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时间:2019-01-05
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1、积木式51系列单片机实验实训系统的设计及制作 【摘要】本文结合笔者多年从事单片机教学的工作经验,自制积木式51系列单片机实验实训系统。本文主要介绍了该实验实训系统的总体结构和特点,详细阐述了其软硬件设计及制作的技术方案,指明了其应用领域及推广前景。 【关键词】积木式51系列单片机实验实训系统 【中图分类号】G712【文献标识码】A【文章编号】1674-4810(2013)08-0187-02 一相关的背景技术 当今微型计算机技术发展形成了两大分支,一是以微处理器为核心所构成的通用微机系统;二是微控制器,俗称单片机。单片机主要用于工业测控,如家用电器、计算机外围设备、工业智能化仪
2、表、机器人、生产过程的自动控制、农业、化工、军事、航空航天等领域。51系列8位单片机,根据被控对象的要求,以计算机技术为基础,对其软、硬件切割、合成,使软、硬件匹配后嵌入被控对象中,以实现被控对象实时控制的需要。虽然近十年来也发展出16位和32位产品,但在目前乃至今后相当长的时间内仍将以8位机为主。 二设计及制作目的5 不少院校开设单片机课程,51系列单片机面向中职、高职、大专、本科甚至研究生开设,他们所用的实验实训设备大都技术不够先进,注重演示、价格昂贵,不利于普及。为此,笔者结合自己多年从事单片机教学的工作经验,经过反复研究、试验,制作了积木式51系列单片机教学实验实训系统。
3、三系统的总体结构 1.电路原理图 2.板上硬件资源 板上硬件包括:(1)微控制器1套,包括DIP40脚管座1个,上插MCU芯片,芯片下压晶振1个、起振瓷片电容2个;(2)20脚管座,上插活动数码管2个;(3)LED灯8个;(4)1K电阻16个,排阻2个;(5)输入设备1套,包括按键4个、4位拨码开关1个;(6)滤波稳压电路1套,包括3端稳压器7805一个、滤波电容4个、红色小LED灯1个、电阻1个;(7)复位电路1套,包括复位按键1个、电阻2个、二极管1个、电容1个,采用电平复位,复位时间大于30毫秒;(8)跳线器32个,用于选择板上或板外资源,也可用于系统扩展。以上8个组成部分设
4、置在一块电路板上,构成完整良好的应用系统;(9)RS232电压转换板、51系列专用控制器、1个9针串口,三者合成一个专用模块。该模块以积木的方式插在应用系统上并与个人机连接后构成仿真器、编程器。 四系统的软硬件制作方案 1.设计及制作所要解决的技术问题 目前,多数院校使用的单片机实验实训设备主要支持高级语言编程,而该实验实训系统可支持汇编语言、C51高级语言、混编及实时多任务操作系统对照编程,更能够适应市场编制软件的需要。5 多数院校使用的单片机实验实训设备,在硬件配置上注重演示,使用者不能对其分解、合成,难以培养学习者的动手能力与实际工作技能。该系统在现有同类产品的基础上进行了
5、创新,以实用为出发点,针对学生的特点,把教与学的重点放在现场控制上,紧抓“通过口来实现控制”这一单片机核心内容,辅之以微控器与负载之间有机结合(对负载而言,连接使用方便);负载之间在电气上严格独立,使学生可以根据实际需要对该系统进行分解,加入所需负载后,重新合成,以满足现场控制的需要,进而培养操作人员的动手能力和实践技能。 多数院校使用的单片机实验实训设备多采购于大公司,从应用角度看主要使用高级语言写作,给出一个最终结果,忽视数制在嵌入式控制中的核心地位,无视汇编语言与特定硬件一一对应的动作匹配,在教学环节上缺乏针对性。而该系统结合单片机应用特点及学习的一般规律,面向学生将单片机的口全
6、部开放,且硬件以积木的方式自由组合,将教材上的理论知识与现场应用相结合,准确地控制现场硬件的任何一个动作。从技术应用角度看,该系统实现了理实环节的统一,并提供了一条学习和编程的捷径。 该实训系统易于继承用其他语言编制的软件,减少了编程的工作量。 2.设计及制作所采用的具体技术方案 该系统以KeilC51为工具软件,设计思想上采用“层次化”“模块化”5设计。(1)外围设备与整机控制系统,通过32个跳线器完整隔离,确保使用者自由选择板上资源或板外自挂资源;(2)该系统专门制作了稳压模块,不需要专用电源,只要使用普通电源即可获得稳定的工作电压,而且板上触及部位无危险电压,确保人身安全;(
7、3)在该板上插入工作芯片,即形成用户系统;(4)在该板上或其他厂家的用户板上插入RS232/TTL转换板,加上仿真芯片,就可形成一台仿真器,为学习嵌入式控制提供了极大的方便。该仿真器植入一段代码后,可转变为一台PLC,功能接近于专用PLC如西门子PLC等;(5)在该板上或其他厂家的用户板上插入RS232/TTL转换板,加上编程芯片,就可形成一台编程器。该编程器模块还具有下载机、拷贝机、工作机三种实用功能;(6)在该板上32个端口(P
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