新型51单片机实验箱的设计

【摘要】单片机实验箱是单片机教学的重要组成部分，是培养学生实践能力的主要工具。本课题制作了一个兼容51系列与AVR系列的单片机实验箱，实验箱以STC89C516RD+单片机为主控芯片，通过USB接口完成实验箱上各个模块的仿真和烧写，实现了在线仿真和下载的功能。作为我校实验室自主产权的实验箱，大大节省了成本。

【关键词】51单片机；实验箱；Keil

1.引言

随着电子技术的飞速发展，单片机也随之有了很大的发展，各种新式的单片机层出不穷，并在人类生活的各个领域获得广泛的应用。单片机自问世以来，性能不断提高，功能不断增多，能满足很多应用场合的需要。同时，因其具有集成度高、功能强大、速度快、体积小、功耗低、使用方便、性能可靠且价格低廉等特点，使单片机在工业控制、数据采集和处理、家用电器等领域应用越来越广泛。

单片机实验箱已经成为单片机入门者不可或缺的一个工具，在大学生课堂教学和竞赛方面也起到了很大的作用。为此，我们设计并制作了一款新型51单片机实验箱，面向我校大学生单片机实验课程，给予学生一个实践平台。

2.系统结构

系统以STC89C516RD+单片机为控制核心，配备USB供电和外部电源供电2种供电方式，共分为发光二极管模块、按键模块、数码管模块、时钟模块、数模/模数转换模块、温度传感器模块等，共13个模块，每一个模块独立连线使用，图1所示是整个实验箱的原理图。

图1 实验箱原理图

3.系统硬件实现

（1）交通灯模块

使用芯片8255芯片来扩展I/O口，控制四路方向灯，实现交通灯的效果。

（2）独立二极管模块

使用STC89C516RD+的P1口，来控制8个独立的LED灯，可以实现流水灯的效果。

（3）数码管模块

数码管分成静态显示，和动态显示。静态显示模块中使用2个共阴的数码管，用单片机的P0口和P1口作为段选，接到数码管的a，b，c，d，e，f，g，dg上，P2.1，P2.0引脚控制2个数码管的位选。动态显示模块将所有数码管的8个显示笔划“a，b，c，d，e，f，g，dp”的同名端连在一起，通过P0口控制，另外为每个数码管的公共极COM为位选通控制电路，由单片机的P1口控制。

（4）按键模块

按键是比较常用的电路，在这里我们设计了独立按键电路和矩阵键盘电路，通过单片机的P1口控制8个独立按键，并将其工作状态通过发光二极管显示出来。为了节约单片机端口，还设计了矩阵键盘模块，通过单片机的P2口完成对16个按键组成的矩阵键盘的控制，并将结果通过液晶显示出来。

（5）LCD12864液晶显示模块

实验箱选择12864液晶模块，它是128* 64点阵液晶模块，适合小型显示装置，引脚分配图如表1所示。

表1 单片机与液晶的引脚分配图

单片机 液晶

P0 D7-D0

P2.1 PSB

P2.3 RES

P2.4 RS

P2.5 WR

P2.6 E

（6）EEPROM模块（AT24C02）

AT24C02是一个2K位串行CMOS EEPROM，内部含有256个8位字节。AT24C02有一个16字节页写缓冲器。该器件通过IC总线接口进行操作，有一个专门的写保护功能。通过单片机的P1.6脚控制AT24C02的SCL端，单片机的P1.7脚控制AT24C02的SDA端。

（7）数模转换模块（DAC0832）

DAC0832是8分辨率的D/A转换集成芯片，在DAC0832数模转换之后加上一个放大器，可提高带负载能力，输出结果可通过连接实验箱上的电机检测。

（8）模数转换模块（ADC0809）

选择ADC0809芯片，功能与DAC0832相反，一般用作信号采集，将模拟量转化为数字量，然后给处理器处理。

（9）时钟模块（DS1302）

DS1302是美国DALLAS公司推出的具有涓细电流充电能力的低功耗实时时钟电路。它可以对年、月、日、时、分、秒进行计时，且具有闰年补偿等多种功能。通过单片机的P3.4脚控制DS1302的DATA端，P3.5脚控制DS1302的RST端，P3.6脚控制DS1302的SCLK端。

（10）温度传感器模块（DS18B20）

DS18B20采用独特的一线接口，无需外部元件，可用数据总线供电，电压范围为3.0V至5.5V，无需备用电源，测量温度范围为-55℃至+125℃。只需要用单片机的P2.2口控制DS18B20的DATA口。

（11）红外发射/接收模块

红外发射（发光）器件是红外遥控装置中不可缺少的重要器件，也是一种发光二极管。在家用电器等红外遥控应用中，普遍采用红外LED作为光发射器件。控制电路非常简单，只需要用单片机的一个引脚控制发射电路，另一个引脚控制接收电路。

4.系统软件实现

整个系统的软件由C51语言编写，程序分为多个相对独立的子程序模块，各子程序分别进行设计和调试。学生可使用自带的测试程序，也可根据电路和所需实现的功能，自己编写相关的驱动程序。

5.调试仿真与结论

将实验箱上的串口通过串口-USB口转换线跟电脑的USB接口连接，然后通过KEIL软件将所编程序打开，编译，通过串口将程序加载到硬件电路板上进行调试、仿真和运行。最后将程序通过串口固化到ROM中，脱机运行，使用非常简便，可以很直观的进行在线调试。

参考文献

[1]马忠梅，等.单片机的C语言应用程序设计[M].北京：北京航空航天大学出版社，2001.

[2]康凤举，杨惠珍，高立娥，等.现代仿真技术与应用[M].北京：国防工业出版社，2006.

[3]刘瑞叶，任洪林，李志民，等.计算机仿真技术基础[M].北京：电子工业出版社，2004.