姚 宇，孫成啟，陳亞力，儀 婷

(東北林業(yè)大學(xué) 計(jì)算機(jī)與信息工程學(xué)院，哈爾濱 150040)

“微機(jī)系統(tǒng)與接口技術(shù)”主要講單片機(jī)原理及其接口技術(shù)，以MCS-51系列單片機(jī)為主研究其內(nèi)部資源和外部接口技術(shù)。為使學(xué)生對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)有比較深入的了解，需要一定學(xué)時(shí)的實(shí)驗(yàn)，本系統(tǒng)就是要使學(xué)生在簡(jiǎn)單實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上掌握單片機(jī)的開發(fā)過程及調(diào)試手段，從而增強(qiáng)他們的創(chuàng)新能力。系統(tǒng)是以STC系列單片機(jī)為中心擴(kuò)展必要的外圍電路而構(gòu)成的[1]。STC系列單片機(jī)與51系列完全兼容，開發(fā)中具體選用STC12C5A32S2單片機(jī)，該單片機(jī)為單時(shí)鐘/機(jī)器周期，比傳統(tǒng)的51系列快8～12倍，且程序存儲(chǔ)器大(32K)片內(nèi)有1KB的RAM、28K EEPROM、4個(gè)16位定時(shí)器、8路10位A/D、2路PWM和2個(gè)串口。

1 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)總體的結(jié)構(gòu)

根據(jù)實(shí)際情況本系統(tǒng)能開出的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容有：數(shù)摸轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn)、運(yùn)算程序設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、查表程序設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、數(shù)據(jù)排序?qū)嶒?yàn)、位操作實(shí)驗(yàn)、數(shù)字量輸入輸出實(shí)驗(yàn)、中斷系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器實(shí)驗(yàn)、串口通訊實(shí)驗(yàn)、存儲(chǔ)器擴(kuò)展實(shí)驗(yàn)、A/D轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn)、步進(jìn)電機(jī)實(shí)驗(yàn)和EEPROM存儲(chǔ)器電路實(shí)驗(yàn)等。因此以STC12C5A32S2單片機(jī)為中心，外部擴(kuò)展鍵盤、顯示器、RAM、D/A、時(shí)鐘芯片及開關(guān)量輸入輸出接口[2～5]。設(shè)計(jì)出具體的實(shí)驗(yàn)開發(fā)平臺(tái)，其結(jié)構(gòu)框如圖1所示。

圖1 試驗(yàn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

2 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)

2.1 STC12C5A32S2單片機(jī)

中央處理單元CPU如圖2所示。其主要性能為：

圖2 STC5A32S2 CPU

(1)高速。1個(gè)時(shí)鐘/機(jī)器周期，增強(qiáng)型8051內(nèi)核，速度比8051快8～12倍。

(2)增加外部掉電檢測(cè)電路，可在掉電時(shí)，及時(shí)將數(shù)據(jù)保存進(jìn)EEPROM，正常工作無需操作EEPROM。

(3)時(shí)鐘。外部晶體或內(nèi)部RC振蕩器可選內(nèi)置32K字節(jié)Flash程序存儲(chǔ)器，擦寫次數(shù)10萬次以上。

(4)串口編程，不用任何其它硬件就可以在線編程，方便程序調(diào)試。

2.2 外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器擴(kuò)展

2.3 LED顯示器和鍵盤接口設(shè)計(jì)

LED顯示器具有顯示清晰、亮度高、使用電壓低、壽命長(zhǎng)和成本低等特點(diǎn)，常被選為單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中的人機(jī)界面。這里是將其做為顯示測(cè)試結(jié)果。彩動(dòng)態(tài)顯示原理，工作原理是將多個(gè)顯示器的段碼同名端連接在一起，位碼分別控制，利用眼睛的余暉暫留效應(yīng)，分別進(jìn)行顯示，只要保證一定的頻率，看起來的效果和一直顯示是一樣的。硬件原理如圖3所示，以單片機(jī)為核心控制部件，通過地址鎖存器將地址鎖存，經(jīng)過地址譯碼器后，在單片機(jī)寫選通信號(hào)的控制下，由邏輯控制電路形成與地址碼唯一對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)鎖存器鎖存控制信號(hào)，將段碼數(shù)據(jù)鎖存到相應(yīng)的數(shù)據(jù)鎖存器，并送LED數(shù)據(jù)管顯示。顯示器的段碼及位碼驅(qū)動(dòng)采用ULN2804，鎖存器用74AH273，同時(shí)鍵盤電路與顯示電路合并擴(kuò)展16個(gè)鍵盤。74AH244做為開關(guān)量輸入接口，用其最低兩位做鍵盤的行線。

2.4 D/A轉(zhuǎn)換

DAC是一種把二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)(電壓或電流)的電路。這里采用DAC0832。DAC0832是8位雙緩沖D/A轉(zhuǎn)換器，其原理如圖4所示。在實(shí)際應(yīng)用中，通常采用外加運(yùn)算放大器的方法，把DAC0832的電流輸出轉(zhuǎn)換為±5V電壓輸出。

2.5 串行接口

串行接口如圖5所示，可將電腦串行口RS232信號(hào)電平(-10，+10v)轉(zhuǎn)換為單片機(jī)所用到的TTL信號(hào)電平(0，+5v)。MAX232就是用來進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換的，該器件含有2個(gè)驅(qū)動(dòng)器、2個(gè)接收器和一個(gè)電壓發(fā)生器，電路提供TIA/EIA-232-C電平。這個(gè)接口可用作程序下載和串行通信實(shí)驗(yàn)。

2.6 時(shí)鐘電路

為了進(jìn)行時(shí)鐘實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)擴(kuò)展一個(gè)時(shí)鐘芯片，型號(hào)是DS1307，如圖6所示。DS1307包括時(shí)鐘/日歷寄存器和31字節(jié)(8位)的數(shù)據(jù)暫存寄存器，數(shù)據(jù)通信僅通過一條串行輸入輸出口。實(shí)時(shí)時(shí)鐘/日歷提供包括秒、分、時(shí)、日期、月份和年份信息。閏年可自行調(diào)整，可選擇12小時(shí)制和24小時(shí)制，可以設(shè)置AM、PM。通過IIC總線與CPU交換信息，數(shù)據(jù)線SDA接P4.1，時(shí)鐘線SCL接P4.0，中斷請(qǐng)求輸出線接P3.2。為保證時(shí)鐘芯片的電源不間斷在DS1307的備用電源端接一個(gè)1F的電容并用3個(gè)二極管串聯(lián)降壓為電容充電。

圖 3 LED顯示器和鍵盤接口設(shè)計(jì)

圖 4 數(shù)/模轉(zhuǎn)換

圖 5 串行接口

圖 6 時(shí)鐘電路

3 結(jié) 論

基于STC12C5A32S2單片機(jī)的實(shí)驗(yàn)開發(fā)平臺(tái)。以顯示器、鍵盤輸入、D/A轉(zhuǎn)換和時(shí)鐘芯片等為外圍接口電路，形成一個(gè)體積小、成本低、穩(wěn)定的開發(fā)系統(tǒng)平臺(tái)，方便學(xué)生的實(shí)驗(yàn)。到STC網(wǎng)站下載STC_ISP_V483軟件就可實(shí)現(xiàn)在線編程，不需要訪真器，調(diào)試硬件及軟件非常方便。

【參 考 文 獻(xiàn)】

[1]李 蒙.基于STC89單片機(jī)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)[D].天津，天津大學(xué)精密儀器與光電子工程學(xué)院，2008.

[2]趙 燕.一種基于STC單片機(jī)的溫濕度檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].南京工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2010，10(3)：43-45.

[3]楊明欣，張 杰，鄭郁正.基于STC單片機(jī)的實(shí)驗(yàn)開發(fā)平臺(tái)的設(shè)計(jì)[J].成都信息工程學(xué)院學(xué)報(bào)，2005，21(3)：410-412.

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[5]宋鳳娟，付 侃，薛雅麗.STC12C5A60S2單片機(jī)高速A/D轉(zhuǎn)換方法[J].煤礦機(jī)械，2010，31(6)：218-220.