基于80C51單片機(jī)的教學(xué)演示板設(shè)計(jì)

劉延?xùn)|，梁 超，董德帥

(遼寧大學(xué)輕型產(chǎn)業(yè)學(xué)院，遼寧沈陽(yáng) 110136)

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和微電子計(jì)算的發(fā)展，單片機(jī)在工業(yè)控制、家用電器、智能化儀器儀表等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用［1］。因此，單片機(jī)作為一門(mén)專(zhuān)業(yè)課程，具有實(shí)踐性、綜合性強(qiáng)的特點(diǎn)［2］?，F(xiàn)有的單片機(jī)教學(xué)演示板，功能模塊較為復(fù)雜，程序代碼不公開(kāi)，制作成本較高［3－4］。

針對(duì)現(xiàn)有單片機(jī)開(kāi)發(fā)板的問(wèn)題，設(shè)計(jì)了一種功能針對(duì)性強(qiáng)、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉的單片機(jī)教學(xué)演示板［5－6］，其功能模塊與教學(xué)內(nèi)容緊密結(jié)合，公開(kāi)程序代碼，設(shè)計(jì)思路清晰便于理解［7］。

1 單片機(jī)教學(xué)演示板的總體設(shè)計(jì)

在智能化儀器儀表中，控制核心均為微處理器，而單片機(jī)以高性能、高速度、體積小、價(jià)格低廉、穩(wěn)定可靠而得到廣泛應(yīng)用，是設(shè)計(jì)智能化儀器儀表的首選［8］。單片機(jī)結(jié)合簡(jiǎn)單的接口電路即可構(gòu)成單片機(jī)最小系統(tǒng)，它是智能化儀器儀表的基礎(chǔ)，也是測(cè)控，監(jiān)控的重要組成部分。

1.1 單片機(jī)最小系統(tǒng)的電路設(shè)計(jì)

本教學(xué)演示板以80C51，8279和ADC0804等芯片構(gòu)成的最小單片機(jī)系統(tǒng)，其原理如圖1所示。80C51是本單片機(jī)演示板的核心，其通過(guò)8279掃描鍵盤(pán)得到操作信息，經(jīng)程序指令處理，實(shí)現(xiàn)模塊功能［9］。8279是用于控制鍵盤(pán)和顯示功能塊的芯片，可按其功能分為鍵盤(pán)功能塊、顯示功能塊、控制功能塊與CPU接口功能塊?？刂乒δ軌K包括控制和定時(shí)寄存器以及掃描計(jì)數(shù)器3部分。單片機(jī)系統(tǒng)的模數(shù)轉(zhuǎn)換功能通過(guò)ADC0804芯片實(shí)現(xiàn)的，ADC0804芯片是用CMOS集成工藝制成的逐次比較型模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片。分辨率為8位，轉(zhuǎn)換時(shí)間為100μs，輸入電壓范圍為0～5 V，增加某些外部電路后，輸入模擬電壓可為5 V。該芯片內(nèi)有輸出數(shù)據(jù)鎖存器，當(dāng)與計(jì)算機(jī)連接時(shí)，轉(zhuǎn)換電路的輸出可以直接連接在CPU數(shù)據(jù)總線上，無(wú)須附加邏輯接口電路。

圖1 單片機(jī)系統(tǒng)的電路原理圖

1.2 界面設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)的單片機(jī)演示版以80C51作為CPU進(jìn)行系統(tǒng)擴(kuò)展，并將存儲(chǔ)器、I/O口擴(kuò)展、定時(shí)器、串行口通訊、A/D與D/A轉(zhuǎn)換、鍵盤(pán)與顯示等多種功能模塊集成于一體。

本單片機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)板界面主要由以下幾部分組成:2位數(shù)碼管;8位數(shù)碼管;A/D功能鍵;D/A功能鍵;PI口功能鍵;時(shí)鐘功能鍵;顯示功能鍵;“0”按鍵;“1”按鍵;復(fù)位鍵;電阻調(diào)節(jié)旋鈕;8組紅色指示燈;8組綠色指示燈;8組開(kāi)關(guān)。圖2為本系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)布局;圖3為單片機(jī)演示板的實(shí)物圖。

圖2 硬件結(jié)構(gòu)布局

圖3 單片機(jī)演示板實(shí)物圖

2 程序設(shè)計(jì)及仿真實(shí)驗(yàn)

在單片機(jī)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中，軟件設(shè)計(jì)與硬件設(shè)置同樣重要。系統(tǒng)硬件電路確定后，主要功能由軟件實(shí)現(xiàn)。分別設(shè)計(jì)了初始化，P/I顯示，A/D轉(zhuǎn)換，D/A轉(zhuǎn)換，時(shí)鐘，共陽(yáng)極和共陰極顯示功能模塊。程序設(shè)計(jì)具有易理解、易維護(hù)、實(shí)時(shí)性和可靠性強(qiáng)等特點(diǎn)［10］。

2.1 初始化程序及仿真結(jié)果

通電后，數(shù)碼管顯示LNU—80C51，時(shí)間為5 s;此時(shí)，紅綠指示燈均不亮。5 s后，顯示“8”循環(huán)，等待輸入。主程序流程圖如圖4所示。根據(jù)主程序流程圖編寫(xiě)程序，用 Proteus軟件進(jìn)行仿真［11］，其仿真結(jié)果如圖5所示。

圖4 主程序流程圖

圖5 初始化仿真結(jié)果

2.2 A/D軟件設(shè)計(jì)及仿真結(jié)果

按下“A/D功能鍵”，狀態(tài)為等待輸入。再按“A/D功能鍵”，此時(shí)兩位數(shù)碼管顯示模擬電壓，8位數(shù)碼管顯示與之對(duì)應(yīng)的輸出數(shù)字電壓的二進(jìn)制碼;當(dāng)調(diào)整“電阻調(diào)節(jié)鍵”時(shí)，數(shù)碼管顯示的內(nèi)容隨之發(fā)生改變，軟件流程如圖6所示。根據(jù)A/D轉(zhuǎn)換流程圖編寫(xiě)程序，用 Proteus軟件進(jìn)行仿真，仿真結(jié)果如圖7所示。

圖6 A/D轉(zhuǎn)換流程圖

圖7 A/D轉(zhuǎn)換仿真結(jié)果

3 結(jié)束語(yǔ)

設(shè)計(jì)的基于80C51單片機(jī)教學(xué)演示板，完成了對(duì)單片機(jī)各功能模塊的設(shè)計(jì)，滿足了教學(xué)需求。利用Proteus軟件進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了設(shè)計(jì)的可行性和有效性。

［1］楊星.論單片機(jī)發(fā)展歷程及技術(shù)進(jìn)步［J］.知識(shí)經(jīng)濟(jì)，2011(23):97.

［2］劉華東，張亞華.單片機(jī)原理與應(yīng)用［M］.2版.北京:電子工業(yè)出版社，2006.

［3］阮武林.基于“教師主導(dǎo)—學(xué)生主體”教學(xué)模式下的單片機(jī)教學(xué)策略研究［D］.上海:華東師范大學(xué)，2010.

［4］蔡君，劉井利.單片機(jī)教學(xué)改革的探討［J］.廣東技術(shù)師范學(xué)院學(xué)報(bào)，2007(10):32－34.

［5］李立全，遲榮強(qiáng).單片機(jī)原理及接口技術(shù)［M］.北京:高等教育出版社，2004.

［6］付家才.單片機(jī)控制工程實(shí)踐技術(shù)［M］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2004.

［7］鄔寬明.單片機(jī)外圍器件實(shí)用手冊(cè)數(shù)據(jù)傳輸接口器件分冊(cè)［M］.北京:北京航空航天大學(xué)出版社，2001.

［8］吳正民.PIC單片機(jī)特點(diǎn)及應(yīng)用時(shí)的注意事項(xiàng)［J］.實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2003，22(6):79 －82.

［9］馮蕊，薛宏.LN8279可編程鍵盤(pán)/顯示控制器測(cè)試技術(shù)研究［J］.微處理機(jī)，2008(6):49－51.

［10］郭永偉，曾潔，張家敏.大型單片機(jī)程序設(shè)計(jì)方法研究［J］.儀器儀表用戶，2004，11(4):9 －11

［11］仝慶華.基于Proteus單片機(jī)虛擬實(shí)驗(yàn)室［J］.大同大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版，2009，25(2):23－25.