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1、. . . . 第一章 单片机/ISP综合设计实验装置简介1.1 概述由于计算机科学和电路集成技术的迅猛发展，电子系统日趋数字化、复杂化和大规模集成化，且电子系统设计原理和大型软件设计的原理极为接近。这些都要求电子类专业的教学重点应由传统的基础功能模块设计转向对大规模复杂系统的分析和管理，加强对学生系统概念的培养。电子信息系列实验装置便是为了满足这种需要而开始研发的。它包含有电子技术实验装置，计算机组成/网际服务实验装置，微机系统与接口实验装置与单片机/ISP综合设计实验装置。该系列实验装置提供了集演示、验证和综合设计的新一代教学平台，并按照教学大纲的要求配置了实验项目和实验容，此外，用户还可
2、根据自己的需要安排实验容，发挥创造性才能。单片机技术是一门很实用的技术，单片机在工业控制中独占鳌头，故又称为微控制器。迄今为止，8位单片机仍占有单片机市场的60以上份额，促进了8位单片机朝着高性能和多功能化方向发展。随着CPLD技术的不断发展，也越来越被广大设计人员重视、应用。单片机/ISP综合设计实验装置实质上是构建了一个以CPLD/FPGA和MCU为中心，能与微机子系统进行通信的综合设计实验平台，它采用的是CPLD/FPGA和MCU双系统核心架构，再与外围设备通过总线方式连接起来。可以完成有关单片机，微机接口，逻辑设计等众多实验，可作为“计算机结构与逻辑设计”，“单片机原理与应用”，“在系
3、统编程技术”，“VHDL设计”,“微型计算机测控技术”和“电子系统综合设计”等课程的综合实验装置。该实验装置在教学实践中的应用，为提高学生的动手能力，加深学生对单片机、CPLD/FPGA技术的理解提供了良好的实验平台，为以后电子系统设计开发打下坚实的基础。除具有单片机，CPLD/FPGA双系统核心构架外，提供了极其丰富的功能单元电路，如A/D、D/A、RTC与通讯接口等，并可根据学生应用的需要方便地扩展其它电路，使其完全能够做出具有复杂性和创造性的综合性实验，另外配置的一些工具模块也能为学生做实验提供方便。1.2 实验装置的特点EEEC-030B型单片机/ISP综合设计实验装置的主要特点如下：
4、u CPLD/FPGA和MCU双系统架构该系统既能单独作为CPLD/FPGA实验系统或单片机实验系统使用，更能同时使用MCU和CPLD/FPGA系统以充分满足不同类型,不同规模系统设计的需要。适应了当今系统设计的潮流，使该系统功能更加完善。u 主板与单片机模块、可编程模块分离的设计用户可以选择不同厂家、不同型号、不同规模的单片机与可编程芯片构成所需的单片机模块与可编程模块，既适应了不同院校的教学需要，也使系统的功能和规模扩展变的更为容易。u 通过CPLD管理整个单片机系统通过CPLD扩充单片机的端口，单片机的所有功能管脚都与CPLD相连接，而且地址线通过CPLD进行译码，所有的外部设备通过CP
5、LD与单片机组成一个灵活的系统，当需要的时候可以通过改变CPLD部的设计来完成对系统的重组。u 应用功能强大的ADuC831单片机ADuC831其部集成了完整的8052核，8通道的12位ADC，两通道12位的电压输出DAC，除了8052的256字节随机存取储存器外，还有2K字节的随机存取储存器，4KB的闪光数据存储器，62KB的闪光程序存储器。片集成的外围设备还有UART、I2C和SPI串行通讯口，看门狗定时器和电源监视器等。u 无需仿真器的在线调试传统的单片机系统只能通过仿真器来进行调试，然后还要编程器将程序固化到芯片，而ADuC831单片机可以通过UART串行通讯口进行在线调试，避免了用仿
6、真器时的弊端，相比较优点如下：一，实时性，当用仿真器时，时钟是由仿真器模拟的，与真实的时序之间存在差异，这也是导致一些程序用仿真器调试通过，下载到芯片上就无常运行的原因，AduC831调试的时钟直接由晶振产生，做到了调试运行的实时性；二,真实性，用仿真器时，它是通过模拟单片机的资源进行调试的，而AduC831在线调试时是应用了单片机的真实资源，这样整个调试结果与单片机真实运行时的结果完全一致。u 超大容量可自组态的存储空间通过扩展24根地址线寻址空间可达到16MB。AduC831片有62KB的闪光程序储存器，4KB的闪光数据储存器，2K字节的随机存取储存器；外部提供128KB的闪光程序储存器，
7、另外还有128KB的SRAM作为数据储存器。当需要的时候还可以通过可编程模块将连接到CPLD/FPGA上的128KB的SRAM组态应用。u 丰富的接口资源实验装置上提供了多样的接口，RS232串行通信接口，RS485工业标准串行通信接口，CAN网络通信接口。u 具有功能扩展接口实验装置上备有地址总线、数据总线、控制总线与地址译码输出接口，便于用户进行功能自行扩展。u 完善的保护电路对实验系统提供了多方位的安全保护：人员安全的保护，不论实验装置在正常工作或故障状态下，不会危与操作或维护人员的人身安全；误操作的保护，不会因为误操作而导致实验装置损坏；电源的过流保护，装置因短路等故障过流时，自动切断
8、电源；电源的过压保护，电源电压过高或欠压时，将自动切断实验装置电源。1.3 实验装置的结构和功能模块单片机/ISP综合设计实验装置系统框图如图11所示：图1-1单片机/ISP综合设计实验装置系统框图实验系统主板：（标准配置）微控制器：ADuC831/AT89S52/C8051F020用户可根据需要选配1片控制芯片：XC9510810PC84C系统接口芯片1片存储器：静态随机存储器628128128K8 SRAM用于扩展单片机1片闪速存储器AT29C010128K8用于扩展单片机1片静态随机存储器628128128K8 SRAM用于扩展FPGA1片A/D转换器：TLC5510单通道8位，与CPU
9、/FPGA连接1片D/A转换器：TLC75282路8位，与CPU/FPGA连接1片通讯口：RS-232标准串行总线接口串行接口1个RS-485标准串行总线接口串行接口1个CAN通信接口网络接口1个I2C总线接口总线接口1个系统时钟：32.768KHz12MHz标准时钟有源晶振6个可调脉冲序列发生器由555振荡器构成，频率和脉冲个数可调的序列发生电路1个单脉钟输出加消抖后按键提供的单个脉冲1个脉冲沿输出提供脉冲上升/下降沿1个显示：发光二极管8只高亮度贴片与CPU连接8只发光二极管8只高亮度贴片与FPGA连接8只7段数码管采用静态显示方式4只7段数码管采用动态显示方式8只LCD液晶显示图形点阵L
10、CD12864模块1片键盘：44矩阵键盘行列式结构，贴片按键1组开关：拨动开关提供逻辑1和08只按钮提供逻辑1和08只十六进制拨码盘提供015 四位二进制码4只电源：输入电压：220V（15）50HZ提供过压、欠压和过流保护的5V开关电源，电压波动围为4.6V5.3V输出电压：12V，12V，5V其他：可调电位器可输出05VDC1个参考电源输出2.5VDC1个逻辑测试仪可测量逻辑电平、高阻和脉冲1支电压表头（3位半显示）测量电压的围：20V1组尺寸：280380mmFPGA/CPLD可编程模块：（标准配置）主芯片：可编程芯片FPGA/CPLD实验装置的核心部件，用户可根据需要选择不同型号的可编
11、程器件（标准配置为EP1C6Q240C8）1片通讯口：25针标准并口插座通过标准并口连接线与计算机打印接口相连，实现可编程器件的下载配置1个下载电缆：标准并口线两端皆为并口插头的扁平电缆1根系统时钟：50MHz时钟有源晶振，使用时由下载板跳线器选择，提供时钟信号到可编程芯片的CLK1端1个尺寸：120130mm1.4 试验装置的安装与配置1. 单片机/ISP综合设计实验箱一台2. CPU模块一块（可选）3. FPGA/CPLD可编程模块一块（可选）4. DB25标准并口下载电缆一根5. 电源线一根6. DB9在线调试线一根7. 电压表笔一支8. 实验指导书一份9. 塑封使用摘要一第二章 单片机
12、/ISP综合设计实验平台功能模块介绍图21单片机/ISP综合设计实验装置主板实物图单片机/ISP综合设计实验装置主要由四大块组成即单片机模块，可编程模块，输入输出功能扩展模块和基本工具模块，其中单片机模块包含有ADuC831单片机，CPLD（XC95108），存储器（Flash，SRAM）；可编程模块包含有下载板，存储器（SRAM），按钮，LED以与拨码盘；输入输出功能扩展模块包含有通信接口，小键盘, 拔动开关，LCD,LED,数码管，A/D,D/A；基本工具模块有电源保护电路，脉冲发生器和逻辑状态显示模块，电压表头，可调电压输出与参考电源等。可以满足用户从最基本的单片机系统实验，CPLD/F
13、PGA实验，到较复杂的数字系统实验,综合设计实验的设计和验证工作。本章将逐一介绍各模块的工作原理和使用方法。2.1 单片机模块2.1.1 ADuC831单片机2.1.1.1概述u 主要性能特点ADuC831是全集成的12位数据采集系统。它在单个芯片，把高性能8位MCU(兼容8052)，可重复编程的非易失性闪光程序存储器,高性能的自校准多通道ADC和2个12位DAC等融于一体。芯片融合了所有的从属功能以完全支持可编程数据采集核心。这些从属功能包括用户闪光存储器，监视定时器(WDT),电源监视器(PSM)和多种符合工业标准的并行,串行接口。MCU核和模拟转换器二者均有正常，空闲与掉电工作模式，提供
14、了适合于低功率应用的,灵活的电源管理方案。u 主要功能电源5V电压工作；正常,空闲和掉电模式。片外围设备UART异步通讯串行接口，I2C串行接口和SPI串行接口，看门狗定时器，电源监视器。与8052兼容核12MHz额定工作频率（最大16MHz）、3个16位定时/计数器、32条可编程的I/O线、大电流驱动能力(P3)、11个中断源、2个优先级。存储器：62KB片FLASH/EE程序存储器，4KB片FLASH/EE数据存储器，256字节片RAM与2KB片扩展XRAM，16MB外部数据地址空间，64KB外部程序地址空间。模拟I/O： 8通道12位ADC，片40ppm/电压基准，每秒247KSPS高速抽样，可实现，高速ADC至RAM的DMA控制器，2路12位电压输出DAC，片温度传感器与2路PWM输出。u 功能方块图图22ADuC831功能框图u 引脚排列图23ADuC831引脚图2.1.1.2 AuC831单片机存储器空间和所有8052兼容器件一样，ADuC831程序存储器和数据存储器有独立的寻址空间。附加的4KB FLASH数据存储器供用户使用，可通过一组映射在特殊功能寄
