基于DVCC系列微機實驗系統(tǒng)單片機的改造設(shè)計方法研究

聶何婷 王文軍 肖萍 江西水利職業(yè)學(xué)院機電工程系

1.引言

目前，51系列單片機在各大高校中仍然廣泛應(yīng)用，尤其是基礎(chǔ)教學(xué)當(dāng)中。本文提出一種改造DVCC系列微機實驗系統(tǒng)單片機的方法，通過設(shè)計一塊新的以STC12C5A60S2為核心的電路板，替換原DVCC系列單片機核心控制模塊，同時保留該實驗系統(tǒng)外圍設(shè)備的方法，將DVCC系列單片機改造成為能夠使用Keil編譯軟件的通用單片機系統(tǒng)。該方法不僅節(jié)約了資源，降低了實驗室更新?lián)Q代的成本，而且很大程度上提高了實驗箱的綜合性能。

2.DVCC系列微機實驗系統(tǒng)單片機介紹

我校實驗室引進的江蘇啟東計算機公司和東南大學(xué)計算機科學(xué)與工程系研制生產(chǎn)的 DVCC-52196JH+系列單片機教學(xué)實驗系統(tǒng)，是一套功能強大，接口豐富的實驗系統(tǒng)，可以實現(xiàn)包括A/D轉(zhuǎn)換實驗、D/A轉(zhuǎn)換實驗、8255A并行I/O口實驗、8253A定時/計數(shù)器實驗、8250串行通信實驗和電機控制實驗等多種功能。但是這套系統(tǒng)的實驗指導(dǎo)書在硬件部分并沒有提供完整的電路原理圖，導(dǎo)致學(xué)生在做實驗的時候并不清楚硬件電路是如何設(shè)計的，只是機械的接受。而這套系統(tǒng)的軟件是啟東公司開發(fā)的專用編譯軟件，需在WINDOWS9X/NT界面上運行，不適應(yīng)于目前計算機的應(yīng)用系統(tǒng)。軟件代碼部分僅提供匯編語言的源代碼，不提供C 語言的源代碼，與以后的開發(fā)設(shè)計脫節(jié)。早期的單片機實驗系統(tǒng)都是基于 MON51 監(jiān)控程序的，功能比較單一，并不能將程序直接燒錄到單片機內(nèi)部的 ROM 中，而是將程序裝載到外部的 RAM 中，都沒有采用當(dāng)今主流的 ISP功能，開發(fā)系統(tǒng)也是淘汰的DVCC 系統(tǒng)。如果不對DVCC-52196JH做改造，實驗箱將面臨淘汰，造成資源浪費。

3.核心板設(shè)計

目前大多數(shù)單片機的實驗系統(tǒng)的CPU采用 Atmel 公司的AT89系列或宏晶公司的 STC系列，具備 IAP或ISP 功能，能夠滿足一般的實驗系統(tǒng)應(yīng)用。本實驗系統(tǒng)改造采用增強型51 內(nèi)核的STC12系列作為 CPU，替換原實驗系統(tǒng)中的DVCC系列單片機核心模塊，同時通過杜邦線與實驗箱上外圍硬件設(shè)備相連接進行改造，外圍設(shè)備保留經(jīng)典的實驗項目，去除一些因功能陳舊而失去實際操作意義和使用價值的實驗，替換上一些數(shù)字化傳感器功能接口，以順應(yīng)數(shù)字化的發(fā)展趨勢。實驗系統(tǒng)的開發(fā)環(huán)境采用目前廣泛使用的Keil μVision4，實現(xiàn)與STC12系列單片機的良好對接。此外考慮到目前部分筆記本電腦已經(jīng)取消了 RS-232 通信串口，采用USB轉(zhuǎn)TTL接口電路替代原本的RS-232串口。因此，本次實驗系統(tǒng)改造的關(guān)鍵在CPU核心板的設(shè)計，相關(guān)電路具體介紹如下。

3.1 最小系統(tǒng)電路

本電路單片機采用了宏晶公司最新的單時鐘/機器周期1T增強型芯片STC12C5A60S2。該芯片具有高速、低功耗、超強抗干擾等特點，具備ISP編程功能,完全兼容8051系列單片機，且指令代碼速度快8-12倍。另有完整的P4口，可做復(fù)位。I/O口灌電流較STC系列增加2倍，驅(qū)動能力超強。芯片底座采用40腳鎖緊座，方便更換芯片。最小系統(tǒng)電路原理圖如下：

圖1 最小系統(tǒng)電路原理圖

3.2 USB下載及供電電路

本模塊采用南京沁恒電子有限公司設(shè)計生產(chǎn)的一款接口轉(zhuǎn)換及單片機外圍芯片CH340，支持USB2.0，可以實現(xiàn)USB轉(zhuǎn)串口、擴展計算機異步串口和USB轉(zhuǎn)IrDA紅外等功能。CH340較PL2303更穩(wěn)定，不會出現(xiàn)由于不同驅(qū)動或不同電腦導(dǎo)致不兼容現(xiàn)象，本電路設(shè)置有電源指示燈和下載指示燈，方便直觀了解串口電路是否在工作。USB下載及供電電路原理圖如下：

圖2 USB下載及供電電路原理圖

3.3 電源電路及電源擴展接口

目前不少的傳感器、通訊模塊采用+5V或+3.3V電源供電，為了使實驗箱有更好的適應(yīng)性，專門設(shè)計了+3.3.V供電及電源擴展口，可以外接超聲波、紅外測距傳感器、藍牙通訊模塊及ZigBee通訊模塊。其中5V電源電路可由DVCC實驗箱系統(tǒng)電源提供，或由USB供電，無需另外設(shè)計電路。電源電路及電源擴展接口原理圖如下：

圖3 電源電路及電源擴展接口原理圖

4.實驗

將核心板與DVCC實驗箱上8位LED燈電路模塊連接，LED燈能夠按照設(shè)定數(shù)據(jù)進行點亮，除此之外，還可進行數(shù)碼管、鍵盤、點陣等實驗，使實驗箱各硬件資源得到充分的利用。

5.結(jié)語

通過設(shè)計替換單片機核心控制模塊，解決了DVCC單片機實驗箱改造問題，該改造方法可靠性高，成本低，操作方便，可推廣到其他系列單片機實驗箱的改造中，節(jié)約開支，具備一定的經(jīng)濟效益和社會效益。