多功能單片機(jī)實(shí)驗系統(tǒng)的研制

許洋

摘 要：單片機(jī)是大學(xué)生做實(shí)驗會用到的一種比較簡單的編程工具，單片機(jī)可以作為一種比較簡單的電腦使用，本文論述了多功能單片機(jī)的實(shí)驗系統(tǒng)研制。

關(guān)鍵詞：多功能單片機(jī);實(shí)驗系統(tǒng);研制

0 前言

單片機(jī)是計算機(jī)軟件和電子信息類的專業(yè)的必修課程，通過電子技術(shù)和C語言進(jìn)行計算機(jī)編程實(shí)驗和教學(xué)，可以研究嵌入式的系統(tǒng)和DSP技術(shù)，單片機(jī)的學(xué)習(xí)必須通過親自動手做實(shí)驗來進(jìn)行學(xué)習(xí)，有的高校的單片機(jī)不適合學(xué)生進(jìn)行試驗教學(xué)，所以很多學(xué)生都缺乏單片機(jī)的操作經(jīng)驗。因此學(xué)生只要從網(wǎng)站上購買現(xiàn)成的單片機(jī)來作為學(xué)習(xí)之用，因此學(xué)生缺少了自己動手的環(huán)節(jié)，所以對單片機(jī)的學(xué)習(xí)不會起到任何的幫助作用，隨意在這里介紹一種比較適合學(xué)生練習(xí)的單片機(jī)，他可以提高學(xué)生操作理解單片機(jī)的水平。

1 硬件設(shè)計

現(xiàn)在51系列單片機(jī)是一種主流產(chǎn)品，所以本套單片機(jī)系統(tǒng)按照這種系列單片機(jī)進(jìn)行硬件的設(shè)計工作。單片機(jī)的中央處理器是51單片機(jī)，很多公司出品的單片機(jī)，如果在緊鎖坐上安裝轉(zhuǎn)接板就可以做成AVR單片機(jī)的實(shí)驗。如果主控器采用SST89單片機(jī)，它與KV軟件配合可以進(jìn)行在線調(diào)試。除了串口和定時器以外仿真器的很多功能單片機(jī)都可以完成。所以同學(xué)們不用花大價錢去買仿真器，通過在線調(diào)試就可以進(jìn)行單片機(jī)學(xué)習(xí)。

系統(tǒng)可以進(jìn)行21項目實(shí)驗，其中有一些項目是單片機(jī)特有的項目，用學(xué)門可以通過段子對線路進(jìn)行有效的控制，可以防止和其他的線路互相沖突。

1.1 電源

采用5伏直流供電可以自接從計算機(jī)USB接口取出來，也可以從外接進(jìn)來。

1.2 下載接口

采用進(jìn)口芯片進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換，對于大部分的51單片機(jī)，可以有下載功能。對于AT89系列的單片機(jī)可以通過USB下載程序。如果采用單片機(jī)作為控制器，可以通過串口下載程序。

1.3 輸入輸出設(shè)備

輸入輸出設(shè)備是單片機(jī)必須具備的設(shè)備，他可以進(jìn)行人機(jī)對話。實(shí)驗系統(tǒng)必須有人機(jī)對話設(shè)備，比如LED流水燈、數(shù)碼管、字符液晶和蜂鳴器。

1.4 各種串行接口

過去的單片機(jī)采用擴(kuò)展外圍系統(tǒng)，使用地址碼產(chǎn)生選擇信號，每個外設(shè)都有唯一的地址碼，使用并行線來進(jìn)行外設(shè)所連接的單片機(jī)的芯片的引腳很多，隨著科技的發(fā)展，穿行總線技術(shù)得到了進(jìn)步，它的傳輸速率隨著芯片的升級的到了提高，所以可以制造低成本多用途小型化的單片機(jī)。（1）UART串口，利用單片機(jī)的串口和計算機(jī)進(jìn)行連接，或者單片機(jī)之間連接。（2）IC總線通過這個總線單片機(jī)科技訪問儲存器和時鐘。（3）PS接口利用計算機(jī)鍵盤作外擴(kuò)鍵盤，可以用少量接口進(jìn)行外擴(kuò)。（4）WIRE單總線。用一個接口控制溫度傳感器，進(jìn)行溫度測量。（5）SPI總線。完成單片機(jī)的通信功能，可以控制模塊實(shí)現(xiàn)短距離通信。

1.5 其他模塊

其他的模塊有繼電器、步進(jìn)電機(jī)、直流電機(jī)、轉(zhuǎn)換器。（1）繼電器可以隔離弱電強(qiáng)電。（2）步進(jìn)電機(jī)和直流電機(jī)有一個芯片驅(qū)動進(jìn)行自動控制實(shí)驗，（3）A/D轉(zhuǎn)換利用芯片自帶的轉(zhuǎn)換器來進(jìn)行轉(zhuǎn)換。（4）D/A轉(zhuǎn)換在輸出端家電組和電容形成低通電路。

2 軟件設(shè)計

單片機(jī)的設(shè)計語言已經(jīng)不用匯編語言了現(xiàn)在采用的是C語言，隨著單片機(jī)電儲存器和數(shù)據(jù)儲存器的增加，嵌入式的系統(tǒng)里的操作系統(tǒng)，也在單片機(jī)系統(tǒng)里使用，為了方便同學(xué)們，提供了額很多的額實(shí)驗例題，共初學(xué)者進(jìn)行練習(xí)。初學(xué)者可以先通過學(xué)習(xí)匯編語言，然后再學(xué)習(xí)C語言，如果還有時間就學(xué)習(xí)更多的編程語言。

2.1 匯編語言

匯編語言是一種指令性的人機(jī)對話語言，它的有點(diǎn)是速度快效率高還有可以節(jié)約內(nèi)存。每個匯編指令都有相對應(yīng)的機(jī)器碼，所以每一步要執(zhí)行的命令很清楚，而且程序的大小和堆棧調(diào)用都比較方便，所以很容易調(diào)試。試驗系統(tǒng)提供的匯編語言每一行代碼都有注解，所有的變量和儲存器都在匯編文件前面進(jìn)行定義，可以很方便的修改移植代碼。同學(xué)們用匯編語言來學(xué)習(xí)單片機(jī)，可以攝入的了解單片機(jī)的結(jié)構(gòu)，掌握執(zhí)行程序為以后學(xué)習(xí)C51或者移植系統(tǒng)打下基礎(chǔ)。

2.2 C51語言

C51是一種51芯片最好的語言，它有很好的功能代碼也很高，數(shù)據(jù)類型和運(yùn)算符號都比較好，操作能力強(qiáng)具有編程快捷調(diào)試簡單目標(biāo)代碼變異率高的特點(diǎn)，還有移植強(qiáng)的特點(diǎn)，所以的到了廣泛的應(yīng)用，基于實(shí)驗的21個項目，都提供程序范例，對于關(guān)鍵部位進(jìn)行注釋，程序所涉及的接口、晶體和儲存器都在文件頭上進(jìn)行宏定義，同學(xué)們只要對文件頭進(jìn)行修改就可以方便的移植其他程序。

2.3 SR51操作系統(tǒng)

這個操作系統(tǒng)是專門為51系列單片既機(jī)設(shè)計的一種人機(jī)對話語言，可以應(yīng)用在沒有存儲器的51系統(tǒng)上。它有公開的代碼，可以移植、固話、有占先式RAM小的特點(diǎn)。相對于別的單片機(jī)有集中操作系統(tǒng)有一定的優(yōu)勢，RT51的自身代碼有6KB需要大量的RAM由于沒有源代碼所以任務(wù)小還沒有優(yōu)先級和中斷器。

如果要降低維護(hù)難度提高程序效率，就要把嵌入式的操作系統(tǒng)移植到單片機(jī)里面，移植以后軟件盈劍斗有一定的改變，同學(xué)們只要在系統(tǒng)里面進(jìn)行編程就可以所以速度也比C51還要快。

2.4 OS操作系統(tǒng)

這種操縱系統(tǒng)有一個搶占式的實(shí)時的多任務(wù)內(nèi)核，可以固話和剪輯具有很高的穩(wěn)定性和可靠性，源代碼是公開的所以移植和編程都比較方便，這是一種比較常見的嵌入式的操作系統(tǒng)，但是對芯片的硬件要求很高。

STC12是一種單時鐘的周期單片機(jī)，內(nèi)集成了60KB的存儲器還有數(shù)據(jù)存儲器，它的運(yùn)行速度比較快，存儲的資源比較豐富，如果從程序開發(fā)和維護(hù)的角度出發(fā)，可以吧OS移植進(jìn)去，移植的時候只要改編寫和處理器相關(guān)的代碼，有五個文件進(jìn)行改編就可以進(jìn)行移植了。

3 結(jié)語

在學(xué)習(xí)中自己制作單片機(jī)進(jìn)行試驗，可以鍛煉學(xué)生們的動手能力，通過自己親自進(jìn)行設(shè)計組裝調(diào)試單片機(jī)，可以完全的掌握單片機(jī)的硬件和軟件的構(gòu)成，還可以嫻熟的運(yùn)用匯編語言和C語言達(dá)到人機(jī)對話的交互式的效果。

參考文獻(xiàn)：

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