“学、做”一体单片机实验系统的设计浅析
　　由于单片机具有体积小、功能强、功耗低、易扩展等特点，所以被广泛应用于生产生活的各个领域。单片机技术发展日新月异，很多大中专院校电子信息类专业普遍开设了单片机相关课程。单片机是一门实践性很强的课程，只有在了解单片机硬件结构的基础上才能真正理解其工作原理，编写出相应程序，让单片机灵动起来。在老师的指导下由学生自行设计制作一块单片机实验板，通过画图、制板、选元件、焊接、编程、调试、写入芯片等工作，可以全面了解单片机的开发过程，进而掌握单片机技术。经过几年的教学实践，证明&学、做&一体是学习单片机的有效途径。
　　1 实验系统的总体设计
　　虽然单片机的种类繁多，但是学习单片机技术一般还是从MCS-51 单片机入手，考虑到学生的经济承受能力，设计的单片机实验系统应满足价格低廉、元件易买、易学易用、可灵活搭配且具有ISP 在系统编程功能，故选用了ATMEL 公司的AT89S52 作为实验板的MCU。利用单片机的在系统可编程(ISP)功能，在软件仿真正确的前提下，直接对目标单片机进行在系统编程。一来可以省去编程器、仿真器，降低实验成本;二来可以避免因频繁拔插单片机芯片而造成的损坏;三来还可以提高实验效率，把程序下载到目标板芯片，实时运行立马观察到运行效果，直观、快捷、高效。设计的实验系统首先可以满足单片机基本实验的要求，比如：流水灯实验、数码管实验、液晶显示实验、中断实验、蜂鸣器奏乐、串行通信实验等。同时还为今后在此实验平台上进一步开发新的综合性实验项目提供技术支持。所以设计的实验系统应具有良好的扩展性和兼容性，采用模块化设计，把不同功能的电路单独组成一个模块，使用时可根据需要灵活搭配，组成不同的实验系统，完成相关的实验项目。
　　1.1 实验系统的功能模块
　　单片机实验系统由电源模块(包括5V 电源和USB 接口供电)、单片机最小系统模块、8 位LED 灯模块、8 位数码管显示模块、ISP 下载模块(包括ISP 下载线接口和USB-ISP 下载)、I/O 口扩展模块、LCD液晶显示模块、键盘模块(包括矩阵键盘和独立按键)、RS232 串行通信模块、继电器模块、蜂鸣器模块、步进电机模块、红外接收模块、A/D转换模块、D/A 转换模块、DS18B20 温度传感器模块、DS1302 时钟模块和I2C 模块等组成。实验系统的功能框图如图1 所示，具体制作时可根据实际需要灵活增减。
　　1.2 实验系统的功能特点
　　(1)5V 电源除了可从USB 接口直接取电之外， 还另增加了一个电源接口，可由其它外接电源供电，方便使用并满足功能模块扩展之后的用电需求。
　　(2)ISP 下载电路设计了USB-ISP 下载电路和一个ISP 下载线接口， 可以直接利用板载USB-ISP 进行下载， 也可以利用自制的其它ISP 下载线下载。
　　(3)单片机芯片安装在DIP-40 紧锁座上，方便插拔，可把实验系统当编程器使用，为其它单片机芯片提供程序下载服务。
　　(4)把单片机的引脚用扩展槽全部引出，除了可进行I/O 口扩展，方便外接其它实验模块进行相关实验， 增强了实验系统的功能之外，当把单片机芯片更换为SST89E564RD 之后，配合PC 机上的Keil C51&Vision3 集成开发环境，又可把实验系统当成仿真器使用，对其它目标板进行仿真。
　　(5)实验系统上的RS-232 串口通信接口可实现单片机之间或单片机与PC 机之间的通信。
　　(6) 实验系统上设置了1602 和12864 两种LCD 液晶显示器接口，既可做字符和汉字显示实验，又方便拆卸供其他地方使用。
　　2 实验系统的硬件设计
　　首先根据实验系统的功能框图，利用Altium Designer 软件画出整个实验系统的电路原理图，并画出PCB 板图，也可以按不同的实验模块单独画电路原理图和PCB 板图。这部分工作可以锻炼和提高学生的电路图绘制能力和布线能力。
　　2.1 实验系统总体设计原理图
　　实验系统总体设计原理。
　　2.2 实验系统主要电路模块的设计
　　2.2.1 单片机模块
　　单片机模块是实验系统的核心部分， 单片机芯片采用DIP-40 紧锁座安装，便于插拔。同时利用扩展槽把40 个引脚全部引出，进行I/O口扩展，便于外接其它功能模块，进行二次开发。。
　　2.2.2 串行通信电路
　　AT89S52 单片机有一个全双工的串行通信口， 所以单片机与PC机之间可以很方便地进行串行通信，但由于两者的电平不同，所以要有一个电平转换电路。这里用MAX232 进行电平转换，采用三线制连接串口，也就是和PC 机的9 针串口只连接其中的3 根线，实验板上采用DB9 母口插座。
　　2.2.3 4&4 矩阵键盘电路
　　矩阵键盘又叫行列式键盘，就是利用I/O 口线组成行、列结构，按键设置在行列的交汇点上。本实验系统采用4&4 矩阵键盘形式，其中P2 口的P2.0- P2.3 作为行线，P2.4-P2.7 为列线。
　　2.2.4 基于SPI 总线的时钟电路
　　DS1302 采用简单的三线SPI 与CPU 进行同步通信， 只需要单片机的三个I/O 口线即可。本实验系统选用P1.3 作同步串行时钟信号端，P1.6 作数据输入输出端，P1.5 作复位端。晶振选用典型值32.768KHz，没有备用电源。
　　2.2.5 LED 灯和数码管显示电路
　　显示模块有LED 灯显示模块和数码管显示模块两种。LED 灯显示模块由8 个发光二极管组成，通过上拉电阻连接在P0 口。数码管是单片机控制系统中最常见的显示器件之一，一般用来显示处理结果或输入输出信号的状态。本实验系统采用2 个四位一体的共阳极数码管，采用动态显示方式，并通过2 个74LS373 进行控制。其中U2 控制段，U3 控制位。
　　2.2.6 ISP 下载电路
　　为了充分利用AT89S52 的ISP 在系统可编程功能，本实验系统设计了一个USB 接口的ISP 下载电路， 只需要一条USB 数据线配合微机上的ISP 编程器软件就可使用，能够很方便地把编写好的程序烧写进单片机芯片中，然后运行观察实际效果，从而避免了频繁拔插芯片带来的诸多不便。同时在电路板上还另外加装了一个10 针ISP 下载器接口JP2，方便学生自己制作其它ISP 下载器时使用。
　　2.2.7 A/D 转换和D/A 转换电路
　　A/D 转换电路选用美国国家半导体公司生产的串行通信8 位分辨率、双通道A/D 转换芯片ADC0832。D/A 转换电路选用美国德州仪器(TI)公司生产的带串行控制的四路8 位CMOS 电压输出的数模转换芯片TLC5620，以满足实验需求。
　　2.2.8 I2C 模块电路
　　实验系统的E2PROM 存储器模块采用ATMEL 公司生产的AT24C02，它是一个2Kbit 的串行E2PROM，具有工作电压宽、擦写次数多、写入速度快、数据保存时间长等特点。
　　2.2.9 其它模块电路
　　实验系统可由USB 接口直接供电，也可以由其它+5V 电源供电。为了满足需要，实验系统还配备了蜂鸣器、继电器、步进电机、红外接收、DS18B20 温度传感器、1602 和12864 液晶显示等电路。除此之外，还可根据需要设计其它实验模块，搭载在实验系统上进行相关实验。
　　3 实验系统的安装调试
　　3.1 实验系统的装配焊接
　　单片机实验系统的硬件设计完成之后， 可由老师联系厂家制作PCB 板，并购买元器件进行安装。首先安装电源、单片机最小系统和扩展模块，然后再根据单片机学习任务和实验项目的需求，逐个安装其它实验模块。在实验板的安装过程中不但可以巩固和提高学生的焊接水平，还能够加深对硬件电路的理解。
　　3.2 USB-ISP 下载线的制作
　　现在的笔记本电脑已经不带并口和RS232 串口了，就连台式电脑也逐渐舍去了并口和串口。现在的年青人喜欢用笔记本电脑进行单片机的学习，因此设计一款USB-ISP 下载线就显得很有必要。按照图8 所示的USB-ISP 下载电路原理图，安装好器件后要先给AVR单片机芯片ATMEGA8L 烧录固件。注意在进行固件烧录时，不能直接在单片机实验板上用USB 接口进行， 而是要借用其它的并口ISP下载器进行烧录。固件烧录好之后再把芯片装在实验板上就可以使用了。
　　4 结束语
　　本文设计的单片机实验系统采用模块化设计，体积小、扩展方便。具有ISP 下载、编程器、仿真器、开发板等功能，价格低廉、使用灵活。既可以完成单片机的实验教学任务，又可以满足课程设计、毕业设计和项目开发等需求。实践证明，本单片机实验系统能够满足教学需要，提高教学效果，受到师生的一致好评。
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单片机实验开发板测试程序详解
18:46:33来源: 21ic
　　通常我们网站提供的试验开发板是焊接并测试好的成品板，如果是购买套件的网友，可以开始51单片机实验板的一系列安装与实验，网友邮购的实验板套件包含以下的元件清单，收到货物后请仔细核对一下元件清单：
　　AT89C51单片机实验开发板套件元件清单：
　　专门设计的全工艺电路板一块
　　电源部分元件：
　　1． 9伏左右直流插头式小电源，带插头（空载12伏）
　　2． 电源插座一个
　　3． 7805稳压芯片一个
　　4． 470UF/16V电源滤波电容两个
　　5． 0.1UF独石电容两个
　　6． 电源指示绿色LED一个
　　7． LED限流电阻560欧姆电阻一个
　　单片机必须部分的元件：
　　1． AT89C51单片机芯片一片
　　2． 40脚零拔插力ZIF插座一个
　　3． 复位用电容22UF/16V电容一个
　　4． 复位用电阻1K一个
　　5． 30P小电容2个
　　6． 12M晶振一个实验部分元件：
　　1． 8个小红色长方形LED
　　2． 8位1K数码管限流排阻
　　3． 1个共阴两位一体化的数码管一个
　　4． 一个5伏电磁型蜂鸣器
　　5． 1个8550驱动三极管（e/b/c）
　　6． 3个1K三极管基极驱动电阻
　　7． 微型轻触开关4个
　　8． 4位的红色拨码开关一个
　　9． 2个12伏JQC-3F继电器（一组常开转常闭）
　　10．2个IN4148防反峰二极管
　　11. 2个8050驱动三极管（e/b/c）
　　12. 2个继电器状态指示红色发光二极管
　　1． 原装进口MAX232芯片一片
　　2． 5.1K上拉电阻两个
　　3． 10UF电容4个
　　4． 塑封一体化红外线接收头一个
　　5． AT24C02存储器芯片一片
　　6． 220UF滤波电容一个
　　7． 0.1UF电容一个
　　8． 32个按键的红外遥控手柄一个
　　9． 串口通讯电缆一根
　　10. DS18B20的4.7K上拉电阻一个　　对于购买成品板的网友拿到的是经过焊接好的产品，并且经过测试完好，不管是购买套件还是成品单片机实验开发板的网友得到的单片机中都已经烧录了一个测试程序，测试程序主要是用来测试51试验板的单片机和相关外围元件的好坏，如果这个程序能够顺利运行，说明实验板的各方面都很正常。
　　测试程序对于初学者来说可能比较复杂，但是也是由网站上几个小程序组合而成的，初学者可以通过后面教程的学习来掌握这段程序。
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编辑：什么鱼 引用地址：
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电 话：0、传 真：0 业务咨询：，&&客服QQ；吉林工程技术师范学院课程设计论文；第一章绪论；随着电子技术的日益发展，芯片的规模越来越大，封装；级调试的困难也在加大；AT89S系列单片机提供的ISP在线编程技术彻底；ISP在系统可编程，指电路板上的空白器件可以编程；传统的编程方式，以单片机应用系统开发为例，如果想；1）需要频繁地拔插单片机芯片，很容易造成芯片引脚；2）如果单片机学习开发，那么需要频繁的刷新
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随着电子技术的日益发展，芯片的规模越来越大，封装日趋小型化，相应地对系统板级调试的困难也在加大。在传统的调试方式中，频繁的调试和更换程序需要频繁地插拔芯片，开发效率极低。 AT89S系列单片机提供的ISP在线编程技术彻底地改变了传统的开发模式，开发单片机系统时不会损坏芯片的引脚，加速了产品的上市并降低了研发成本，缩短了从设计、制造到现场调试的时间，简化了生产流程，大大提高了工作效率，因此它是对市场定型产品进行现场升级和维护的经济、有效的方式，极大地促进了PLD产品的发展。 ISP在系统可编程，指电路板上的空白器件可以编程写入最终用户代码， 而不需要从电路板上取下器件，已经编程的器件也可以用ISP方式擦除或再编程。无论在单片机上，还是在CPLD/FPGA上都得到了广泛的应用，ISP技术是未来发展方向！
传统的编程方式，以单片机应用系统开发为例，如果想要对单片机进行写入程序，必须要先把单片机从电路板上取下来，然后用编程器进行编程烧写，写入程序后再次插入电路板调试，如果产品的单片机已经焊接到电路板上，想要进行程序升级，那么要拆单片机下来就很困难了。可以看出，这种传统的开发方式有以下缺点：
1）需要频繁地拔插单片机芯片，很容易造成芯片引脚折断，损坏芯片（当然采用了零拔插力ZIF插座的实验板除外）
2）如果单片机学习开发，那么需要频繁的刷新程序，就必须重复地拔插芯片，大大降低了开发效率
3）开发产品的可维护性低
ISP在系统可编程技术彻底地改变了传统的开发模式，它只要在设计时电路板上预留一个标准的ISP接口，配合ISP下载电缆，就可以不用拔出芯片，在电路板上就可以对芯片进行编程配置，对比传统的开发系统，有以下优势：
1）工程师在开发产品时彻底告别频繁拔插芯片的烦恼，避免频繁拔插损坏芯片的引脚
2）ISP技术可以加速产品的上市并降低开发成本
3）ISP技术帮助工程师缩短从设计、生产到现场调试、简化生产流程并采用经证实更有效的方式进行现场升级和产品维护，大大提高了工作效率
4）在试验新品或学习试验等经常需要用不同的程序调试芯片的场合中，在线编程技 1
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术尤为重要，实用。
而以上这些还只是 ISP 技术所能为你带来的一部分好处。
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第二章 原理图及简介 2.1 ISP并行下载线原理图
2.1.1 并行口硬件接口简介 标准并行口有25个引脚，其中数据端口引脚为2～9，状态端口引脚为15、10～13，控制端口引脚1、14、16、17用于连接器件，其他引脚18～25是接地引脚GND。25针并行口如图2-1所示。
25针并行口 并行口工作在SPP模式下，PC机是通过对3个8位端口寄存器的读或写来实现对它们的控制。端口寄存器分别是： （1）数据端口(地址0x378)为D7～D0，对应引脚P9～P2； （2）状态端口(地址0x379)为S7～S3，对应引脚P11、P10、P12、P13、P15；
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（3）控制端口(地址0x37A)为C3～C0，对应引脚P17、P16、P14、P1。 注意：S7、CO、C1、C3信号的逻辑状态在连接器处是与相应寄存器位相反的。对这些位进行写操作时，写入的值应该与连接器处设置的值相反；同样，进行读操作时，读取的值也与连接器处设置的值相反。 2.2 74HC244 74HC244是八路缓冲器，用来做单片机和计算机的缓冲隔离，LPT连到计算机的并口，LPT的4，5脚用来控制两组缓冲器的输出，LPT的7脚输出编程指令和数据到计算机MOSI端。LPT的6脚输出串行编程时钟信号到单片机的SCK端，LPT的9脚输出复位信号到RST端，LPT的8脚输出状态信号到LED，由单片机读出的信息经MISO端，到LPT的10脚，74HC244的电源，由目标板的上电源，经稳压二极管后得到。 74HC244芯片的引脚如图2-2：
图2-2 74HC244芯片的引脚示意图 74HC244芯片内部共有两个四位三态缓冲器，使用时可分别以1C和2G作为它们的选通工作信号。当1/OE和2/OE都为低电平时，输出端Y和输入端A状态相同；当1/OE和2/OE都为高电平时，输出呈高阻态。 并口下载线内部使用了74HC244芯片对信号进行隔离，带5.1V过压保护，具有二极 4
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管电压隔离，可防止误插到JTAG座时的目标板电源保护。
2.3 AT89S51简介 AT89S51是一个低功耗、高性能CMOS 8位单片机，片内含4 KB ISP(In-System Programming)的可反复擦写1 000次的Flash只读程序存储器。该器件采用Atmel公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构，芯片内集成了通用8位中央处理器和ISP Flash存储单元。功能强大的AT89S51可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。 AT89S51具有如下特点：40个引脚，4k Bytes Flash片内程序存储器，128 bytes的随机存取数据存储器（RAM），32个外部双向输入/输出（I/O）口，5个中断优先级2层中断嵌套中断，2个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，看门狗（WDT）电路，片内时钟振荡器。
2.3.1．主要特性：
(1) 8031 CPU与MCS-51 兼容
(2) 4K字节可编程FLASH存储器(寿命：1000写/擦循环)
(3) 全静态工作：0Hz-33MHz
(4) 三级程序存储器保密锁定
(5)128*8位内部RAM
(6)32条可编程I/O线
(7)两个16位定时器/计数器
(8) 6个中断源
(9) 可编程串行通道
(10) 低功耗的闲置和掉电模式
(11) 片内振荡器和时钟电路
2.3.2．管脚说明： 管脚图如2-3：
5 三亿文库包含各类专业文献、文学作品欣赏、行业资料、生活休闲娱乐、应用写作文书、论文97等内容。　
　论文的参考文献中字母代表的含义 M――专著 含古籍中的史、 ――专著(含古籍中的史、 ( 志论 专著 ――论文集 ――报纸文章 ――期刊文章 ―... 　复旦大学《研究生课程论文》封面_文学_高等教育_教育专区 暂无评价|0人阅读|0次下载|举报文档复旦大学《研究生课程论文》封面_文学_高等教育_教育专区。研究生课程... 　论文格式模板大全_IT/计算机_专业资料。标准论文格式大全。论文格式 1、论文格式的论文题目:(下附署名)要求准确、简练、醒目、新颖。 2、论文格式的目录 目录是... 　论文参考文献中J、M、D等是什么意思_文学研究_人文社科_专业资料。毕业论文参考文献中的[J]、[M]等都是指代什么? 根据 GB3469-83《文献类型与文献载体代码》... 　标准论文格式模板_计算机软件及应用_IT/计算机_专业资料。论文包过关写作――中国知识写作网,确实包过,。有用 浅谈动画与民族文化及动画发展题目楷体 GB2312 一号、... 　毕业论文(太阳能利用技术)_工学_高等教育_教育专区 暂无评价|0人阅读|0次下载|举报文档毕业论文(太阳能利用技术)_工学_高等教育_教育专区。毕 业 论 文 题校... 　互联网金融论文_调查/报告_表格/模板_实用文档。调查报告 题目《为什么互联网金融在中国大陆如此风靡? 以余额宝为例对其背后所隐藏的 巨大危机的调查报告》 班级... 　三、论文的结构和内容(摘要、关键词) 本文共分成四部分: 第一部分主要阐述这篇论文的研究方法、研究背景和研究意义 第二部分主要阐述“故事型”小学品德教学模式的...