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
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
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．

1引言
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
( r+ {, }' y" P: d5 l3 W: F: R原理及接口技术普遍在高职院校开设，鉴于课
3 K: y/ W0 d1 L+ Y" z& X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
( M4 G( v( |- F( L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
$ w& @! i  C& W4 l$ B+ K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
8 f- T5 R3 s% q$ k9 y! M9 M3 A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
  z; G4 F  X. j( ?# f- `教学实验板，将其用于课堂的项目驱动型案例
- }5 L' I4 q( n2 {- ~教学、课程设计、各类电子竞赛训练以及就
5 H; l, D! N; H* t4 d, ^7 \( L) u/ E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
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
* W* K: |8 P5 E7 W: ]6 C( w用的单片机实验箱(如伟福lab6000、艾迪克实
/ C6 {. C: X0 l$ {9 H8 N( i验仿真系统AEDK-T598)很多采用并行扩展
' _& U9 {) X' k: ]( l/ A7 L( t4 j: U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
+ z; `- ?, ?2 @" D5 J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
程设计训练．
我们设计的这款实验板最大限度利用单
+ E) v. }8 o2 u7 v$ H片机的硬件资源．考虑多功能、多用途，高
4 |- ^6 R7 ^6 {6 n可靠性及可扩展性，具有较高的性价比．在
项目驱动，案例教学中快速提高了同学的应
用设计、及软硬件调试能力．
! a: X8 f( f3 Z2 |% M3硬件设计
3．1硬件结构设计
: m0 v8 g* g8 l( U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
1 K% i& _& `7 B(矩阵键盘LED＆LCD)、温度传感器、12C
EPROM、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
6 w, g  g; [0 K如图2所示．
3．2单片机
本实验板选用具有l S P功能的
, ]" b( q$ R" O, SAtmel89s51／52的单片机。提供ISP接口，ISP
接口的原理图如图3所示。该接口使用户利
+ {& |& J6 }2 q5 k$ q用PC机并口，使用Easy 51Pro v2．0软件直
" }; [3 S' R- E  \1 s5 S4 Y" l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
. i6 O$ w4 {3 ]1 R7 J" I$ ~到实验结果．
3．3通讯接口
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
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
" O. q( i7 z. l# Y0 O; ~2 I的38Khz载渡由单片机一口线提供(原理图未
画出)．
3．4人机交互设备
由6位共阳极LED数码管显示器，1602
型LCD字符显示器，金鹏电子有限公司出品
8 ~5 c9 W. {+ x) J. d. r( ?的OCMJ'4X8C(128*64)中文显示模块、8只
8 u' l" n9 c7 J) X/ ^LED发光管(由PI口驱动)，一个无源蜂鸣器
(由INTO驱动)及16键行列键盘实现人机交
+ g- ~$ i# e7 |% v/ S" d互。蜂鸣器为乐曲播放提供支持，动态显示的
& A9 G4 L3 W  g! T0 LLED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
7 P! V4 S2 q, {% r( ^! ~0 eLCD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
* A4 A  e! ~( b" yDSl8820，一lO℃-+85℃范围内精度可达士
5 W  ~' @) o4 O0 ]O．5℃，分辨率9。12位可通过程序可调，为温
: w7 j+ w; ~; R4 C( D度测控系统提供支持．
3．6 DAC转换电路
实验板提供DAC0832转换器通过LF353
  {( O5 X* f  U# X使其工作在单极性单缓冲方式．
3．7 12C器件
$ b* G5 N6 Z8 n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
* [: U2 s, x: J8 h1 v器使用德州仪器公司(TI)推出的TLC549，该
4 T8 C) E& ^2 b' M4 t芯片有一个模拟输入端口．
4应用项目开发
1 ]& W1 v: r4 x! S& D5 ?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
3 E( `$ _; I2 A  u4 _5 [2 ~典型的实验有：流水灯．交通灯、单片机会
; Q0 j- E3 R- s* J: D$ e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
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
外遥控器．数据记录仪、温度测控仪等．
在课程学习期间，同学们大多喜欢使用
8 b' \  R6 `* C& A9 cPROTEUS(英国Lab Center Electronics公
" I9 v6 D" _, H$ y司开发的EDA工具软件)软件来画电路图，在
keilC51或wave平台下编制程序，再在pr0一
teus下加载运行，验证软件的正确性。实训
) i; \1 j# n4 i+ f' K( K8 x器件，我们把实验板的PCB光板发给学生，
( h  I, \! K9 B5 M2’3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
读写、LCDl602样测、实时时钟8583的读
/ {. s* U( E( E8 U, [写、键盘实验，动态数码管显示、串行通
$ S3 g! ^" f. n7 w# B4 n+ R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
感兴趣的题目。网上的参考设计资料很多。
不反对学生引用．但要求注明出处，理解原

9 e; H; r, @0 @% n4 P

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