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
5 [1 F  X! `. Z3 l' n8 I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．+
4 T, W: b& Q6 ^3 O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
8 ~: }- o. T+ ^+ f; B0 Y6 s* K机应用等电子信息类专业的重要课程，单片机
$ |1 K: ]# v8 d, e% k! S5 o; E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
学习的兴趣不高，没有培养良好的学习习惯。
" _# W# p( j5 b# x9 f1 S但是他们普遍的形象思维能力高于抽象思维
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
# A) z( \1 i7 n' z, K6 \0 J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
- D5 k$ V. I! J教学实验板，将其用于课堂的项目驱动型案例
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
6 l/ ?1 {4 ~  M很好的作用。
2设计思想
/ e9 z" t% n8 G' w; T( L单片机是一门实践性很强的课程，很多同
& K5 J# t: ^' I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
- v/ x! x$ [4 I% g模式设计，与单片机SOC(system On chip)片
& ?' f2 E3 O1 I+ m: @* j上系统发展方向相违背。功能虽多．但成本
高，体积大，且只能在实验室进行实验，不能
! t& h( Y5 M. Z# ~1 [带回宿舍调试，因而不适合用于学生的课外工
6 i( }- S) w# T+ W- a+ U2 Y程设计训练．
3 [- F) S; J5 \' S' S我们设计的这款实验板最大限度利用单
  L- p3 e) A$ D片机的硬件资源．考虑多功能、多用途，高
( A9 U8 [9 E. q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．
3硬件设计
3 D% t3 I! K, P& N) m: N3．1硬件结构设计
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
3 N1 Z' z3 [" S* s5 y(矩阵键盘LED＆LCD)、温度传感器、12C
% F, A% I# \9 hEPROM、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
  ]4 d; _# I' i9 P如图2所示．
3．2单片机
本实验板选用具有l S P功能的
Atmel89s51／52的单片机。提供ISP接口，ISP
) e' M; m5 ], d  H接口的原理图如图3所示。该接口使用户利
' _) ?( u( e9 P用PC机并口，使用Easy 51Pro v2．0软件直
' ?* n4 `0 Q9 b' A接将用户程序下载到单片机中，而不需要任何
- M$ \% _" f. N4 s% j! N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
实验板提供用户程序对外通讯通过标准
  R4 F2 A; `, m# @  S/ S# v的串行接口或红外线收发器两种途径进行。
/ E0 u& y7 \$ ^$ L4 Y  V! u7 S7 M3 G" K两者公用单片机的RXD、TXD引脚。串口
$ n0 O9 Q; f8 ^4 r$ V电平转换采用MAX232芯片，红外线接收使
7 l) F0 `2 W% z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
, q3 Q) H2 {& n% C画出)．
3．4人机交互设备
$ Q8 y, I: `9 n7 f" ]/ }3 M+ p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
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
6 U! W; l# g+ j7 |(由INTO驱动)及16键行列键盘实现人机交
互。蜂鸣器为乐曲播放提供支持，动态显示的
LED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
2 i& q  e9 j- O- HLCD模块解决信息输出及人钆交互．
3．5温度传感器
+ `- s) X( g$ F4 G3 w& U采用l—w r i e数字温度传感器
/ K0 @$ v& k5 S: ?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．
  g+ c; t3 F& D4 F, Y5 Y1 V: t: Z3．6 DAC转换电路
+ Q- U8 n& \  S5 V# ]实验板提供DAC0832转换器通过LF353
7 k' X& o0 S( Q+ F- ^$ }使其工作在单极性单缓冲方式．
3．7 12C器件
实验板使用了多片12C器件，其中串行
7 N* K) L1 E4 U+ ]1 W$ B; YE2PROM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
  c: ^5 z" s1 T9 l报警、低压监视功能的PCF8563，A／D转换
2 X* p2 [8 K6 {7 r) Y, X% f8 O器使用德州仪器公司(TI)推出的TLC549，该
+ \3 q! c: @. A9 Z! u5 ]芯片有一个模拟输入端口．
, s- w  c/ F' Z4应用项目开发
: Q) e1 D3 L! i) {. N本实验板硬件资源丰富，可支持多种基础
. W$ M, t& i9 l% ]+ _/ b性、综合型实验。使用该实验板可进行一些
* B- Y3 E, f& s$ c" }典型的实验有：流水灯．交通灯、单片机会
唱歌、电子琴、电子钟．倒计时．抢答
# h4 F8 j: m- T; z' m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
PROTEUS(英国Lab Center Electronics公
/ y5 S6 I6 b* k' J/ C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
! U- N" D& o, ^, b8 V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
( s' c5 P0 }/ ?1 ]$ l用汇编语言和C51写的几个演示程序(包括流
+ u6 q( X; C+ @, u) x! [水灯、倒计时，测温、12C EPROM2402
& Y! l* Q: q" ~4 N, _读写、LCDl602样测、实时时钟8583的读
写、键盘实验，动态数码管显示、串行通
7 |; g+ [( }) ]1 m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

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