新型51單片機實驗箱的設(shè)計

三江學(xué)院電子信息工程學(xué)院 王 芳

1.引言

隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，單片機也隨之有了很大的發(fā)展，各種新式的單片機層出不窮，并在人類生活的各個領(lǐng)域獲得廣泛的應(yīng)用。單片機自問世以來，性能不斷提高，功能不斷增多，能滿足很多應(yīng)用場合的需要。同時，因其具有集成度高、功能強大、速度快、體積小、功耗低、使用方便、性能可靠且價格低廉等特點，使單片機在工業(yè)控制、數(shù)據(jù)采集和處理、家用電器等領(lǐng)域應(yīng)用越來越廣泛。

單片機實驗箱已經(jīng)成為單片機入門者不可或缺的一個工具，在大學(xué)生課堂教學(xué)和競賽方面也起到了很大的作用。為此，我們設(shè)計并制作了一款新型51單片機實驗箱，面向我校大學(xué)生單片機實驗課程，給予學(xué)生一個實踐平臺。

2.系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)以STC89C516RD+單片機為控制核心，配備USB供電和外部電源供電2種供電方式，共分為發(fā)光二極管模塊、按鍵模塊、數(shù)碼管模塊、時鐘模塊、數(shù)模/模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、溫度傳感器模塊等，共13個模塊，每一個模塊獨立連線使用，圖1所示是整個實驗箱的原理圖。

圖1 實驗箱原理圖

3.系統(tǒng)硬件實現(xiàn)

(1)交通燈模塊

使用芯片8255芯片來擴展I/O口，控制四路方向燈，實現(xiàn)交通燈的效果。

(2)獨立二極管模塊

使用STC89C516RD+的P1口，來控制8個獨立的LED燈，可以實現(xiàn)流水燈的效果。

(3)數(shù)碼管模塊

數(shù)碼管分成靜態(tài)顯示，和動態(tài)顯示。靜態(tài)顯示模塊中使用2個共陰的數(shù)碼管，用單片機的P0口和P1口作為段選，接到數(shù)碼管的a,b,c,d,e,f,g,dg上，P2.1，P2.0引腳控制2個數(shù)碼管的位選。動態(tài)顯示模塊將所有數(shù)碼管的8個顯示筆劃“a,b,c,d,e,f,g,dp”的同名端連在一起，通過P0口控制，另外為每個數(shù)碼管的公共極COM為位選通控制電路，由單片機的P1口控制。

(4)按鍵模塊

按鍵是比較常用的電路，在這里我們設(shè)計了獨立按鍵電路和矩陣鍵盤電路，通過單片機的P1口控制8個獨立按鍵，并將其工作狀態(tài)通過發(fā)光二極管顯示出來。為了節(jié)約單片機端口，還設(shè)計了矩陣鍵盤模塊，通過單片機的P2口完成對16個按鍵組成的矩陣鍵盤的控制，并將結(jié)果通過液晶顯示出來。

(5)LCD12864液晶顯示模塊

實驗箱選擇12864液晶模塊，它是128*64點陣液晶模塊，適合小型顯示裝置，引腳分配圖如表1所示。

表1 單片機與液晶的引腳分配圖

(6)EEPROM模塊(AT24C02)

AT24C02是一個2K位串行CMOS EEPROM，內(nèi)部含有256個8位字節(jié)。AT24C02有一個16字節(jié)頁寫緩沖器。該器件通過IC總線接口進行操作，有一個專門的寫保護功能。通過單片機的P1.6腳控制AT24C02的SCL端，單片機的P1.7腳控制AT24C02的SDA端。

(7)數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊(DAC0832)

DAC0832是8分辨率的D/A轉(zhuǎn)換集成芯片，在DAC0832數(shù)模轉(zhuǎn)換之后加上一個放大器，可提高帶負載能力，輸出結(jié)果可通過連接實驗箱上的電機檢測。

(8)模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊(ADC0809)

選擇ADC0809芯片，功能與DAC0832相反，一般用作信號采集，將模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量，然后給處理器處理。

(9)時鐘模塊(DS1302)

DS1302是美國DALLAS公司推出的具有涓細電流充電能力的低功耗實時時鐘電路。它可以對年、月、日、時、分、秒進行計時，且具有閏年補償?shù)榷喾N功能。通過單片機的P3.4腳控制DS1302的DATA端，P3.5腳控制DS1302的RST端，P3.6腳控制DS1302的SCLK端。

(10)溫度傳感器模塊(DS18B20)

DS18B20采用獨特的一線接口，無需外部元件，可用數(shù)據(jù)總線供電，電壓范圍為3.0V至5.5V，無需備用電源，測量溫度范圍為-55℃至+125℃。只需要用單片機的P2.2口控制DS18B20的DATA口。

(11)紅外發(fā)射/接收模塊

紅外發(fā)射(發(fā)光)器件是紅外遙控裝置中不可缺少的重要器件，也是一種發(fā)光二極管。在家用電器等紅外遙控應(yīng)用中，普遍采用紅外LED作為光發(fā)射器件?？刂齐娐贩浅：唵?，只需要用單片機的一個引腳控制發(fā)射電路，另一個引腳控制接收電路。

4.系統(tǒng)軟件實現(xiàn)

整個系統(tǒng)的軟件由C51語言編寫，程序分為多個相對獨立的子程序模塊，各子程序分別進行設(shè)計和調(diào)試。學(xué)生可使用自帶的測試程序，也可根據(jù)電路和所需實現(xiàn)的功能，自己編寫相關(guān)的驅(qū)動程序。

5.調(diào)試仿真與結(jié)論

將實驗箱上的串口通過串口-USB口轉(zhuǎn)換線跟電腦的USB接口連接，然后通過KEIL軟件將所編程序打開，編譯，通過串口將程序加載到硬件電路板上進行調(diào)試、仿真和運行。最后將程序通過串口固化到ROM中，脫機運行，使用非常簡便，可以很直觀的進行在線調(diào)試。

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