积木式51系列单片机实验实训系统设计和制作

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1、积木式51系列单片机实验实训系统设计和制作【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

2、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

3、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。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—个、滤波电容4个、红色小LED灯1个、电阻1个；（7

4、）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

5、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。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

6、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

7、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”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；(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

8、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(PORT)通过跳线器全部引出，学生可将自己设计的电路连入该板，极大地减轻连线工作，