“一板多能”單片機(jī)開發(fā)板的設(shè)計(jì)

孫艷波

[摘要]很多高校相繼把具有CISC技術(shù)和RISC技術(shù)的嵌入式微控制器作為專業(yè)課程列入教學(xué)中。針對教學(xué)中單一開發(fā)板應(yīng)用的局限性,論述基于嵌入式的MCS-51和PIC雙CPU“一板多能”特色開發(fā)板的設(shè)計(jì),使用方便,成本低。不僅在教學(xué)中,而且對于單片機(jī)從業(yè)人員和開發(fā)人員都有很好的應(yīng)用價值,為工業(yè)控制的應(yīng)用提供了一個很好的平臺。

[關(guān)鍵詞]MCS-51PIC一板多能開發(fā)板

中圖分類號:TP3文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號:1671-7597(2009)0710009-01

一、引言

近幾年國家教育部要求加大力度發(fā)展高職高專類院校,打造品牌特色。我們學(xué)校的計(jì)算機(jī)應(yīng)用專業(yè)將具有RISC技術(shù)的MCS-51和CISC技術(shù)的PIC兩類單片機(jī)同時引入教學(xué),為讓學(xué)生很好地掌握兩類微控制器的應(yīng)用,經(jīng)過在教學(xué)中的摸索和研究,對單一的開發(fā)板進(jìn)行改革創(chuàng)新,將兩種技術(shù)的單片機(jī)開發(fā)功能結(jié)合在一塊板上,實(shí)現(xiàn)“一板多能”。

二、總體設(shè)計(jì)方案

本文主要研究基于MCS-51系列和PIC系列微控制器設(shè)計(jì)“一板多能”開發(fā)板,此開發(fā)板可以用51和PIC單片機(jī)分別控制各部分功能的實(shí)現(xiàn),兩種微控制器可以插在獨(dú)立的接口卡上,可以根據(jù)不同開發(fā)環(huán)境通過撥碼開關(guān)進(jìn)行控制。此開發(fā)板上所有目標(biāo)設(shè)備或部件不變,只是用不同的微控制器并在相應(yīng)的開發(fā)環(huán)境中進(jìn)行源程序的編輯,用不同的編譯器進(jìn)行編譯,并通過調(diào)試工具進(jìn)行在線調(diào)試或開發(fā)應(yīng)用。

圖1開發(fā)板框圖

三、CPU控制部分的設(shè)計(jì)

CPU部分采用Microsoft公司的8051微控制器和Microchip公司的PIC18

F系列微控制器,既可以實(shí)現(xiàn)51單片機(jī)的控制功能,完成對外部各部分的控制與應(yīng)用;又可實(shí)現(xiàn)PIC的控制功能,完成PIC各接口的功能與應(yīng)用。開發(fā)環(huán)境PIC用MPLAB IDE(MCC18編譯器)、MCS-51用uVision2(Keil C編譯器)實(shí)現(xiàn)。

由于本開發(fā)板是PIC單片機(jī)和51單片機(jī)的微處理器共用一塊目標(biāo)板,且兩CPU芯片的接口卡設(shè)計(jì)在一塊電路板上。本設(shè)計(jì)是采用撥碼開關(guān)實(shí)現(xiàn)兩種微控制器分別對目標(biāo)板的控制功能,將PIC的RB、RC、RD、RA和RE分別和MCS-51的P0、P1、P2、P3端口通過撥碼開關(guān)進(jìn)行轉(zhuǎn)換,分別實(shí)現(xiàn)PIC和51的控制功能。這種轉(zhuǎn)換控制既簡單又方便。由于兩種微控制器的工作頻率和復(fù)位電壓不同,所以在設(shè)計(jì)的過程中,每種CPU有自己的晶振電路和復(fù)位電路。這樣的設(shè)計(jì)使它們的控制作用更穩(wěn)定,實(shí)驗(yàn)效果更佳。

四、輸入輸出功能的設(shè)計(jì)

本開發(fā)板設(shè)計(jì)了一個4*4的小鍵盤,主要完成鍵盤輸入功能;可通過按鍵實(shí)現(xiàn)掃描顯示功能或中斷功能,還可實(shí)現(xiàn)復(fù)位、時鐘切換、調(diào)整等功能。

SPI接口是串行外圍接口模塊,可實(shí)現(xiàn)串口的輸入輸出功能,一般實(shí)現(xiàn)近距離的串口通信。本開發(fā)板用SPI接口實(shí)現(xiàn)與數(shù)碼管的輸出功能;I2C接口是集成電路間的串行接口模塊,本開發(fā)板用此模塊完成PIC與外部EEPROM芯片的讀寫操作。

可用RA和RD端口與LCD進(jìn)行通信,實(shí)現(xiàn)液晶顯示功能,本開發(fā)板嵌入了字符顯示模塊和漢字顯示模塊,可對輸出的信息進(jìn)行LCD顯示。

五、擴(kuò)展功能的設(shè)計(jì)

開發(fā)板上擴(kuò)展了一個溫度傳感器芯片DS18B20,可實(shí)現(xiàn)溫度的測量,并通過數(shù)碼管或LCD顯示。還擴(kuò)展了一個時間轉(zhuǎn)換芯片DS1302,并通過LCD或數(shù)碼管實(shí)現(xiàn)時間和日期的顯示。

繼電器廣泛用于生產(chǎn)控制的電力系統(tǒng)中,其作用是利用它的常閉和常開觸點(diǎn)進(jìn)行電路切換。小型繼電器也常用作精密測量電路的轉(zhuǎn)換開關(guān)。本開發(fā)板用繼電器的吸合與斷開控制蜂鳴器發(fā)聲。

六、擴(kuò)展接口的設(shè)計(jì)

本開發(fā)板用USART模塊實(shí)現(xiàn)PC機(jī)與單片機(jī)之間的串口通信,可實(shí)現(xiàn)接收和發(fā)送功能,可通過串口調(diào)試助手進(jìn)行接收和發(fā)送的在線調(diào)試,可用RS-232或485作PC機(jī)與單片機(jī)之間的串行接口;還設(shè)計(jì)了USB接口;CAN總線是當(dāng)今自動化領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展的熱點(diǎn)之一,它的出現(xiàn)為分布式控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)各節(jié)點(diǎn)之間實(shí)時、可靠的數(shù)據(jù)通信提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支持,所以設(shè)計(jì)了CAN的功能。

七、“一板多能”開發(fā)板的特色

本開發(fā)板上可實(shí)現(xiàn)RISC和CISC兩種技術(shù)的單片機(jī)控制,可作為兩種類型單片機(jī)的初學(xué)者或深入學(xué)習(xí)的開發(fā)應(yīng)用,既有基本的實(shí)驗(yàn)功能,又?jǐn)U展了一些常用接口的功能。兩控制器的轉(zhuǎn)換只用幾組撥碼開關(guān)就可以實(shí)現(xiàn),無需進(jìn)行芯片的插拔,也無需更換不同的目標(biāo)板,使用方便、靈活,并且經(jīng)濟(jì)、實(shí)在;可以將兩片這樣的開發(fā)板串接在一起,用RS-232或RS-485進(jìn)行串口連接,可以實(shí)現(xiàn)雙CPU之間的通信。

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