李 杜

（湖南水利水電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，長沙410131）

0 引言

單片機技術(shù)在電子、機電、自動化等專業(yè)的課程體系中有著極其重要的地位，是一門結(jié)合了計算機原理、電子電路、程序設(shè)計等技術(shù)的應(yīng)用型課程.但它內(nèi)容抽象，涵蓋的知識面較廣，因此目前高校的教學(xué)模式往往造成學(xué)生入門難、學(xué)習(xí)興趣不高、教學(xué)效果不好等問題.本文設(shè)計了一款以STC89C52RC為核心的單片機教學(xué)板，它成本低，功能實用，擴展接口豐富，程序燒寫方便，既可以培養(yǎng)學(xué)生的動手能力，增加對單片機的感性認識，同時也提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，拓寬了單片機課程改革的思路.

1 系統(tǒng)方案的設(shè)計

在設(shè)計系統(tǒng)方案時主要考慮了以下幾點：一是能夠滿足教學(xué)要求；二是有較好的綜合性和擴展性；三是易于上手，操控方便.

單片機選用的是宏晶科技推出的STC89C52RC單片機，該芯片完全兼容傳統(tǒng)的8051單片機，且具有功耗低、性價比高、支持ISP下載等特點.PCB板采用玻纖雙面板制作，電子元件多采用貼片元件，這不但縮小了教學(xué)板的體積，便于攜帶，同時也體現(xiàn)了現(xiàn)代電子產(chǎn)品的先進工藝，實物如圖1所示.

圖1 單片機教學(xué)板正反面實物圖

教學(xué)板集成了教學(xué)常用的8位發(fā)光LED燈模塊、8位數(shù)碼管顯示模塊、按鍵控制模塊、RS232串口通信模塊、TLC1549AD轉(zhuǎn)換模塊、蜂鳴器、DS18B20溫度傳感器模塊、時鐘模塊以及LCD接口電路等，并將所有的I／O口用插針引出，便于擴展，設(shè)計ISP接口，方便程序下載和調(diào)試.系統(tǒng)框圖如圖2所示.

圖2 教學(xué)板系統(tǒng)框圖

2 教學(xué)板硬件電路的設(shè)計

教學(xué)板的原理圖在Protel99SE軟件平臺上完成并對器件屬性進行編輯，將生成的網(wǎng)絡(luò)表導(dǎo)入到PCB板圖后進行手工布線，晶振極易產(chǎn)生噪聲，在布局時應(yīng)該盡量靠近單片機的時鐘輸入端.制作好的PCB板經(jīng)過飛針測試無誤后即可進行元器件的焊接.

下面重點介紹以下四種電路模塊：

2.1 RS－232串口轉(zhuǎn)換電路

由于單片機采用的是TTL電平（邏輯1＜0.5 V，邏輯0＞2.4V），而計算機的串口采用的是RS－232電平（邏輯1＝－3～－15V，邏輯0＝＋3～＋15V），因此單片機和計算機的異步通信必須加電平轉(zhuǎn)換電路，如圖3所示.該電路以MAXIM公司生產(chǎn)的MAX232為主控芯片.該芯片的1－6腳和4只電容構(gòu)成電荷泵電路，功能是產(chǎn)生＋12V和－12 V兩個電源，提供給RS－232串口電平的需要，7－10腳是被使用的數(shù)據(jù)通道，其中9，10腳分別接單片機的RXD和TXD端7、8腳與標準RS－232接口的2、3腳相連.

圖3 RS232串口電平轉(zhuǎn)換電路

2.2 AD轉(zhuǎn)換模塊

模塊選用德州儀器生產(chǎn)的TLC1549作為AD轉(zhuǎn)換芯片，該芯片采用SPI總線，有10位的分辨率，總不可調(diào)整誤差達到士1LSBMax（4.8mV）.如圖4電路所示，基準電壓2.5V由集成電路LM336－2.5提供，插針J21通過杜邦線與I／O口相連，以同步串行方式和單片機進行通信；模擬信號輸入提供兩個通道，當(dāng)J19用跳線帽短接時，可由電位器RV2提供模擬信號輸入，方便測試和仿真；J19斷開后可以通過J20引入外部信號源.

圖4 AD轉(zhuǎn)換模塊

2.3 溫度傳感器模塊

溫度傳感器采用Dallas公司生產(chǎn)的單線數(shù)字溫度傳感器DSl8B20，該傳感器是測溫范圍較廣，支持“一線總線”接口，集溫度測量、A／D轉(zhuǎn)換于一體，可根據(jù)實際要求通過編程實現(xiàn)9～12位精度的溫度讀數(shù).在如圖5所示電路中，為了增加數(shù)據(jù)通信的穩(wěn)定性，DQ端需接一個4.7K左右的上拉電阻.

圖5 溫度傳感器模塊

2.4 時鐘模塊

DS1302是DALLAS公司生產(chǎn)的一種具有涓細電流充電能力的時鐘芯片，主要特點是采用串行數(shù)據(jù)傳輸，可為掉電保護電源提供可編程的充電功能.圖6所示是DS1302與MCU連接電路原理圖.DS1302采用三線接口與單片機進行同步通信，并可采用突發(fā)方式1次傳送多個字節(jié)的時鐘信號或RAM數(shù)據(jù)；備用電源選用CR1220紐扣電池，在斷電的情況下能保持走時一年以上.

圖6 時鐘模塊

3 結(jié)束語

學(xué)生通過自己動手焊接PCB板，對枯燥的硬件電路有了具體的認識，再從簡單的流水燈程序開始，由易到難的學(xué)習(xí)單片機編程，所編寫的程序?qū)εc不對，均能夠直觀的在教學(xué)板上看到實驗現(xiàn)象，這樣一來，充分調(diào)動了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性.在此基礎(chǔ)上，引導(dǎo)學(xué)生在單片機興趣小組活動中學(xué)習(xí)高階段的應(yīng)用，例如，單片機使用TCP／IP轉(zhuǎn)串口模塊與計算機通信、單片機控制步進電機、單片機控制超聲波測距模塊等.

我系電子專業(yè)和電力專業(yè)的單片機課改教學(xué)采用本單片機教學(xué)板后，教學(xué)效果提升明顯，學(xué)生的動手能力和程序編寫能力大幅提升.在提高了教學(xué)質(zhì)量的同時也改革了教學(xué)方法，得到了專業(yè)教師和學(xué)生的好評.

［1］ 丁向榮.STC系列增強型8051單片機原理與應(yīng)用［M］.電子工業(yè)出版社，2011.

［2］ 郭天祥.新概念51單片機C語言教程［M］.電子工業(yè)出版社，2009.

［3］ 林 凌.一種基于ISP技術(shù)的單片機多功能教學(xué)平臺［J］.實驗技術(shù)與管理，2009（3）.