效地掌
握单片机系统设计，组装，调试技术起到了
很好的作用。
2设计思想
* J& |, {4 m. @$ X! Q+ w7 F单片机是一门实践性很强的课程，很多同
学想在课外深入学习单片机的调试和开发。却
找不到一种适合他们的实验目标机。教学使
用的单片机实验箱(如伟福lab6000、艾迪克实
验仿真系统AEDK-T598)很多采用并行扩展
模式设计，与单片机SOC(system On chip)片
上系统发展方向相违背。功能虽多．但成本
3 j0 D8 R3 N1 Z4 m高，体积大，且只能在实验室进行实验，不能
带回宿舍调试，因而不适合用于学生的课外工
% c! w* H) N( W2 j程设计训练．
3 z5 E9 R! J& \$ q4 T+ w, O- C& B/ z我们设计的这款实验板最大限度利用单
片机的硬件资源．考虑多功能、多用途，高
1 E( n% {: j, E5 w可靠性及可扩展性，具有较高的性价比．在
9 ~5 v' K/ {9 N项目驱动，案例教学中快速提高了同学的应
( }  h' _; _2 A, s5 r7 i% I0 {用设计、及软硬件调试能力．
3硬件设计
' `  D8 V/ n- ]3 d+ E2 f7 |# `3．1硬件结构设计
+ |; [$ r3 }0 G$ u& a实验板的选用硬件系统选用atmel89S51
或SST 51单片机、通讯接I：l、人机交互设备
0 D, b+ s, R! s! ^(矩阵键盘LED＆LCD)、温度传感器、12C
5 }& Z. p% v7 d1 n  L* s. p2 J0 T5 sEPROM、实时时钟芯片、串行ADC和DAC
等郎分组成，其结构图如图l所示。电路原理
! Y! ^# q, `8 G如图2所示．
( Y* a4 p4 {+ s3．2单片机
本实验板选用具有l S P功能的
/ J( c  Z6 q! }  s1 f; y8 R& d6 JAtmel89s51／52的单片机。提供ISP接口，ISP
; N- j5 P3 W1 ]. k+ B0 l接口的原理图如图3所示。该接口使用户利
用PC机并口，使用Easy 51Pro v2．0软件直
接将用户程序下载到单片机中，而不需要任何
编程工具，实现编程，程序下载．一步到位得
到实验结果．
3．3通讯接口
5 S$ U+ c3 O2 p/ U. x9 z: [, x实验板提供用户程序对外通讯通过标准
的串行接口或红外线收发器两种途径进行。
两者公用单片机的RXD、TXD引脚。串口
! t! z" z/ J2 z) U- f7 e& S4 e电平转换采用MAX232芯片，红外线接收使
用SFH5 l 10一体化接收器，红外发射器使用
的38Khz载渡由单片机一口线提供(原理图未
画出)．
. M- f( G! t) O8 B: ~3．4人机交互设备
' \3 T" t5 O& a9 c由6位共阳极LED数码管显示器，1602
$ A" @5 Y- v! q0 p/ I; W型LCD字符显示器，金鹏电子有限公司出品
1 o! T1 P4 z. q/ ?的OCMJ'4X8C(128*64)中文显示模块、8只
LED发光管(由PI口驱动)，一个无源蜂鸣器
1 H7 u; C) g" F; X$ q) ]5 t' v( C6 O, m(由INTO驱动)及16键行列键盘实现人机交
0 T9 V! [# `7 y* n3 |8 i3 b互。蜂鸣器为乐曲播放提供支持，动态显示的
1 Y4 ]3 Q- R  g2 F9 iLED数码管节省了口线，16个按键可满足应
用系统需求，支持字符型LCD或带字库中文
LCD模块解决信息输出及人钆交互．
3．5温度传感器
采用l—w r i e数字温度传感器
DSl8820，一lO℃-+85℃范围内精度可达士
O．5℃，分辨率9。12位可通过程序可调，为温
度测控系统提供支持．
! j6 a/ J, O4 Y3．6 DAC转换电路
. x# g( F1 ^+ V1 N0 u( u' J实验板提供DAC0832转换器通过LF353
使其工作在单极性单缓冲方式．
( B7 p. G0 O& s% B( H$ ]" N3 d3．7 12C器件
实验板使用了多片12C器件，其中串行
E2PROM采用2KB容量24C02器件，实时时
钟采用具有可编程频率输出、定时器、闹钟
报警、低压监视功能的PCF8563，A／D转换
% `* W. m' ?, j器使用德州仪器公司(TI)推出的TLC549，该
0 W# m  m/ X# r: x1 ]3 L芯片有一个模拟输入端口．
4应用项目开发
本实验板硬件资源丰富，可支持多种基础
性、综合型实验。使用该实验板可进行一些
7 \4 I* m$ K* O4 ~3 Z" e, `典型的实验有：流水灯．交通灯、单片机会
4 i7 n+ J+ z5 N& q7 I' [唱歌、电子琴、电子钟．倒计时．抢答
器、计数器，频率计等。加上其他一些不
) [: a% R( G8 C同组件，又能设计出很多使用的项目．如
PWM调速，数字电压表、数据采集、红
- Z* t. I  T- _外遥控器．数据记录仪、温度测控仪等．
, R" o1 z' m% y4 ]; k在课程学习期间，同学们大多喜欢使用
PROTEUS(英国Lab Center Electronics公
! {- _! w# Z; O, a% r2 n9 A司开发的EDA工具软件)软件来画电路图，在
0 O8 z7 `( a8 x7 P  x0 B. okeilC51或wave平台下编制程序，再在pr0一
: B& y1 f" q! B& r: D* S% eteus下加载运行，验证软件的正确性。实训
器件，我们把实验板的PCB光板发给学生，
2’3人一组对照原理图安装调试，再提供几个
用汇编语言和C51写的几个演示程序(包括流
水灯、倒计时，测温、12C EPROM2402
/ `( E; Q  `5 i4 W6 g" B读写、LCDl602样测、实时时钟8583的读
8 b* g$ w: B! }0 k( v写、键盘实验，动态数码管显示、串行通
讯，红外线解码)．让同学利用演示程序熟悉
C5l的主要语法和编程风格，然后设计出自己
8 a4 Z# S  |" X感兴趣的题目。网上的参考设计资料很多。
8 s+ U% n5 F, L* k0 ]不反对学生引用．但要求注明出处，理解原
) {2 o. \: w- n" w# v$ O5 E) J
2 C' `3 [( X* P, f- w

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