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1、51系列单片机教学实验板硬件设计摘 要在全国高等院校电子信息类专业中，已普遍开设单片机及其相关课程。单片机课程是大中专院校电子类专业实践性、应用性和工程性很强的专业基础课或专业选修课。从加强学生能力培养的要求来看，这类课程仅在课堂上讲授基本原理是不够的，必须在教学中加强实践环节，让学生有足够的实践机会。其中，单片机实验板就是一个很好的学习单片机的工具。目前，市场上单片机实验板的种类较多。此次设计的实验板的特点是将各种单元电路合理的拼凑在一块大印刷电路板上，构成一个有机的整体。设计中利用Protel99SE软件先设计原理图，然后进行元件封装， PCB出图，最后是制板。它与传统的教学实验板相比有如
2、下的优点：价格低廉；使用简单方便，只要有带RS232串口的PC机就能进行实验；功能全，基本上具备单片机常用的接口，如数模转换、模数转换、存储器、LED数码管显示、键盘人机接口、串行接口、温度传感器接口等等。采用本仿真开发实验板，可使初学者迅速掌握单片机原理及应用，熟悉汇编语言、单片机C语言。关键词：单片机；实验板；接口电路；C语言51 Series Single-chip Teaching Experimental Board Hardware DesignAbstract National institutions of higher learning in the professional
3、 category of electronic information, has generally been the creation of single-chip and its related programs.Single-chip college is the course professional practice of electronic institutions, applied and engineering foundation for a strong professional or professional elective courses. From the req
4、uirements of students capacity-building perspective, such courses are taught only the basic principles of the classroom is not enough, we must strengthen the teaching practice, to allow sufficient opportunity to practice. Among them, single-chip experimental board is a good learning tool for the stu
5、dents. At present, more types of experimental plate in the single-chip market. The designed board is characterized by a variety of units circuit will be reasonable together on a large printed circuit board and then constitute an organic whole. The design make use of Protel99SE software to design sch
6、ematic diagram, and then packaging components, PCB map, and finally the system board. It compared to the traditional teaching has the following advantages: The prize cheap. Use it simple, there is as long as RS232 serial port with the PC machines will be able to carry out such experiments. Wide feat
7、ures, the board basically has the interface with commonly used single-chip, full-to-analog converter, analog-to-digital conversion, memory, LED digital display, keyboard man-machine interface, serial interface, temperature sensor interface and so on. The development of the use of the simulation expe
8、riment board, beginners can quickly grasp the principle and application of single-chip, and is familiar with assembly language, microcontroller C language. Beginners use the development of the simulation experiment board, can quickly grasp the principle and application of single-chip, and are famili
9、ar with assembly language, Single-chip C language.Key words: microcomputer; experimental plate; interface circuit; C language目 录摘 要IAbstractII第一章 引 言11.1 研究背景和意义1研究现状2本文主要的研究工作2第二章 实验板硬件电路设计42.1 实验板的MCU选型42.1.1 单片机选型原则42.1.2 AT89S51单片机简介52.2 实验板总体简介82.2.1 单片机实验教学功能82.2.2 硬件总体逻辑结构92.3 单片机最小系统的电路说明92.
10、4 模数转换器ADC0809的接口电路92.4.1 ADC0809 芯片及内部结构简介9信号引脚92.4.3 MCS-51 单片机与ADC0809的接口92.4.4 转换数据的传送9数模转换器DAC0832的接口电路92.4.1 DAC0832 简介92.4.2 DAC0832的工作方式92.4.3 电压输出电路的连接92.4.4 DAC0832与单片机的连接9数据/程序存储器24C029芯片简介92.5.2 24C02与单片机的连接92.6 并行接口芯片8255A的接口电路92.6.1 8255A的基本特性92.6.2 8255A的外部特性和内部结构9外部引脚92.6.2.2 8255内部结
11、构92.6.3 8255A的编程命令92.7 LCD1602液晶显示92.7.1 LCD 1602的引脚图92.7.2 1602液晶显示的指令命令92.7.3 LCD1602与单片机的接口电路9动态LED显示与键盘9数码管的分类9显示接口简介9静态显示概念92.8.2.2 动态显示概念92.8.3 动态显示接口电路92.9 键盘电路92.9.1 键盘简介92.9.2 独立式按键92.9.2.1 独立式按键结构92.9.2.2 独立式按键的软件结构92.9.3 矩阵式键盘的结构及原理92.9.4 键盘的编码92.9.5 键盘的工作方式92.9.5.1 定时扫描方式92.9.5.2 中断扫描方式9
12、2.9.5.3 键盘电路92.10 DS18B20温度传感器接口92.10.1 DS18B20温度传感器简介92.10.2 DS18B20的特性。92.10.3 DS18B20的外形和内部结构92.10.4 DS1820与单片机的连接92.11 RS-232串行接口92.11.1 串行通信基本原理9异步串行通信的字符格式9串行通信的传送速率92.11.2 RS232C总线标准92.11.3 单片机串口通讯的硬件电路92.12 实验板蜂鸣器驱动电路92.14 实验板PCB设计9第三章 实验板软件设计及调试9实验板流水灯程序9实验板A/D采样程序9实验板串口程序9第四章 设计总结9参考文献9附录A
13、9附录B9附录C9附录D9附录E9附录F9致 谢9第一章 引 言我设计的这款实验板最大限度地利用了单片机软硬件资源,充分考虑多功能、多用途、高可靠性及可扩展性，具有很高的性价比。有利于调动学生的学习兴趣，在实践中快速提高了学生的设计能力。传统的单片机实验系统因其购买成本高、系统使用烦琐，已经越来越不适合当前以培养学生实际能力为主要方向的高等教育，本系统可以让学生基本上人手一套，使用方便，功能齐全，真正达到让学生理论与实践的结合，深刻学习单片机的理论知识目的。 研究背景和意义完整的单片机实验教学和开发系统应包括微型计算机、编程器（又叫烧录器）、软硬件仿真器、实验电路板等。编程器用于把编译好的程序
14、写入单片机的ROM里面，把写好后的芯片插到实验板上面进行试验。单片机仿真器用来实时仿真调试单片机程序及硬件电路，随时发现问题，修改程序，提高编写程序的效率。硬件实验板，作为单片机实验的外围电路部分，可以进行相关实验电路的单片机编程实验，测试单片机程序能否实现实验电路的功能。目前，单片机的实验教学中存在诸多问题，如：单片机课堂教学往往多以理论教学为主，实验课教学为辅，实验教学也多是进行验证性实验。但单片机是一门实践性很强的学科，只学习理论不做实验练习，很难真正地把单片机方面的知识理解掌握，也很难真正成为单片机应用领域的高级人才。学生实验时也存在着不少问题，单片机实验室由于存在着场地和时间限制等问
15、题，学生除了上课外，平时难得有机会实践。个人配备单片机实验开发系统，因成本较高，很多学生无法承受。同时一般单片机实验箱由于是成品，学生很难参与到其中的细节设计中去，一般单片机实验箱也只是起验证实验的作用，学生动手能力很难得到训练与提高。单片机教材陈旧，实验设备不足、落后，一般学校很少有学生人手一套实验开发系统进行单片机实验及开发。实验板与计算机之间用通信电缆连接，可以互相通信。这样，实验题目可以与时俱进，随时更新，根据学生知识能力水平，实验教学内容可深可浅，更加符合多层次学习单片机的需求。该单片机实验教学仿真系统不仅能胜任于学生的课程实验、毕业设计、课外科技活动（如电子设计竞赛）等各个不同的实验与实践阶段，并且使用该系统有利于实验者进行自主开发实验，有利于培养学生的创新精神和创造能力。研究现状目前单片机已经引起各行业极大关注，展现出广阔的应用前景。很多大型公司都设计开发并生产专业的单片机仿真器，编程器以及单片机实验板，以供大中专院校进行教学培训、实验研究以及个人学习使用。早期的单片机实验教学和开发系统，如北京启东达爱思电子 生产的达爱思系列微机实验开
