【摘要】本文主要闡述了現(xiàn)有單片機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)的不足，并針對(duì)實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有單片機(jī)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的不足之處，提出了相應(yīng)的改進(jìn)設(shè)計(jì)。

【關(guān)鍵詞】單片機(jī)實(shí)驗(yàn)平臺(tái);改進(jìn)設(shè)計(jì);實(shí)現(xiàn)

1.現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)存在的不足及改進(jìn)設(shè)計(jì)方案

現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)中，單片機(jī)芯片各引腳在印制電路板上已經(jīng)和對(duì)應(yīng)的模塊固定好了，在這種固定模式下，學(xué)生設(shè)計(jì)邏輯電路的空間很小，不利于學(xué)生深入思考和創(chuàng)新。學(xué)生做實(shí)驗(yàn)時(shí)，只要按照商家定義好的電路連接，在實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)的指導(dǎo)下，正確輸入和操作，便能得到正確的結(jié)果。這樣的實(shí)驗(yàn)過(guò)程很難激發(fā)學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)的熱情和興趣，往往會(huì)出現(xiàn)應(yīng)付實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象，達(dá)不到開(kāi)設(shè)實(shí)驗(yàn)的目的。會(huì)做實(shí)驗(yàn)和會(huì)設(shè)計(jì)系統(tǒng)之間的差距很大。為了提高學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力，針對(duì)實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有單片機(jī)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的不足之處，本實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)在以下兩個(gè)方面做了相應(yīng)的改進(jìn)：

（1）本實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)采用開(kāi)放式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，各個(gè)模塊在平臺(tái)上是相互獨(dú)立的。在改進(jìn)的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上，每個(gè)模塊都有獨(dú)立的輸入和輸出接口，學(xué)生需要哪個(gè)模塊就可以通過(guò)連接線和轉(zhuǎn)換板搭接起來(lái)，暫時(shí)用不上的模塊可以斷開(kāi)。這樣既可以避免模塊之間的相互干擾，也方便學(xué)生根據(jù)自己的實(shí)際需求來(lái)搭建電路，為學(xué)生提供了自主設(shè)計(jì)的空間。

（2）考慮到單片機(jī)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)內(nèi)容的完整性和趣味性，本章在原有實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的基礎(chǔ)上進(jìn)行了模塊的添加與改進(jìn)，主要包括步進(jìn)電機(jī)和繼電器驅(qū)動(dòng)模塊、16*16點(diǎn)陣模塊等。下面將詳細(xì)闡述各模塊的改進(jìn)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。

圖1 單片機(jī)端口連接圖

2.改進(jìn)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)各模塊設(shè)計(jì)

本實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)要求系統(tǒng)具有開(kāi)放性，單片機(jī)的I/O資源要得到充分的利用。因此，AT89C51單片機(jī)芯片的各端口沒(méi)有固定在印制電路板上，而是與相應(yīng)的輸入和輸出接口相連。做實(shí)驗(yàn)時(shí)，學(xué)生可通過(guò)連接線和轉(zhuǎn)換板靈活的選擇單片機(jī)端口搭建電路，實(shí)現(xiàn)了資源的充分利用。單片機(jī)端口的連接如圖1所示。

2.1 步進(jìn)電機(jī)和繼電器驅(qū)動(dòng)模塊設(shè)計(jì)

單片機(jī)各引腳提供的電平是無(wú)法驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)和繼電器的，故本課題增設(shè)了步進(jìn)電機(jī)和繼電器的驅(qū)動(dòng)電路模塊，該模塊選用了ULN2003芯片驅(qū)動(dòng)。ULN2003由一組達(dá)林頓管組成，有16個(gè)腳共7路驅(qū)動(dòng)。引腳功能是：1～7腳為單片機(jī)脈沖輸入端;8腳為接地端;9腳為內(nèi)部7個(gè)續(xù)流二極管負(fù)極的公共端;16～10腳為脈沖信號(hào)輸出端，與1～7腳的輸入端一一對(duì)應(yīng)。該模塊用P0.0驅(qū)動(dòng)一個(gè)繼電器，P0.0接ULN2003的1腳，ULN2003的16腳接繼電器線圈的一端， 繼電器線圈的另一端接+5V電源。當(dāng)P0.0為高電平時(shí)，繼電器吸合;當(dāng)P0.0為低電平時(shí)， 繼電器釋放。電路原理圖如圖2所示。

圖2 步進(jìn)電機(jī)和繼電器驅(qū)動(dòng)模塊電路

2.2 16*16點(diǎn)陣模塊設(shè)計(jì)

LED顯示屏是一種新型的顯示媒體，是當(dāng)今大屏幕顯示的主流產(chǎn)品，它具有亮度高、使用壽命長(zhǎng)、顯示內(nèi)容多樣、色彩豐富、對(duì)室內(nèi)外環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，在各行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用。因此，為了讓學(xué)生能夠很好的掌握用單片機(jī)控制LED顯示屏的能力，本實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)增加了16*16點(diǎn)陣電路模塊。該模塊采用RS232接口的第3腳（TXD）由計(jì)算機(jī)向控制電路發(fā)送字符或漢字內(nèi)碼;該內(nèi)碼被存儲(chǔ)在控制電路中，控制電路找出對(duì)應(yīng)該內(nèi)碼的點(diǎn)陣，然后向驅(qū)動(dòng)電路發(fā)送行列選通信號(hào);根據(jù)行列選通信號(hào)，顯示驅(qū)動(dòng)電路負(fù)責(zé)向指定LED提供驅(qū)動(dòng)電流。采用串行的方法，控制電路可以是一根信號(hào)線，將列數(shù)據(jù)一位一位地傳到列驅(qū)動(dòng)器，在硬件方面是十分經(jīng)濟(jì)的。解決串行傳輸中數(shù)據(jù)準(zhǔn)備和列數(shù)據(jù)顯示的時(shí)間問(wèn)題，可以采用重疊處理的方法。這種方法需要列數(shù)據(jù)的顯示具有鎖存的功能。因此，該模塊選用帶鎖存輸出的8位移位寄存器74HC595作為L(zhǎng)ED顯示屏的列線驅(qū)動(dòng)輸入。它是由各自獨(dú)立控制的一個(gè)8位串入并出的移位寄存器和一個(gè)8位輸出鎖存器構(gòu)成，可以實(shí)現(xiàn)在顯示本行各列數(shù)據(jù)的同時(shí)，傳送下一行的列數(shù)據(jù)。

圖3 16*16點(diǎn)陣模塊電路

該模塊使用了4塊74HC595和4塊8*8點(diǎn)陣構(gòu)成一個(gè)16*16點(diǎn)陣，可以完整的顯示一個(gè)漢字。P1.0與74HC595的DS端相連，輸入串行數(shù)據(jù);P1.1與SH_CP端相連，提供移位時(shí)鐘信號(hào);P1.2與ST _CP端相連，提供鎖存時(shí)鐘信號(hào)。上一級(jí)74HC595芯片的Q7端與下一級(jí)74HC595芯片的DS端相連，實(shí)現(xiàn)在顯示本行各列數(shù)據(jù)的同時(shí)，傳送下一行的列數(shù)據(jù)（即達(dá)到重疊處理的目的）。U16、U17、U18、U19芯片的Q0～Q7端用來(lái)驅(qū)動(dòng)16*16點(diǎn)陣對(duì)應(yīng)的行和列。電路如圖3所示。

參考文獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)介：雷媛媛（1979—），女，碩士，講師，主要從事電子信息方面的應(yīng)用研究和教學(xué)工作。