專利名稱：可在線編程與調(diào)試的單片機實驗板的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種單片機，更具體地說，是涉及一種可在線編 程與調(diào)試的單片機實驗板。
背景技術(shù)：
單片機是一門實踐性很強的課程，很多學(xué)生都學(xué)不好這門課，其 主要原因在于實踐不夠。受學(xué)時所限，教師一般只能在講完原理后 安排一些驗證性的實驗，隨后的課程設(shè)計也往往流于形式，使學(xué)生 的設(shè)計能力得不到有效的鍛煉。有些學(xué)生希望能在課外深入學(xué)習(xí)單 片機的開發(fā)，卻找不到一種適合他們的目標(biāo)板。
目前，教學(xué)中使用的單片機實驗箱大都采用并行擴展模式，與單
片機系統(tǒng)的SOC ( System on Chip,系統(tǒng)級芯片)發(fā)展趨勢相悖。此 類實驗箱的功能雖多，但是體積大，成本高，可靠性差，其中一部 分還需要仿真器和編程器的支持，無法單獨進行設(shè)計性實驗和產(chǎn)品 開發(fā)，因而不適合用作學(xué)生的課外設(shè)計訓(xùn)練。

實用新型內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實用新型的目的是提供一種體積小、成 本低、可靠性高、可擴展性強的單片機實驗板。
為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型提供了一種可在線編程與調(diào)試的 單片機實驗板，其包括主控器，所述主控器為單片機，并在其外圍 連接配置了 LED數(shù)碼顯示器、LCD點陣顯示器、LED指示燈、蜂鳴 器、行列鍵盤、功率驅(qū)動器、串行E^ROM、實時鐘、A/D轉(zhuǎn)換器、 數(shù)字溫度傳感器、紅外收發(fā)器、USB-232轉(zhuǎn)換器以及信號引出排針。
根據(jù)本實用新型的一個實施例，該單片才幾包括SST89E5X系列單片機。
根據(jù)本實用新型的另一個實施例，該單片機包括LED數(shù)碼顯 示器為4位共陽型一體化顯示模塊；LCD點陣顯示器為128x64圖形 顯示模塊；行列鍵盤為2x8矩陣結(jié)構(gòu)；蜂鳴器為無源壓電型；功率 驅(qū)動器使用L298芯片；數(shù)字溫度傳感器使用DS18B20型；紅外收 發(fā)器中的發(fā)射管為普通紅外發(fā)射管，接收管為一體化38KHz紅外接 收模塊；USB-232轉(zhuǎn)換器使用FT232和SP213芯片；串行E2PROM 使用AT24C1024芯片；實時鐘使用PCF8563T芯片；A/D轉(zhuǎn)換器使 用PCF8591芯片。
根據(jù)本實用新型的再一個實施例，該單片機進一步包括用于在計 算機軟件支持下進行單片機在線編程和調(diào)試的USB電纜。
根據(jù)本實用新型的又一個實施例，該單片機進一步包括與計算機 的USB 口直接連接的電源輸入端。
根據(jù)本實用新型的另外一個實施例，該單片機進一步包括設(shè)置于 電源輸入端的保險絲。
根據(jù)本實用新型的另外一個實施例，該單片機進一步包括外接電 源插孔。
根據(jù)本實用新型的另外一個實施例，該單片機進一步包括由單片 機的通用口線構(gòu)建的串行擴展總線。
根據(jù)本實用新型的又 一 個實施例，串行擴展總線包括實現(xiàn)單片機
與串行E^ROM、實時鐘、A/D轉(zhuǎn)換器之間的連接的fC總線。
本實用新型的有益效果是，提供了一種可在線編程和調(diào)試的單片 機實驗板，其摒棄了使用并行總線擴展外部存儲器的傳統(tǒng)模式，以 較低的成本實現(xiàn)了仿真器、編程器和應(yīng)用板的一體化，大大降低了 單片機系統(tǒng)開發(fā)門搵，具有體積小、成本低、可靠性高、可擴展性 強等優(yōu)點，可作為課堂教學(xué)、單片機課程設(shè)計、畢業(yè)設(shè)計、課外電 子實踐和電子竟賽訓(xùn)練等的通用目標(biāo)板，通過大量案例學(xué)習(xí)和實踐 訓(xùn)練，可以使學(xué)生的應(yīng)用設(shè)計能力得到快速的提高。

圖1是本實用新型的一個優(yōu)選實施例的結(jié)構(gòu)原理圖；以及 圖2是本實用新型的優(yōu)選實施例的單片機口線分配圖。
具體實施方式
下面將結(jié)合附圖和實施例對本實用新型的優(yōu)選實施方式進行進 一步的說明。
圖1是根據(jù)本實用新型的一個優(yōu)選實施例的單片機的結(jié)構(gòu)原理 圖。本實用新型采用的是SST89E5X系列單片機，包括SST89E52、 SST89E54、 SST89E58、 SST89E516等型號,其指令系統(tǒng)及引腳排列 與80C51單片機兼容，而片內(nèi)資源和性能指標(biāo)則有很大提升。 SST89E5X系列單片機除具有8KB 64KB程序存儲器、1KB數(shù)據(jù)存 儲器、4個8位I/O 口 、 3個16位定時/計數(shù)器、1個5通道PCA (Programable Counter Array,可編程計數(shù)器陣列)、1個可編程WDT (Watchdog Timer,看門狗)、1個全雙工增強型UART ( Universal Asynchronous Receiver/Transmitter,通用異步接收/發(fā)送裝置)、l個 SPI 口 ( Serial Peripheral Interface,串行外設(shè)接口 ) 、 8向量4級中 斷外，還支持IAP (in Application Programming,在應(yīng)用編程)、ALE (Adress Lock Enable,地址鎖存允許)輸出禁止、Brown-out檢測(低 電壓檢測)等功能。特別是其IAP (在應(yīng)用編程)功能，大大降低了 開發(fā)單片機系統(tǒng)的設(shè)備支出，只需通過一根USB電纜連接到計算機 的USB 口，就可在計算機軟件支持下進行單片機程序的在線編程和 調(diào)試。
S S T 8 9 E 5 X單片機內(nèi)部的程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器已能滿足本 實用新型提供的實驗板的實際需要，因而該實驗板摒棄了使用并行 總線擴展外部存儲器的傳統(tǒng)模式，使單片機I/O 口線利用率達到 100%。該單片機通過32根I/O 口線分別與LED數(shù)碼顯示器、LCD 點陣顯示器、LED指示燈、蜂鳴器、行列鍵盤、功率驅(qū)動器、串行 E2PROM、實時鐘、A/D轉(zhuǎn)換器、數(shù)字溫度傳感器、紅外收發(fā)器、USB-232轉(zhuǎn)換器以及信號引出排針相連。口線具體分配方案需綜合 考慮單片機各I/O 口的內(nèi)部結(jié)構(gòu)以及不同外圍設(shè)備和功能器件的工 作特點以后加以確定。
本實用新型提供的實驗板的尺寸不大于125mm (長)x80mm (寬)。在功率驅(qū)動器空載情況下，該實驗板最大工作電流不超過 0.2A,可利用計算機的USB 口直接供電。為防止短路造成計算機故 障，該實驗板電源輸入端設(shè)有一個0.5A的保險絲。此外，該實驗板 還設(shè)有外接電源插孔，方便驅(qū)動大功率負(fù)載時使用。
在本實用新型的優(yōu)選實施例中，該單片才幾的口線P0分時用作LED 數(shù)碼顯示器的段碼端口 LEDSEG、 LCD點陣顯示器的數(shù)據(jù)端口 LCDData以及行列鍵盤的列輸出端口 KEYCOL, 口線P2的高4位(口 線P2.7 P2.4 )用作LCD點陣顯示器的控制端口 LCDCtrl， 口線P2的 低4位(口線P2.3 P2.0)用作功率驅(qū)動芯片L298的信號輸入端口 L298IN,同時還與4個LED發(fā)光管對應(yīng)相連。該單片機的口線Pl.O 作為紅外收發(fā)器的載波輸出端口 IRCarry, 口線Pl.l連同口線P1.7 P1.5 共4根口線作為LED數(shù)碼顯示器的位碼端口 LEDBIT0 LEDBIT3， 口 線P1.2作為^^鳴器控制端口 BUZZ, 口線P1.3和P1.4作為功率驅(qū)動芯 片L298的使能控制端口 L298EN。單片機的口線RXD、 TXD分時用 作USB-232轉(zhuǎn)換器的數(shù)據(jù)收發(fā)端口 COM232以及紅外收發(fā)器的數(shù)據(jù)收 發(fā)端口 IRTxRx, 口線INTO用作時鐘芯片PCF8563T的中斷輸入端口 8563INT， 口線INT1、 TO用作行列鍵盤的行輸入端口 KEYROW, 口 線Tl作為數(shù)字溫度傳感器DS18B20的數(shù)據(jù)/控制端口 ， 口線WR、 RD 作為虛擬I2C bus (Inter-Integrated Circuit bus,內(nèi)部集成電路總線)的 時鐘及串行數(shù)據(jù)線。
I2C總線是單片機應(yīng)用系統(tǒng)中常用的串行擴展總線，可通過I2C總 線為單片機擴展多種外圍功能器件和外設(shè)。由于SST89E5X單片機沒 有配置硬件fC接口，因此，在本優(yōu)選實施例中，利用WR、 RD兩根 口線，配合軟件代碼，構(gòu)建了一套虛擬的I2C總線。軟件代碼是根據(jù) fC協(xié)議設(shè)計的，可產(chǎn)生與標(biāo)準(zhǔn)^C總線一樣的工作時序，掛接在虛擬I2C總線上的器件包括串行E^ROM、實時鐘以及A/D轉(zhuǎn)換器。
本優(yōu)選實施例中所使用的元器件型號及規(guī)格是LED數(shù)碼顯示 器為4位共陽型一體化顯示模塊；LCD點陣顯示器為128x64圖形顯 示模塊；行列鍵盤為2x8矩陣結(jié)構(gòu)；蜂鳴器為無源壓電型；功率驅(qū) 動器使用L298芯片；數(shù)字溫度傳感器使用DS18B20型；紅外收發(fā) 器中的發(fā)射管為普通紅外發(fā)射管，接收管為一體化38KHz紅外接收 模塊；USB-232轉(zhuǎn)換器使用FT232和SP213芯片；串行E2PROM使 用AT24C1024芯片；實時鐘使用PCF8563T芯片；A/D轉(zhuǎn)換器使用 PCF8591芯片。
本實用新型優(yōu)選實施例中提供的實驗板摒棄了使用并行總線擴 展外部存儲器的傳統(tǒng)模式，以較低的成本實現(xiàn)了仿真器、編程器和 應(yīng)用板的一體化，大大降低了單片機系統(tǒng)開發(fā)門檻，可作為課堂教 學(xué)、單片機課程設(shè)計、畢業(yè)設(shè)計、課外電子實踐和電子竟賽訓(xùn)練等 的通用目標(biāo)板，通過大量案例學(xué)習(xí)和實踐訓(xùn)練，可以使學(xué)生的應(yīng)用 設(shè)計能力得到快速的提高。
該實驗板硬件資源豐富，通用性強，可支持多種基礎(chǔ)性、綜合性實 驗及設(shè)計、開發(fā)性項目。如果僅使用發(fā)光管、數(shù)碼管、按鍵、蜂鳴器等 常規(guī)外設(shè)便可進行流水燈、交通燈、音樂門鈴、電子琴、電子鐘、搶答 器、防盜報警器、電子密碼鎖、矩形波及PWM( Pulse Width Modulation, 脈沖寬度調(diào)制)波發(fā)生器、頻率計、電子游藝機等實驗。如果再加上其 它不同組件，還可以設(shè)計很多實用項目，如紅外遙控器、障礙檢測器、 多路定時控制器、數(shù)字電壓表、任意波形發(fā)生器、數(shù)據(jù)記錄儀、流量檢 測儀、脈搏測試儀、水位控制器、溫度測控儀、目標(biāo)跟蹤系統(tǒng)、串行總 線網(wǎng)絡(luò)模型、分布式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、電梯控制系統(tǒng)、智能玩具車、簡易 機器人、數(shù)字錄放機、IC卡讀卡器、門禁系統(tǒng)等。
當(dāng)然，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該認(rèn)識到，上述的實施例對本實用新型僅 起解釋而非限定的作用，倘若本實用新型的相應(yīng)修改和變形屬于本實用 新型權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本實用新型的意圖也包含在 這些改動和變形中。
權(quán)利要求1.一種可在線編程與調(diào)試的單片機實驗板，包括主控器，其特征在于所述主控器為單片機，并在其外圍連接有LED數(shù)碼顯示器、LCD點陣顯示器、LED指示燈、蜂鳴器、行列鍵盤、功率驅(qū)動器、串行E2PROM、實時鐘、A/D轉(zhuǎn)換器、數(shù)字溫度傳感器、紅外收發(fā)器、USB-232轉(zhuǎn)換器以及信號引出排針。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的單片機實驗板，其特征在于所述單 片機為SST89E5X系列單片機。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的單片機實驗板，其特征在于所述LED 數(shù)碼顯示器為4位共陽型一體化顯示模塊；所述LCD點陣顯示器為 128x64圖形顯示模塊；所述行列鍵盤為2x8矩陣結(jié)構(gòu)；所述蜂鳴器 為無源壓電型；所述功率驅(qū)動器使用L298芯片；所述數(shù)字溫度傳感 器使用DS18B20型；所述紅外收發(fā)器中的發(fā)射管為普通紅外發(fā)射管， 接收管為一體化38KHz紅外接收模塊；所述USB-232轉(zhuǎn)換器使用 FT232和SP213芯片；所述串行E2pR0M使用AT24C1024芯片；所 述實時鐘使用PCF8563T芯片；所述A/D轉(zhuǎn)換器使用PCF8591芯片。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的單片機實驗板，其特征在于進一步 包括用于在計算機軟件支持下進行單片機在線編程和調(diào)試的USB電 纜。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的單片機實驗板，其特征在于進一步 包括與計算機的USB 口直接連接的電源輸入端。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的單片機實驗板，其特征在于進一步 包括設(shè)置于所述電源輸入端的保險絲。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的單片機實驗板，其特征在于進一步 包括外接電源插孔。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的單片機實驗板，其特征在于進一步 包括由所述單片機的通用口線構(gòu)建的串行擴展總線。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的單片機實驗板，其特征在于所述串行擴展總線包括實現(xiàn)所述單片機與所述串行E2PROM、所述實時鐘、 所述A/D轉(zhuǎn)換器之間的連接的I2C總線。
專利摘要本實用新型公開了一種可在線編程與調(diào)試的單片機實驗板。該教學(xué)實驗板以SST89E5X系列單片機為主控器，并在其外圍配置了LED數(shù)碼顯示器、LCD點陣顯示器、LED指示燈、蜂鳴器、行列鍵盤、功率驅(qū)動器、串行E²PROM、實時鐘、A/D轉(zhuǎn)換器、數(shù)字溫度傳感器、紅外收發(fā)器、USB-232轉(zhuǎn)換器以及信號引出排針，可以在計算機軟件支持下對單片機進行在線編程和調(diào)試。該實驗板集仿真器、編程器和應(yīng)用板于一體，具有體積小、成本低、可靠性高、可擴展性強等優(yōu)點。
文檔編號G09B23/00GK201352395SQ20092000008
公開日2009年11月25日 申請日期2009年1月5日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月5日
發(fā)明者石建國 申請人:電子科技大學(xué)中山學(xué)院