USB型单片机实验装置开发

摘要：本文设计开发的USB型单片机实验装置是通过USB接口与PC机连机的具有实时仿真调试功能的单片机实验装置，由于采用即插即用的USB接口代替了传统的RS232串行口，省却了外接电源，不仅连接非常方便，而且降低了成本，能对实验电路、程序进行实时调试，是初学者学习单片机必不可少的工具。

关键词： USB单片机 实验装置

【中图分类号】TE319

0引言

单片机一门实践性很强的专业课程，通过实验环节能够有效地巩固课堂上所学的理论知识，全面提升学生的动手能力和创新能力，培养出行业所需的应用型人才，目前市场上适合学生使用的片机实验板有两类：一类通过RS232串行口与PC机相连，同时它还需使用外接电源。另一类号称USB型的实验板只是通过PC机USB接口获取电源，真正与PC机的连接还是通过RS232串口。以上两类实验板与PC机相连时，一般需要将主机箱从电脑桌中搬出，才能与机箱背后的RS232串行口连接，如果在普通机房使用时，由于地方狭小不易伸展，所以限制较多，特别是插拔实验板时很不方便。

1 USB单片机实验装置的总体设计

本文设计的USB型单片机实验装置通过采用USB接口与PC机连机的方式，使它具备了与其它单片机实验装置相比更加优越、更加方便的操作方式。当我们在普通机房或者家中使用USB型单片机实验装置的时候，我们可以方便的将实验装置上的USB接口与电脑机箱上的前置或后置USB口进行连接，它可以直接从USB口上获取到5V电源，并且不需要再连接其它的譬如：RS232串口线、电源线。不必为了插上接口再将机箱从电脑桌中搬出，可谓相当方便。USB型单片机实验装置支持ISP在线编程技术（In -System Programming）我们可以直接对已经调试好的目标代码进行下载调试，先将芯片插入芯片槽中，运行下载软件，通过USB口，我们调试好的目标代码就会直接被下载到单片机芯片中，上电后自动运行用户的代码与以前需要另接ISP下载器相比其设计更加省时、便利。

USB型单片机实验装置通过USB接口与KELL通讯，可以实时地调试目标程序，其在线软件仿真器不仅支持以前汇编语言源代码的调试，对于现在主流C51高级语言源代码同样完全适用。除此之外它还支持：

（1）单步执行STEP 、STEP OVER、10个断点、运行到光标、全速运行；

（2）支持变量的显示和修改；

（3）支持数据存储器、代码存储器、SFR特殊功能寄存器及P0-P3 端口的读写；

（4）支持对8051 程序存储区的反汇编及在线汇编等功能

USB型单片机控制装置是以AT89S52单片机为核心的单片机嵌入式系统，与PC机的连接方式如图1所示，实验仪从USB总线上获取5V电源，通过CH341控制芯片将USB总线转换为串行口与单片机相连，实验电路包括基本的数码管、单脉冲、独立式键盘、行列式键盘、蜂鸣器电路以及I2C总线器件、单总线器件、串行A/D转换、红外线收发、LCD显示电路等，可完成各类基础型、应用型实验，采用的 AT89S52单片机内嵌在线软件仿真器，并具有在系统中编程的功能，这样可以在PC上使用KEIL软件对实验电路进行实时仿真调试，最终将程序写入芯片运行，无需专用的仿真器及编程器。

图1 USB型单片机控制装置示意图

由此可见，USB单片机实验装置可谓麻雀虽小，五脏俱全，通过上述的功能我们能够完成二十多个硬件实验，完全能够满足学生的日常实验和学习需求。

另外在成本方面，由于单片机已成为计算机、电子、控制、机电等专业的必修课程，现在许多大专院校有的实验设备已基本处于满负荷工作状态，尽管如此，目前单片机实验效果尚不理想，由于涉及硬件的连接、源程序的输入调试，各种意想不到的错误难以避免，对于初学者来说往往要耗费不少时间，虽有老师巡回辅导，仍有不少学生来不及在2课时内完成实验。为提高学生分析问题解决问题的能力，学生应该有更多的实验时间，增加实验台、实验箱的数量是一个办法，但因班级众多，实验台与实验箱的价格昂贵，成本高，实际实施难度较大。USB型单片机控制装置所需材料均为价格低廉的电子元器件，实物如图2，价格在60元以下，多数同学都可以接受，这样每个学生都能拥有一个经济的单片机实验装置，在课余时间和假期还能继续未完成的实验或者进行应用型的实验，有效地培养学生的学习兴趣，促进其动手能力和创新能力提高。我们在市场上进行调查：学校购买单片机实验装置，个人不愿意购买，另一方面自己认为单片机学习太困难。USB型单片机实验装置也是根据现代电脑技术发展需要而产生，它装置结构配置完善，但其成本是一般市场价格的30%，大大满足了学生的需求。大家都非常喜欢这样的单片机实验装置。

图2 USB型单片机控制装置实物图

2结论

USB型单片机实验装置USB型单片机实验系统装置结合经典的单片机电路，把单片机及硬件电路模块集成在一块实验板上，通过合理设计，使模块各自独立工作而互不干扰。它通过USB接口与PC机连机，具有实时仿真调试功能。由于采用即插即用的USB接口代替了传统的RS232串行口，省却了外接电源，不仅连接非常方便，而且降低了成本。同时根据单片机课程的实验教学大纲精心设计了基础型、应用型实验电路，采用了KEIL仿真调试环境，能对实验电路、程序进行实时调试。USB型单片机实验装置结构配置完善，应用技术宽泛，能够完全满足学生的日常需求，再加上它便于携带，使用方便，价格低廉。所以它的市场会很广阔。

参考文献

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