C的单片机学习实验系统的设计方案.docVIP

基于C51的单片机学习实验系统的设计 （薛小英 物理与电子信息学院） [摘　要] 介绍了温州大学实验室开放项目之一的“基于C51的学生课外单片机学习实验系统”,并详细阐述了系统组成、硬件功能模块及C语言演示程序. 实践证明,该实验板具有降低设计成本、缩短开发周期、丰富学生知识、提高设计水平等优点. [关键词] 单片机; 多功能;C51;实验板 前言 单片微型计算机广泛适用于工业现场、过程控制、智能仪器仪表及状态监测等各个方面. 单片微型计算机原理及接口技术是机制机电及相关专业本科生和研究生必须掌握的一门重要专业基础课. 多年来由于实验条件较差等方面的因素,大多数学生学完后仍停留在理论层面上,不能灵活应用.而本项目开发的 C51课外单片机学习实验板是提高学生动手能力,与教学内容紧密结合,成本低廉的实验装置. 系统的设计立足于教学大纲,能满足进行教学中各种实验的要求. 它采用模块式结构,学生可根据自己的需要灵活将这些模块组成一个系统,作为学习开发板使用,增加必要的外围电路和设备后,又可作为实际控制板. “单片机基础”是一门技术性，应用性很强的学科，实践教学是提高学生能力的重要保证，是单片机课程学习的重要组成部分。目前在我校单片机实验室所用的AEDK5196ET实验系统虽然外围芯片丰富，功能完善，但仍然存在很多不足的地方：一、大部分单片机管脚，内部电路连接都被屏蔽，所以学生虽然可以照着实验说明完成实验，但却无法深刻地理解实验原理，开发板也就没有起到它预期的作用。二、采用的芯片陈旧，单片机还是单一的8032MCU加上扩展RAM和ROM，而不是正在流行使用的89C5x系列MCU。而这次项目所设计的单片机学习实验系统采用完全开放式的设计，不仅引出所有单片机I/O口，更提供了详尽的原理图，PCB图和在线调试工具。 正文 整个实验系统分为两部分，一是利用目前比较流行的Keil C51仿真软件进行程序的软件仿真，调试。二是利用C51单片机实验板。实验系统组成如图1所示： 图1 1 　实验板系统设计 1. 1 　总体设计 系统设计以MCS251 系列单片机中的89C51 作为CPU 进行系统扩展,将数据存储器、I/ O 口扩展、串行口通讯、A/ D 与D/ A 转换、继电器、键盘与显示等多种功能模块集成于一体. 系统硬件结构布局如图2 所示. 图2 1. 2 　功能模块设计 1. 2. 1 　地址分配　 AT89C51的外部各功能模块采用统一编址的方式,不同的功能模块间有不同的地址. 系统设计时综合考虑多方面的因素,采用译码法实现对各扩展芯片或功能模块进行地址分配. 系统通过74LS138地址译码进行总线扩展，各模块口地址分别为： 数码管段选地址：0X7FFF 数码管位选地址：0X9FFF ADC0809片选地址：0XBFFF DAC0832片选地址：0XDFFF 1. 2. 2 　人机界面接口功能模块设计 　作为单片机实验电路板,具有良好的人机操作界面非常重要. 键盘和显示的扩展以及对其进行操作的功能程序设计,直接关系到整个系统的可靠性和可操作性.系统键盘采用行列矩阵式结构,共设计有16 个键,基本满足一般的实验和工程应用. 显示器件选用4个8 段L ED。系统局部电路如图3所示. 图3 显示 在按键需求较多的场合,独立式按键由于占用较多的I/O口,难以满足设计要求.利用矩阵式键盘,能够用较少的端口实现较多的按键.由于采用矩阵式结构,一根I/O口线已经不能确定哪一个按键被按下,需要通过连接到键上的两根I/O口线的状态共同确定键的状态,因此必须采用行线与列线信号状态分别处理,综合考虑才能判断键闭合的位置. 在设计键盘输入程序时有以下几个关键点需要注意： 判断键盘上是否有键闭合 即采用程序控制方式、定时控制方式对键盘进行扫描，或采取中断方式接受键盘的中断信号，判断是否有键闭合。 去除键的机械抖动 为保证正确识别键，需要进行去抖动处理。其方法是得知键盘上有键闭合后延迟一段时间，再判别键盘的状态，若仍有键闭合，则认为键盘上有一个键处于稳定的闭合期，否则认为是键的抖动或者干扰。 确定闭合键的物理位置 对于独立式按键来说，采取逐条I/O端口线查询方式确定被按键的物理位置；对于键阵来说，需要采取扫描方式来确定被按键的物理位置。 得到闭合键的编号 在得到闭合键的物理位置后，根据给定的按键编号规律，计算出闭合键的键值。 确保CPU对键的一次闭合仅作一次处理 为实现这一功能，可以采用等待闭合键释放以后再处